Простой ШИМ-регулятор яркости светодиодов
С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.
Схема и принцип её работы
С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно.
Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток — низкий КПД. Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза. 
Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Uпит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3Uпит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -U пит. Достигнув отметки 1/3Uпит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы.
Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1.
В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод.
Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.
Плата и детали сборки регулятора яркости
Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.
Плата в файле Sprint Layout 6.0: reguljator-jarkosti.lay6
После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы.
- DA1 – ИМС NE555;
- VT1 – полевой транзистор IRF7413;
- VD1,VD2 – 1N4007;
- R1 – 50 кОм, подстроечный;
- R2, R3 – 1 кОм;
- C1 – 0,1 мкФ;
- C2 – 0,01 мкФ.
Заказать готовую сборку от автора можно здесь.
Практические советы
Транзистор VT1 должен подбираться в зависимости от мощности нагрузки. Например, для изменения яркости одноваттного светодиода достаточно будет биполярного транзистора с максимально допустимым током коллектора 500 мА.
Управление яркостью светодиодной ленты должно осуществляться от источника напряжения +12 В и совпадать с её напряжением питания. В идеале регулятор должен питаться от стабилизированного блока питания, специально предназначенного для ленты.
Нагрузка в виде отдельных мощных светодиодов запитывается иначе. В этом случае источником питания диммера служит стабилизатор тока (его еще называют драйвер для светодиода). Его номинальный выходной ток должен соответствовать току последовательно включенных светодиодов.
Читайте так жеПростой ШИМ регулятор 0-100% для светодиодного светильника на 555 таймере, или модернизация торшера
Как-то раз меня попросили… даже не знаю с чего начать, возможно это было так: «Нужен дешевый простой светильник на N-надцати светодиодах OSRAM LUW W5AM-LXLY-6P7R-Z с крутилкой яркости», как оказалось позже — это был торшер, и светодиодов туда было решено поставить 4 шт, а драйвера — самый дешевый вариант, а именно — линейный стабилизатор тока на 350mA NSI50350AST3G.Вроде-бы все просто, блок питания на 12V, подложка на 4 светодиода (2х2 — последовательно-параллельное соединение), 4 драйвера в параллель, и какой-нибудь ШИМ для регулировки от выключенного состояния до максимума. И понеслось!
Светодиоды светят на все 14W, оставляя ослепительные впечатления у сетчатки, драйвера греются рассеивая лишние 5W энергии в тепло, а ШИМ… да не было у нас изначально ШИМа.
Для ШИМа я решил взять (в первый раз в своей жизни) универсальную микросхему — NE555. В интернете было найдено достаточно много схем ШИМа, и после сборки одной из них я получил крутилку яркости от 5% до 95%, что не подходило для данной конструкции и методом проб и ошибок, а так-же эмуляции всего этого безумия в Протеусе я достиг результата! Пришлось использовать таймер немножко «наоборот» — выход таймера используется для заряда/разряда конденсатора, а вывод разряда конденсатора использовать как выход.
| Схема ШИМа 0-100% |
Переменный резистор — самое критичное место схемы! Для плавной регулировки необходимо использовать резистор с Логарифмической зависимостью на сопротивление 10k — 100k (можно и другие, но частоту придется подобрать конденсатором).
Во время экспериментов были мысли о использовании вместо таймера контроллера — оцифровывать напряжение с переменника, и выдавать соответствующее заполнение ШИМа, но нас «попустило»)
Небольшой фото отчет с будущей электроникой торшера:
| Вся электроника |
| Светодиоды |
| ШИМ |
Файлы для Proteus — вот (Осторожно! Схема отличается, но это сделано для обеспечения возможности работы в эмуляторе, в реальных условиях схема из статьи — работает).
doommen.blogspot.com
СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА
Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными — ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная — она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.
Схема ШИМ регулятора
Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.
Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.
Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:
А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 — 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.
Работа ШИМ регулятора
Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума — открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю — система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.
Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда — меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.
Рекомендации по сборке и настройке
Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.
Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел — подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.
Форум по широтно-импульсным регуляторам
Обсудить статью СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА
radioskot.ru
Мощный ШИМ регулятор своими руками
Приветствую, Самоделкины!
Совсем недавно Роману, автору YouTube канала «Open Frime TV», понадобился мощный ШИМ-регулятор. Начались поиски и проверки разных схем. В итоге он остановился на данном варианте:
Автор уже не однократно снимал ролики про шим-регуляторы, но на момент их создания не особо разбирался в схемотехнике, да и не было оборудования для того, чтобы полностью протестировать получившиеся устройства.
Теперь же у автора появился осциллограф, с помощью которого можно увидеть все косяки.
Давайте разберемся в ошибках, чтобы в дальнейшем их не допускать. Самая важная ошибка — это непонимание принципа работы полевого транзистора. Те, кто не первый год занимается электроникой знают, что для открытия полевика нужно не только напряжение, но некий ток.
Это же касается и закрытия. Если этого тока недостаточно, то транзистор будет медленнее открываться и, следовательно, сильнее греться.
Нагрев мосфетов в ключевом режиме появляется именно в моменты переключения, и чем быстрее мы будем коммутировать транзистор, тем меньше он будет нагреваться. Большинство новичков этого не знают и поэтому, в некоторых схемах, силовой транзистор довольно сильно нагревается. У автора было точно также и на тот момент ему было непонятно почему так происходит.
Думаю, все кто искал схему шим-регулятора, натыкались на вариант с микросхемой ne555 и кучей транзисторов, но стоит заглянуть в ее datasheet и мы увидим максимальный выходной ток 200 мА.
Этого тока явно недостаточно для корректной работы устройства. Как же тогда собрать отличный шим-регулятор и уменьшить его нагрев? Все очень просто, необходимо на выход управляющей микросхемы поставить драйвер, который сможет обеспечить достаточный ток для открытия и закрытия мосфетов.
На осциллограммах четко видно, как переключается транзистор без драйвера и когда он есть. Тут даже невооруженным взглядом можно увидеть преимущества драйвера.
Теперь давайте взглянем на схему устройства:
Как видим, в качестве задающий микросхемы, автор применил TL494. Почему именно ее? Да потому, что она очень популярна и легка в настройке.
Автор также пробовал собирать ШИМ на Uc3843, но там есть свои особенности, которые затрудняют сборку. Делал и на 555-ой, но больше всего приглянулась именно 494-ая. В нее можно без особых проблем добавить ограничитель тока, но это уже будете делать под ваши нужды.
Теперь пару слов про работу схемы. TL494 генерирует прямоугольные импульсы, частота которых задается с помощью вот этого конденсатора и резистора:
Потом эти импульсы усиливаются драйвером и поступают на затворы транзисторов.
У каждого транзистора на затворе свой резистор. Это сделано с целью убрать звон при закрытии.
Так как это полевые транзисторы, то при параллельном включении им не нужны токоограничивающие резисторы, что повышает КПД схемы. Также на схеме можем видеть 2 входных напряжения.
Это сделано с целью расширения пределов работы самого шим-регулятора. Если входное напряжение находится в районе 13-30В, то можно установить перемычку и питать схему одним напряжением.
Также нужно сказать пару слов про транзисторы.
IRFZ44N рассчитан на напряжение 50В.
Если вам нужно управлять более высоким напряжением, то необходимо заменить транзисторы под ваши параметры. К примеру, IRF540 рассчитаны уже на напряжение 100В.
Со схемой закончили, рассмотрим печатную плату.
Тут в глаза бросаются силовые дорожки. Они не очень большие, но все компенсируется после сборки устройства. Их придется пропаять медным проводом для повышения токопроводимости. Это будет лучшим решением, так как делать саму дорожку еще больше нету смысла, она имеет маленькое сечение и не сможет провести большой ток.
С платой тоже разобрались. Давайте ее соберем. Это не составит трудностей, деталей немного и сложность минимальная.
э
С обратной стороны пропаяли силовые дорожки. Теперь необходимо установить транзисторы на радиатор, вы же не думаете, что мы полностью избавились от нагрева.
При установке можно не использовать изолирующие подложки, так как транзисторы включены параллельно.
С таким радиатором можно коммутировать токи до 20А. При б0льших токах требуется б0льший радиатор.
Ну и в конце можно производить тесты. Подаем напряжение на схему (в данном случае оно составляет 28В) и производим включение.
Для начала подключаем 2 лампы накаливания мощностью 100Вт, рассчитанные на напряжение 36В.
Но это такое, детский сад, схема справляется на раз-два. Теперь можно взять нагрузку помощнее, к примеру, вот такую нихромовую спираль.
Как видим ток идет довольно таки большой, но схема держится молодцом. Саму плату автор собирал одному человеку для мощного двигателя постоянного тока. Пока жалоб не было, поэтому можно советовать ее к повторению. Ну а на этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Видео:
Источник
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.usamodelkina.ru
Простой ШИМ регулятор на NE555
С аналоговым интегральным таймером SE555/NE555 (КР1006), выпускаемым компанией Signetics Corporation с далекого 1971 года прекрасно знакомо большинство советских и зарубежных радиолюбителей. Трудно перечислить, для каких только целей не использовалась эта недорогая, но многофункциональная микросхема за почти полувековой период своего существования. Однако, даже несмотря на быстрое развитие электронной промышленности в последние годы, она по-прежнему продолжает пользоваться популярностью и выпускается в значительных объемах.Предлагаемая Jericho Uno простенькая схемка автомобильного ШИМ-регулятора – не профессиональная, полностью отлаженная разработка, отличающаяся своей безопасностью и надежностью. Это всего лишь небольшой дешевый эксперимент, собранный на доступных бюджетных деталях и вполне удовлетворяющий минимальным требованиям. Поэтому его разработчик не берет на себя ответственности за все то, что может произойти с вашим оборудованием при эксплуатации смоделированной схемы.
Схема ШИМ регулятор на NE555
Для создания ШИМ-устройства вам понадобится:
- электропаяльник;
- микросхема NE555;
- переменный резистор на 100 кОм;
- резисторы на 47 Ом и 1 кОм по 0,5W;
- конденсатор на 0,1 мкФ;
- два диода 1N4148 (КД522Б).
Пошаговая сборка аналоговой схемы
Построение цепи начинаем с установки перемычек на микросхему. Используя паяльник, замыкаем между собой следующие контакты таймера: 2 и 6, 4 и 8.
Дальше, руководствуясь направлением движения электронов, распаиваем на переменном резисторе «плечи» диодного моста (проход тока в одну сторону). Номиналы диодов подобраны из имеющихся в наличие, недорогих. Можно заменить их любыми другими – это практически не повлияет на работу схемы.
Во избежание короткого замыкания и перегорания микросхемы при выкручивании переменного резистора в крайнее положение, ставим по питанию шунтирующее сопротивление в 1 кОм (контакты 7-8).
Поскольку NE555 выступает в роли генератора пилы, для получения схемы с заданной частотой, длительностью импульса и паузой, осталось подобрать резистор и конденсатор. Неслышных 18 кГц нам даст конденсатор 4,7 нФ, но такое малое значение емкости вызовет перекос плеч при работе микросхемы. Ставим оптимальную в 0,1 мкФ (контакты 1-2).
Избежать противного «пищания» схемы и подтянуть выход к высокому уровню можно чем-то низкоомным, например резистором 47-51 Ом.
Осталось подключить питание и нагрузку. Схема рассчитана на входное напряжение бортовой сети автомобиля 12V постоянного тока, но для наглядной демонстрации вполне запустится и от 9V батареи. Подключаем ее на вход микросхемы, соблюдая полярность (плюс на 8 ножку, минус на 1 ножку).
Осталось разобраться с нагрузкой. Как видно из графика, при понижении переменным резистором выходного напряжения до 6V пила на выходе (ножки 1-3) сохранилась, то есть NE555 в данной схеме и генератор пилы и компаратор одновременно. Ваш таймер работает в а-стабильном режиме и имеет коэффициент заполнения меньше 50%.
Модуль выдерживает 6-9 А проходного постоянного тока, так что при минимальных потерях можно подключить к нему как светодиодную полосу в автомобиле, так и маломощный двигатель, который и дым развеет и лицо в жару обдует. Примерно так:
Или так:
Принцип работы ШИМ регулятора
Работа ШИМ регулятора достаточно проста. Таймер NE555 отслеживает напряжение на емкости С. При ее заряде до достижения максимума (полный заряд) происходит открывание внутреннего транзистора и появлению логического нуля на выходе. Далее емкость разряжается, что приводит к закрытию транзистора и приходу к выходу логической единицы. При полном разряде емкости происходит переключение системы и все повторяется. В момент заряда ток идет по одному плечу, а при разряде – по-другому. Переменным резистором мы меняем соотношение сопротивления плеч, автоматически понижая либо увеличивая напряжение на выходе. В схеме наблюдается частичное отклонение частоты, но в слышимый диапазон она не попадает.
Смотирте видео работы ШИМ регулятора
sdelaysam-svoimirukami.ru
Простейший регулятор яркости светодиодов | Мастер-класс своими руками
Простейшая схема регулятора яркости светодиодов, представленная в этой статье, с успехом может быть применена в тюнинге автомобилей, ну и просто для повышения комфорта в машине в ночное время, например для освещения панели приборов, бардачков и так далее. Чтобы собрать это изделие, не нужно технических знаний, достаточно быть просто внимательным и аккуратным.Напряжение 12 вольт считается полностью безопасным для людей. Если в работе использовать светодиодную ленту, то можно считать, что и от пожара вы не пострадаете, так как лента практически не греется и не может загореться от перегрева. Но аккуратность в работе нужна, что бы ни допустить короткого замыкания в смонтированном устройстве и как следствие пожара, а значит сохранить своё имущество.
Транзистор Т1, в зависимости от марки, может регулировать яркость светодиодов общей мощностью до 100 ватт, при условии, что он будет установлен на радиатор охлаждения соответствующей площади.
Работу транзистора Т1 можно сравнить с работой обыкновенного краника для воды, а потенциометра R1 – с его рукояткой. Чем больше откручиваешь – тем больше течёт воды. Так и здесь. Чем больше откручиваешь потенциометр – тем больше течёт ток. Закручиваешь – меньше течёт и меньше светят светодиоды.
Схема регулятора
Для этой схемы нам понадобятся не многочисленные детали.
Транзистор Т1. Можно применить КТ819 с любой буквой. КТ729. 2N5490. 2N6129. 2N6288. 2SD1761. BD293. BD663. BD705. BD709. BD953. Эти транзисторы нужно выбирать в зависимости от того, какую мощность светодиодов вы планируете регулировать. В зависимости от мощности транзистора находится и его цена.
Потенциометр R1 может быть любого типа сопротивлением от трёх до двадцати килом. Потенциометр сопротивлением три килоома лишь немного снизит яркость светодиодов. Десять килоом — убавит почти до нуля. Двадцать – будет регулировать со средины шкалы. Выбирайте, что вам подходит больше.
Если вы будете использовать светодиодную ленту, то вам не придётся заморачиваться с расчётом гасящего сопротивления (на схеме R2 и R3) по формулам, потому что эти сопротивления уже вмонтированы в ленту при изготовлении и всё, что нужно, это подключить её к напряжению 12 вольт. Только нужно купить ленту именно на напряжение 12 вольт. Если подключаете ленту, то сопротивления R2 и R3 исключить.
Выпускают так же светодиодные сборки, рассчитанные на питание 12 вольт, и светодиодные лампочки для автомобилей. Во всех этих устройствах при изготовлении встраивают гасящие резисторы или драйверы питания и их напрямую подключают к бортовой сети машины. Если вы в электронике делаете только первые шаги, то лучше воспользоваться именно такими устройствами.
Итак, с компонентами схемы мы определились, пора приступать к сборке.
Прикручиваем на болтик транзистор к радиатору охлаждения через теплопроводящую изолирующую прокладку (чтобы не было электрического контакта радиатора с бортовой сетью автомобиля, во избежание короткого замыкания).
Нарезаем провод на куски нужной длинны.
Зачищаем от изоляции и лудим оловом.
Зачищаем контакты светодиодной ленты.
Припаиваем провода к ленте.
Защищаем оголённые контакты при помощи клеевого пистолета.
Припаиваем провода к транзистору и изолируем из термоусадочным кембриком.
Припаиваем провода к потенциометру и изолируем их термоусадочным кембриком.
Собираем схему с применением контактной колодки.
Подключаем к аккумулятору и опробуем в работе на разных режимах.
Всё работает хорошо.
Смотрите видео работы регулятора
sdelaysam-svoimirukami.ru
Регулятор яркости светодиодов. Схема ШИМ диммера
В данной статье описано как собрать простой, но эффективный регулятор яркости светодиодов основанный на ШИМ регулировании яркости (диммер) свечения светодиодов.
Светодиоды (светоизлучающие диоды) очень чувствительные компоненты. При превышение питающего тока или напряжения выше допустимого значения может привести к выходу их из строя или же значительно сократить срок службы.
Обычно ток ограничивается с помощью резистора последовательно подключенного к светодиоду, или же регулятором тока цепи (драйвером). Увеличение тока на светодиоде увеличивает его интенсивность свечения, а снижение тока уменьшает его. Один из способов регулирования яркости свечения является использование переменного резистора (потенциометр) для динамического изменения яркости.
Но это только применимо к единичному светодиоду, поскольку даже в одной партии могут быть диоды с разной силой свечения и это повлияет на неравномерность свечения группы светодиодов.
Широтно-импульсная модуляция. Намного эффективнее метод регулирования яркости свечения путем применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ). С ШИМ, группы светодиодов обеспечиваются рекомендуемым током, и в тоже время появляется возможность производить регулирование яркости за счет подачи питания с высокой частотой. Изменение периода вызывает изменение яркости.
Рабочий цикл можно представить как соотношение времени включения и выключения питания поступающего на светодиод. Допустим, если рассмотреть цикл в одну секунду и при этом в выключенном состоянии светодиод будет 0,1 сек., а во включенном 0,9 сек., то получается что свечение составит около 90% от номинального значения.
Описание шим регулятора яркости
Самый простой способ для достижения данного высокочастотного переключения – применение микросхемы таймера ne555, одой из самых распространенных и самых универсальных микросхем, когда-либо созданных. Схема ШИМ регулятора, показанная ниже предназначен для использования в качестве диммера для питания светодиодов (12 вольт) или регулятора скорости вращения для двигателя постоянного тока на 12 В.
В данной схеме, сопротивление резисторов к светодиодам необходимо подобрать, чтобы обеспечить прямой ток в 25 мА. В результате общий ток трех линеек светодиодов составит 75мА. Транзистор должен быть рассчитан на ток не менее 75 мА, но лучше взять с запасом.
Эта схема диммера осуществляет регулировку от 5% до 95%, но используя германиевые диоды вместо 1N4148, диапазон может быть расширен от 1% до 99% от номинального значения.
Источник: www.reuk.co.uk
www.joyta.ru