Плавное включение и затухание светодиодов своими руками

Что такое плавное включение , или иначе розжиг светодиодов думаю представляют все.

Разберем подробно плавное включение светодиодов своими руками .

Светодиоды должны не сразу разжигается, а через 3-4 секунды, но изначально не мигать и не светиться вообще.

Схема устройства:

Компоненты:

■ Транзистор IRF9540N
■ Транзистор KT503
■ Выпрямительный диод 1N4148
■ Конденсатор 25V100µF
■ Резисторы:
- R1: 4.7 кОм 0.25 Вт
- R2: 68 кОм 0.25 Вт
- R3: 51 кОм 0.25 Вт
- R4: 10 кОм 0.25 Вт
■ Односторонний стеклотекстолит и хлорное железо
■ Клеммники винтовые, 2-х и 3-х контактные, 5 мм

Изменить время розжига и затухания светодиодов можно подбором номинала сопротивления R2, а также подбором ёмкости конденсатора.

Существует много способов резки текстолита: ножовкой по металлу, ножницами по металлу, с помощью гравера и так далее.

Я с помощью канцелярского ножа сделал бороздки по намеченным линиям, далее выпилил ножовкой и обточил края напильником. Также пробовал использовать ножницы по металлу – оказалось гораздо проще, удобнее и без пыли.

Далее прошкуриваем заготовку под водой наждачной бумагой с зернистостью P800-1000. Затем сушим и обезжириваем поверхность платы 646 растворителем с помощью безворсовой салфетки. После этого нежелательно руками прикасаться к поверхности платы.

Для этого в программе при печати слева вверху в разделе “слои” снимаем ненужные галочки. Также при печати в настройках принтера выставляем высокую четкость и максимальное качество изображения. С помощью малярного скотча приклеиваем на обычный лист А4 страницу глянцевого журнала/глянцевую фотобумагу (если их размеры меньше А4) и печатаем на ней нашу схему. Я пробовал использовать кальку, страницы глянцевого журнала и фотобумагу. Удобнее всего, конечно, работать с фотобумагой, но в отсутствии последней и страницы журнала вполне сгодятся. Калькой же пользоваться не советую – рисунок на плате очень плохо пропечатался и получится нечётким.

Теперь прогреваем текстолит и прикладываем нашу распечатку. Затем утюгом с хорошим прижимом проутюживаем плату в течение нескольких минут.

Теперь даем плате полностью остыть, после чего опускаем в ёмкость с холодной водой на несколько минут и аккуратно избавляемся от бумаги на плате. Если целиком не отдирается, то скатываем потихоньку пальцами.

Затем проверяем качество пропечатанных дорожек, и плохие места подкрашиваем тонким перманентным маркером.

С помощью двустороннего скотча приклеиваем плату на кусочек пенопласта и помещаем в раствор хлорного железа на несколько минут. Время вытравливания зависит от многих параметров, поэтому периодически достаем и проверяем нашу плату. Хлорное железо используем безводное, разводим в теплой воде согласно пропорциям, указанным на упаковке. Чтобы ускорить процесс травления можно периодически покачивать ёмкость с раствором.

После того, как ненужная медь стравилась – отмываем плату в воде. Затем с помощью растворителя или наждачки счищаем тонер с дорожек.

Затем необходимо просверлить дырочки для монтажа элементов платы. Для этого я использовал бормашинку (гравер) и сверла диаметром 0.6 мм и 0.8 мм (из-за разной толщины ножек элементов).

Далее нужно облудить плату. Есть множество различных способов, я решил воспользоваться одним из самых простых и доступных. С помощью кисточки смазываем плату флюсом (например ЛТИ-120) и паяльником лудим дорожки. Главное не держать жало паяльника на одном месте, иначе возможен отрыв дорожек при перегреве. Берем на жало больше припоя и ведем им вдоль дорожки.

Теперь напаиваем необходимые элементы согласно схеме. Для удобства в SprintLayot распечатал на простой бумаге схему с обозначениями и при пайке сверял правильность расположения элементов.

После пайки очень важно полностью смыть флюс, в противном случае могут быть коротыши между проводниками (зависит от применяемого флюса). Сначала рекомендую тщательно протереть плату 646 растворителем, а потом хорошо промыть щеткой с мылом и высушить.

После сушки подключаем «постоянный плюс» и «минус» платы к питанию («управляющий плюс» не трогаем), затем вместо светодиодной ленты подсоединяем мультиметр и проверяем, нет ли напряжения. Если хоть какое-то напряжение все-таки присутствует, значит где-то коротит, возможно плохо смыли флюс.

Итог:

Проделанной работой я доволен, хоть и потратил достаточно много времени. Процесс изготовления плат методом ЛУТ показался мне интересным, и несложным. Но, не смотря на это, в процессе работы допустил, наверное, все ошибки, какие только возможно. Но на ошибках, как говориться, учатся.

Подобная плата плавного розжига светодиодов имеет достаточно широкое применение и может использоваться, как в автомобиле (плавный розжиг ангельских глазок, панели приборов, подсветки салона и т.п.), так и в любом другом месте, где есть светодиоды и питание от 12В. Например, в подсветке системного блока компьютера или декорировании подвесных потолков.

Недавно решил собрать схему, которая позволила бы мне любую светодиодную ленту (будь то в автомобиле или дома) плавно разжигать. Изобретать велосипед я не стал, и решил немного по Google ить. При поиске почти на каждом сайте находил схемы, где светодиодная нагрузка сильно ограничивается возможностями схемы.

Мне же хотелось, чтобы схема всего лишь плавно поднимала напряжение на выходе, чтобы диоды плавно разгорались и схема было обязательно пассивной (не требовала дополнительного питания и в режиме ожидания не потребляла бы ток) и обязательно была бы защищена стабилизатором напряжения для увеличения срока жизни моей подсветки.

А так как плат пока я травить не научился, то решил что сначала нужно освоить самые простые схемы и при монтаже использовать готовые монтажные платы, которые как и остальные компоненты схемы, можно приобрести в любом магазине радиодеталей.

Для того что собрать схему плавного розжига светодиодов со стабилизацией мне нужно было приобрести следующие компоненты:

Вообще, готовая монтажная плат достаточно удобная альтернатива так называемому методу “ЛУТ” где с помощью программы Sprint-Layout, принтера и того же текстолита можно собрать почти любую схему. Так вот, новичкам следует всё таки сначала освоить более простой вариант, который значительно проще и что самое главное “прощает ошибки” и так же не требует наличия паяльной станции.

Немного упростив исходную схему решил её перерисовать:

Знаю что на схемах транзистор и стабилизатор обозначается не так, но мне так проще, а вам будет нагляднее. А если же вы, как и я, успели позаботиться о стабилизации, то вам нужна ещё более простая схема:

Тоже самое, только без использования стабилизатора КРЕН8Б.

• R3 - 10К Ом
• R2 - 51К Ом
• R1 - от 50К до 100К Ом (сопротивлением этого резистора можно управлять скоростью розжига светодиодов).
• С1 - от 200 до 400мк Ф (можно и выбрать другие ёмкости, но превышать 1000мк Ф не стоит).

На тот момент мне нужны были две платы плавного розжига:
- для уже сделанной подсветки ног.
- для плавного розжига приборной панели.

Так как о стабилизации светодиодов подсвечивающих мои ноги я уже давно позаботился, то в схеме розжига КРЕНка уже была не нужна.

Схема плавного розжига без стабилизатора.

Для такой схемы я использовал всего 1.5 кв см монтажной платы, которая стоит всего 60 рублей.

Схема плавного розжига со стабилизатором напряжения.

Размеры 25 х 10 мм.

Достоинствами данной схемы является то, что подключаемая нагрузка зависит только от возможностей блока питания (аккумулятора авто), и от полевого транзистора IRF9540N, который очень надежен (дает возможность подключить через себя 140Вт нагрузки при токе до 23А (информация из интернета). Схема сможет выдержит 10 метров светодиодной ленты, но тогда транзистор придется охлаждать, благо в таком исполнении можно закрепить на полевик радиатор (что конечно приведёт к увеличению площади схемы).

При первом тестировании схемы было снято коротенькое видео:

Изначально R1 стоял номиналом 60К Ом и мне не понравилось то что розжиг до полной яркости занимал около 5-6 секунд, в последствии к R1 был допаян ещё один резистор на 60К Ом и время розжига уменьшилось до 3 секунд, что для подсветки ног было самое то.

А так как схему розжига для подсветки ног необходимо было подключать в разрыв основной схемы питания, то не долго думая как же её заизолировать, просто запихнул её в кусок велосипедной камеры.

Подключив схему плавного розжига снял ещё одно видео:

На этом всё, благодарю всех тех кто всё таки смог дочитать сей пост до конца. Конечно же для кого то это будет жёстким баяном, но надеюсь найдутся товарищи которым будет интересно.

Принцип работы схемы:

Управляющий «плюс» поступает через диод 1N4148 и резистор 4,7 кОм на базу транзистора КТ503. При этом транзистор открывается, и через него и резистор 68 кОм начинает заряжаться конденсатор. Напряжение на конденсаторе плавно растет, и далее через резистор 10 кОм поступает на вход полевого транзистора IRF9540. Транзистор постепенно открывается, плавно увеличивая напряжение на выходе схемы. При снятии управляющего напряжения транзистор КТ503 закрывается. Конденсатор разряжается на вход полевого транзистора IRF9540 через резистор 51 кОм. После окончания процесса разряда конденсатора схема перестает потреблять ток и переходит в режим ожидания. Потребляемый ток в этом режиме незначителен.

Схема с управляющим минусом:

Отмечена распиновка IRF9540N

Схема с управляющим плюсом:

Отмечена распиновка IRF9540N и KT503

В этот раз изготавливать схему решил методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Делал я это первый раз в жизни, сразу скажу, что ничего сложного нет. Для работы нам понадобится: лазерный принтер, глянцевая фотобумага (или страница глянцевого журнала) и утюг.

К О М П О Н Е Н Т Ы:

Транзистор IRF9540N
Транзистор KT503
Выпрямительный диод 1N4148
Конденсатор 25V100µF
Резисторы:
- R1: 4.7 кОм 0.25 Вт
- R2: 68 кОм 0.25 Вт
- R3: 51 кОм 0.25 Вт
- R4: 10 кОм 0.25 Вт
Односторонний стеклотекстолит и хлорное железо
Клеммники винтовые, 2-х и 3-х контактные, 5 мм

При необходимости, изменить время розжига и затухания светодиодов можно подбором номинала сопротивления R2, а также подбором ёмкости конденсатора.

Р А Б О Т А:
?????????????????????????????????????????
?1? В этой записи подробно покажу, как изготавливать плату с управляющим плюсом. Плата с управляющим минусом делается аналогично, даже чуть проще из-за меньшего количества элементов. Отмечаем на текстолите границы будущей платы. Края делаем чуть больше, чем рисунок дорожек, а затем вырезаем. Существует много способов резки текстолита: ножовкой по металлу, ножницами по металлу, с помощью гравера и так далее.

Я с помощью канцелярского ножа сделал бороздки по намеченным линиям, далее выпилил ножовкой и обточил края напильником. Также пробовал использовать ножницы по металлу – оказалось гораздо проще, удобнее и без пыли.

Далее прошкуриваем заготовку под водой наждачной бумагой с зернистостью P800-1000. Затем сушим и обезжириваем поверхность платы 646 растворителем с помощью безворсовой салфетки. После этого нельзя руками прикасаться к поверхности платы.

2? Далее с помощью программы SprintLayot открываем и печатаем на лазерном принтере схему. Печатать необходимо только слой с дорожками без обозначений. Для этого в программе при печати слева вверху в разделе “слои” снимаем ненужные галочки. Также при печати в настройках принтера выставляем высокую четкость и максимальное качество изображения. Программу и чуть доработанные мной схемы залил для Вас на Яндекс.Диск.

С помощью малярного скотча приклеиваем на обычный лист А4 страницу глянцевого журнала/глянцевую фотобумагу (если их размеры меньше А4) и печатаем на ней нашу схему.

Я пробовал использовать кальку, страницы глянцевого журнала и фотобумагу. Удобнее всего, конечно, работать с фотобумагой, но в отсутствии последней и страницы журнала вполне сгодятся. Калькой же пользоваться не советую – рисунок на плате очень плохо пропечатался и получится нечётким.

3? Теперь прогреваем текстолит и прикладываем нашу распечатку. Затем утюгом с хорошим прижимом проутюживаем плату в течение нескольких минут.

Теперь даем плате полностью остыть, после чего опускаем в ёмкость с холодной водой на несколько минут и аккуратно избавляемся от бумаги на плате. Если целиком не отдирается, то скатываем потихоньку пальцами.

Затем проверяем качество пропечатанных дорожек, и плохие места подкрашиваем тонким перманентным маркером.

4? С помощью двустороннего скотча приклеиваем плату на кусочек пенопласта и помещаем в раствор хлорного железа на несколько минут. Время вытравливания зависит от многих параметров, поэтому периодически достаем и проверяем нашу плату. Хлорное железо используем безводное, разводим в теплой воде согласно пропорциям, указанным на упаковке. Чтобы ускорить процесс травления можно периодически покачивать ёмкость с раствором.

После того, как ненужная медь стравилась – отмываем плату в воде. Затем с помощью растворителя или наждачки счищаем тонер с дорожек.

5? Затем необходимо просверлить дырочки для монтажа элементов платы. Для этого я использовал бормашинку (гравер) и сверла диаметром 0.6 мм и 0.8 мм (из-за разной толщины ножек элементов).

6? Далее нужно облудить плату. Есть множество различных способов, я решил воспользоваться одним из самых простых и доступных. С помощью кисточки смазываем плату флюсом (например ЛТИ-120) и паяльником лудим дорожки. Главное не держать жало паяльника на одном месте, иначе возможен отрыв дорожек при перегреве. Берем на жало больше припоя и ведем им вдоль дорожки.

7? Теперь напаиваем необходимые элементы согласно схеме. Для удобства в SprintLayot распечатал на простой бумаге схему с обозначениями и при пайке сверял правильность расположения элементов.

8? После пайки очень важно полностью смыть флюс, в противном случае могут быть коротыши между проводниками (зависит от применяемого флюса). Сначала рекомендую тщательно протереть плату 646 растворителем, а потом хорошо промыть щеткой с мылом и высушить.

После сушки подключаем «постоянный плюс» и «минус» платы к питанию («управляющий плюс» не трогаем), затем вместо светодиодной ленты подсоединяем мультиметр и проверяем, нет ли напряжения. Если хоть какое-то напряжение все-таки присутствует, значит где-то коротит, возможно плохо смыли флюс.

Ф О Т О Г Р А Ф И И:

Убрал плату в термоусадку

В И Д Е О:

?????????????????????????????????????????
И Т О Г:
?????????????????????????????????????????
Проделанной работой я доволен, хоть и потратил достаточно много времени. Процесс изготовления плат методом ЛУТ показался мне интересным, и несложным. Но, не смотря на это, в процессе работы допустил, наверное, все ошибки, какие только возможно. Но на ошибках, как говориться, учатся.

Подобная плата плавного розжига светодиодов имеет достаточно широкое применение и может использоваться, как в автомобиле (плавный розжиг ангельских глазок, панели приборов, подсветки салона и т.п.), так и в любом другом месте, где есть светодиоды и питание от 12В. Например, в подсветке системного блока компьютера или декорировании подвесных потолков.

Есть случаи, когда необходимо обеспечить плавное включение светодиодов, применяемых для освещения или подсветки, а в некоторых случаях и выключение. Плавный розжиг может потребоваться по разным причинам.

Во-первых, при мгновенном включении свет сильно «бьет по глазам» и заставляет нас жмуриться и прищуриваться, выжидая, пока глаза привыкнут к новому уровню яркости. Этот эффект связан с инерционностью процесса аккомодации глаза и конечно имеет место не только при включении светодиодов, но и любых других источников света.

Просто в случае со светодиодами он усугубляется тем, что излучающая поверхность очень мала. Если говорить научным языком – источник света имеет очень большую габаритную яркость.

Во-вторых, могут преследоваться чисто эстетические цели: согласитесь плавно загорающийся или гаснущий свет – это красиво. Схема питания светодиодов должна быть усовершенствована должным образом. Рассмотрим два различных способа плавного включения и выключения светодиодов.

Задержка RC-цепью

Первое что должно прийти в голову человеку, знакомому с электротехникой – введение задержки с помощью включения в схему питания светодиодов RC-цепочки: резистора и конденсатора. Схема приведена на рис.1. При подаче напряжения на вход – напряжение на конденсаторе, по мере его заряда, будет нарастать за время приблизительно равное 5τ, где τ=RC – постоянная времени. То есть, говоря простым языком, время включения света будет определяться произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора. Соответственно, чем больше емкость и сопротивление, тем дольше будет происходить розжиг светодиодов. При отключении питания конденсатор будет разряжаться на светодиоды. Время, в течение которого будет происходить плавное затухание, также будет определяться τ, но в этом случае вместо R в произведение войдет динамическое сопротивление светодиодов. К примеру, конденсатор на 2200 мкФ и резистор на 1 кОм теоретически «растянут» время включения на 2,2 секунды. Естественно на практике это значение будет отличаться от расчетного как за счет разброса параметров (у электролитических конденсаторов допуски на номинал обычно очень большие) RC-цепи, так и за счет параметров самих светодиодов. Не нужно забывать, что p-n-переход начнет открываться и излучать свет при определенном пороговом значении. Представленная простейшая схема хорошо позволяет понять принцип действия этого метода, но для практической реализации она мало пригодна. Для получения рабочего решения усовершенствуем ее введением нескольких дополнительных элементов (рис.2).
Работает схема следующим образом: при включении питания конденсатор С1 заряжается через резистор R2, транзистор VT1, по мере изменения напряжения на затворе, уменьшает сопротивление своего канала, тем самым увеличивая ток через светодиод. Выключение питания приведет к разряду конденсатора через светодиоды и резистор R1.

Включим «мозги»…

Если схема должна обеспечить большую гибкость и функциональность, например, не меняя «железо» мы хотим получить несколько режимов работы и задавать время розжига и затухания более точно, то самое время включить в схему микроконтроллер и интегральный драйвер LED с входом управления. Микроконтроллер способен с высокой точностью отсчитывать необходимые интервалы времени и выдавать команды на управляющий вход драйвера в виде ШИМ. Переключение режимов работы можно предусмотреть заранее и вывести для этого соответствующую кнопку. Необходимо только сформулировать – что мы хотим получить и написать соответствующую программу. В качестве примера можно привести драйвер мощных светодиодов LDD-H, который выпускается с номинальными значениями токов от 300 до 1000 мА и имеет вход ШИМ. Схема включения конкретных драйверов обычно приводится в тех. описании производителя (data sheet). В отличие от предыдущего способа, время на включение и выключение не будет зависеть от разброса параметров элементов схемы, температуры окружающей среды или падения напряжения на светодиодах. Но за точность нужно будет заплатить – это решение дороже.

На просторах интернета имеется множество схем плавного розжига и затухания светодиодов с питанием от 12В, которые можно сделать своими руками. Все они имеют свои достоинства и недостатки, различаются уровнем сложности и качеством электронной схемы. Как правило, в большинстве случаев нет смысла сооружать громоздкие платы с дорогостоящими деталями. Чтобы кристалл светодиода в момент включения плавно набирал яркость и также плавно погасал в момент выключения, достаточно одного МОП транзистора с небольшой обвязкой.

Схема и принцип ее работы

Рассмотрим один из наиболее простых вариантов схемы плавного включения и выключения светодиодов с управлением по плюсовому проводу. Помимо простоты исполнения, данная простейшая схема имеет высокую надежность и невысокую себестоимость. В начальный момент времени при подаче напряжения питания через резистор R2 начинает протекать ток, и заряжается конденсатор С1. Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, что способствует плавному открытию транзистора VT1. Нарастающий ток затвора (вывод 1) проходит через R1 и приводит к росту положительного потенциала на стоке полевого транзистора (вывод 2). В результате происходит плавное включение нагрузки из светодиодов.

В момент отключения питания происходит разрыв электрической цепи по «управляющему плюсу». Конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию резисторам R3 и R1. Скорость разряда определяется номиналом резистора R3. Чем больше его сопротивление, тем больше накопленной энергии уйдет в транзистор, а значит, дольше будет длиться процесс затухания.

Для возможности настройки времени полного включения и выключения нагрузки, в схему можно добавить подстроечные резисторы R4 и R5. При этом, для корректности работы, схему рекомендуется использовать с резисторами R2 и R3 небольшого номинала.
Любую из схем можно самостоятельно собрать на плате небольшого размера.

Элементы схемы

Главный элемент управления – мощный n-канальный МОП транзистор IRF540, ток стока которого может достигать 23 А, а напряжение сток-исток – 100В. Рассматриваемое схемотехническое решение не предусматривает работу транзистора в предельных режимах. Поэтому радиатор ему не потребуется.

Вместо IRF540 можно воспользоваться отечественным аналогом КП540.

Сопротивление R2 отвечает за плавный розжиг светодиодов. Его значение должно быть в пределах 30–68 кОм и подбирается в процессе наладки исходя из личных предпочтений. Вместо него можно установить компактный подстроечный многооборотный резистор на 67 кОм. В таком случае можно корректировать время розжига с помощью отвертки.

Сопротивление R3 отвечает за плавное затухание светодиодов. Оптимальный диапазон его значений 20–51 кОм. Вместо него также можно запаять подстроечный резистор, чтобы корректировать время затухания. Последовательно с подстроечными резисторами R2 и R3 желательно запаять по одному постоянному сопротивлению небольшого номинала. Они всегда ограничат ток и предотвратят короткое замыкание, если подстроечные резисторы выкрутить в ноль.

Сопротивление R1 служит для задания тока затвора. Для транзистора IRF540 достаточно номинала 10 кОм. Минимальная емкость конденсатора С1 должна составлять 220 мкФ с предельным напряжением 16 В. Ёмкость можно увеличить до 470 мкФ, что одновременно увеличит время полного включения и выключения. Также можно взять конденсатор на большее напряжение, но тогда придется увеличить размеры печатной платы.

Управление по «минусу»

Выше переведенные схемы отлично подходят для применения в автомобиле. Однако сложность некоторых электрических схем состоит в том, что часть контактов замыкается по плюсу, а часть – по минусу (общему проводу или корпусу). Чтобы управлять приведенной схемой по минусу питания, её нужно немного доработать. Транзистор нужно заменить на p-канальный, например IRF9540N. Минусовой вывод конденсатора соединить с общей точкой трёх резисторов, а плюсовой вывод замкнуть на исток VT1. Доработанная схема будет иметь питание с обратной полярностью, а управляющий плюсовой контакт сменится на минусовой.

Читайте так же