Электрификация

Справочник домашнего мастера

Драйвер для фонаря

Доработка китайского налобного фонарика, драйвер светодиода на AMC7135

Поступил мне тут заказ от одного хорошего знакомого, который увлекается рыбалкой. У него был простенький налобный фонарик, который обладал рядом недостатков, но полностью устраивал по размерам и внешнему виду. Ну что ж, для хорошего человека — хорошее дело, ну а для меня — просто тренировка мозгов и рук.

Приступим. Для начала выделю преимущества данного фонарика:

  • компактный и легкий корпус;
  • возможность регулировки фокуса;
  • удобное расположение органов управления (кнопка), учитывая что фонарик налобный.

Теперь недостатки, которых куда больше:

  • неудобное управление — три режима которые переключаются по циклическому алгоритму (четвёртый режим «выключено»), то есть если нужный режим пропустил, то надо «прощелкивать» все режимы по кругу, пока не «дощелкаешь» до нужного режима;
  • один из режимов — мигающий — вообще бесполезный, только мешает управлению;
  • нет контроля состояния аккумулятора, то есть при каждом цикле разряда портит аккумулятор, сильно разряжая его (если не выключить, может посадить аккумулятор до 1…2 вольт);
  • нет стабилизации тока, то есть с разрядом аккумулятора яркость постепенно падает;
  • заряд аккумулятора идет тупо через резистор, нет никакого контроля зарядного тока и отсутствует правильный алгоритм заряда литий-ионного аккумулятора (при каждом цикле заряда гробит аккумулятор);
  • стоИт китайский светодиод с низкой эффективностью;
  • стоИт китайский аккумулятор с завышенной емкостью на этикетке.

Теперь о том, что бы хотелось получить в итоге:

  • удобное управление режимами, убрать мигающий режим;
  • ввести стабилизацию тока через светодиод (поставить драйвер);
  • заменить светодиод на более эффективный и надежный (CREE XPG), тёплого свечения (вместо штатного холодного);
  • сделать контроль разряда аккумулятора, при разряде аккумулятора выключать фонарик;
  • добавить контроллер заряда литий-ионного аккумулятора;
  • заменить аккумулятор на нормальный.

Вскрываем корпус фонарика.

Здесь мы видим, что его «мозги» сделаны на основе БИС микросхемы, поэтому они не поддаются никакой модификации.

При замене светодиода на другой светодиод, выходной ток изменился почти на 50%, что говорит об отсутствии какой либо стабилизации тока. Решено выкинуть родную плату и сделать свою. В качестве управляющего контроллера я выбрал ATtiny13A-SSU ввиду следующих основных преимуществ:

  • малая цена — около 30 рублей (на момент написания статьи, май 2014г.);
  • компактный корпус поверхностного монтажа;
  • в режиме сна потребляет менее 500 наноампер (!!!);
  • возможность работы при низких напряжениях питания (вплоть до 1.8в);
  • возможность работы при температуре ниже 0 градусов.

В качестве драйвера светодиода выбор пал на AMC7135 благодаря следующим характеристикам:

  • возможность работы при низких напряжениях питания;
  • минимальное падение напряжения на микросхеме — всего 0.15в;
  • возможность ШИМ-регулировки яркости светодиода;
  • компактный корпус.

Схема драйвера:

Небольшие пояснения о работе схемы и применяемых компонентах. Для измерения уровня заряда аккумулятора, используется АЦП микроконтроллера и внешний источник опорного напряжения (далее ИОН) REF3125 с выходным напряжением 2,5В. Внешний ИОН используется не просто так — с его помощью достигается измерение напряжения аккумулятора с минимальными погрешностями, так как точность встроенного в микроконтроллер ИОН’а оставляет желать лучшего. Управление AMC7135 производится при помощи ШИМ-сигнала, частотой 500 Гц. При отключении драйвера, микроконтроллер отключает AMC7135, обесточивает ИОН, и переходит в спящий режим «Power Down», потребляя менее 1 мкА. Устройство не требует какой-либо настройки и корректировки, и после сборки и прошивки начинает работать сразу. Чтобы можно было выбрать напряжение отключения драйвера «под себя», в конце статьи прилагается архив с прошивками под напряжения 3,1…3,6 Вольт с шагом 0,1В.

Развожу печатку, травлю, запаиваю, пишу софт в AVR Studio 5, прошиваю микроконтроллер. На этапе изготовления платы нужно просверлить отверстия, и соединить перемычками дорожки с обеих сторон платы. Я взял медную жилу от витой пары, залудил её, и сделал из неё перемычки.

Вот что из этого получилось. Печатку и набор прошивок можно скачать в конце статьи.

На одной стороне платы (двусторонняя диаметром 18 мм) разместились все управляющие мозги, на другой стороне платы расположился драйвер светодиода с полигоном из меди для должного охлаждения. Опционально на плату может быть установлена вторая микросхема-драйвер AMC7135 для увеличения максимального выходного тока с 350 мА до 700 мА. Небольшие размеры платы выбраны не случайно — необходимо было уместить драйвер на родное место в корпусе. Вот фотка для оценки размеров получившейся платки:

Родной контроллер управления давал на светодиод следующий ток в режимах:

  • 1 режим, примерно 200 мА;
  • 2 режим, примерно 60 мА;
  • 3 режим, примерно 60 мА (мигающий).

Родной контроллер управляется по следующему алгоритму. При нажатии на кнопку выполнялся переход на следующий режим. 1 —> 2 —> 3 —> ВЫКЛ и так по циклу. Если нужный режим случайно пропустил, то придётся сидеть и «нащёлкивать» пока не дойдёшь до нужного режима. Также для выключения фонарика нужно «прощёлкать» все режимы. О быстром включении/отключении фонарика можно даже и не мечтать.

Моя плата контроллера с драйвером выдает следующие токи в разных режимах:

  • 1 режим, 30 мА;
  • 2 режим, 130 мА;
  • 3 режим, 350 мА (будет использоваться кратковременно, так как в корпусе фонарика не предусмотрено должного охлаждения для светодиода).

Мой контроллер управляется по следующему алгоритму. Однократное (короткое) нажатие выполняет включение/отключение фонарика (с сохранением последнего выбранного режима). Длительное удерживание кнопки выполняет переключение режима на следующий. Таким образом, мы имеем возможность как быстро включать/отключать фонарик, так и менять режимы. Надоедливого и бесполезного режима «мигалки» теперь нету. При снижении напряжения аккумулятора до заданного в «прошивке» уровня, фонарик переходит на предыдущий режим. Тоесть если стоял режим 3, то сначала контроллер включит режим 2, затем фонарик поработает какое-то время, затем включится режим 1, фонарик поработает ещё какое-то время, и только потом он выключится. В интернете уже есть аналогичные конструкции, но они либо имеют управление при помощи разрыва цепи питания, что не всегда оправданно, либо у них не используется режим сна, а это очень важно!!

Итак, выкидываем старые мозги, а также убираем конденсатор, зачем-то подключенный параллельно кнопке. Наверно китайцы боролись с дребезгом контактов. У меня обработка дребезга будет программная, поэтому конденсатор больше не нужен.

Также достаём штатный светодиод, будем менять его на эффективный светодиод CREE XPG с тёплым свечением.

Готовим наш новый светодиод:

Собираем оптический блок:

Теперь встраиваем новую плату управляющего контроллера и драйвера светодиода:

Cобираем корпус:

Таким образом, на внешний вид не произошло никаких изменений, но внутри теперь всё как и должно быть. Контроль разряда аккумулятора, стабилизация тока, нормальное управление режимами, и «правильный» светодиод. В выключенном состоянии контроллер потребляет мало энергии, так как микроконтроллер переводится в режим сна.

Позже был установлен нормальный контроллер заряда аккумулятора на микросхеме MAX1508, а также родной китайский аккумулятор был заменён на внешний блок аккумуляторов, состоящий из 2 оригинальных банок Sanyo UR18650.

В активном режиме микроконтроллер ATtiny13A потребляет менее 500 мкА благодаря работе на тактовой частоте 128 кГц. Также в активном режиме добавляется потребление AMC7135, потребление внешнего ИОН, и потребление внутреннего АЦП микроконтроллера. Суммарный ток потребления в активном режиме зависит от используемого ИОН, и может составлять от 0,1 мА до 1 мА. Я применил ИОН REF3125, суммарное потребление схемы в рабочем режиме составило 0,5…0,8 мА.

ИОН REF3125 можно заменить на аналоги:

  • ADR381
  • CAT8900B250TBGT3
  • ISL21010CFH325Z-TK
  • ISL21070CIH325Z-TK
  • ISL21080CIH325Z-TK
  • ISL60002BIH325Z
  • MAX6002
  • MAX6025
  • MAX6035BAUR25
  • MAX6066
  • MAX6102
  • MAX6125
  • MCP1525-I/TT
  • REF2925
  • REF3025
  • REF3125
  • REF3325AIDB
  • TS6001

Прилагаю небольшое видео, демонстрирующее управление режимами. Видео снято давно, светодиод ещё тогда стоял родной, позже он был заменён на CREE XPG, также стоял родной аккумулятор. Лень было заново снимать видео. Также хочу предупредить, что не каждый программатор поддерживает прошивку микроконтроллеров на частоте 128 кГц. Для прошивки я использовал программатор «USBAsp» со включенной опцией «Slow SCK». Всем удачных самоделок!!

Внимание! Прошивка управляющего микроконтроллера была полностью переписана. Алгоритм работы программы стал более корректным, устранены некоторые недочёты в работе устройства. Ниже Вы сможете скачать пробную версию прошивки с ограничением по времени работы 10 минут. По истечении тестового времени, гаснет светодиод и блокируется управление. После переподключения аккумулятора, вновь получаем 10 минут тестового времени.

Полную версию прошивки можно приобрести .

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
МК AVR 8-бит ATtiny13A 1 корпус SOIC 208 mil Поиск в Utsource В блокнот
Конденсатор 1 мкФ 1 не менее 1 мкФ Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 4.7 кОм 2 или 3…10 кОм Поиск в Utsource В блокнот
Резистор 100 Ом 1 или 50…300 ом Поиск в Utsource В блокнот
ИС источника опорного напряжения REF3125 1 или аналогичный ИОН Поиск в Utsource В блокнот
Кнопка Любая без фиксации 1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Что такое драйвер и для чего он нужен светодиодам

Сейчас уже можно разделить светодиоды на два основных подтипа: индикаторные и осветительные. Осветительные светодиоды – относительно новые элементы светотехники. Первые модели применялись как индикаторы еще лет 30 назад. Но прогресс на месте не стоит. Инженерам удалось получить большую яркость при минимальном размере и потребляемом токе в сравнение с лампами. Кроме того, светодиоды имеют намного большую механическую прочность. Как лампочку их уже не разобьешь.

Светодиодная осветительная продукция серьезно потеснила практически все другие источники света. Светодиоды могут обеспечить освещение не хуже лампового. А их энергоэффективность намного выше. Обычно источники света на основе светодиодов окупаются в течение года. Сейчас их можно встретить в качестве домашнего освещения, уличных фонарей. Они устанавливаются в световое оборудование автомобилей. Даже в мониторах и телевизорах они заменили лампы подсветки.

Cодержание

Назначение.

Светодиод весьма чувствителен к качеству электропитания. Если пониженное напряжение ему не сделает ничего плохого, то повышенные напряжения и токи очень быстро снижают ресурс этих перспективных источников света. Многие видели, наверное, как на автомобилях хаотично моргают огни. Этот светодиод уже отслужил.

Для обеспечения стабильного электропитания (поддержания заданного напряжения и тока) необходима дополнительная электронная схема – блок питания или драйвер питания. Часто его называют led driver.

Принцип работы.

Электронная схема должна обеспечить строго стабилизированные напряжение и ток, подводимые к кристаллу. Небольшое превышение в цепи питания существенно снижает ресурс светоизлучателя.

В простейшем и самом дешевом случае просто ставят ограничительный резистор.

Питание диода через ограничивающий резистор.

Это простейшая линейная схема. Она не способна автоматически поддерживать ток. С ростом напряжения, он будет расти, при превышение допустимого значения произойдет разрушение кристалла от перегрева. В более сложном случае управление реализуется через транзистор. Недостаток линейной схемы – бесполезное рассеивание мощности. С ростом напряжения будут расти и потери. Если для маломощных LED-источников света такой подход еще допустим, то при использовании мощных светоизлучающих диодов такие схемы не используются. Из плюсов только простота реализации, низкая себестоимость, достаточная надежность схемы.

Можно применить импульсную стабилизацию. В простейшем случае схема будет выглядеть так:

Пример.Импульсная стабилизация (упрощенно)

При нажатии на кнопку происходит заряд конденсатора, при отпускании, он отдает накопленную энергию полупроводнику, а тот излучает свет. При росте напряжения время на зарядку сокращается, при падении – увеличивается. Вот так на кнопку и надо нажимать, поддерживая свечение. Естественно, сейчас это все делает электроника. В источниках питания роль кнопки выполняет транзистор, либо тиристор. Это – принцип ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Замыкание происходит десятки, а то и тысячи раз в секунду. КПД ШИМ может достигать 95%.

Категорически не стоит путать светодиодный драйвер и ПРА для люминесцентных ламп, у них разные принципы работы.

Характеристики драйверов, их отличия от блоков питания LED ленты.

Если сравнивать драйвер и блок питания, то у них есть различия в работе. Драйвер – это источник тока. Его задача поддерживать именно определенную силу тока через кристалл или светодиодную линейку.

Задача стабилизированного блока питания в выдаче именно стабильного напряжения. Хотя блок питания – понятие обобщенное.

Источник напряжения применяется в основном со светодиодной лентой, где диоды включены в параллель. Соответственно через них должен проходить равный ток, при неизменном напряжении. При использовании одного светодиода важно обеспечить определенную силу тока через него. Отличия есть, но оба выполняют одну и туже задачу – обеспечение стабильного питания.

Для подключения светодиодной ленты необходимы, как правило, блоки питания, выдающие 12, либо 24 В. Второй параметр – это мощность. Блок питания должен выдавать мощность не равную, а несколько большую, чем мощность подключаемой светодиодной линейки. В противном случае, яркость свечения будет недостаточна. Обычно запас по мощности рекомендуется в пределах 20-30 процентов от суммарной мощности.

При выборе драйвера нужно учесть:

  • Мощность,
  • Напряжение,
  • Предельный ток.

Кроме того, существуют и регулируемые источники питания. Их задача – регулировка яркости освещения. Но различаются принципы – регулировка напряжения, либо силы тока.

Для подключения led-линейки потребуется большая сила тока при неизменном напряжении.

Суммарная мощность будет рассчитываться по формуле P = P(led) × n, где Р – мощность, Р(led) – мощность единичного диода в линейке, n – их количество.

Сила тока через линейку будет рассчитываться по аналогичной формуле.

Если есть желание самостоятельно изготовить источник питания для светодиодов, то самый простой вариант – импульсный без гальванической развязки.

Схема простого led-драйвера без гальванической развязки.

Схема проста и надежна. Делитель основан на емкостном сопротивлении. Выпрямление производится при помощи диодного моста. Электролитический конденсатор (перед L7812) сглаживает пульсации после выпрямления. Конденсатор после L7812 сглаживает пульсации на светодиодах. На работу схемы он не влияет. L7812 – собственно сам стабилизатор. Это импортный аналог советских микросхем серии КРЕНхх. Та же самая схема включения. Характеристики несколько улучшены. Однако предельный ток составляет не более 1.2А. Это не позволит создать мощный светильник. Существуют неплохие варианты готовых источников питания.

Как выбрать драйвер для светодиодов.

От выбора драйвера зависит срок службы светодиодов. При этом светодиод достигает своих номинальных характеристик, так как получает необходимую ему мощность.

В зависимости от степени защиты драйвер можно применять либо дома, либо на улице. Внешне драйвер может быть открытым, в корпусе из перфорированного металла, либо – закрытый, размешенный в герметичной металлической коробке. Для дома достаточно негерметизированного пластикового корпуса, в котором расположен электронный блок.

Сразу стоит учесть, что ограничивающий резистор – это не самый лучший вариант. Он не избавит ни от скачков питающей сети, ни от импульсных помех. Любое изменение напряжения приведет в скачку тока. Линейные стабилизаторы также не являются достойным средством запитки светоизлучающих диодов. Его способности ограничиваются низкой эффективностью.

Выбор драйвера производится только после того, как известна суммарная мощность, схема подключения и количество светодиодов.

Сейчас много подделок и одни и те же по типоразмерам диоды могут обеспечивать разные мощности. Лучше использовать только известные марки электротехнической продукции.

На корпусе драйвера для подключения светодиодов, всегда размещена спецификация. Она включает:

  • класс защищенности от пыли и жидкости,
  • мощность,
  • номинальный стабилизированный ток,
  • рабочее входное напряжение,
  • диапазон выходного напряжения.

Достаточно популярны бескорпусные led-драйверы. Плату потребуется разместить в корпусе. Это необходимо для безопасного использования. Платы больше подходят для радиолюбителей-энтузиастов. У них входное напряжение может быть либо 12 В, либо 220 В.

Также стоит продумать о размещении драйвера. Температура и влажность влияют на надежность системы освещения.

Не стоит пытаться выжать из источника тока максимум. Это приводит к работе на предельных режимах, соответственно возникает повышенный нагрев. Превышение может вывести стабилизатор из строя.

Виды драйверов.

По типу их можно подразделить на:

Линейные. Они наиболее подходящие, если входное напряжение не стабильно. Отличаются улучшенной стабилизацией. Распространены мало по причине низкого КПД. Выделяет большее количество тепла, подходит для маломощной нагрузки.

Внутреннее устройство драйвера

Внешний вид и схема драйвера LED 1338G7.

Импульсные. Основаны на микросхемах ШИМ. Обладают высоким КПД. Отличаются малым нагревом и длительным сроком службы.

ШИМ-драйвер Recom.

Микросхемы ШИМ создают значительный уровень электромагнитных помех. Людям с кардиостимуляторами не рекомендовано находится в помещениях, где применяются такие драйвера для питания светодиодов.

Драйвер, работающий с диммером. Принцип основан на использовании ШИМ-контроллера. Принцип состоит в том, что регулируется сила тока на светодиодах. Низкокачественные изделия дают эффект мерцания.

Драйвер с диммером.

LED драйвер на 220 В.

Существует немало уже готовых светодиодных драйверов промышленного производства. Естественно, они обладаю различными характеристиками. Их особенность в том, что они питаются от сети 220 В переменного напряжения и могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. Задача, у них все та же. Выдать определенную силу тока. Многие промышленные изделия уже имеют гальваническую развязку. Гальваническая развязка предназначена для передачи электроэнергии без непосредственного соединения входной и выходной частей схемы. Это дополнительные очки в плане электробезопасности (простейшей и исторически первой гальванической развязкой считается обычный трансформатор). Обычно они имеют нестабильность не более 3 %. В подавляющем большинстве сохраняют работоспособность от 90-100 Вольт и до 260 Вольт. В магазинах очень часто их могут называть:

  • блок питания (БП),
  • источник тока,
  • адаптер питания,
  • источник питания.

Это все одно и тоже устройство. Продавцы не обязаны обладать техническим образованием.

Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.

Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Тем не менее лучше не приобретать безымянную продукцию родом из Китая. Хотя временами и попадаются достойные внимания экземпляры, что в прочем явление редкое. Существует огромное количество поддельных осветителей. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. Такие источники тока при выходе из строя могут дать импульс и сжечь led-ленту.

Но тем не менее рынок в основном занят именно китайской продукцией. Российские поставщики известны не широко. Из них можно ответить продукцию фирм Аргос, Тритон ЛЕД, Arlight, Ирбис, Рубикон. Большинство моделей может работать и в экстремальных условиях.

Из иностранных можно смело выбрать источники тока от Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.

Led-драйвер Helvar.

Led-драйвер Mean Well.

Led-драйвер DEUS.

Led-драйвер «Ирбис».

Led-драйвер MOSO.

Из китайских можно доверять MOSO. Возможно появление новых брендов, которые производят конкурентоспособные устройства.

Хорошие рекомендации имеют Texas Instruments (США) и Rubicon (Япония, не путать с «Рубикон» Россия. Это разные марки). Но пока они дороги.

Схема подключения драйвера к светодиодам.

Перед подключением светодиодов к драйверу необходимо уметь определять его полярность, иными словами, распознавать, где анод (+), где катод (-). Без этого света не будет.

Индикаторные диоды, а также некоторые маломощные осветительные, имеют два вывода.

Выводы светодиода.

Светодиоды в исполнении SMD (поверхностный монтаж) имеют либо 2, либо 4 вывода. В любом случае это анод и катод.

Выводы светодиодов в SMD-исполнении.

В первом случае выводы 3 и 4 могут быть не задействованы. Во втором случае косой срез расположен ближе к катоду. Обратите внимание, единого стандарта нет и возможны различия в полярности.

Поэтому можно либо обратиться к datasheet, либо использовать низковольтный источник постоянного тока и резистор ограничитель. В случае неправильной полярности светодиод не может загореться.

При использовании источника тока схема драйвера для светодиодов будет следующая:

Схема подключения светодиода.

Если у нас источник напряжения, то подключение осуществляется через ограничивающий резистор.

Схема подключения светодиода к источнику
напряжения через ограничитель.

Классическая светодиодная лента построена по такой схеме:

Схема светодиодной линейки.

В этом случае расчет производится по формулам:

Формула связи тока, напряжения, сопротивления.

При подключении важно учитывать:

  • При малой силе тока, мы теряем в яркости, при большой в сроке службы.
  • Напряжение из datasheet указывает падение напряжения при прохождении номинального тока. Этот параметром не основной.
  • Мощным светодиодам требуется и качественное питание, и хорошее охлаждение.

Схемы (микросхемы) светодиодных драйверов.

Как правило драйвера светодиодов строятся на интегральных стабилизаторах (КРЕНхх, либо импортные аналоги) или ШИМ. Схемы достаточно просты.

Использовании микросхем для стабилизации.

Принципиальные схемы светодиодных драйверов.

Существует схема самодельного источника тока на советской микросхеме К142ЕН12А. Резистор R2 позволяет менять яркость свечения.

Принципиальная схема на отечественных компонентах.

Линейный светодиодный драйвер своими руками.

Эта часть статьи посвящена радиолюбителям.

Оригинальный линейный источник тока на компараторе.

Это весьма интересная схема. В качестве ключевого элемента выступает униполярный (полевой) транзистор. Степенью его открытия управляет микросхема – квадрантный компаратор напряжения. Возможно, эта схема покажется сложной, но тем не менее ее можно смело отнести к линейным источникам тока, так как управление током осуществляется через соединение «исток-сток». Степень открытия зависит от приложенного к затвору напряжения. Регулировка достигается за счет связи одного из входов компаратора и напряжения со стока. VD1 выполняет функцию защиты.

Срок службы светодиодных драйверов.

Как такового определенного срока службы нет, но многие производители готовы дать гарантию сроком в пять лет на свою продукцию. Естественно, при согласовании мощностей. Для того, чтобы источник питания прослужил дольше не следует давать нагрузку, при которой он будет отдавать предельные токи. Если он собран из качественных комплектующих, то он будет стабильно работать достаточно долгое время. Но рабочие температуры могут быть близки к критическим (зависит от схемотехнических решений). Оптимально, если мощность потребителей будет меньше на 20-30 процентов.

Если говорим о самодельном изготовлении, то многое зависит от качества сборки, качества радиодеталей. Интегральные стабилизаторы желательно закреплять на радиатор для обеспечения теплового режима, не следует забывать о про теплопроводящую пасту между корпусом стабилизатора и теплоотводом.

Об авторе: Vamfaza

САМОДЕЛЬНЫЙ ФОНАРИК НА СВЕТОДИОДЕ CREE

Во времена увлечения туризмом был приобретен фонарь Duracell c мощной криптоновой лампой на двух больших батарейках типоразмера D (в советском варианте тип 373). Светил отлично, но высаживал батарейки часа за 3-4.

Кроме того, дважды случилась неприятность – батарейки потекли и электролитом залило все внутри фонаря. Контакты окислились, покрылись ржавчиной и даже после чистки и установки новых элементов питания, фонарь уже не внушал доверия, а уж батарейки тем более. Выбросить было жалко, а не имение возможности использовать, натолкнуло на мысль переделать фонарь на модные сейчас литиевый аккумулятор и светодиод. С полгода в закромах лежал литиевый аккумулятор Sanyo 18650 емкостью 2600 мА/ч, у китайских товарищей выписал вот такой светодиод (якобы Cree XML T6 U2) с рабочим напряжением 3-3,6 В, током 0,3-3 А (опять же, якобы – мощностью 10 Вт), световым потоком 1000-1155 люмен, цветовой температурой 5500-6500 К и углом рассеивания 170 градусов.

Поскольку опыт переделки фонарей на питание от литиевых аккумуляторов уже имелся ( и ), то решил пойти тем же путем: применить хорошо зарекомендовавшую себя связку: АКБ 18650 и контроллер заряда TP4056. Оставалось решить одну проблему – какой драйвер использовать для светодиода? Простым токоограничивающим резистором тут не отделаешься – мощность светодиода пусть и не 10 Ватт, как утверждают китайские товарищи, но все же. Изучая материал по «драйверостроению для мощных светодиодов» набрел на очень интересную, и как оказалось, часто применяемую микросхему АМС7135. На основе данной микросхемы китайцы давно и удачно завалили планету своими фонарями). Принципиальная схема питания мощного светодиода на основе АМС7135.

Как видим, допускается питание в диапазоне 2,7…6 В, а это довольно широкий спектр источников питания, в том числе и литиевые аккумуляторы. Задача чипа – ограничить ток, протекающий через светодиод на уровне 350 мА.
Согласно информации производителя чипа, конденсатор Со нужно использовать, если:

  • длина проводника между АМС7135 и светодиодом больше 3 см;
  • длина проводника между светодиодом и источником питания больше 10 см;
  • светодиод и микросхема не установлены на одной плате.

В реальности производители фонарей зачастую пренебрегаю этими условиями, и исключают конденсаторы из схемы. Но как показал эксперимент – напрасно, о чем несколько позже. К дополнительным преимуществам ИС типа АМС7135 можно отнести наличие встроенной защиты при обрыве, КЗ светодиода и диапазон рабочих температур -4О…85°С. Подробно документацию на чип АМС7135 можно изучить тут.

Схема электрическая фонаря

Еще одной важной и крайне полезной особенностью данной микросхемы является то, что их можно устанавливать параллельно для увеличения тока, протекающего через светодиод. В результате родилась такая схема:

Исходя из нее, ток протекающий через светодиод, составит 1050 мА, что на мой взгляд, более чем достаточно для совсем не тактического, а хозяйственного фонаря. Далее приступил к монтажу все в единую систему. При помощи дремеля в корпусе фонаря удалил направляющие для батареек и контактные шины:

Так же дремелем убрал посадочное гнездо для криптоновой лампы и сформировал площадку для светодиода

Поскольку мощный светодиод во время работы выделяет много тепла, то для его рассеивания решил применить теплоотвод, снятый с материнской платы.

По задумке, светодиод, теплоотвод и головная часть фонаря с отражателем будут создавать одно целое и накручиваясь на корпус фонаря не должны ни за что цепляться. Для этого обрезал грани теплоотвода, просверлил отверстия для проводов и приклеил светодиод к теплоотводу термоклеем.

В Sprint-Layout набросал плату драйвера, вытравил, спаял и так же приклеил к теплоотводу.

Как можно видеть, на плате драйвера установлены конденсаторы 10 мкф на входе и два по 0,1 мкф. Так вот, без них ток через светодиод составлял 850 мА, после их установки – 1030 мА. Далее, через прокладку из тонкого стеклотекстолита, приклеил к радиатору контроллер зарядки литиевого аккумулятора TP4056.

Сначала хотел всю конструкцию приклеить к отражателю:

Но этого оказалось не достаточно и пришлось сформировать подиум.

Далее упаковка АКБ в корпус фонаря, пайка проводов к кнопке и контроллеру.

Такую компоновку выбрал по причине не желания ковырять в корпусе фонаря отверстие под зарядку – все-же фонарь водонепроницаемый. Минус конечно есть – провода перекручиваются при наворачивании конструкции на корпус фонаря, но я сделал их длину с запасом и изломов нет. В результате получился хороший фонарь на мощном светодиоде в водонепроницаемом корпусе. В качестве зарядки – зарядное от смартфона с током 1 А.

Время работы составляет порядка двух часов, далее яркость снижается, но и этого времени вполне достаточно чтоб освещать пространство очень ярким светом. Специально для сайта «Электрические схемы» — Кондратьев Николай, Г. Донецк.

Светодиоды

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Игрушки >

Теги статьи: Добавить тег

Глобальная доработка светодиодного фонарика

DooMmen
Опубликовано 13.09.2012
Создано при помощи КотоРед.

Светодиодные фонарики китайского производства, которыми запаланен весь наш рынок — казалось что может быть проще (как показывает опыт — для китая это слишком просто), вроде-бы и выбор большой, но в каждом фонарике может что-то не понравиться, а если углубляться во внутренности, и схему — иногда удивляешся как оно работает.
Поставил я себе задачу — «Найти подходящего донора, и собрать фонарь пригодный для выживания, с которым можно отправиться куда угодно». После долгих поисков был найден донор:
Это китайский фонарик фирмы Police с маркировкой 20W.
После приобретения фонарик был разобран и проанализированы внутренности. Внутри стоял одноватный светодиод с отражателем дающим очень большую боковую засветку и очень узкий луч света. Драйвер (если это так можно назвать) состоял из небольшого количества деталей — микросхема ME2108А, катушка индуктивности, конденсатор, диод. Вроде-бы все нормально, но дроссель с микросхемой в данной схеме очень грелся, схема потребляла примерно 0.5А от пальчиковой батарейки, и светодиод давал относительно слабый световой поток. Как оказалось позже — данный преобразователь давал без нагрузки на выход 4.5V, а светодиод был рассчитан на 3.6V, за счет маленького тока насыщения дросселя происходило падение выходного напряжения до необходимого и схема «работала».
Так как у меня была задача сделать эффективный источник света, а не использовать китайский драйвер у которого КПД «ниже чем у паровоза», я решил его доработать поменяв светодиод на OSRAM LUW W5AM-LXLY-6P7R-Z с коллиматором OSS-M на угол 30° (можно было поставить всеми любимый Cree, но у нас с ними проблемы, такие как отсутствие маленьких подложек и оптики), и поставить драйвер на основе специализированной микросхемы ZXSC310.
Светодиод фирмы OSRAM был выбран по ряду причин: при токе 350мА светодиод дает световой поток до 150 люмен, максимальный ток светодиода составляет 1А, этот светодиод почти совместим по посадке с штатным, у него самая низкая цена при его мощности.

Замена светодиода производится подогревом подложки светодиода снизу. Отпаиваем старый светодиод и устанавливаем предварительно отцентрировав новый (благо они почти совместимы по выводам, но это не мешает замене).
Далее производим подгонку корпуса фонарика под нашу оптику (которую необходимо подогнать под фонарик)), растачиваем место под коллиматор:

Так-же необходимо снять фаску с края корпуса до резьбы, и уменьшить высоту гайки крепления оптики (так как наша система ниже чем стандартная).
Как показал опыт исполькования различных фонарей — узкий луч яркого света в большинстве случаев ухудшщает видимость и дает малую освещенность, поэтому мой выбор остановился на коллиматоре фирмы LEDIL с маркировкой OSS-M на 30º, предназначенный для светодиодов OSRAM серии DRAGON.
Дорабатываем коллиматор (по умолчанию коллиматор квадратный и в корпусе для приклеивания на подложку светодиода). Вытягиваем коллиматор из его корпуса, отрезаем уши и стачиваем его до необходимого диаметра на точиле.

Последняя доработка корпуса — расточка отверстия гайки крепления оптики (делал на заводе на станке), и герметизация. Отверстие растачивается буквально на 3мм почти до диаметра коллиматора. Для герметизации вклеиваем на термоклей комплектное защитное оргстекло (для этого удобно разогревать гайку феном и намазывать термоклей на горячую поверхность), так-же необходимо герметизировать все резьбовые соединения, хоть там и стоят резиновые уплотнители — они не помогают так как не достают, для решения данной проблемы наматываем сантехническую монтажную ленту в пазы для уплотнителей, и устанавливаем уплотнительные комплектные кольца (сверху их желательно смазать, например вазелином или циатимом) .
Так, с корпусом вроде все понятно, теперь наконец-то приступаем к электронике.
Первая версия фонарика была с широко распространенной схемой драйвера на ZXSC310 с питанием драйвера с выхода (эта схема позволяет «выжать» с батарейки всю мощность, и просаживает наряжение на батарее на одном дыхании до самого возможного миниума).

Но так как меня заразили страшнейшей болезнью — болезнью «Люмена», и кроме того что необходимо получить большую яркость нам необходима универсальность фонаря и долгое время работы. Для большой яркости обычные пальчиковые батарейки не подходят, и я применил Li-Ion аккумулятор LIR14500на 700 mAh, который по размерам совпадает с обычной пальчиковой батарейкой. Но вот не задача — напряжение аккумулятора в заряженном состоянии 4.2V, а максимальное напряжение светодиода при токе 300мА — 3.4V. Повышающий драйвер не подходит.
Вот тут то я и решил воспользоваться основой схемотехники повышающе-понижающих драйверов (Buck-Boost). Кроме схемы драйвера я решил сделать два режима яркости, для этого применил миниатюрный PIC10F220.

Данная схема драйвера обеспечивает питание светодиода током до 300мА при питании от аккумулятора, и ток порядка 100мА при питании от батарейки. Так как в данной схеме нет обратной связи по току светодиода, то при питании от пальчиковой батарейки ток уменьшается, но нестабильность тока при работе от аккумулятора почти не заметна.
Второй задачей была разработка системы управления драйвером. Данная система должна определять напряжение заряда аккумулятора, и при низком заряде индицировать это. Так-же необходимо обеспечивать 2 режима яркости (для увеличения продолжительности свечения).
Данная схема обеспечивает:
-Переключение режимов при кратковременном розрывании питания
-Два режима яркости
-Индикацию разряда аккумулятора и отключение драйвера при полном разряде
-Возможность работы от пальчиковой батарейки
При использовании батарейки система управления не работает (внутренний подтягивающий резистор микросхемы драйвера запускает рдайвер), но как только будет установлен аккумулятор — напряжения питания становится достаточным для запуска контроллера, и фонарик включается в первом «Эконом» режиме на 40% яркости. При кратковременном нажатии на кнопку питания происходит отключение питания, и при отпускании кнопки включается второй режим — максимальная яркость.
Для индикации разряда аккумулятора я использовал АЦП и измерение напряжения внутреннего опорного источника 0.6V (значения АЦП обратнопропорциональны напряжению питания, с учетом падения на диоде). При снижении напряжения до минимального фонарик переключается примерно в 10% яркости, а при полной разрядке аккумулятора контроллер выключает драйвер.
Больше всего проблем было при попытке сделать переключение режимов, и сброс режима через некоторое время (что-бы фонарик включался не с последнего режима, а с эконом), были попытки запитать контроллер от конденсатора на время разрыва питания кнопкой, но возникли проблемы с пробуждением из режима спячки, так как я использовал порт GP2, как датчик наличия напряжения на драйвере, а прерывания по этому выводу порта отсутствуют, а переключать на другой я посчитал неблагоприятным для внутрисхемного программирования контроллера. Долго проводив эксперименты я заметил что контроллер сохраняет состояние регистров даже при долгом отсутствии питания, и проверив теорию я понял в чем дело — на конденсаторе C1 при выключении питания остается заряд примерно 0.7V (при этом напряжении драйвер перестает работать), и этого напряжения вполне хватает что-бы в регистрах контроллера сохранились последние значения (а именно режим). Для «сброса» последнего состояния (происходит примерно за 5с после выключения) я поставил резистор R1.
Перемычка JP1 была введена на всякий случай для отключения котроля разряда.
Двухсторонняя плата получилась достаточно миниатюрной, и устанавливается на место штатной. Метализацию отверстий я производил заклепыванием медной проволоки:


Детали: конденсаторы танталовые в корпусе А, дроссель Sumida CDRH6D38NP-100NC, резисторы типоразмера 0603, низкоомные резисторы датчика тока — типоразмера 0805 сопротивлением 0,05 Ом (с маркировкой E05) установлено 2шт параллельно друг на друге для получения сопротивления 0,025 Ом, диод Шоттки — миниатюрный с низким падением на ток 2А, транзистор (Zetex) на максимально возможный в этом корпусе ток (можно поставить ZXTN25012, ZXTN19020). Светодиод и оптичесскую систему можно использовать и другую, главное что-бы светодиод был расчитан на ток более 300мА для уменьшения тепловыделения.
Драйвер без нагрузки не включать! При включении без нагрузки в лучшем случае будет пробой конденсатора C2, в худшем — выход из строя транзистора, с последующими спецэффектами в виде фейерверка.
Переполюсовка питания драйвера не допустима! При переполюсовке взрывается конденсатор С1 и транзистор!
В итоге получился фонарик внешне почти ни чем не отличимый от оригинала (кроме оптики, которая уже привлекает внимание), но с параметрами и углом светового потока намного лучшими чем у оригинала:

Прошивка данного устройства написана на экологически чистом ассемблере.

Файлы:
Схемы, платы, прошивка, исходник.

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

18 0 0

ДРАЙВЕР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ДЛЯ ФОНАРЯ

Здравствуйте уважаемые пользователи сайта «Радиосхемы». Хочу представить очередной переделанный карманный фонарик с совершенно другим импульсником и расширенными функциями. Автор схемы AVSel с форума фонарёвка, который основной целью, при разработке драйвера преследовал достижение максимального КПД драйвера и светодиода.

Схема драйвера на ATtiny85V

Особенностью данной схемы является полевой транзистор со специальными характеристиками, и диод Шоттки с очень малым падением напряжения на нём. Вот только этот транзистор с n-каналом, и ради него пришлось перевернуть классическую понижающую схему.

Описание функций

  1. Есть 4 режима: 40, 170, 680, 2300 мА. Переключение режимов осуществляется кратковременным <1сек, отключением питания. Режим 40 мА делается ШИМ-ом, из соображений выжимания максимального КПД светодиода.
  2. Контроль разряда аккумулятора — при падении ниже 2.75 В схема переходит в спящий режим.
  3. Индикация заряда аккумулятора, 5 уровней. При двойном клике при работе (прерывании питания) мигает от 1 (разряжен) до 5 (заряжен полностью) раз.
  4. Плавный старт схемы.
  5. Возможность включения термоконтроля. Для этого нужно произвести калибровку.

Порядок калибровки

  • устанавливаем минимальный режим и выключаем питание,
  • устанавливаем напряжения питания 4.5..5 В и подаем питание,
  • драйвер определяет это состояние, сбрасывает данные предыдущей калибровки и переключается в максимальный режим.
  • греем, измеряя температуру градусником или пальцем. Когда считаем что хватит, напряжение опускаем до 4.2 В или ниже.
  • драйвер выключает светодиод, выдерживает паузу 2 секунды для стабилизации напряжения питания и температуры, и сохраняет значение температуры калибровки в EEPROM. Если отключить питание ранее этотого момента, то термоконтроль будет отключен.
  • после сохранения на 2 секунды зажигается светодиод, все, калибровка выполнена,
  • выключаем питание, немного остужаем, включаем, переводим в максимальный режим, греем, проверяем работу термоконтроля.

Переходим от теории к практической реализации схемы LED драйвера. Имеется вот такой фонарик в наличии, решил его переделать, плата соответственно и разводилась под него:

Запустился без танцев, очень интересная схема, рекомендую!

Далее был найден светодиод CREE XPG — холодный, белый. Подложка как раз в размер платы. Вот основные характеристики светодиода CREE XPG BWT EF5:

Подобран нужный ток, в максимальный режим не загоняю, где то процентов на 85. При максимальном начинает ощутимо греться, но даже при токе в 230 мА световой поток достаточно мощный. Радиатор обязательно нужно ставить. Первые пробы на дальность порадовали, визуально метров 200, может и более, это при условии что оптика стоит пластмассовая родная китайская. Начинаю всё уталкивать в корпус. Далее приведу фотографии связанные с переделкой фонарика из которых видно что да как.

Очередным вопросом стала защита драйвера от переполюсовки по питанию, ну бывает всунули аккумулятор вверх тормашками и прощай драйвер. Надежная и проверенная защита на полевом транзисторе Р-канал, сопротивление исток-сток в открытом состоянии имеет сопротивление «гвоздя» — 0,02 Ом.

Плата №2 с контактной площадкой под плюс аккумулятора и защитой на полевике двусторонняя и выглядит так:

Плата драйвера со стороны силовой части. Видно, что напаян поясок обмоточным проводом 1,5 мм. Для увеличения расстояния между платами, так как они касались друг друга.

Вид драйвера со стороны контроллера, ёмкость сглаживающую пришлось заменить на менее габаритную, хоть и имеет ёмкость в 47,0 мкф, на КПД драйвера не сказалось.

Дальше была приклеена подложка со светодиодом к переходнику теплопроводящим клеем.

На этом фото видно, что нанес термопасту КПТ на корпус контроллера, так как он отслеживает температуру кристалла и должен иметь хороший тепловой контакт с переходником светодиода.

Тут видно, что провода идущие к светодиоду пропустил через переходник.

Далее собираем всё в цельную конструкцию патрона, снова же через теплопроводящий клей.

Драйвер — вид снизу.

Платой №3 стала плата кнопки питания, из-за того, что места уж очень мало в фонаре, то пришлось подгонять учитывая буквально каждую десятую миллиметра. Была поставлена новая кнопка питания, контактная группа была включена параллельно для больше точности и имеет кнопка такой вид:

Теперь это всё хозяйство надо скрутить в фонарь, на резьбу патрона нанес термопасту КПТ для большего теплового контакта с основным корпусом фонаря.

Аккумулятор типа LI-POL выбран не случайно.

И, наконец, готовый фонарик в работе, это его второй токовый режим с током диода порядка 100 мА.

На этом с изготовлением нового драйвера фонарика покончено. Замечено, что мощность светового потока достаточна даже для начала тления и последующего воспламенения бумаги, тканей и т.д. Сейчас покажу этот момент, но доводить до воспламенения не буду, так как жалко диод испоганить, остановимся на тлении. Но мощности его хватает для таких опытов лишь с очень близкого расстояния. На видео виден процесс, причем довольно быстро:

Видео работы

Качество не супер — была использована камера на мобильнике, это так по быстрому. Все файлы проекта . Автор материала ГУБЕРНАТОР.

Форум по LED

Обсудить статью ДРАЙВЕР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ДЛЯ ФОНАРЯ

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх