Eще раз про підсвічування з світлодіодним стрічки, покатушки на роликах в Харкові
Всім привіт! Скоро починається новий сезон, хоча (подивився за вікно) на перший погляд ніби й не скажеш, і в його напередодні хочу поділитися тим, як останні кілька місяців я слідував прислів'ї про "воза взимку")
Підготовка "воза" полягала в пошуку нових можливостей ставити на ролики красиву і надійну підсвічування. Думаю, кожен, хто так чи інакше займався цим питанням, звертав свою увагу на світлодіодні стрічки.
На перший погляд, це ідеальний варіант: все вже зібрано, спаяні і захищено волого і пилеустойчівим покриттям (кому цікаво, воно характеризується двома цифрами, наприклад IP65; "6" означає повну пилонепроникність, "5" - захист аж від солоних морських хвиль, і такі показники для світлодіодних стрічок - не рідкість), і навіть має клейову основу для швидкого і зручного монтажу. Стрічку можна різати на сегменти необхідної довжини (як правило, з кроком по 3 світлодіода) по призначеним для цього лініях. Недолік у них один - для їх харчування потрібен 12-вольта джерело напруги. Можна, звичайно, підключити 9-вольтів "крону", але:
- у "крони" дуже маленька ємність, і однієї батареї ледь вистачить на повноцінну нічну покатушку;
- світитися стрічка буде не на 25% слабше (здавалося б, 9/12 = 0,75), а добре якщо наполовину своєї нормальної яскравості, так як у світлодіодів нелінійна характеристика ток-напруга.
Як же можна отримати потрібні 12 вольт?
Власне, все вищесказане є лише підготовкою до основної ідеї цієї статті.
Ідея така: використовувати світлодіодну стрічку, але з невеликою кількістю (2..4) пальчикових акумуляторів або батарейок.
Безпосередньо стрічка від такого джерела (2,4..4,8 вольт) працювати, зрозуміло не стане, для цього потрібен імпульсний підвищує перетворювач напруги (DC / DC voltage converter). Принцип його роботи я не зможу пояснити краще, ніж це зроблено ось на цій чудовій сторінці
Коротко повторю викладене за посиланням тут.
Керуючий малопотужний сигнал відкриває ключ (його функцію виконує транзистор). Струм починає йти від "+" батареї через індуктивність і ключ на "-" батареї (на землю). Опір індуктивності і відкритого ключа мало, тому цей струм великої. Потім той же сигнал закриває ключ, і струм не може ні піти на землю, ні припинитися, тому що індуктивність прагне його підтримувати. Тому струм йде в вихідний конденсатор, заряджаючи його до потрібного напруги. Після того, як конденсатор подразряд, цикл повториться. Заряду вийти з конденсатора через ключ, коли той знову відкриється, не дає діод, який пропускає струм тільки в одному напрямку.
Основою перетворювача, як і сказано на сторінці за посиланням, є мікросхема. Вибір був зупинений на лінійці MAX1522 / MAX1523 / MAX1524 американської компанії Maxim Integrated. Вона дуже проста для монтажу (корпус SOT-23) і підключення і вимагає всього 7 додаткових елементів.
Розглянемо контакти мікросхеми.
GND Земля. Підключаємо до "мінуса" батарейок.
FB (FeedBack) Зворотній зв'язок з виходом перетворювача; за допомогою цього контакту мікросхема "спостерігає" за одержуваних напругою, чи відповідає воно як потрібне.
EXT Керуючий сигнал, який відкриває і закриває ключ в схемі. Дорівнює або вхідній напрузі (скільки нададуть батарейки), або нулю (земля).
SET Підключаючи до "плюса" або "мінуса" батарейок, вибираємо форму сигналу, що управляє, а саме його шпаруватість, 50% або 85%. У першому випадку ключ буде відкритий половину часу, в другому - 85% періоду відкритий і 15% періоду закритий.
SHDN Сигнал, що включає і вимикає мікросхему. У нашому випадку не використовується і просто підключений до "плюса".
Vcc Харчування мікросхеми. Мікросхема працює при вхідній напрузі від 2,5 до 5,5 вольт. Буде менше - не зможе видати потрібну напругу на виході, буде більше - згорить.
Як бачите, ні з великим струмом, ні з високою напругою мікросхема справи не має, що добре: менше ризик пошкодити її внутрішні ланцюга.
Що ж конкретно робить ця мікросхема?
Перш за все, вона вимірює напругу на виході нашого пристрою. Всередині неї є точне джерело опорного напруги - 1,25 вольт. Вихідна напруга мікросхема, регулюючи частоту керуючого сигналу, намагається зробити таким, щоб невелика його частина дорівнювала опорної напруги.
За схемою: на послідовно включених резисторах R1 і R2 падає повне напруга U вих. Падіння напруги на резисторах R1 і R2:
На схемі є ще один конденсатор, меншої ємності. Він служить для стабілізації напруги, що живить мікросхему; перешкоди через нього йдуть відразу на землю.
На основі схеми потрібно було створити друковану плату. Розміри всіх елементів дозволили втиснути все на квадратик зі стороною 20 мм, і ще залишилося місце для 4 проводів: два від батарейок і два - до стрічки.
Після складання плата виглядає так:
Робота з навантаженням, ток 140 мА:
Використовувалися наступні компоненти:
- мікросхема MAX1523;
- індуктивність CDRH104NP-330MC;
- польовий транзистор IRLML0030TRPbF;
- діод MBRX120;
- керамічний конденсатор 22 мкФ (вихідний);
- керамічний конденсатор 10 мкФ;
- резистор 51 кОм;
- резистор 430 кОм
Тепер можна трохи порахувати і переконатися, що ми не намагаємося обдурити закон збереження енергії.
В одному NiMH акумуляторі укладена енергія, рівна:
2700 мАг х 1,2 В = 3,24 Втч
У трьох акумуляторах:
3,24 х 3 = 9,72 Втч
Для світлодіодної стрічки з 60 світлодіодами на метр виробником заявлена потужність 4,8 Вт / м, це 0,08 Вт на один світлодіод. Стрічка з дванадцяти таких світлодіодів споживає:
0,08 х 12 = 0,96 Вт
Струм:
0,96 Вт / 12 В = 0,08 А
ККД схеми, за даними виробника чіпа, становить приблизно 85% (при первинному харчуванні 4,5..5 В - 90%).
Парканом час:
9,72 Втч х 0,85 / 0,96 Вт = 8,6 годин
На ніч повинно вистачити.
(Власне, боксу з трьома акумуляторами мені і раніше вистачало на ніч для роботи підсвічування на звичайних, колбових світлодіодах.)
До речі, чому саме 4,8 Вт / м? Справа в тому, що стрічки відрізняються ще й по внутрішньої схемою. В основному, використовуються світлодіоди типорозміру 3528 і 5050 (розміром 3,5х2,8 мм і 5х5 мм відповідно). Другий тип майже завжди містить в собі ТРИ випромінюючих кристала, і стрічки на їх основі споживають 0,24 Вт на світлодіод (на першій картинці саме така стрічка). Вибираючи кількість сегментів стрічки для підсвічування, про це потрібно пам'ятати і бути впевненим, що ємності батарей вистачить, щоб їх прогодувати.
А схеми виглядають так:
Це схема одного сегмента стрічки, з якої спочатку передбачалося використовувати перетворювач.
А ось так виглядає схема для сегмента більш потужної стрічки. Як бачите, в кожному сірому прямокутнику-светодиоде розміщені три кристала. Так-так, вони можуть бути різних кольорів, і тоді це вже RGB лента, колір якої можна змінювати, підключаючи до джерела напруги різні канали; наприклад, якщо живити синій і зелений, а червоний залишити, то світло буде блакитним. Це зроблено для універсальності: під час виробництва на одну і ту саму стрічку можна напаяти як одноколірні діоди з трьома однаковими кристалами, так і RGB-світлодіоди.
Зрозуміло, що схему не завжди можна розгледіти, та й стрічки часто випускаються з непрозорим покриттям мідних доріжок. Так що дивіться на кількість резисторів: якщо на одному сегменті стрічки їх встановлено три - це стрічка з споживанням 0,24 Вт на діод (якщо стрічка одноколірна), якщо один - то 0,08 Вт.
30км, четвер, 4мая