В некоторых случаях требуется реализовать схему плавного включения или выключения светодиода (LED). Особенно востребовано данное решение в организации дизайнерских решениях. Для осуществления задуманного есть два пути решения. Первый – покупка готового блока розжига в магазине. Второй – изготовление блока своими руками. В рамках статьи выясним, почему стоит прибегнуть ко второму варианту, а также разберем самые популярные схемы.
Покупать или делать самому?
Если нужно срочно или нет желания и времени собирать блок плавного включения светодиодов своими руками, то можно и купить готовое устройство в магазине. Единственный минус – цена. Стоимость некоторых изделий, в зависимости от параметров и производителя, может превышать в несколько раз себестоимости устройства сделанного своими руками.
Если есть время и особенно желание, то стоит обратить внимание на давно разработанные и проверенные временем схемы плавного включения и выключения светодиодов.
Что нужно
Для того, чтобы собрать схему плавного розжига светодиодов в первую очередь потребуется небольшой набор радиолюбителя, как навыков, так и инструментов:
- паяльник и припой;
- текстолит для платы;
- корпус будущего устройства;
- набор полупроводниковых приборов (резисторы, транзисторы, конденсаторы, светодиоды, диоды и т.д.);
- желание и время;
Как видно из списка, ничего особенного и сложного не требуется.
Основа основ плавного включения
Давайте начнем с элементарных вещей и вспомним, что такое RC – цепь и как она связана с плавным розжигом и затуханием светодиода. Посмотрите на схему.
В ее состав входит всего три компонента:
- R – резистор;
- C – конденсатор;
- HL1 – подсветка (светодиод).
Два первых компонента и составляют RC – цепь (произведение сопротивления и емкости). От увеличения сопротивления R и емкости конденсатора C увеличивается время розжига LED. При уменьшении, наоборот.
Мы не будем углубляться в основы электроники и рассматривать, как протекают физические процессы (точнее ток) в данной схеме. Достаточно знать, что она лежит в основе работы всех устройств плавного розжига и затухания.
Рассмотренный принцип RC – задержки лежит в основе всех решений плавного включения и выключения светодиодов.
Схемы плавного включения и выключения светодиодов
Разбирать громоздкие схемы не имеет смысла, т.к. для решения большинства задач справляются простые устройства, работающие на элементарных схемах. Рассмотрим одну из таких схем плавного включения и выключения светодиодов. Несмотря на простоту, она имеет ряд плюсов, высокую надежность и низкую себестоимость.
Состоит из следующих деталей:
- VT1 – полевой транзистор IRF540;
- C1 – конденсатор емкостью 220 mF и напряжением 16V;
- R1, R2, R3 – резисторы номиналом 10, 22, 40 kOm соответственно;
- LED – светодиод.
Работает от напряжения 12 Вольт по следующему алгоритму:
- При включении схемы в цепь питания через R2 протекает ток.
- В это время C1 набирает емкость (заряжается), что обеспечивает постепенное открытие полевика VT
- Возрастающий ток на затворе (вывод 1) протекает через R1, и заставляет постепенно открываться сток полевика VT
- Ток уходит на исток все того же полевика VT1 и далее на LED.
- Светодиод постепенно усиливает излучение света.
Затухание светодиода происходит при снятии питания. Принцип обратный. После отключения питания, конденсатор C1 начинает постепенно отдавать свою емкость на сопротивления R1 и R2.
Скорость разряда, а тем самым и скорость плавного затухания светодиода, может регулироваться номиналом сопротивления R3. Поэкспериментируйте, чтобы понять, как номинал влияет на быстроту розжига и затухания LED. Принцип следующий – выше сопротивление, медленнее затухание, и наоборот.
Главный элемент – это полевой n-канальный MOSFET транзистор IRF540, все остальные полупроводниковые приборы играют вспомогательную роль (обвязка). Стоит отметить его важные характеристики:
- ток стока: до 23 Ампер;
- полярность: n;
- напряжение сток – исток: 100 Вольт.
Более детальную информацию, в том числе и ВАХ, можно найти на сайте производителя в datasheet.
Доработанный вариант с возможностью настройки времени
Рассмотренный выше вариант предполагает использование устройства без возможности регулировки времени розжига и затухания LED. А иногда это необходимо. Для реализации всего лишь нужно дополнить схему несколькими элементами, а именно R4, R5 – регулируемые сопротивления. Они предназначены для реализации функции подстройки времени полного включения и выключения нагрузки.
Рассмотренные схемы плавного розжига и затухания отлично подойдут для реализации дизайнерской подсветки в автомобиле (багажник, двери, область ног передних пассажиров).
Еще одна популярная схема
Вторая самая популярная схема плавного включения и выключения светодиодов очень похожа на две рассмотренные, но сильно отличаются по принципу работы. Управление включением происходит по минусу.
Широкое применение схемы нашли в тех местах, где одна часть контактов замыкается по минусу, а другая по плюсу.
Отличия схемы от рассмотренных ранее. Главное отличие – это другой транзистор. Полевик обязательно нужно заменить на p – канальный (маркировка указана на схеме ниже). Нужно «перевернуть» конденсатор, теперь плюс кондера пойдет на исток транзистора. Не забывайте, доработанный вариант имеет питание с обратной полярностью.
Видео
Для углубленного понимания всего происходящего в рассмотренных вариантах предлагаем посмотреть интересное видео, автор которого, при помощи программы проектировки электронных схем, постепенно показывает принцип работы плавного включения и выключения светодиода на разных вариантах. Внимательно посмотрев видео, Вы поймете почему обязательно нужно использовать транзистор.
Вывод
Рассмотренные решения являются самыми популярными и востребованными. В сети интернет, на формуах ведутся большие дискуссии по поводу простоты и малой функциональности данных схем, однако практика показала, что в быту их функционала хватает сполна. Большой плюс рассмотренных решений включения и выключения светодиодов – это простота изготовления и низкая себестоимость. Для разработки готового решения уйдет не более 3-7 часов.
Наверняка много кому хотелось бы внести в свой автомобиль что нибудь новое. Сегодня рассмотрим как внести небольшие конструкторские изменения в подсветку автомобиля….а может и не авто, так же можно управлять светодиодной лентой например в подсветке интерьера
Наше устройство будет плавно включать и выключать нагрузку, производить плавный розжиг.
Как это работает
К VCC+ подключаем источник питания +12 вольт. К REM подключаем управляющий плюс, конкретно в автомобиле это будет плюс зажигания. С контактами LED все должно быть понятно, «+» и «-» светодиодов.
На схеме T1 транзистор BC817 — отечественный аналог КТ503. Транзистор Т2 — IRF9540.
Если вы захотите увеличить время розжига вам необходимо увеличить номинал R2, для уменьшения соответственно понизить. Для управления временем гашения аналогичную операцию необходимо проделать с резистором R3.
Чтобы минимизоровать плату использовал SMD резисторы, а для удобства применил терминальные блоки.
Платы изготовлены технологией ЛУТ. И после проделанных манипуляций получаем компактное и полезное устройство:
Есть случаи, когда необходимо обеспечить плавное включение светодиодов, применяемых для освещения или подсветки, а в некоторых случаях и выключение. Плавный розжиг может потребоваться по разным причинам.
Во-первых, при мгновенном включении свет сильно «бьет по глазам» и заставляет нас жмуриться и прищуриваться, выжидая, пока глаза привыкнут к новому уровню яркости. Этот эффект связан с инерционностью процесса аккомодации глаза и конечно имеет место не только при включении светодиодов, но и любых других источников света.
Просто в случае со светодиодами он усугубляется тем, что излучающая поверхность очень мала. Если говорить научным языком – источник света имеет очень большую габаритную яркость.
Во-вторых, могут преследоваться чисто эстетические цели: согласитесь плавно загорающийся или гаснущий свет – это красиво. Схема питания светодиодов должна быть усовершенствована должным образом. Рассмотрим два различных способа плавного включения и выключения светодиодов.
Задержка RC-цепью
Первое что должно прийти в голову человеку, знакомому с электротехникой – введение задержки с помощью включения в схему питания светодиодов RC-цепочки: резистора и конденсатора. Схема приведена на рис.1. При подаче напряжения на вход – напряжение на конденсаторе, по мере его заряда, будет нарастать за время приблизительно равное 5τ, где τ=RC – постоянная времени. То есть, говоря простым языком, время включения света будет определяться произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора. Соответственно, чем больше емкость и сопротивление, тем дольше будет происходить розжиг светодиодов. При отключении питания конденсатор будет разряжаться на светодиоды. Время, в течение которого будет происходить плавное затухание, также будет определяться τ, но в этом случае вместо R в произведение войдет динамическое сопротивление светодиодов. К примеру, конденсатор на 2200 мкФ и резистор на 1 кОм теоретически «растянут» время включения на 2,2 секунды. Естественно на практике это значение будет отличаться от расчетного как за счет разброса параметров (у электролитических конденсаторов допуски на номинал обычно очень большие) RC-цепи, так и за счет параметров самих светодиодов. Не нужно забывать, что p-n-переход начнет открываться и излучать свет при определенном пороговом значении. Представленная простейшая схема хорошо позволяет понять принцип действия этого метода, но для практической реализации она мало пригодна. Для получения рабочего решения усовершенствуем ее введением нескольких дополнительных элементов (рис.2). 
Работает схема следующим образом: при включении питания конденсатор С1 заряжается через резистор R2, транзистор VT1, по мере изменения напряжения на затворе, уменьшает сопротивление своего канала, тем самым увеличивая ток через светодиод. Выключение питания приведет к разряду конденсатора через светодиоды и резистор R1.
Включим «мозги»…
Если схема должна обеспечить большую гибкость и функциональность, например, не меняя «железо» мы хотим получить несколько режимов работы и задавать время розжига и затухания более точно, то самое время включить в схему микроконтроллер и интегральный драйвер LED с входом управления. Микроконтроллер способен с высокой точностью отсчитывать необходимые интервалы времени и выдавать команды на управляющий вход драйвера в виде ШИМ. Переключение режимов работы можно предусмотреть заранее и вывести для этого соответствующую кнопку. Необходимо только сформулировать – что мы хотим получить и написать соответствующую программу. В качестве примера можно привести драйвер мощных светодиодов LDD-H, который выпускается с номинальными значениями токов от 300 до 1000 мА и имеет вход ШИМ. Схема включения конкретных драйверов обычно приводится в тех. описании производителя (data sheet). В отличие от предыдущего способа, время на включение и выключение не будет зависеть от разброса параметров элементов схемы, температуры окружающей среды или падения напряжения на светодиодах. Но за точность нужно будет заплатить – это решение дороже.
На просторах интернета имеется множество схем плавного розжига и затухания светодиодов с питанием от 12В, которые можно сделать своими руками. Все они имеют свои достоинства и недостатки, различаются уровнем сложности и качеством электронной схемы. Как правило, в большинстве случаев нет смысла сооружать громоздкие платы с дорогостоящими деталями. Чтобы кристалл светодиода в момент включения плавно набирал яркость и также плавно погасал в момент выключения, достаточно одного МОП транзистора с небольшой обвязкой.
Схема и принцип ее работы
Рассмотрим один из наиболее простых вариантов схемы плавного включения и выключения светодиодов с управлением по плюсовому проводу. Помимо простоты исполнения, данная простейшая схема имеет высокую надежность и невысокую себестоимость. В начальный момент времени при подаче напряжения питания через резистор R2 начинает протекать ток, и заряжается конденсатор С1. Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, что способствует плавному открытию транзистора VT1. Нарастающий ток затвора (вывод 1) проходит через R1 и приводит к росту положительного потенциала на стоке полевого транзистора (вывод 2). В результате происходит плавное включение нагрузки из светодиодов.
В момент отключения питания происходит разрыв электрической цепи по «управляющему плюсу». Конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию резисторам R3 и R1. Скорость разряда определяется номиналом резистора R3. Чем больше его сопротивление, тем больше накопленной энергии уйдет в транзистор, а значит, дольше будет длиться процесс затухания.
Для возможности настройки времени полного включения и выключения нагрузки, в схему можно добавить подстроечные резисторы R4 и R5. При этом, для корректности работы, схему рекомендуется использовать с резисторами R2 и R3 небольшого номинала. 
Любую из схем можно самостоятельно собрать на плате небольшого размера. 
Элементы схемы
Главный элемент управления – мощный n-канальный МОП транзистор IRF540, ток стока которого может достигать 23 А, а напряжение сток-исток – 100В. Рассматриваемое схемотехническое решение не предусматривает работу транзистора в предельных режимах. Поэтому радиатор ему не потребуется.
Вместо IRF540 можно воспользоваться отечественным аналогом КП540.
Сопротивление R2 отвечает за плавный розжиг светодиодов. Его значение должно быть в пределах 30–68 кОм и подбирается в процессе наладки исходя из личных предпочтений. Вместо него можно установить компактный подстроечный многооборотный резистор на 67 кОм. В таком случае можно корректировать время розжига с помощью отвертки.
Сопротивление R3 отвечает за плавное затухание светодиодов. Оптимальный диапазон его значений 20–51 кОм. Вместо него также можно запаять подстроечный резистор, чтобы корректировать время затухания. Последовательно с подстроечными резисторами R2 и R3 желательно запаять по одному постоянному сопротивлению небольшого номинала. Они всегда ограничат ток и предотвратят короткое замыкание, если подстроечные резисторы выкрутить в ноль.
Сопротивление R1 служит для задания тока затвора. Для транзистора IRF540 достаточно номинала 10 кОм. Минимальная емкость конденсатора С1 должна составлять 220 мкФ с предельным напряжением 16 В. Ёмкость можно увеличить до 470 мкФ, что одновременно увеличит время полного включения и выключения. Также можно взять конденсатор на большее напряжение, но тогда придется увеличить размеры печатной платы.
Управление по «минусу»
Выше переведенные схемы отлично подходят для применения в автомобиле. Однако сложность некоторых электрических схем состоит в том, что часть контактов замыкается по плюсу, а часть – по минусу (общему проводу или корпусу). Чтобы управлять приведенной схемой по минусу питания, её нужно немного доработать. Транзистор нужно заменить на p-канальный, например IRF9540N. Минусовой вывод конденсатора соединить с общей точкой трёх резисторов, а плюсовой вывод замкнуть на исток VT1. Доработанная схема будет иметь питание с обратной полярностью, а управляющий плюсовой контакт сменится на минусовой. 
Читайте так же
Недавно решил собрать схему, которая позволила бы мне любую светодиодную ленту (будь то в автомобиле или дома) плавно разжигать. Изобретать велосипед я не стал, и решил немного по Googleить. При поиске почти на каждом сайте находил схемы, где светодиодная нагрузка сильно ограничивается возможностями схемы.
Мне же хотелось, чтобы схема всего лишь плавно поднимала напряжение на выходе, чтобы диоды плавно разгорались и схема было обязательно пассивной (не требовала дополнительного питания и в режиме ожидания не потребляла бы ток) и обязательно была бы защищена стабилизатором напряжения для увеличения срока жизни моей подсветки.
А так как плат пока я травить не научился, то решил что сначала нужно освоить самые простые схемы и при монтаже использовать готовые монтажные платы, которые как и остальные компоненты схемы, можно приобрести в любом магазине радиодеталей.
Для того что собрать схему плавного розжига светодиодов со стабилизацией мне нужно было приобрести следующие компоненты:
Вообще, готовая монтажная плат достаточно удобная альтернатива так называемому методу «ЛУТ» где с помощью программы Sprint-Layout, принтера и того же текстолита можно собрать почти любую схему. Так вот, новичкам следует всё таки сначала освоить более простой вариант, который значительно проще и что самое главное «прощает ошибки» и так же не требует наличия паяльной станции.
Немного упростив исходную схему решил её перерисовать:
Знаю что на схемах транзистор и стабилизатор обозначается не так, но мне так проще, а вам будет нагляднее. А если же вы, как и я, успели позаботиться о стабилизации, то вам нужна ещё более простая схема:
Тоже самое, только без использования стабилизатора КРЕН8Б.
R3 - 10К Ом
R2 - 51К Ом
R1 - от 50К до 100К Ом (сопротивлением этого резистора можно управлять скоростью розжига светодиодов).
С1 - от 200 до 400мк Ф (можно и выбрать другие ёмкости, но превышать 1000мк Ф не стоит).
На тот момент мне нужны были две платы плавного розжига:
- для уже сделанной подсветки ног.
- для плавного розжига приборной панели.
Так как о стабилизации светодиодов подсвечивающих мои ноги я уже давно позаботился, то в схеме розжига КРЕНка уже была не нужна.
Схема плавного розжига без стабилизатора.
Для такой схемы я использовал всего 1.5 кв см монтажной платы, которая стоит всего 60 рублей.
Схема плавного розжига со стабилизатором напряжения.
Размеры 25 х 10 мм.
Достоинствами данной схемы является то, что подключаемая нагрузка зависит только от возможностей блока питания (аккумулятора авто), и от полевого транзистора IRF9540N, который очень надежен (дает возможность подключить через себя 140Вт нагрузки при токе до 23А (информация из интернета). Схема сможет выдержит 10 метров светодиодной ленты, но тогда транзистор придется охлаждать, благо в таком исполнении можно закрепить на полевик радиатор (что конечно приведёт к увеличению площади схемы).
При первом тестировании схемы было снято коротенькое видео:
Изначально R1 стоял номиналом 60К Ом и мне не понравилось то что розжиг до полной яркости занимал около 5-6 секунд, в последствии к R1 был допаян ещё один резистор на 60К Ом и время розжига уменьшилось до 3 секунд, что для подсветки ног было самое то.
А так как схему розжига для подсветки ног необходимо было подключать в разрыв основной схемы питания, то не долго думая как же её заизолировать, просто запихнул её в кусок велосипедной камеры.
