Divu režīmu gaismas diožu apgaismojuma jaudas regulators

Ikdienā ļoti bieži tiek izmantots gaismas diožu apgaismojums, jo tas ir ekonomiski izdevīgāks, jo lielākā daļa no patērētās jaudas aiziet apgaismojumā. 

Veikalos ir nopērkami gan tādi gaismas diožu apgaismojumi, kuriem ir iespējams regulēt jaudu, gan tādi, kuriem nav tādas iespējas. 

Runājot par gaismas diožu apgaismojuma jaudas regulēšanu, lai mainītu gaismas diožu spožumu, nepieciešams mainīt caurplūstošās strāvas stiprumu, nepārsniedzot maksimāli pieļaujamo strāvas stiprumu tiešajā (vadāmības) virzienā, nodrošinot strāvas stabilizāciju, tāpēc šoreiz autors ir izveidojis elektrisko principiālo shēmu, ar kuras palīdzību lietotājs var regulēt gaismas diožu apgaismojuma jaudu, regulējot caurplūstošās strāvas stiprumu. Izmantojot elektrisko principiālo shēmu, lietotājs var regulēt apgaismojuma jaudu, izmantojot potenciometru, taču, ja lietotājs vēlas apgaismojuma jaudu regulēt attālināti, tad to ir iespējams regulēt, izmantojot viedtālruni (Bluetooth savienojumu).

1.1.att. Gaismas diožu apgaismojuma jaudas regulatora elektriskā principiālā shēma

Tā kā gaismas diožu apgaismojuma elektriskā principiālā shēma ir veidota tā, lai tās elektrobarošanai ikdienā varētu izmantot tīkla maiņspriegumu, tad elektriskajā principiālajā shēmā ir paredzēts pazeminošā tipa transformators, kurš 230 V maiņspriegumu pazemina uz 15 V maiņspriegumu.

Tālāk maiņspriegums tiek pārveidots par pulsējošu līdzspriegumu, izmantojot BR1 diožu tiltu (tilta taisngriezi).

Lai izlīdzinātu sprieguma pulsācijas, tiek izmantots C4 elektrolītiskais kondensators, bet C3 keramiskais kondensators ir paredzēts parazītiskās induktivitātes novēršanai.

Tā kā jaudas regulēšanai tiek izmantots vienkāršs strāvas stabilizators, kuram nepieciešams nodrošināt atbalsta spriegumu, tad shēmā ir paredzēts L7805 sērijas lineārais sprieguma stabilizators (U2).

Stabilizētā 5 V sprieguma pulsāciju mazināšanai, ja tādas rodas pie lielākas slodzes, paredzēts C1 elektrolītiskais kondensators, bet C2 keramiskais kondensators ir paredzēts parazītiskās induktivitātes novēršanai.

D1 gaismas diode paredzēta ieslēgta stāvokļa indikācijai, bet R7 rezistors nodrošina caur D1 gaismas diodi plūstošās strāvas ierobežošanu.

Lai nodrošinātu strāvas stabilizāciju, tiek izmantots U3:A operacionālais pastiprinātājs kopā ar Q1 lieljaudas bipolāro tranzistoru un R1 rezistoru, kurš tiek izmantots kā strāvas sensors. 

Proti, kad sprieguma kritums uz R1 rezistora ir lielāks nekā neinvertējošajā ieejā, tad operacionālais pastiprinātājs samazina izejas spriegumu, kas tālāk nozīmē, ka tiek samazināta bāzes strāva, kas tālāk nozīmē to, ka samazinās kolektora un emitera strāva. Samazinoties emitera strāvai, kura plūst caur R1 rezistoru, samazinās sprieguma kritums uz R1 rezistora, kas tālāk nozīmē to, ka atkal palielinās sprieguma vērtība operacionālā pastiprinātāja izejā, kad sprieguma vērtība neinvertējošajā ieejā ir lielāka nekā sprieguma vērtība invertējošajā ieejā, kura ir vienāda ar sprieguma kritumu uz R1 rezistora, jo operacionālais pastiprinātājs cenšas saglabāt vienādas sprieguma vērtības abās ieejās, lai starpība būtu vienāda ar nulli. 

Izmantojot RV1 potenciometru, lietotājs var ieregulēt atbalsta sprieguma vērtību robežās no 0-0,5 V, ar kuras palīdzību tiek regulēta caur gaismas diožu apgaismojumu plūstošā strāva, kur maksimālā iespējamā strāva ir 500 mA, kuru varēs nodrošināt gaismas diožu slēgumiem.

R3 rezistors kopā ar RV1 potenciometru veido sprieguma dalītāju.

Lai lietotājs varētu regulēt apgaismojuma spožumu attālināti, tiek izmantots ATMEGA328P sērijas mikrokontrolleris kopā ar digitālo potenciometru (U1) un HC-05 sērijas Bluetooth moduli.

Tā kā digitālā potenciometra izejas sprieguma vērtība tiek regulēta, izmantojot ATMEGA328P sērijas mikrokontrolleri, tad programmas kodā nepieciešams paredzēt pārbaudes, kuras nodrošina, ka digitālā potenciometra izejas sprieguma vērtība nepārsniedz 0,5 V, jo citādāk maksimālā caurplūstošā strāva būs lielāka nekā 500 mA, regulējot apgaismojuma jaudu attālināti.

Digitālā potenciometra izejas sprieguma vērtība, kad shēma tiek pieslēgta pie elektrobarošanas, sākumā ir vienāda ar pusi no sprieguma vērtības, kura tiek padota uz A1 pieslēgvietu, tāpēc shēmā ir paredzēta D2 taisngriežu diode, lai samazinātu maksimālā izejas sprieguma vērtību līdz 0,7 V, kas nozīmē to, ka sākumā digitālā potenciometra izejas sprieguma vērtība būs 0,35 V.

R8 rezistors paredzēts strāvas ierobežošanai caur D2 taisngriežu diodi.

SW1 slēdzis tiek izmantots vadības režīmu pārslēgšanai, proti, attālināti, izmantojot Bluetooth, vai manuāli, izmantojot potenciometru.

Lai neslogotu digitālo potenciometru, tiek izmantots U3:B operacionālais pastiprinātājs, kurš tiek izmantots kā sprieguma atkārtotājs.

R5 un R6 rezistori tiek izmantoti augsta signāla līmeņa piesaistei pie digitālā potenciometra ieejām.

Lai mazinātu iespējamos mikrokontrollera elektrobarošanas un atbalsta sprieguma traucējumus, tiek izmantots LC zemfrekvenču filtrs, kuru veido L1 induktivitātes spole un C5 keramiskais kondensators.

R4 rezistors paredzēts augsta signāla līmeņa piesaistei pie mikrokontrollera atiestatīšanas ieejas, bet spiedpoga paredzēta mikrokontrollera atiestatīšanai.

Shēmā ir paredzēts ārējais takts signāla avots (X1), kurš ģenerē takts signālu ar 16 MHz frekvenci, bet konkrētā takts avota stabilai darbībai tiek izmantoti C6 un C7 keramiskie kondensatori.

R2 rezistors paredzēts Q1 bipolārā tranzistora bāzes strāvas ierobežošanai.

F2 drošinātājs tiek izmantots, lai nodrošinātu shēmas aizsardzību pret pārslodzi.

Lai transformatoru aizsargātu pret pārslodzi, shēmā ir paredzēts F1 drošinātājs, bet slēdzis ir paredzēts gaismas diožu apgaismojuma jaudas regulatora ieslēgšanai.

Lai paaugstinātu shēmas darbības efektivitāti, lineāro sprieguma stabilizatoru ieteicams aizstāt ar impulsu tipa sprieguma stabilizatoru, kurš paredzēts sprieguma pazemināšanai.