18 декабря 2010

Cветодиодная лампа с регулировкой яркости

DIY или Сделай сам
Самодельная светодиодная лампа снабжена увеличительным стеклом, и предназначена для комфортного мелкого монтажа и разборок с миниатюрными радиодеталями — многие радиолюбители знают, что на некоторых SMD-деталях трудно разглядеть маркировку даже под увеличительным стеклом. Наличие качественно рассеянной подсветки значительно улучшает чтение маркировки, и упрощает визуальный поиск дефектов в электронных приборах. Коротко характеристики лампы:
— напряжение питания 12 вольт постоянного тока, максимальная потребляемая мощность около 6..7 Вт, количество светодиодов — 20 шт.
— встроенный режим автоматической калибровки под напряжение источника питания.
— плавное включение и выключение лампы.
— плавная регулировка яркости от нуля до заранее запрограммированного предела — с помощью ручки энкодера. Метод регулировки мощности — ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
— энергонезависимое запоминание всех параметров лампы и последней установленной яркости.
— встроенное сервисное меню, доступное через подключение по USB. Меню позволяет настраивать рабочие параметры лампы и просматривать её текущее состояние.

Увеличительная линза на штативе, которая в будущем получит подсветку.



На обод линзы по замыслу должны быть установлены светодиоды.



Для изготовления лампы использовались одноваттные светодиоды компании ARL (Arlight), тип OS-1W WarmWhite (75 Lm, 3000K, максимально допустимый ток 0.35 А), цвет свечения — белый теплый. На максимальном токе требуется эффективное охлаждение светодиодов, чтобы не произошло их перегрева свыше 85 градусов Цельсия. Для этого обычно используются специальные радиаторы. Однако я упростил себе задачу — установил светодиоды на простое текстолитовое кольцо, и ограничил максимальный ток до 0.1 А, чем автоматически снималась проблема охлаждения.



Внешний вид одного светодиода. «Толстый» вывод — анод.



Итак, для крепления светодиодов из двухстороннего фольгированного текстолита было вырезано кольцо. На кольце дремелем сделана разводка на 5 секций светодиодов, по 4 светодиода и резистору в каждой секции. Резистор и светодиоды в каждой секции включены последовательно, а все секции — параллельно друг другу, благодаря чему массив из светодиодов оказался рассчитанным на 12 вольт напряжения питания (см. принципиальную схему далее).




На кольцо были припаяны светодиоды и SMD-резисторы. Получилось довольно симпатично.




На обратной стороне кольца дремелем была сделана специальная канавка, разделяющее кольцо меди вдоль — получились две шины питания, которые соединяют 5 секций светодиодов параллельно.




Теплопроводным клеем «Радиал» кольцо было приклеено к ободу линзы. Хотя теплопроводность тут не особенно помогла — обод линзы все равно пластмассовый.





В качестве контроллера и драйвера для управления светодиодами использовалась макетная плата AVR-USB-MEGA16, у которой есть очень удобная возможность обновления программного обеспечения через прошитый в плату USB-бутлоадер. На макетном поле платы был допаян контроллер. Благодаря тому, что на макетной плате было почти все готово, схема получилась очень простая. Допаять нужно было только силовую часть — управление ключевым транзистором, стабилизатор напряжения 5 вольт и RC-цепочку фильтра напряжения с выхода датчика тока.



Вид на готовое смонтированное устройство с обратной и верхней стороны. Силовой транзистор используется без радиатора, так как на нем рассеивается маленькая мощность (он работает в ключевом режиме на частоте порядка 400 Гц).




Написание и отладка программы заняла немного времени, потому что алгоритм работы очень простой, и были использованы готовые куски из других проектов — ledlight, usb-console, encoder.



Консоль управления лампой сделана на основе проекта «USB консоль для управления радиолюбительскими приборами» (см. ссылки [2]). Правки были сделаны минимальные, и все сразу заработало, отладки не потребовалось.



Краткое описание алгоритма — при включении питания считываются настройки из EEPROM, и лампа зажигается с той яркостью, на которой она была ранее выключена. Вращение ручки энкодера влево плавно уменьшает яркость, вращение вправо — яркость увеличивает. Энкодер также имеет кнопку, нажатие на которую включает и выключает лампу. Включение и выключение происходит с плавным изменением яркости — смотрится довольно красиво. Если при подключении внешнего питания была нажата кнопка энкодера, то все настройки EEPROM сбрасываются, и программа перекалибровывает максимальный предел тока регулирования — основываясь на сопротивлении датчика тока и максимально допустимом токе.

Ток через светодиоды измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП (см. ссылки [3]). ШИМ для управления мощностью генерируется благодаря встроенному в микроконтроллер узлу PWM (см. ссылки 4).

Провода от лампы были собраны в кембрик, а контроллер был прикреплен к ножке линзы.




В результате получилась удобная лампа, которую можно применять при точном радиомонтаже.




Несмотря на то, что максимальный ток через светодиоды был уменьшен в три раза (с целью защиты от перегрева), лампа получилась очень яркой.

Скучные технические подробности см. по ссылке [1].

[Что можно улучшить в конструкции лампы]

1. Для светодиодов можно использовать радиатор. Это позволит в 2..3 раза уменьшить количество используемых светодиодов при той же яркости лампы.
2. Для светодиодов нужен какой-нибудь светорассеиватель, потому что каждый светодиод по отдельности светится очень ярко, что некомфортно для глаза — даже если смотреть на светодиод сбоку.
3. Можно точнее подобрать сопротивление датчика тока, чтобы падение напряжения на нем лучше подходило к интервалу опорного напряжения — это позволит повысить точность измерения тока. Для низкоомных датчиков тока (1 Ом и менее) можно включить АЦП в режим дифференциального входа с коэффициентом умножения X10.
4. Для сглаживания пульсаций тока через светодиоды увеличить частоту ШИМ и поставить последовательно с ними дроссель (так делается в схемах с аппаратным драйвером). Эта доработка позволит увеличить максимально допустимое напряжение питания схемы (сейчас оно 12 вольт). Еще один канал АЦП можно использовать для измерения напряжения питания светодиодов — это позволит автоматически стабилизировать ток через светодиоды при изменении напряжения питания.

[Ссылки]

1. AVR-USB-MEGA16: контроллер/драйвер светодиодов с регулировкой яркости свечения. Исходники, принципиальная схема, документация, фото.
2. USB консоль для управления радиолюбительскими приборами.
3. ATmega16 (32): аналогово-цифровой преобразователь (ADC).
4. ATmega16 — PWM с помощью T/C0, T/C1, T/C2.
5. Особенности схемотехники драйверов сверхярких светодиодов.
6. Драйвера накачки белых светодиодов фирмы National Semiconductor.
7. HV9910 — ШИМ-драйвер для сверхярких светодиодов (даташит на английском).
8. LT3474/LT3474-1 — Step-Down 1A LED Driver (описание на английском).
Теги:LEDUSBлампаAVRдрайвер светодиодовШИМAVR-USB-MEGA16
Хабы: DIY или Сделай сам
+114
31,1k 68
Комментарии 133
Лучшие публикации за сутки