Светодиодный светильник с регулировкой яркости

Как быстро летит время и как медленно меняется мир вокруг нас… А если быть точнее, то «…как медленно свершаются дела»… Почти полтора года прошло, как собрался сделать небольшой светильник для подсветки клавиатуры и околоприлегающих поверхностей стола, уже и эксперименты с выбором нужного уровня освещённости были проведены, и кусок светодиодной ленты давно лежит и пылится (рис.1), и даже конструкция «вчерне» продумана, но что-то всё же сдерживало и мешало приступить к реализации. И очень не хотелось использовать сетевой блок питания. А так как мощности с USB разъёма слишком мало для комфортной работы, то единственный простой путь – поставить на задней стенке системника отдельный разъём и подать на него 12 вольт с блока питания компьютера. В общем-то, ничего сложного, но всё же до сегодняшнего времени никак не мог собраться и сдвинуть дело с мёртвой точки.

Рис.1

А тут осенило – надо привнести какую-нибудь радиолюбительскую задумку и всё пойдёт само собой. Ну, понятно же, что если в конструкции нет ничего, что надо паять и настраивать, то это скучно, пресно и неинтересно. Осталось придумать, что нужно светильнику для работы… Да, вроде, ничего кроме питания. Придётся что-то с ним делать. А что? Можно, к примеру, преобразователь DC-DC соорудить, можно регулировку напряжения для выставления нужного уровня освещённости. Преобразователь собирать – совсем уже бестолково, да и хватит умножать помехи в эфире, а вот регулировку напряжения питания – это уже что-то. Да и «изюминка» появляется – раз питание ленты 12 вольт и питание в компьютере тоже 12 вольт, то схему надо собрать так, чтобы для сохранения максимально возможной яркости свечения светодиодов, на регулирующем элементе было минимально возможное падение напряжения. Раз входное напряжение достаточно стабильное, то делать стабилизацию выходного смысла нет .

Для снижения напряжения потерь на регулирующем элементе была выбрана схема с применением p – n – p-транзистора (VT2 на рисунке 2) [1]. В таком включении потери не превышают 0,1…0,3 В при достаточно большом выходном токе. Регулировка выходного напряжения осуществляется резистором R5, изменяющим в небольших пределах напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора VT1, который от этого меняет своё выходное сопротивление (выходной коллекторный ток) и это в свою очередь вызывает изменение база-эмиттерного напряжения на транзисторе VT2 и изменение его выходного сопротивления. Соответственно, регулировка происходит за счёт перераспределения напряжений (на транзисторе и на нагрузке).

Рис.2

Сначала для стабилизации напряжения открывания для транзистора VT1 использовался один стабилитрон КС133А, но при проверке схемы «по месту» было замечено изменение уровня освещённости в моменты запуска DVD-привода. Оказалось, что в эти моменты происходит небольшая и короткая просадка напряжения +12 В, а соответственно, и небольшое изменение уровня напряжения стабилизации. Но всё равно заметно, особенно в режиме максимального свечения светодиодов. Установка параллельно стабилитрону электролитического конденсатора большой ёмкости немного улучшала работу, но лучше оказалось установить ещё один предварительный каскад на стабилитроне VD1. Фильтр низких частот, собранный на элементах R1C1 стоит также для снижения пульсаций напряжения питания и хоть на резисторе происходит дополнительное падение напряжения, но всё же «плюсов» от его установки больше, чем «минусов».

Понятно, что при наличии большого количества разных стабилитронов можно позволить себе устанавливать два последовательных звена стабилизации, но у меня их не очень много, а зато есть элементы TL431 – регулируемые прецизионные шунтовые регуляторы, как называются они в даташите. Вот на одном из них и была собрана окончательная схема (рис.3).

Рис.3

Принцип работы точно такой же, что и у схемы на рисунке 2. Образцовое напряжение 2,5 В поступает на делитель R3R4R5R6. Резистор R4 – переменный и плавное изменение его сопротивления от минимума к максимуму приводит к плавному повышению напряжения 0148 на базе транзистора VT1 с 0,6 В до 0,7 В (примерно). Это заставляет его приоткрываться и напряжение на базе VT2 уменьшается 11,9 В до 11,23 В. И это, опять же, плавно переводит VT2 из состояния «почти закрытый» в состояние «почти полностью открытый». В последнем случае общие потери напряжения на резисторе R1 и транзисторе VT2 не превышают 0,27 В при токе в нагрузке около 0,11…0,12 А.

Настройка схемы заключается в проверке напряжения +2,5 В на стабилитроне VD1 и подборе сопротивления резистора R5 для обеспечения изменения выходного напряжения в необходимых пределах (например, от 0,1 В до 11,8 В).

Печатная плата (рис.4) размерами 40х40 мм разведена под обыкновенные выводные элементы. Постоянные резисторы – МЛТ 0,25 Вт и 0,5 Вт, переменный – SH-R115SR с шагом выводов 3,75 мм. Резисторы R5 и R6 при пайке можно поменять местами для удобства настройки. На рисунке показан вид на плату со стороны печати, т.е. при её изготовлении «лазерно-утюжным методом», нужно включать функцию «зеркально».

Рис.4

В компьютере на задней стенке установлен дополнительный разъём питания марки СР-50 (гнездо). В качестве шнура питания, подающего напряжение на плату, используется коаксиальный кабель РК-75-2 с разъёмом СР-50 (штекер) на одном конце. Другой конец кабеля впаян напрямую в печатную плату.

Теперь о конструктивном исполнении самого светильника. Сначала в качестве отражателя и держателя светодиодной ленты хотел применить подходящий по габаритам отрезок строительного металлического П-образного профиля, но он выглядит грубо и требует покраски. Затем попробовал использовать одну «половинку» от пластикового короба для прокладки кабеля («кабельканал»). Тоже как-то «не камильфо», но смотрится уже намного лучше. Походив по магазинам, остановил свой выбор на водопроводной металлопластиковой трубе диаметром 20 мм. Разрезал вдоль отрезок нужной длины и использовал ту половинку, что без маркировок. Сначала думал закрепить светильник на жёсткой стойке на клавиатуре, но потом решил, что нужно иметь некоторую свободу для его перемещения, поэтому сделал длинный гибкий пружинный держатель из стальной проволоки диаметром 1,5 мм. Но потом заменил её на медную диаметром 2,2 мм , так как стальная была слишком жёсткой для манипуляций.

Процесс в фотографиях. На рисунке 5 приготовленные заготовки – 17 см светодиодной ленты и кусок пластиковой водопроводной трубы длиной 23 см.

Рис.5

На рисунке 6 видно начало разреза трубы ножовкой по металлу.

Рис.6

Распил сделал почти до самого края - оставил не тронутыми около 2-3 см. Эти сантиметры нужны для того, чтобы сделать «ушко», к которому будет прикручена проволока – держатель светильника. Прорезал оставшееся расстояние ножницами по металлу (рис.7).

Рис.7

«Ушко» немного отогнул и просверлил в нём отверстие диаметром 4,5 мм (рис.8). Затем всё это аккуратно обработал ножницами, ножом, напильниками и наждачной бумагой до приобретения приемлемого вида.

Рис.8

К «ушку» прикрутил медную проволоку нужной длины (рис.9).

Рис.9

Провода, подводящие питание, припаяны к пластине из фольгированного текстолита. А потом уже от неё протянуты проводники к контактам «плюс» и «минус» ленты. На рисунке 10 видно, что проводов не 2, а 4 – это просто взято с запасом – мало ли что, может какое управление или контроль чего-либо захочется сделать, пусть будут… Кстати, проволоку тоже можно использовать как проводник…

Рис.10

Хоть светодиодная лента и имеет клеевую основу для крепления к поверхностям, но маленький радиус изгиба трубы никак не даёт ей нормально прикрепиться, поэтому лента в нескольких местах приклеена термоклеем (рис.11).

Рис.11

Печатная плата была закреплена в подходящем корпусе (от УКВ блока какого-то приёмника) и прикручена к куску ДСП (рис.12), который в свою очередь прикручен к вертикальной стенке стеллажа.

Рис.12

Пока ещё есть небольшие недоделки - ДСП не покрашена и проволочный держатель не обтянут белой термоусадочной трубкой, но всё уже работает и при вечерних сумерках за окном выглядит примерно как на рисунке 13. Это при средней яркости свечения светильника - запас по напряжению есть ещё большой.

Рис.13

Литература.
1.   Титце У., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника». Москва, изд. «Мир», 1982 год.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, май 2015

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Освещение
• Sprint-Layout
• Светодиод