Fezabilitatea economică a utilizării unui „șofer” într-o lanternă LED? USBISP - încărcați propriul firmware în driverul lanternei de la o lampă LED pentru o lanternă.

Prima parte este despre reglarea și repararea unei lanterne, introductivă. Aici vom lua în considerare structura generală a lanternei medii, parametrii LED-uri puterniceși un pic de matematică obositoare asociată cu ei.

Deci, aveți o lanternă LED, dar este arsă sau nu sunteți mulțumit de luminozitate sau doriți să o transformați într-o lanternă cu armă. Ce optiuni ai? Să ne dăm seama.

Proiectarea unui felinar sferic în vid.

Marea majoritate a lanternelor constau din următoarele părți:

1. corp - un tub obișnuit cu capete filetate;
2. baterie - trăiește în interiorul carcasei;
3. butonul de final - înșurubat în corp pe un filet și folosit pentru a aprinde lanterna. Uneori, lanterna poate fi echipată cu un al doilea fundal cu un buton de la distanță;
4. cap lanternă - înșurubat în corp, are sticla securizataînainte. Uneori această parte este pliabilă (ca în fotografie, în două părți), alteori nu;
5. element emițător de lumină - o unitate LED, un model de fascicul de lumină, un radiator LED și un driver LED combinate într-o singură unitate. Uneori este produs integral cu capul felinarului.

Element emițător de lumină.

Același ansamblu poate avea modele diferite. Capete pentru lanterna Ultrafire WF-502B sunt foarte frecvente, chiar sunt vândute diferite tipuri, de putere diferită, cu o grămadă de funcții etc.
De exemplu, fasttech.com. Lanternele cu acest tip de element sunt bune pentru ca poti cumpara mai multe module pt sarcini diferite si doar schimba-le.

Vom lăsa LED-ul în pace deocamdată, merită o considerație separată mai jos, și șoferul, în principiu, dar acum ne vom uita la detaliile rămase.

Există trei tipuri de modelare a fasciculului de lumină:

1. obiectiv- cel mai simplu și cel mai puțin opțiune eficientă, deoarece nu toată radiația din cristal este colectată în fasciculul de lumină. Foarte des lentila poate fi mutată, schimbând focalizarea fasciculului luminos, care este singurul avantaj al acestei soluții.

2. colimator- o piesă din plastic transparent, realizată pentru a obține un fascicul cu parametri specificați. Pentru a face acest lucru, colimatorul este realizat astfel încât să corespundă unui anumit design al lentilei de pe LED, astfel încât nu va fi posibilă instalarea unui colimator de la un LED la un LED de alt design - parametrii fasciculul de lumină va fi diferit.

3. reflector- un design care provine din lămpi cu incandescență și este adaptat pentru LED-uri. Design simplu, fiabil și testat în timp. În general, reflectorul, ca și colimatorul, este optimizat pentru un anumit LED, dar cu o criticitate mai mică. Fotografia din dreapta arată că cristalul LED este reflectat de întreaga zonă a reflectorului.

În practică, înlocuirea LED-ului este destul de posibilă, la fel și înlocuirea reflectorului. Există ca cu suprafata neteda, dând un fascicul mai dur, iar cu unul nodul, acesta din urmă mi-a plăcut mai mult în interior.

Radiatorul de căldură, cunoscut și sub numele de carcasă, la care reflectorul este adesea înșurubat și în care este montat driverul LED. De obicei, este proiectat pentru a instala un LED pe un substrat - o placă de aluminiu pe care LED-ul este lipit. Fotografia prezintă toate componentele mecanice ale modulului. De la stânga la dreapta: reflector, radiator, arc pentru borna negativă (în contact cu corpul lanternei) și arc pentru borna pozitivă (în contact cu pozitivul bateriei). Ultimul arc este lipit de placa de driver LED.

Parametrii LED.

Principalii parametri în ceea ce privește calitatea luminii sunt spectrul de emisie și luminozitatea. , structural acest lucru este determinat de calitatea și trucurile fosforului. Din păcate, acest parametru poate varia foarte mult chiar și pentru diferite serii ale aceluiași producător. Și nici măcar Liao însuși nu știe ce împrăștie unchiul Liao în subsolul lui. Lanternele ieftine cu aproximativ o sută de lumeni sunt cu încredere inferioare în ceea ce privește calitatea luminii (cum detaliile obiectului iluminat sunt clar vizibile și cât de general sunt lizibile aceste detalii pentru ochi) chiar și cu lanterne cu halogen nu foarte puternice.

Tipii serioși reprezentați de Cree oferă următorul grafic pentru emisia LED-urilor lor din seria XM-L. Din păcate, acestea sunt valori medii, nu știm cu adevărat cât de uniformă este, dacă există scăderi; Lungime de undă orizontală, putere de radiație relativă verticală.

Graficul arată trei curbe - pentru diferite temperaturi de culoare. Se poate observa că LED-urile cu o temperatură mai scăzută (roșu) pătrund în regiunea infraroșu (lungime de undă mai mare de 740 nm), dar foarte, foarte puțin și nu departe - doar câteva procente din putere sunt emise acolo. Acesta este motivul pentru care este imposibil să faci o lanternă IR decentă din orice lanternă LED albă prin simpla adăugare a unui filtru IR (așa cum se face cu ușurință cu o lanternă incandescentă). Formal va străluci, dar eficiența este inexistentă.
Temperatura de culoare este un parametru asociat direct legat de spectru. Temperatura de culoare este definită ca temperatura unui corp complet negru (un astfel de fetiș viclean al fizicienilor) la care emite radiații de aceeași nuanță de culoare ca radiația în cauză. Pentru lumina zilei aceasta este 6500K, pentru lămpi cu incandescență 2700-4000K. Cu cât temperatura culorii este mai scăzută, cu atât lumina are mai mult galben.

Conform observațiilor personale, cu LED-uri cu o temperatură de culoare mai scăzută, detaliile obiectelor iluminate sunt mai bine vizibile. Cel puțin pentru mine. Dezavantajul LED-urilor alb cald este puterea lor de lumină mai mică - sunt mai puțin strălucitoare decât omologii lor mai „sofători”.

Al doilea lucru care ne interesează este luminozitatea LED-ului. Indicat în documentație ca luminozitate la un anumit curent prin LED. De exemplu, pentru XM-L deja menționat, este indicată luminozitatea diferiților curenți. De exemplu, XM-L T6 la 700mA (2W) are un flux luminos de 280 lumeni (400 lm/A), la 1A are 388 lm (388 lm/A), la 1,5A - 551 lm (367 lm/A). ), la 2A - 682 lm (341 lm/A). Luminozitatea specifică în funcție de curent este indicată între paranteze. Scade cu 17% atunci când curentul crește de la 700mA la 2A. Adică, cu cât curentul este mai mare, cu atât este mai mică această luminozitate specifică, adică cu atât eficiența este mai mică. Apropo, este sincer clar din program.

Un alt parametru important al unui LED este puterea acestuia. Aceasta este puterea maximă care poate fi pompată în el. Desigur, la maxim va trăi mai puțin decât la o putere mai mică, așa că este mai bine să-l „subalimentați” puțin. La rândul său, puterea determină curentul maxim prin LED. De regulă, puterea și curentul prin LED sunt legate printr-o relație neliniară, deoarece depind și de căderea de tensiune pe diodă. Iată pentru XM-L: pe orizontală căderea de tensiune directă, pe verticală curentul prin diodă.

Căderea de tensiune pe un LED este de obicei de ordinul a 3 volți pentru un LED alb și depinde de curentul prin LED. Să ne uităm la grafic: la 200mA avem o cădere de 2.7V, la 700mA - 2.9V, la 1A - 2.97V, la 1.5A - 3.1V, la 2A - 3.18V.

Dacă luați LED-uri complicate de tip MC-E cu patru cristale, acestea vor fi de 350mA - 3.1V, 700mA - 3.5V. Cristalele foarte puternice de 10-20 W vor avea o cădere de tensiune de aproximativ 10V, și chiar mai puternice... ei bine, poate chiar mai mult.

Apropo, dacă convertim luminozitatea specifică în funcție de curentul acestor XM-L-uri în luminozitate în funcție de putere, obținem că la un curent I = 700 mA și o cădere de tensiune U = 2,9 V, consumul de energie este de 2,03 W, iar fluxul luminos 280lm, adică 138 lm/W. Continuăm mai departe și obținem 130, 118,5 și 107 lm/W pentru curent de 1, 1,5 și, respectiv, 2 A. Diferența este de 29%. Așa că vă băgați mințile despre ce mod să alegeți.

Ce ne oferă cunoașterea? Cel puțin o înțelegere a ce fel de putere ar trebui să aibă un anumit LED, ce poate fi obținut din el și ce alt LED poate fi folosit pentru a înlocui un LED ars de lanternă. Dar imaginea nu va fi completă fără cunoștințe despre alimentarea cu LED-uri.

Alimentare pentru lanterna.

De regulă, lanternele folosesc fie baterii cu litiu (tensiune nominală 3V, la fel ca cea maximă și scade ușor când sunt descărcate), fie baterii cu litiu (tensiune nominală 3,7 V, iar minim și maxim sunt de aproximativ 3,2 și 4,2 V, puteți citi despre baterii, există informații despre tipuri și diferențele dintre acestea).

Apropo, aș evita dacă se poate bateriile ca cele din fotografia de mai sus. Calitate scăzută și capacitate mult supraestimată (din cei 2500 mAh declarati ar fi bine dacă ar fi 1800). Este mai bine să luați celule de marcă de la Samsung și altele. Bateriile bune pot fi obținute din bateriile laptopului lor - chiar și cele torturate de Narzan, vor fi mai bune decât cele chineze. Deși, chiar și chinezii au celule normale „înăuntru”.

Uneori, bateriile AA sunt folosite în lanternele cu LED-uri, dar nu sunt bune la furnizarea curentului necesar pentru alimentarea LED-urilor puternice. Adică, dacă lanterna are încă baterii AA, atunci nu va fi deosebit de posibil să remediați problema cu luminozitatea scăzută.

Șoferii.

Marea majoritate a lanternelor au la bord un LED cu o putere de aproximativ 3 W. Adică are o cădere de tensiune de aproximativ 3 V și un curent de aproximativ 1 A. Pentru a alimenta astfel de lanterne, este suficientă o baterie Li-Ion (sau Li-Po). Astfel de felinare pot conține orice circuite de driver, chiar și surse obișnuite de curent de amortizare a tensiunii. Când instalați baterii cu litiu, veți avea nevoie de până la două dintre ele, iar eficiența va scădea catastrofal. Este bine că driverele LED cu pulsații normale au înlocuit aproape complet sursele de curent ieftine. Lanternele care folosesc mai multe celule sau baterii trebuie să aibă un driver de puls.

Puteți determina care driver se află în fața dvs. prin prezența unei bobine. Dacă există, probabil că este driver de puls. Cât de bun este și ce intervale de tensiune de intrare tolerează? Aici va trebui să căutați documentația pentru microcircuitul folosit în acesta. De exemplu, pentru driverul din mijloc din fotografia de mai sus (scuze, a ieșit prost), sub o lupă se pot vedea marcajele microcircuitului 2541B și am reușit să găsim documentație pentru el (în chineză), are o intrare tensiune de 5 până la 40 volți, dar eficiența nu este indicată. În total, dacă luăm un LED de top cu o eficiență de 30-40% și un driver de puls bun (eficiența va fi de aproximativ 90% într-un caz ideal), obținem o eficiență a lanternei de 27-36%. Nu prea rău.

Și un exemplu driver liniarîn aceeași fotografie în colțul din dreapta jos. Toate componentele electronice se reduc la o diodă de protecție și mai multe surse de curent liniar de funcționare paralelă. Puteți estima eficiența acestuia ca raport dintre tensiunea de ieșire și tensiunea de intrare. Dacă alimentam circuitul de la o baterie, obținem o tensiune maximă de 4,2V, o tensiune nominală de 3,7V. Cel mai probabil nu va atinge minimul - șoferul are nevoie de o cădere minimă de tensiune de jumătate de volt pentru a funcționa. Deci, considerăm 3/4,2 = 70%. Cu toate acestea, deoarece se va închide fără a utiliza bateria, trebuie utilizat cu o pereche de baterii cu litiu (2 până la 3V). Atunci randamentul va fi 3/6=50%. Nu foarte creț, având în vedere eficiența cristalului este de 20-30% și, drept consecință, eficiența întregii lanterne este de 10-15%. Sper că este clar că driverele liniare ar trebui evitate?...

Driverele sunt adesea instalate în lanterne care suportă mai multe moduri de operare- putere maxima, medie, redusa si tot felul de intermitent. În fotografie există un astfel de șofer în stânga jos. Mai mult, la modelele ieftine aceste moduri sunt comutate prin deschiderea scurtă a circuitului. Adică, apăsați ușor butonul - lanterna se stinge și atunci când este eliberată, funcționează într-un mod nou. Nu le suport; pentru mine, niciun comutator de mod nu este mai bun decât acesta.

Nu întotdeauna, dar în unele modele este posibil să înțărcați lanterna de la acest comportament și să o convertiți pentru a funcționa cu un buton de la distanță (sub forma unei lanterne cu armă). Dar acesta este un subiect separat.

După ce am cumpărat multe lanterne chinezești cu o putere de la 100 la 16.000 de lumeni, nu am fost niciodată mulțumit.

In cele mai multe cazuri, lanterna nu produce fluxul luminos declarat de vanzator. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că vânzătorii, în cel mai bun caz, indică fluxul luminos maxim pe care îl poate produce un modul LED instalat, dar ca urmare a economisirii materialelor, LED-ul funcționează, dacă ai noroc, la jumătate din maximul său. Firele subțiri sunt folosite pentru a limita curentul, acest lucru eliminând necesitatea folosirii unei surse DCși limitează-te la un simplu controler PWM cu un comutator de alimentare.

„Lampi cu LED CREE XM-L T6 de 2500Lm” la prețul de 12 USD a fost ales ca donator, al cărui controler CX2812 PWM a murit după un an de utilizare. Acest controler are trei ieșiri pentru sarcină, două intrări pentru setarea modurilor de funcționare și o intrare pentru un buton de comutare a modului. Primul aspect neplăcut al aproape oricărei lanterne chinezești pentru mine a fost prezența modurilor Strobe și SOS. În cazul acestui controler, este suficient să aplicați unul logic la intrarea OPT1 și din cinci moduri vor rămâne doar trei (High, Low, Off). Dacă una este aplicată la ambele intrări OPT, va dispărea și modul Low.

Vânzătorul afirmă că lanterna folosește un LED Cree XM-L T6 și produce până la 2.500 de lumeni la modul maxim. Pe site-ul Cree, acest LED pretinde o putere luminoasă de 100 de lumeni pe watt și o putere maximă de 10 wați. De fapt, se folosește LED-ul XM-L U2, caracteristicile sale nu diferă mult de T6, dar datorită grosimii firelor ajunge doar 1,1A la LED, care, cu o tensiune a bateriei de 4,1V, este de 4,51W. . Se pare că la modul maxim lanterna emite aproximativ 451 de lumeni. Contorul de lumină arată 420 de lumeni, ceea ce este destul de departe de cifra de 2500.

Circuitul driverului nu poate fi mai simplu și nu îl vom complica. Microcontrolerul ATtiny85 a fost ales ca noua inimă de piatră, deși ATtiny13(a) ar fi fost suficient, dar nu era la îndemână în pachetul necesar. Butonul de comutare a modului a aterizat cu succes pe piciorul PB2/INT0, dar baza tranzistorului s-a dovedit a fi conectată la ieșirea RESET. Având la bord PWM hardware, s-a decis să-l folosească, așa că pista care duce la RESET a fost tăiată, iar baza tranzistorului a fost conectată printr-un jumper la ieșirea PB1/OC0B. Pentru ușurința programării, pinii necesari au fost mutați în exterior. Firele sunt fixate cu duze de adeziv termofuzibil. Firele de la baterii la placă au fost înlocuite cu altele ceva mai groase.

Firmware-ul a fost compilat în Arduino 1.0.6, Arduino Nano a fost folosit ca programator. Siguranțele sunt instalate în conformitate cu schema „ATtiny85 @ 1 MHz (oscilator intern; BOD dezactivat)”. Greutatea firmware-ului în formă binară este în prezent de 278 de octeți. Când este oprită, lanterna consumă 0,3 µA când apăsați scurt butonul, se activează modul minim, consumul crește la 7,6 mA. Pentru a-l opri, apăsați scurt și eliberați butonul. Dacă continuați să țineți apăsat butonul, luminozitatea va crește treptat la maxim. Înlocuirea parțială a firelor nu a dat o creștere semnificativă a luminozității, deoarece firele de la sursa de alimentare la cap au rămas un blocaj. Momentan, la modul maxim, consumul este de 1,2A, tensiunea bateriei este de 4,2, ceea ce are ca rezultat aproximativ 500 de lumeni.

Dar chiar și în ciuda faptului că vânzătorii chinezi indică cifre de diafragmă umflate de mai multe ori, adesea chiar și modul minim oferit a fost prea luminos pentru mine. După modificare, modul minim este suficient pentru a evita împiedicarea pe o potecă de pădure pe timp de noapte sau pentru a folosi lanterna ca lumină de noapte atunci când petreci noaptea într-o peșteră. În total, în doar câteva ore am reușit să fac lanterna visurilor mele dintr-o lanternă moartă. Sper că experiența mea va fi de folos cuiva. Codul este disponibil la HeadLamp.ino.

Actualizare 02/04/2015: După ce m-am gândit puțin, am adăugat posibilitatea de a aprinde instantaneu lanterna la modul maxim (două clicuri rapide), precum și modul stroboscopic (trei clicuri rapide). Pentru a activa aceste moduri, trebuie să decomentați definițiile corespunzătoare la începutul codului.

Driver pentru lanternă LED: gamă largă de produse

Luminile LED, ca orice alte surse de lumină electrică (corpuri de iluminat, lămpi etc.), pot funcționa complet și neîntrerupt dacă există un balast - un șofer. Datorită unui dispozitiv atât de modern și inovator, dispozitivele pot funcționa aproape pentru totdeauna. Magazinul online specializat ForLed oferă o gamă largă de produse. De la noi oricine poate cumpăra un driver pentru o lanternă, precum și toate componentele necesare pentru aceasta. Lumea modernă- epoca LED-urilor și de aceea sursele de alimentare sunt la mare cerere și cerere. În plus, șoferul lanternei îndeplinește o serie de funcții importante.

În primul rând, datorită acesteia, consumatorii economisesc semnificativ numerar pentru achizitionarea de noi dispozitive electrice, care sunt de câteva ori mai scumpe decât șoferul în sine;

În al doilea rând, cu ajutorul lor, luminile LED pot funcționa complet și neîntrerupt aproape pentru totdeauna.

Catalogul de produse al magazinului online ForLed oferă o gamă colosală de balasturi care diferă ca producător, tensiune de intrare (de la 1-3V la 7-30V), curent de ieșire (de la 300 mA la 5000 mA) și tip (liniar, pulsat și impuls). În orice caz, fiecare sursă de alimentare autonomă prezentată se distinge prin calitate impecabilă, fiabilitate, siguranță, durată lungă de viață și ușurință în operare. Un astfel de dispozitiv este capabil să asigure pe deplin funcționarea completă și neîntreruptă a dispozitivului de iluminat. Puteți cumpăra un driver pentru o lanternă LED de orice format din magazinul online ForLed la un preț corect și accesibil. Pe lângă sursa principală de alimentare, catalogul conține componentele necesare pentru aceasta.

Drivere pentru lanterne cu LED: la ce ar trebui să acordați atenție

Pentru a alege sursa de alimentare autonomă potrivită, trebuie să cunoașteți principalele caracteristici ale lanternei, și anume:

Tensiune în V;

Valoarea maximă a curentului în mA;

Cum este alimentată sursa de lumină: baterie sau baterii;

Mecanism de control: glisor magnetic, putere convențională, buton tact fără fixare etc.;

La fel și diametrul și înălțimea șoferului.

Balastele prezentate în sortiment pot avea mai multe moduri de luminozitate, pot conține informații despre descărcarea bateriei și, de asemenea, diferă în memoria modului. Astfel de soiuri fac driverele mai funcționale și mai convenabile de utilizat. Există mai multe tipuri de moduri standard (neextinse): strobe, mediu și maxim. În magazinul online ForLed, toată lumea se poate familiariza cu gama mai detaliat și poate cumpăra drivere pentru lumini LED în Ucraina la un preț favorabil. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie să obțineți sfaturi profesionale, managerii responsabili sunt întotdeauna gata să vă ofere asistență calificată: vă spun mai detaliat despre caracteristicile unui anumit șofer și, de asemenea, sugerează modelul corect de sursă de alimentare. In plus, catalogul de produse contine toate componentele necesare pentru lanterne.

Driver de comutare pentru alimentarea LED-urilor: avantaje de utilizare

Puteți cumpăra un driver pentru orice tip de lanternă LED: liniară, boost sau puls din magazinul online ForLed. Ultimul tip a devenit mai răspândit datorită nivelului său ridicat de eficiență (aproximativ 95%), precum și a compactității sale. Dispozitivele de acest tip sunt capabile să creeze impulsuri de curent de înaltă frecvență la ieșire, ceea ce are un efect benefic asupra Surse LED Sveta. Puteți cumpăra un astfel de șofer de lanternă modern și funcțional în Ucraina de la noi la un preț accesibil și rezonabil.

Circuitul standard de driver RT4115 LED este prezentat în figura de mai jos:

Tensiunea de alimentare trebuie să fie cu cel puțin 1,5-2 volți mai mare decât tensiunea totală pe LED-uri. În consecință, în intervalul de tensiune de alimentare de la 6 la 30 de volți, la driver pot fi conectate de la 1 la 7-8 LED-uri.

Tensiunea maximă de alimentare a microcircuitului 45 V, dar funcționarea în acest mod nu este garantată (mai bine acordați atenție unui microcircuit similar).

Curentul prin LED-uri are o formă triunghiulară cu o abatere maximă de la valoarea medie de ±15%. Curentul mediu prin LED-uri este stabilit de un rezistor și calculat prin formula:

I LED = 0,1 / R

Minim valoare valabilă R = 0,082 Ohm, ceea ce corespunde unui curent maxim de 1,2 A.

Abaterea curentului prin LED față de cel calculat nu depășește 5%, cu condiția ca rezistența R să fie instalată cu o abatere maximă de la valoarea nominală de 1%.

Deci, pentru a porni LED-ul la luminozitate constantă, lăsăm pinul DIM atârnat în aer (este tras la nivelul de 5V în interiorul PT4115). În acest caz, curentul de ieșire este determinat numai de rezistența R.

Dacă conectăm un condensator între pinul DIM și masă, obținem efectul de iluminare lină a LED-urilor. Timpul necesar pentru a atinge luminozitatea maximă va depinde de capacitatea condensatorului, cu cât este mai mare, cu atât lampa se va aprinde mai mult.

Pentru referință: Fiecare nanofarad de capacitate crește timpul de pornire cu 0,8 ms.

Dacă doriți să faceți un driver reglabil pentru LED-uri cu reglarea luminozității de la 0 la 100%, atunci puteți recurge la una dintre cele două metode:

1. Prima cale presupune că la intrarea DIM este furnizată o tensiune constantă în intervalul de la 0 la 6V. În acest caz, reglarea luminozității de la 0 la 100% se realizează la o tensiune la pinul DIM de la 0,5 la 2,5 volți. Creșterea tensiunii peste 2,5 V (și până la 6 V) nu afectează curentul prin LED-uri (luminozitatea nu se modifică). Dimpotrivă, reducerea tensiunii la un nivel de 0,3V sau mai mic duce la oprirea circuitului și punerea acestuia în modul standby (consumul de curent scade la 95 μA). Astfel, puteți controla eficient funcționarea driverului fără a elimina tensiunea de alimentare.
2. A doua cale presupune furnizarea unui semnal de la un convertor de lățime a impulsurilor cu o frecvență de ieșire de 100-20000 Hz, luminozitatea va fi determinată de ciclul de lucru (ciclul de lucru al impulsului). De exemplu, dacă nivel înalt va rămâne pentru 1/4 din perioadă, iar nivelul scăzut, respectiv, pentru 3/4, atunci acesta va corespunde unui nivel de luminozitate de 25% din maxim. Trebuie să înțelegeți că frecvența de funcționare a driverului este determinată de inductanța inductorului și nu depinde în niciun caz de frecvența de reglare.

Circuitul driver PT4115 LED cu variator de tensiune constantă este prezentat în figura de mai jos:

Acest circuit pentru reglarea luminozității LED-urilor funcționează excelent datorită faptului că în interiorul cipului pinul DIM este „tras în sus” la magistrala de 5V printr-un rezistor de 200 kOhm. Prin urmare, când glisorul potențiometrului este în poziția sa cea mai joasă, se formează un divizor de tensiune de 200 + 200 kOhm și se formează un potențial de 5/2 = 2,5V la pinul DIM, care corespunde luminozității de 100%.

Cum funcționează schema

În primul moment, când se aplică tensiunea de intrare, curentul prin R și L este zero și comutatorul de ieșire încorporat în microcircuit este deschis. Curentul prin LED-uri începe să crească treptat. Rata de creștere a curentului depinde de mărimea inductanței și a tensiunii de alimentare. Comparatorul în circuit compară potențialele înainte și după rezistorul R și, de îndată ce diferența este de 115 mV, la ieșire apare un nivel scăzut, care închide comutatorul de ieșire.

Datorită energiei stocate în inductanță, curentul prin LED-uri nu dispare instantaneu, ci începe să scadă treptat. Căderea de tensiune la rezistorul R scade treptat, de îndată ce atinge o valoare de 85 mV, comparatorul va emite din nou un semnal pentru a deschide comutatorul de ieșire. Și întregul ciclu se repetă din nou.

Dacă este necesar să se reducă gama de ondulații de curent prin LED-uri, este posibil să se conecteze un condensator în paralel cu LED-urile. Cu cât capacitatea sa este mai mare, cu atât forma triunghiulară a curentului prin LED-uri va fi netezită și cu atât va deveni mai asemănătoare cu una sinusoidală. Condensatorul nu afectează frecvența de funcționare sau eficiența driverului, dar crește timpul necesar pentru ca curentul specificat prin LED să se stabilească.

Detalii importante de montaj

Un element important al circuitului este condensatorul C1. Nu numai că netezește ondulațiile, dar compensează și energia acumulată în inductor în momentul în care comutatorul de ieșire este închis. Fără C1, energia stocată în inductor va curge prin dioda Schottky către magistrala de alimentare și poate provoca o defecțiune a microcircuitului. Prin urmare, dacă porniți driverul fără ca un condensator să oprească sursa de alimentare, microcircuitul este aproape garantat să se oprească. Și cu cât este mai mare inductanța inductorului, cu atât este mai mare șansa de a arde microcontrolerul.

Capacitatea minimă a condensatorului C1 este de 4,7 µF (și când circuitul este alimentat cu o tensiune pulsatorie după puntea de diode - cel puțin 100 µF).

Condensatorul ar trebui să fie situat cât mai aproape de cip posibil și să aibă cea mai mică valoare ESR posibilă (adică condensatorii de tantal sunt bineveniți).

De asemenea, este foarte important să adoptați o abordare responsabilă în alegerea unei diode. Trebuie să aibă o cădere scăzută de tensiune directă, timp scurt de recuperare în timpul comutării și stabilitate a parametrilor la creșterea temperaturii joncțiune p-n pentru a preveni creșterea curentului de scurgere.

În principiu, puteți lua o diodă obișnuită, dar diodele Schottky sunt cele mai potrivite pentru aceste cerințe. De exemplu, STPS2H100A în versiunea SMD (tensiune directă 0,65V, inversă - 100V, curent puls până la 75A, temperatură de funcționare până la 156°C) sau FR103 în carcasă DO-41 (tensiune inversă până la 200V, curent până la 30A, temperatura de până la 150 °C). SS34-urile obișnuite au funcționat foarte bine, pe care le puteți scoate din plăci vechi sau puteți cumpăra un pachet întreg pentru 90 de ruble.

Inductanța inductorului depinde de curentul de ieșire (vezi tabelul de mai jos). O valoare a inductanței selectată incorect poate duce la o creștere a puterii disipate pe microcircuit și la depășirea limitelor de temperatură de funcționare.

Daca se supraincalzeste peste 160°C, microcircuitul se va opri automat si ramane in starea oprit pana se raceste la 140°C, dupa care va porni automat.

În ciuda datelor tabelare disponibile, este permisă instalarea unei bobine cu o abatere a inductanței mai mare decât valoarea nominală. În acest caz, eficiența întregului circuit se modifică, dar rămâne operațional.

Puteți lua un șoc din fabrică sau îl puteți face singur dintr-un inel de ferită de la o placă de bază arsă și un fir PEL-0.35.

Dacă autonomia maximă a dispozitivului este importantă (lămpi portabile, lampioane), atunci, pentru a crește eficiența circuitului, este logic să petreceți timpul selectând cu atenție șocul. La curenți scăzuti, inductanța trebuie să fie mai mare pentru a minimiza erorile de control al curentului rezultate din întârzierea comutării tranzistorului.

Inductorul ar trebui să fie situat cât mai aproape de pinul SW, în mod ideal conectat direct la acesta.

Și, în cele din urmă, elementul de cea mai mare precizie al circuitului de driver LED este rezistența R. După cum am menționat deja, valoarea minimă a acestuia este de 0,082 ohmi, ceea ce corespunde unui curent de 1,2 A.

Din păcate, nu este întotdeauna posibil să găsiți un rezistor de o valoare adecvată, așa că este timpul să vă amintiți formulele pentru calcularea rezistenței echivalente atunci când rezistențele sunt conectate în serie și în paralel:

• R ultimul = R1 +R2 +...+Rn;
• R perechi = (R1xR2)/(R1 +R2).

Combinând diverse moduri la pornire, puteți obține rezistența necesară de la mai multe rezistențe aflate la îndemână.

Este important să direcționați placa astfel încât curentul diodei Schottky să nu curgă de-a lungul căii dintre R și VIN, deoarece acest lucru poate duce la erori în măsurarea curentului de sarcină.

Costul scăzut, fiabilitatea ridicată și stabilitatea caracteristicilor driverului de pe RT4115 contribuie la utilizarea pe scară largă a lămpilor LED. Aproape fiecare a doua lampă LED de 12 volți cu o bază MR16 este asamblată pe PT4115 (sau CL6808).

Rezistența rezistenței de setare a curentului (în ohmi) este calculată folosind exact aceeași formulă:

R = 0,1 / I LED[O]

O diagramă tipică de conectare arată astfel:

După cum puteți vedea, totul este foarte asemănător cu diagrama Lampa LED cu driver pentru RT4515. Descrierea funcționării, nivelurile de semnal, caracteristicile elementelor utilizate și aspectul plăcii de circuit imprimat sunt exact aceleași cu acelea, așa că nu are rost să repetam.

CL6807 se vinde cu 12 ruble/buc, trebuie doar sa ai grija sa nu alunece pe cele lipite (recomand sa le iei).

SN3350

SN3350 este un alt cip ieftin pentru driverele LED (13 ruble/buc). Este practic analog complet PT4115 cu singura diferență că tensiunea de alimentare poate varia de la 6 la 40 de volți, iar curentul maxim de ieșire este limitat la 750 miliamperi (curent continuu nu trebuie să depășească 700 mA).

La fel ca toate microcircuitele descrise mai sus, SN3350 este un convertor step-down cu impulsuri cu o funcție de stabilizare a curentului de ieșire. Ca de obicei, curentul din sarcină (și în cazul nostru, unul sau mai multe LED-uri acționează ca sarcină) este stabilit de rezistența rezistorului R:

R = 0,1 / I LED

Pentru a evita depășirea curentului maxim de ieșire, rezistența R nu trebuie să fie mai mică de 0,15 Ohm.

Cipul este disponibil în două pachete: SOT23-5 (maximum 350 mA) și SOT89-5 (700 mA).

Ca de obicei, servirea tensiune constantă la pinul ADJ, transformăm circuitul într-un driver reglabil simplu pentru LED-uri.

O caracteristică a acestui microcircuit este un interval de reglare ușor diferit: de la 25% (0,3V) la 100% (1,2V). Când potențialul la pinul ADJ scade la 0,2 V, microcircuitul intră în modul de repaus cu un consum de aproximativ 60 µA.

Schema de conectare tipică:

Pentru alte detalii, consultați specificațiile pentru microcircuit (fișier pdf).

ZXLD1350

În ciuda faptului că acest cip este o altă clonă, există unele diferențe în specificatii tehnice nu permite înlocuirea lor directă între ele.

Iată principalele diferențe:

• microcircuitul pornește la 4,8V, dar ajunge la funcționare normală doar cu o tensiune de alimentare de 7 până la 30 Volți (se poate alimenta până la 40V pentru o jumătate de secundă);
• curent maxim de sarcină - 350 mA;
• rezistența comutatorului de ieșire în stare deschisă este de 1,5 - 2 ohmi;
• Schimbând potențialul la pinul ADJ de la 0,3 la 2,5 V, puteți modifica curentul de ieșire (luminozitatea LED-ului) în intervalul de la 25 la 200%. La o tensiune de 0,2V timp de cel puțin 100 µs, driverul intră în modul de repaus cu un consum redus de energie (aproximativ 15-20 µA);
• dacă reglarea este efectuată de un semnal PWM, atunci la o rată de repetare a pulsului sub 500 Hz, intervalul de modificare a luminozității este de 1-100%. Dacă frecvența este peste 10 kHz, atunci de la 25% la 100%;

Tensiunea maximă care poate fi aplicată la intrarea ADJ este de 6V. În acest caz, în intervalul de la 2,5 la 6V, driverul produce curentul maxim, care este stabilit de rezistența de limitare a curentului. Rezistența rezistenței este calculată exact în același mod ca în toate microcircuitele de mai sus:

R = 0,1 / I LED

Rezistența minimă a rezistenței este de 0,27 Ohm.

O diagramă tipică de conectare nu este diferită de omologii săi:

Fără condensatorul C1 este IMPOSIBIL să se alimenteze circuitul!!! În cel mai bun caz, microcircuitul se va supraîncălzi și va produce caracteristici instabile. În cel mai rău caz, va eșua instantaneu.

Caracteristici mai detaliate ale ZXLD1350 pot fi găsite în fișa de date pentru acest cip.

Costul microcircuitului este nerezonabil de mare (), în ciuda faptului că curentul de ieșire este destul de mic. În general, este foarte potrivit pentru toată lumea. Nu m-as implica.

QX5241

QX5241 este un analog chinezesc al lui MAX16819 (MAX16820), dar într-un pachet mai convenabil. Disponibil și sub denumirile KF5241, 5241B. Este marcat „5241a” (vezi fotografia).

Într-un magazin binecunoscut sunt vândute aproape în greutate (10 bucăți pentru 90 de ruble).

Driverul funcționează exact pe același principiu ca toate cele descrise mai sus (convertor de dolari acțiune continuă), cu toate acestea, nu conține un comutator de ieșire, astfel încât funcționarea necesită conectarea unui tranzistor extern cu efect de câmp.

Puteți lua orice MOSFET cu canal N cu curent de scurgere și tensiune de scurgere adecvate. De exemplu, sunt potrivite următoarele: SQ2310ES (până la 20V!!!), 40N06, IRF7413, IPD090N03L, IRF7201. În general, cu cât tensiunea de deschidere este mai mică, cu atât mai bine.

Iată câteva caracteristici cheie Drivere LED pentru QX5241:

• curent maxim de ieșire - 2,5 A;
• Eficiență de până la 96%;
• frecvența maximă de reglare a luminii - 5 kHz;
• frecvența maximă de funcționare a convertorului este de 1 MHz;
• acuratețea stabilizării curentului prin LED-uri - 1%;
• tensiune de alimentare - 5,5 - 36 Volți (funcționează normal la 38!);
• curentul de ieșire se calculează prin formula: R = 0,2 / I LED

Citiți specificația (în engleză) pentru mai multe detalii.

Driverul LED de pe QX5241 conține puține piese și este întotdeauna asamblat conform acestei scheme:

Cipul 5241 vine doar în pachetul SOT23-6, așa că este mai bine să nu-l abordați cu un fier de lipit pentru tigăi de lipit. După instalare, placa trebuie spălată temeinic pentru a elimina fluxul; orice contaminare necunoscută poate afecta negativ funcționarea microcircuitului.

Diferența dintre tensiunea de alimentare și căderea totală de tensiune pe diode ar trebui să fie de 4 volți (sau mai mult). Dacă este mai mică, atunci se observă unele erori în funcționare (instabilitate curentă și șuierat inductor). Așa că ia-o cu rezervă. Mai mult, cu cât curentul de ieșire este mai mare, cu atât rezerva de tensiune este mai mare. Deși, poate că tocmai am dat peste o copie proastă a microcircuitului.

Dacă tensiunea de intrare este mai mică decât căderea totală între LED-uri, atunci generarea eșuează. În acest caz, comutatorul câmpului de ieșire se deschide complet și LED-urile se aprind (desigur, nu la putere maximă, deoarece tensiunea nu este suficientă).

AL9910

Diodes Incorporated a creat un CI driver LED foarte interesant: AL9910. Este curios prin faptul că domeniul său de tensiune de funcționare îi permite să fie conectat direct la o rețea de 220V (prin intermediul unui simplu redresor cu diodă).

Iată principalele sale caracteristici:

• tensiune de intrare - până la 500V (până la 277V pentru alternanță);
• stabilizator de tensiune încorporat pentru alimentarea microcircuitului, care nu necesită o rezistență de stingere;
• capacitatea de a regla luminozitatea prin schimbarea potențialului de pe piciorul de control de la 0,045 la 0,25V;
• protectie la supraincalzire incorporata (declansata la 150°C);
• frecvența de funcționare (25-300 kHz) este setată de un rezistor extern;
• pentru funcționare este necesar un tranzistor extern cu efect de câmp;
• Disponibil în pachete SO-8 și SO-8EP cu opt picioare.

Driverul asamblat pe cipul AL9910 nu are izolație galvanică față de rețea, deci ar trebui utilizat numai acolo unde contactul direct cu elementele circuitului este imposibil.

Salut Habr!

Vreau să spun povestea modului în care chinezii mi-au ajuns în mâini far pe LED-ul Cree XM-L și ce s-a întâmplat cu el în continuare.

Fundal

Cândva, am comandat o lanternă cu LED strălucitor de pe un site chinezesc. Lanterna s-a dovedit a fi destul de ergonomică (deși ar fi putut fi mai ușoară), dar șoferul ei a lăsat de dorit.

Strălucea destul de puternic, dar șoferul avea doar 3 moduri - foarte luminos, luminos și stroboscopic, comutarea între care se făcea apăsând un buton. Pentru a pur și simplu aprinde și stinge lanterna, a fost necesar să treci prin aceste 3 moduri de fiecare dată. În plus, această lanternă, când a fost aprinsă, a descărcat bateria până la ultima - așa că câteva dintre cutiile mele 18650 au intrat într-o descărcare profundă.

Toate acestea au fost incomode și enervante, așa că la un moment dat am decis să-mi fac propriul șofer pentru asta, despre care vom discuta în continuare.

Lanterna cu șofer vechi

Iată o lanternă, probabil că mulți s-au ocupat de altele asemănătoare

Așa arată driverul original

Termeni de referință

După cum știți, pentru a obține un rezultat bun, orice dezvoltare trebuie să aibă o specificație tehnică bună, așa că voi încerca să o formulez pentru mine. Deci șoferul ar trebui:

• Puteți porni/opri apăsând scurt un buton (buton fără blocare). Poate că acesta este motivul principal pentru care toate acestea au început.
• O ajustare lină (în trepte) a luminozității, de la cel mai strălucitor - „turbo”, la „lumina lunii”, când dioda abia strălucește. Luminozitatea ar trebui să se schimbe uniform.
• Amintiți-vă de luminozitatea setată în timpul opririi.
• Monitorizați încărcarea bateriei, avertizând când este aproape descărcată (aproximativ 3,3V) și oprindu-se când este complet descărcată (aproximativ 2,9V). Pentru baterii diferite, acești parametri pot fi diferiți. În consecință, tensiunea de funcționare ar trebui să fie în intervalul 2,7 ~ 4,5 V.
• Aveți 2 moduri speciale - far de urgență și stroboscop (de ce nu?)
• Să poată porni/oprește LED-ul din spate (acest lucru este important când mergi pe bicicletă noaptea, iese ceva ca o lumină laterală).
• Au protecție împotriva inversării polarității și a electricității statice. Nu este necesar, dar va fi un plus frumos, deoarece în întuneric puteți plasa din greșeală bateria pe partea greșită.
• Să fie de dimensiuni mai mici decât șoferul original, dar să aibă aceleași locuri. Șoferul chinez este pur și simplu uriaș să-l faci mai mare nu va fi ușor.

Ei bine, dacă lanterna este supusă modificărilor, de ce să nu o construiți în ea? încărcător cu conector micro-USB? Am mereu la îndemână un astfel de cablu și încărcare USB, dar trebuie să-mi caut propria sursă de alimentare.

Fier

Am ceva experiență cu Arduino, așa că s-a decis să fac un driver pentru familia MK-urilor AVR. Sunt disponibile pe scară largă, ușor de programat și au moduri de putere redusă (sleep).

Microcontrolerul Attiny13a a fost ales drept „creierul” șoferului - acesta este unul dintre cele mai ieftine MCU-uri de la Atmel (acum absorbit de Microchip), are tot ce este necesar la bord - GPIO pentru conectarea unui buton și a unui LED, un timer pentru generare un semnal PWM, un ADC pentru măsurarea tensiunii și EEPROM pentru salvarea parametrilor. Este disponibil doar 1 KB de memorie flash (dar de cât este nevoie pentru o lanternă), precum și 64 B de memorie RAM și aceeași cantitate de EEPROM.
Attiny13 este disponibil în mai multe opțiuni de pachet, în special în DIP-8, care poate fi conectat direct la o placă de dezvoltare obișnuită cu un pas de 2,54 mm.

Deoarece sunt doar 3 fire care merg de la spatele la capul lanternei, butonul este forțat să facă scurtcircuitare la masă (vom vorbi despre imposibilitatea scurtcircuitării la pozitiv mai târziu), va trebui să comutați LED-ul pe pozitiv - ceea ce înseamnă că aveți nevoie de un comutator de câmp pe canal P. Ca astfel de tranzistor, am luat AO3401, dar puteți lua SI2323, este mai scump, dar are o rezistență mai mică pe canal deschis (40 mOhm, în timp ce AO3401 are 60 mOhm, la 4,5 V), prin urmare driverul se va încălzi Mai puțin.

De la cuvinte la acțiune, pregătesc o versiune preliminară pe o placă

Deocamdată este alimentat direct de la programator, cu o tensiune de 5 V (de fapt mai puțin din cauza pierderilor în cablul USB). În loc de LED-ul XM-L, deocamdată am conectat un LED obișnuit pe picioare și am instalat un tranzistor slab cu o tensiune de prag ridicată.
Apoi a fost desenat un circuit în Altium Designer, pe care l-am adăugat cu polaritate inversă și protecție ESD.

Descrierea detaliată și scopul tuturor componentelor

Componente necesare:

C1 - condensator de decuplare pentru alimentarea microcontrolerului, ar trebui să fie în jur de 0,1 µF, carcasă 1206 sau 0805, coeficient de temperatură X7R

R1-R2 este un divizor de rezistență pentru măsurarea tensiunii bateriei, puteți seta orice evaluări, raportul principal aici este (750K/220K, factor de divizare 4,41) și curentul de scurgere, care va fi mai mare dacă creșteți ratingurile (la valorile curente). este de aproximativ 4 μA). Deoarece se utilizează un ION intern (1,1 V, conform fișei de date poate fi în intervalul 1,0 V - 1,2 V), tensiunea maximă la ieșirea divizorului nu trebuie să fie mai mare de 1 V. Cu un divizor 750/220, maximul tensiune admisibilă intrarea divizorului va fi de 4,41 V, ceea ce este mai mult decât suficient pentru toate tipurile de baterii cu litiu.
Am calculat divizorul folosind acest calculator.

R3 - protecția ieșirii portului microcontrolerului împotriva scurtcircuitului (dacă brusc PB1 este tras la VCC, un curent mare va curge prin pin și MK-ul se poate arde)

R4 - trage RESET MK la sursa de alimentare fără acesta, sunt posibile reporniri de la interferențe.

Q1 - Tranzistor cu efect de câmp cu canal P într-un pachet SOT-23, am instalat AO3401, dar puteți utiliza oricare altul cu un pinout adecvat (de exemplu SI2323)

R7 este rezistența de limitare a curentului de poartă. Deoarece poarta tranzistorului are o anumită capacitate, atunci când această capacitate este încărcată, un curent mare poate trece prin pin și pinul se poate defecta. Îl puteți seta în regiunea de 100-220 ohmi (nu ar trebui să mergeți mai departe, tranzistorul va începe să rămână într-o stare pe jumătate închisă pentru o lungă perioadă de timp și, ca urmare, se va încălzi mai mult) .

R6 - rezistor de tragere a poarta la sursa de alimentare. În cazul în care PB0 intră într-o stare de impedanță ridicată, se va stabili un 1 logic prin acest rezistor la poarta lui Q1 și tranzistorul va fi oprit. Acest lucru se poate întâmpla din cauza unei erori în codul sau modul de programare.

D2 - dioda de „blocare” - vă permite să alimentați MK de la condensator pentru o perioadă de timp în timpul unei „scăderi” a tensiunii (când LED-ul se aprinde pentru o perioadă scurtă de timp la luminozitate maximă) și, de asemenea, protejează împotriva inversării polarității.
Puteți instala orice diodă Schottky într-un pachet SOD323 cu o cădere de tensiune minimă. Am instalat un BAT60.

Inițial, protecția împotriva polarității inverse a puterii a fost realizată pe un tranzistor cu efect de câmp (acest lucru poate fi văzut pe plăcile realizate prin pradă). După deslipire, a apărut o caracteristică neplăcută - când sarcina a fost pornită, a avut loc o cădere de tensiune și MK a repornit, deoarece dispozitivul de câmp nu limitează curentul în direcția opusă. Am lipit mai întâi un condensator electrolitic de 200uF între VCC și GND, dar nu mi-a plăcut această soluție din cauza dimensiunii ei. A trebuit să dezlipesc tranzistorul și să pun o diodă în locul lui, deoarece SOT-23 și SOD-323 au dimensiuni similare.

În total, circuitul conține doar 10 componente care sunt necesare pentru instalare.

Componente optionale:

R5 și D1 sunt responsabili pentru iluminarea de fundal (LED2). Evaluarea minimă a R5 este de 100 Ohm. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât LED-ul din spate luminează mai slab (se aprinde în mod constant, fără PWM). D1 - orice LED din carcasa 1206, am pus verde pentru ca vizual sunt mai strălucitori la aceiași curenți decât alții.

D3 și D4 sunt diode de protecție (TVS), am folosit PESD5V0 (5.0V) într-un pachet SOD323. D3 protejează împotriva supratensiunii prin sursa de alimentare, D4 ​​- prin buton. Dacă butonul este acoperit cu o membrană, atunci nu are prea mult sens. Probabil că are sens să folosiți diode de protecție bidirecționale, altfel, când polaritatea este inversată, curentul va curge prin ele și se vor arde (vezi caracteristicile I-V ale unei diode de protecție bidirecționale).

C2 - condensator de tantal în cazul A (asemănător cu 1206), este logic să îl instalați atunci când driverul este instabil (tensiunea de alimentare a micronului poate scădea la curenți mari de comutare a LED-urilor)

Toate rezistențele au dimensiunea 0603 (pentru mine aceasta este o limită adecvată pentru lipirea manuală)

Totul este clar cu componentele, puteți realiza o placă de circuit imprimat conform diagramei de mai sus.
Primul pas pentru aceasta este construirea unui model 3D al viitoarei plăci, împreună cu găurile - IMHO, în Altium Designer, aceasta este cea mai convenabilă modalitate de a determina geometria PCB-ului.
Am măsurat dimensiunile vechiului driver și orificiile lui de montare - placa ar trebui să fie atașată de ele, dar să aibă dimensiuni mai mici (pentru versatilitate, în cazul în care trebuie construită altundeva).
Un minim rezonabil aici s-a dovedit a fi undeva în jur de 25x12,5 mm (raport de aspect 2:1) cu două găuri cu un diametru de 2 mm pentru atașarea la corpul lanternei cu șuruburi originale.

Am realizat modelul 3D în SolidWorks, apoi l-am exportat în Altium Designer ca STEP.
Apoi am așezat componentele pe placă, am făcut contactele în colțuri (acest lucru îl face mai comod de lipit și mai ușor de conectat la pământ), am plasat Attiny13 în centru, tranzistorul mai aproape de contactele LED-urilor.
Am direcționat urmele de putere, am plasat componentele rămase după cum a fost necesar și am dirijat urmele semnalului. Pentru a facilita conectarea încărcătorului, i-am plasat contacte separate care dublează contactele bateriei.
Am făcut toate cablările (cu excepția unui jumper) pe stratul superior - astfel încât să pot face placa acasă folosind LUT.
Lățimea minimă a urmelor de semnal este de 0,254 mm / 10 mil, urmele de putere au o lățime maximă acolo unde este posibil.

Așa arată o placă rutată în Altium Designer

Altium Designer vă permite să vedeți cum va arăta placa în 3D (pentru aceasta trebuie să aveți modele pentru toate componentele, dintre care unele a trebuit să le construiți singur).
Poate că cineva de aici va spune că modul 3D pentru trasor nu este necesar, dar pentru mine personal aceasta este o caracteristică convenabilă care face mai ușoară plasarea componentelor pentru o lipire ușoară.

La momentul redactării, au fost realizate 3 versiuni ale plăcii - prima pentru LUT, a doua pentru producția industrială și a treia, versiunea finală cu unele corecții.

Fabricarea placilor

Metoda de casă

LUT este o tehnologie de fier cu laser, o metodă de producere a plăcilor de circuite folosind gravarea pe o mască obținută prin transferul tonerului de pe hârtie în cupru. Această metodă este excelentă pentru plăci simple cu o singură față - cum ar fi acest driver.
Există destul de multe articole despre această tehnologie pe Internet, așa că nu voi intra în detalii, ci vă voi spune doar pe scurt cum o fac.

Mai întâi trebuie să pregătiți un șablon care va fi imprimat pe hârtie termică. Export layer-ul superior_layer în PDF și obțin o imagine vectorială.

Deoarece placa este mică, este logic să luați o bucată de PCB cu dimensiuni de câteva ori mai mari și să faceți ceea ce se numește panelizare în industrie.
CorelDraw este foarte convenabil pentru aceste scopuri, dar puteți folosi orice alt editor de vectori.
Am plasat copii ale șabloanelor pe document, fac goluri de 0,5-1 mm între plăci (în funcție de metoda de separare, mai multe despre asta mai târziu), plăcile trebuie să fie amplasate simetric - altfel va fi dificil să le separați.

Selectez o bucată de PCB unilateral cu dimensiune ceva mai mare decât panoul asamblat, o curăț și o degresez (prefer să o frec cu o gumă și apoi cu alcool). Tipăresc un șablon pentru gravare pe hârtie termică (aici este important să nu uităm să oglindim șablonul).
Folosind un fier de călcat și răbdare, mângâind ușor hârtia, o transfer pe textolit. Aștept până se răcește și dezlipesc cu grijă hârtia.
Zonele libere de cupru (neacoperite cu toner) pot fi lăcuite sau sigilate cu bandă (cu cât suprafața de cupru este mai mică, cu atât are loc reacția de gravare mai rapidă).

Aceasta este panoul de acasă - un număr mare de plăci vă permite să compensați defectele de fabricație

Gravez plăcile cu acid citric într-o soluție de peroxid de hidrogen, aceasta este cea mai accesibilă metodă, deși destul de lentă.
Proporțiile sunt următoarele: pentru 100 ml de peroxid 3% există 30 g de acid citric și aproximativ 5 g de sare, totul se amestecă și se toarnă într-un recipient cu textolit.
Încălzirea soluției va grăbi reacția, dar poate provoca desprinderea tonerului.

Începe o magie chimică necunoscută: cuprul devine acoperit cu bule, iar soluția capătă o nuanță albastră.

După ceva timp, scot placa gravată și o curăț de toner. Nu îl pot spăla cu niciun solvenți, așa că îl îndepărtez mecanic - cu șmirghel cu granulație fină.

Acum tot ce rămâne este să cosiți placa - acest lucru va ajuta la lipire și va proteja cuprul de oxidare și va ușura lipirea. Prefer să cositoresc cu aliaj Rose - acest aliaj se topește la o temperatură de aproximativ 95 de grade, ceea ce îi permite să fie conservat în apă clocotită (da, poate să nu fie cea mai fiabilă compoziție pentru cositorit, dar este potrivit pentru plăci de casă) .

După cositorire, găurim placa (pentru contacte folosesc burghie din carbură f1.0, pentru jumperi - f0.7), găurim cu un Dremel în lipsa unei alte scule. Nu-mi place să tai PCB din cauza prafului, așa că după găurire am tăiat plăcile cu un cuțit utilitar - fac mai multe tăieturi de-a lungul unei linii pe ambele părți, apoi le rup de-a lungul tăieturii. Aceasta este similară cu metoda de tăiere în V folosită în industrie, dar tăierea se face cu un tăietor.

Așa arată placa gata de lipit

Când placa este gata, puteți începe să dezlipiți componentele. Mai întâi lipim chestiile mici (rezistoare 0603), apoi toate celelalte. Rezistoarele sunt adiacente aproape de MK, așa că lipirea lor în ordine inversă poate fi problematică. După lipire, verific dacă există un scurtcircuit în sursa de alimentare a driverului, după care pot începe să clipesc firmware-ul MK.

Drivere gata pentru descărcarea firmware-ului

Metoda industriala

LUT este rapid și accesibil, dar tehnologia are dezavantajele ei (ca aproape toate metodele „acasă” pentru fabricarea PP). Este problematic să faci o placă cu două fețe, șinele pot fi gravate, iar metalizarea găurilor poate fi doar un vis.

Din fericire, chinezii întreprinzători oferă de mult timp servicii de fabricare a plăcilor de circuite imprimate industriale.
Destul de ciudat, o placă cu un singur strat de la chinezi va costa mai mult decât una cu două straturi, așa că am decis să adaug un al doilea strat (de jos) la PCB. Urmele de putere și pământul sunt duplicate pe acest strat. De asemenea, a devenit posibilă realizarea unui radiator din tranzistor (poligoane de cupru pe stratul inferior), ceea ce va permite șoferului să funcționeze la curenți mai mari.

Stratul inferior al plăcii în Altium Designer

Pentru acest proiect, am decis să comand o placă de circuit imprimat de pe site-ul PcbWay. Site-ul are un calculator convenabil pentru calcularea costului plăcilor în funcție de parametrii, dimensiunile și cantitățile acestora. După ce am calculat costul, am încărcat fișierul gerber creat mai devreme în Altium Designer, chinezii l-au verificat și placa a intrat în producție.

M-a costat 5 dolari să fac un set de 10 plăci TinyFL. Când vă înregistrați ca utilizator nou, obțineți o reducere de 5 USD la prima comandă, așa că am plătit doar transportul, care costă, de asemenea, undeva în jur de 5 USD.
Pe acest site este posibil să puneți proiectul în domeniul public, așa că dacă cineva dorește să comande aceste plăci, poate pur și simplu să adauge acest proiect în coș.

Câteva săptămâni mai târziu am primit aceleași plăci, doar frumoase realizate în mod industrial. Rămâne doar să le dezlipiți și să le umpleți cu firmware.

Program (firmware)

Principala dificultate care a apărut la scrierea firmware-ului driverului a fost legată de dimensiunea extrem de mică a memoriei flash - Attiny13 are doar 1024 de octeți.
De asemenea, deoarece schimbarea luminozității este lină, schimbarea ei uniformă s-a dovedit a fi o sarcină netrivială - pentru aceasta a trebuit să facem o corecție gamma.

Algoritm de control al șoferului

Șoferul este pornit prin apăsarea scurtă a butonului și oprit de același buton.
Modul de luminozitate selectat este salvat în timpul opririi.

Dacă în timpul funcționării faceți o dublă apăsare scurtă a butonului (dublu clic), LED-ul suplimentar se va aprinde/stinge.
Dacă o apăsați mult timp în timpul funcționării, luminozitatea lanternei se va schimba treptat. Apăsarea lungă repetă schimbă direcția (mai puternic/mai slab).

Șoferul verifică periodic tensiunea bateriei, iar dacă aceasta este sub valorile setate, avertizează utilizatorul despre descărcare, apoi se oprește pentru a evita descărcarea profundă.

Mai mult descriere detaliată algoritm de operare a driverului

1. Când MK-ul este alimentat, perifericele sunt configurate și MK intră în stare de repaus (dacă este definit STARTSLEEP). Când driverul este alimentat, ambele LED-uri clipesc de mai multe ori dacă este definit STARTBLINKS.
2. Vis. Attiny13 adoarme în modul de oprire (acesta este cel mai economic mod; conform fișei de date, consumul MK va fi de ~ 1 µA), din care poate ieși doar din cauza unei întreruperi. În acest caz, aceasta este întreruperea INT0 - apăsarea unui buton (setarea PC1 la 0 logic).
   Pe PC1, tragerea internă de putere slabă trebuie să fie activată. ADC-ul și comparatorul sunt principalii consumatori de curent de la toate perifericele, așa că trebuie de asemenea oprite. În timpul somnului, conținutul registrelor și RAM este salvat, astfel încât EEPROM-ul nu este necesar pentru a reține luminozitatea.
3. După somn, perifericele și PWM sunt pornite, iar șoferul intră într-o buclă nesfârșită, în care sunt monitorizate apăsările butoanelor și este verificată periodic tensiunea bateriei.
4. Dacă butonul este apăsat, timpul de apăsare este înregistrat.
   4.1. Dacă apăsarea este scurtă, este de așteptat un dublu clic (dacă este definit BTN_DBCLICK).
   Dacă a fost, LED-ul suplimentar LED2 se comută
   Dacă nu, atunci treceți la pasul 2 (somn)
   4.2. Dacă îl apăsați mult timp (mai mult decât BTN_ONOFF_DELAY), modul de control al luminozității este activat. În acest mod:
   • Inversează direcția de schimbare (mai mult/mai puțin) și schimbă procentul de umplere PWM în timp ce butonul este apăsat.
   • Dacă valoarea maximă/minimă (RATE_MAX / RATE_MIN) este atinsă, LED-ul începe să clipească;
   • Dacă n-clipirile au trecut (AUXMODES_DELAY) și butonul este încă apăsat, se aprinde mod suplimentar. Există două astfel de moduri - un stroboscop (se aprinde timp de 25 ms, frecvența 8 Hz) și un far de urgență (se aprinde la luminozitate maximă timp de 50 ms, frecvența 1 Hz). În aceste moduri, nu există nicio verificare a încărcării bateriei și pentru a ieși trebuie să țineți apăsat butonul pentru un timp.
5. Dacă este timpul să verificați tensiunea bateriei, citirile sunt citite de la ADC2 și rezultatul este comparat cu valorile prestabilite.
   • Dacă valoarea ADC este mai mare decât valoarea BAT_WARNING, totul este în regulă
   • Dacă BAT_WARNING este mai mic, utilizatorul este avertizat cu privire la descărcare, șoferul clipește LED-ul principal. Numărul de flash-uri va fi proporțional cu gradul de descărcare. De exemplu, cu valorile implicite, când este complet descărcată, lanterna va clipi de 5 ori.
   • Dacă BAT_SHUTDOWN este mai mic, MK trece la pasul 2 (sleep).

Controlul luminozității LED

După cum știți, cel mai simplu mod de a controla luminozitatea este schimbarea ciclului de lucru PWM, în care LED-ul se aprinde la luminozitate maximă pentru un timp, apoi se stinge. Datorită caracteristicilor ochiului uman, LED-ul pare să strălucească mai puțin puternic decât dacă ar fi aprins constant. Deoarece LED-ul este conectat printr-un tranzistor cu efect de câmp cu canal P, pentru a-l deschide, trebuie să trageți poarta la pământ și să o închideți, invers, la alimentare. Timpul în care tranzistorul este pornit în raport cu timpul în care este oprit se va corela cu umplerea PWM.
Variabila ratei este responsabilă pentru ciclul de lucru al PWM, rata 255 = 100% PWM.
Cu o frecvență de ceas de 1,2 MHz și un temporizator prescaler de 1, frecvența PWM va fi egală cu 1200000/256 = 4,7 KHz. Deoarece aceasta este o frecvență audio (percepută de urechea umană), la un anumit ciclu de funcționare driverul PWM poate începe să scârțâie (mai precis, nu driverul scârțâie, ci firele sau bateriile). Dacă interferează, puteți crește frecvența de operare la 9,6 (CKSEL=10, CKDIV8=1) sau 4,8 MHz (CKSEL=01, CKDIV8=1), atunci frecvența PWM va fi de 8 sau 4 ori mai mare, dar consumul de energie a MK va crește de asemenea proporțional .

Se crede că dioda trebuie alimentată prin stabilizarea curentului prin ea, iar în acest mod va eșua rapid. Aici sunt de acord și spun că în lanterna mea (și în multe bentite cu un design similar) LED-ul nu este conectat direct la driver, ci mai degrabă fire lungi și subțiri merg la el, a căror rezistență, precum și rezistența internă a bateriei si rezistenta driverului, este limitat curentul maxim este in jur de 1,5 A, ceea ce este de 2 ori mai mic decat curentul maxim pentru acest LED (curentul maxim pentru Cree XM-L conform documentatiei este de 3 A).
Daca driverul tau este conectat la LED cu fire scurte si suportul bateriei are contacte bune, curentul la luminozitate maxima (rata=255) poate depasi 3A. În acest caz, acest driver cel mai probabil nu vă va potrivi, deoarece există riscul ca LED-ul să se defecteze. Cu toate acestea, puteți ajusta parametrul RATE_MAX până când sunt obținute valori acceptabile de curent. În plus, deși conform specificațiilor tranzistorului SI2323DS curentul său maxim depășește 4 A, este mai bine să setați pragul la 2 A, altfel driverul poate necesita răcire.

Corecție gamma

Ochiul uman percepe luminozitatea obiectelor neliniar. În cazul acestui driver, diferența dintre 5-10% PWM va fi percepută ca o creștere multiplă a luminozității, în timp ce diferența dintre 75-100% va fi practic invizibilă pentru ochi. Dacă creșteți luminozitatea unui LED în mod uniform, cu o rată de n procente pe secundă, luminozitatea va părea inițial să crească foarte repede de la zero la valoarea medie, apoi crește foarte lent de la mijloc la maxim.

Acest lucru este foarte incomod și pentru a compensa acest efect a trebuit să creăm un algoritm de corecție gamma simplificat. Esența sa este că treapta de schimbare a luminozității crește de la 1 la valorile minime PWM la 12 la valorile maxime. În reprezentarea grafică, aceasta arată ca o curbă, ale cărei puncte sunt stocate în rate_step_array. Astfel, luminozitatea pare să varieze uniform pe întreaga gamă.

Monitorizarea tensiunii bateriei

La fiecare n secunde (parametrul BAT_PERIOD corespunde intervalului în milisecunde), se măsoară tensiunea bateriei. Contactul pozitiv al bateriei, care este conectat la VIN și merge la divizorul de rezistență R1-R2, la punctul central al căruia este conectat pinul PB4 (alias ADC2 pentru multiplexorul ADC).

Deoarece tensiunea de alimentare se modifică odată cu tensiunea măsurată, nu va fi posibilă măsurarea utilizând Vref ca tensiune de referință, așa că am folosit o sursă internă de 1,1 V ca tensiune de referință exact pentru asta este un divizor - MK nu poate măsura o tensiune mai mare decât sursa de referință de tensiune (de exemplu, o tensiune de 1,1 V va corespunde unei valori ADC de 1023 sau 255 dacă utilizați rezoluția de 8 biți). Trecând prin divizor, tensiunea la mijlocul său va fi de 6 ori mai mică decât intrarea, valoarea 255 nu va mai corespunde la 1,1 V, ci la 4,33 V (divizor cu 4,03), care acoperă domeniul de măsurare cu un marginea.

Ca rezultat, se obține o anumită valoare, care este apoi comparată cu valorile prestabilite ale tensiunilor minime. Când se atinge valoarea BAT_WARNING, LED-ul începe să clipească de un anumit număr de ori (cu cât este mai descărcat, cu atât clipește mai mult - BAT_INFO_STEP este responsabil pentru acest lucru, mai multe detalii în cod), iar când se atinge BAT_SHUTDOWN, șoferul este întors. oprit.
Nu văd niciun rost în a converti valoarea ADC în milivolți, pentru că Acest lucru irosește memorie suplimentară, din care există deja puține în Tinka.

Apropo, divizorul este principalul consumator de energie atunci când MK este în modul de repaus. Deci, un divizor cu 4,03 cu R1 = 1M și R2 = 330K va avea un R total = 1330K și un curent de scurgere la 4 V = 3 µA.
În timp ce tensiunea este măsurată, sarcina (LED-ul) este oprită pentru aproximativ 1 ms. Acest lucru este aproape invizibil pentru ochi, dar ajută la stabilizarea tensiunii, altfel măsurătorile vor fi incorecte (și este prea dificil să faceți corecții pentru ciclul de funcționare al pulsului etc.).

Efectuarea de modificări la firmware

Acest lucru nu este dificil de făcut, mai ales dacă aveți experiență cu Arduino sau doar C/C++.
Chiar dacă nu aveți o astfel de experiență, puteți personaliza aproape toți parametrii de funcționare prin editarea definițiilor fișierului antet flashlight.h.
Pentru a edita codul sursă, va trebui să instalați Arduino IDE cu suport pentru Attiny13(a) sau Atmel Studio - nu este mai complicat decât Arduino IDE, dar mult mai convenabil.

Arduino IDE

Mai întâi va trebui să instalați suportul Attiny13 în IDE. Suficient instrucțiuni detaliate disponibil in articol.
Apoi, trebuie să selectați Instrumente>Board Attiny13(a) în meniu și Instrumente>Frecvență 1,2MHz în meniu.
„Schița” este conținută într-un fișier cu extensia .ino, conține o singură linie de cod - aceasta este includerea unui fișier antet în proiect. În esență, această schiță este doar o modalitate de a compila firmware-ul prin Arduino IDE. Dacă doriți să faceți modificări în proiect, lucrați cu fișierul .cpp.
După deschiderea proiectului, trebuie să faceți clic pe caseta de selectare, compilarea va începe și, dacă are succes, va exista un link către fișierul *.hex în jurnal. Trebuie turnat în microcontroler conform instrucțiunilor de mai jos.

Atmel Studio

Proiectul pentru acest IDE este conținut în fișierul flashlight.atsln, iar sursele sunt conținute în fișierele flashlight.h conține definiții (setări), iar flashlight.cpp conține codul real.
Nu văd niciun rost să descriu conținutul codului sursă mai detaliat - codul este plin de comentarii.
După ce faceți modificări la cod, trebuie să apăsați F7, firmware-ul se va compila (sau nu, atunci compilatorul va indica unde este eroarea). Flashlight.hex apare în folderul de depanare, care poate fi încărcat în microcontroler conform instrucțiunilor de mai jos.

Pentru a descărca firmware-ul și a configura siguranța, folosesc programatorul USBASP în combinație cu programul AVRDUDEPROG. Programul este ca o interfață grafică pentru programul avrdude, există un calculator convenabil de siguranțe încorporat - doar bifați casetele de lângă biții necesari. În lista de controlere trebuie să-l selectați pe cel adecvat (în acest caz Attiny13(a), accesați fila Siguranțe și apăsați butonul de citire. Numai după ce valorile siguranțelor sunt citite din MK, le puteți schimba. După modificare, trebuie să apăsați program, noile siguranțe vor fi scrise în MK. Valorile adecvate ale siguranței sunt scrise în fișierul flashlight.h.

Programator USBASP conectat la driver printr-un clip cu un cablu

Pentru a conecta USBASP la Tink, folosesc un clip pentru un SOIC cu 8 pini. Nu este un dispozitiv foarte convenabil, trebuie să te chinui aproximativ 10 minute înainte de a obține contactul (poate că tocmai am primit un clip defect). Există și adaptoare SOIC-DIP, în care un microcircuit este introdus înainte de lipire și firmware-ul este turnat în el - această opțiune este mai convenabilă, dar capacitatea de a programa driverul în circuit este pierdută (adică, actualizați firmware-ul după lipire MK la bord).
Dacă toate acestea lipsesc, atunci puteți pur și simplu să lipiți firele la pinii MK, care sunt apoi atașați la Arduino.

Calibrare

Curenții care trec prin driver și LED nu trebuie să depășească valorile maxime. Pentru un LED XM-L acesta este 3 A, pentru un driver depinde de tranzistorul folosit, de exemplu pentru SI2323 curentul maxim este de aproximativ 4 A, dar este mai bine sa conduci la curenti mai mici din cauza incalzirii excesive. Pentru a reduce curentul la luminozitatea maximă, utilizați parametrul RATE_MAX (#define RATE_MAX xx, unde xx este luminozitatea maximă de la 0 la 255).
Calibrarea ADC-ului nu este o procedură obligatorie, dar dacă doriți ca șoferul să urmărească cu exactitate tensiunea de prag, va trebui să o faceți.

Calculele nu vor oferi o precizie ridicată de măsurare, deoarece, în primul rând, valorile rezistenței pot varia în limitele toleranței (de obicei 1-5%), iar în al doilea rând, IONul intern poate avea o răspândire de la 1,0 la 1,2 V.
Prin urmare, singurul mod acceptabil- setați valoarea în unități ADC (BAT_WARNING și BAT_SHUTDOWN), selectând-o experimental după cum este necesar. Acest lucru necesită răbdare, un programator și o sursă de alimentare reglată.
Am setat valoarea BAT_PERIOD din firmware la 1000 (verificând tensiunea o dată pe secundă) și am redus treptat tensiunea de alimentare. Când șoferul a început să avertizeze despre descărcare, am lăsat valoarea curentă a BAT_WARNING după cum ați dorit.
Acesta nu este cel mai convenabil mod, poate că în viitor este necesar să se efectueze o procedură de calibrare automată cu salvarea valorilor în EEPROM.

Ansamblu lanternă

Când placa a fost gata și firmware-ul a fost încărcat, a fost în sfârșit posibil să o instalezi în locul vechiului driver. Am dezlipit driverul vechi și am lipit unul nou în locul lui.

Noul driver este conectat în locul celui vechi conform acestei scheme

După ce am verificat dacă a existat un scurtcircuit în sursa de alimentare, am conectat alimentarea și am verificat funcționalitatea. Apoi am montat placa de încărcare (TP4056), pentru aceasta a trebuit să găurim puțin orificiul conectorului de încărcare cu un Dremel și am fixat-o cu lipici fierbinte (a fost important aici ca lipiciul să nu se scurgă în conector, ar fi greu să-l scoți de acolo).

Nu am fixat placa cu șuruburi, pentru că firele din carcasă s-au rupt de la strângerea repetată, ci am umplut-o pur și simplu cu lipici și am sigilat și firele în zonele de lipit, astfel încât să nu se uzeze. Am decis să acoperiți șoferul și încărcătorul cu lac acrilic transparent, acest lucru ar trebui să ajute împotriva coroziunii.

Testarea și calculul costurilor de producție

După toate operațiunile, puteți începe să testați driverele. Curentul a fost măsurat cu un multimetru convențional, conectându-l la circuitul de alimentare.

Consumul de energie al vechiului șofer (măsurat la 4,04 V):

1. În timpul somnului - nu se măsoară
2. Mod maxim: 0,60 A
3. Mod mediu: 0,30 A
4. Strobe: 0,28 A

Consumul de energie al noului driver (măsurat la 4,0 V):

1. În modul de repaus, consumă aproximativ 4 µA, ceea ce este mult mai mic decât curentul de auto-descărcare al unei baterii litiu-ion. Curentul principal în acest mod trece prin divizorul rezistenței.
2. La modul minim, „lumina lunii” este de aproximativ 5-7 mA, dacă presupunem că capacitatea unei celule de 18650 este de aproximativ 2500 mAh, atunci se dovedește că 20 de zile de funcționare continuă. MK-ul în sine consumă undeva în jur de 1,2-1,5 mA (la o frecvență de funcționare de 1,2 MHz).
3. În modul maxim, „turbo”, consumă aproximativ 1,5 A, în acest mod va funcționa aproximativ o oră și jumătate. LED-ul la astfel de curenți începe să se încălzească foarte mult, așa că acest mod nu este destinat funcționării pe termen lung.
4. Baliză de urgență - consumă în medie aproximativ 80 mA, în acest mod lanterna va funcționa până la 30 de ore.
5. Lumină stroboscopică - consumă aproximativ 0,35 A, va funcționa până la 6 ore.

Problema de preț

Dacă cumpărați componente în Chip și Deep, va costa aproximativ 100 de ruble (60 de ruble Attiny13, ~40 de ruble pentru restul vrac). Este logic să comandați din China dacă faceți mai multe piese - atunci va fi mai ieftin pe bucată, chinezii vând de obicei în loturi de 10 bucăți.
Scândurile vor costa în jur de 300 de ruble pentru 10 bucăți (fără livrare) dacă le comandați în China.
Conectarea și aprinderea unui driver îmi ia aproximativ o oră.

Concluzie

Lanterna chineză a devenit mult mai convenabilă, deși acum am plângeri cu privire la mecanica ei - partea din față este prea grea, iar focalizarea nu este deosebit de necesară.
Pe viitor am de gând să fac o versiune a acestui driver pentru lanterne cu un buton de pornire (cu lacăt). Adevărat, sunt confuz de abundența unor astfel de proiecte. Crezi că merită să faci încă unul din astea?

Prim-plan al șoferului (versiunea 2_t)

UPD: S-a adăugat suport pentru Arduino IDE.