Самодельная светодиодная лампа снабжена увеличительным стеклом, и предназначена для комфортного мелкого монтажа и разборок с миниатюрными радиодеталями — многие радиолюбители знают, что на некоторых SMD-деталях трудно разглядеть маркировку даже под увеличительным стеклом. Наличие качественно рассеянной подсветки значительно улучшает чтение маркировки, и упрощает визуальный поиск дефектов в электронных приборах. Коротко характеристики лампы:
— напряжение питания 12 вольт постоянного тока, максимальная потребляемая мощность около 6..7 Вт, количество светодиодов — 20 шт.
— встроенный режим автоматической калибровки под напряжение источника питания.
— плавное включение и выключение лампы.
— плавная регулировка яркости от нуля до заранее запрограммированного предела — с помощью ручки энкодера. Метод регулировки мощности — ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
— энергонезависимое запоминание всех параметров лампы и последней установленной яркости.
— встроенное сервисное меню, доступное через подключение по USB. Меню позволяет настраивать рабочие параметры лампы и просматривать её текущее состояние.
Увеличительная линза на штативе, которая в будущем получит подсветку.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/254/6ff/c7d/2546ffc7d78a01a9c2849092c425bb80.jpg)
На обод линзы по замыслу должны быть установлены светодиоды.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/c57/a87/078/c57a870782eac7ed4a53dc3a94948f66.jpg)
Для изготовления лампы использовались одноваттные светодиоды компании ARL (Arlight), тип OS-1W WarmWhite (75 Lm, 3000K, максимально допустимый ток 0.35 А), цвет свечения — белый теплый. На максимальном токе требуется эффективное охлаждение светодиодов, чтобы не произошло их перегрева свыше 85 градусов Цельсия. Для этого обычно используются специальные радиаторы. Однако я упростил себе задачу — установил светодиоды на простое текстолитовое кольцо, и ограничил максимальный ток до 0.1 А, чем автоматически снималась проблема охлаждения.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/e53/17d/9a1/e5317d9a13b75630d85b84b87c775b95.jpg)
Внешний вид одного светодиода. «Толстый» вывод — анод.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/d5d/f50/a13/d5df50a135c89f87820463cbf9f68244.jpg)
Итак, для крепления светодиодов из двухстороннего фольгированного текстолита было вырезано кольцо. На кольце дремелем сделана разводка на 5 секций светодиодов, по 4 светодиода и резистору в каждой секции. Резистор и светодиоды в каждой секции включены последовательно, а все секции — параллельно друг другу, благодаря чему массив из светодиодов оказался рассчитанным на 12 вольт напряжения питания (см. принципиальную схему далее).
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/f20/c5a/529/f20c5a529c5e73f3a26b9f0aaa8383c7.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/137/fac/04a/137fac04a2604360f37d944e3188d282.jpg)
На кольцо были припаяны светодиоды и SMD-резисторы. Получилось довольно симпатично.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/8ab/858/abc/8ab858abcd5fd34ad82f25d1e8e36045.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/8f8/695/32b/8f869532b9adee43579ec756d21b4851.jpg)
На обратной стороне кольца дремелем была сделана специальная канавка, разделяющее кольцо меди вдоль — получились две шины питания, которые соединяют 5 секций светодиодов параллельно.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/fda/cad/3fb/fdacad3fba870784a401a65d5fa1f39d.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/099/ed3/b83/099ed3b833b429ca5e26ba58dcc88b68.jpg)
Теплопроводным клеем «Радиал» кольцо было приклеено к ободу линзы. Хотя теплопроводность тут не особенно помогла — обод линзы все равно пластмассовый.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/171/f08/859/171f0885941685d359f60e13c1c9866c.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/d87/4f2/d0e/d874f2d0ee5960f4f1c9073e8c814910.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/e99/639/1a0/e996391a0d28395ddef0387cf1bb55a7.jpg)
В качестве контроллера и драйвера для управления светодиодами использовалась макетная плата AVR-USB-MEGA16, у которой есть очень удобная возможность обновления программного обеспечения через прошитый в плату USB-бутлоадер. На макетном поле платы был допаян контроллер. Благодаря тому, что на макетной плате было почти все готово, схема получилась очень простая. Допаять нужно было только силовую часть — управление ключевым транзистором, стабилизатор напряжения 5 вольт и RC-цепочку фильтра напряжения с выхода датчика тока.
![](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/geektimes/post_images/640/ef4/2b7/640ef42b705b08c61d8dd8217507d3f0.png)
Вид на готовое смонтированное устройство с обратной и верхней стороны. Силовой транзистор используется без радиатора, так как на нем рассеивается маленькая мощность (он работает в ключевом режиме на частоте порядка 400 Гц).
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/a08/d2c/70d/a08d2c70d65cb8f067fc499d4aa89b69.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/91a/0f5/8ce/91a0f58ceab2483a99bb6d692afb1e00.jpg)
Написание и отладка программы заняла немного времени, потому что алгоритм работы очень простой, и были использованы готовые куски из других проектов — ledlight, usb-console, encoder.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/137/7cf/e21/1377cfe21fffb7c29780aac8a246c8c6.jpg)
Консоль управления лампой сделана на основе проекта «USB консоль для управления радиолюбительскими приборами» (см. ссылки [2]). Правки были сделаны минимальные, и все сразу заработало, отладки не потребовалось.
![](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/geektimes/post_images/d23/976/d3f/d23976d3f614420b54338585861bc159.png)
Краткое описание алгоритма — при включении питания считываются настройки из EEPROM, и лампа зажигается с той яркостью, на которой она была ранее выключена. Вращение ручки энкодера влево плавно уменьшает яркость, вращение вправо — яркость увеличивает. Энкодер также имеет кнопку, нажатие на которую включает и выключает лампу. Включение и выключение происходит с плавным изменением яркости — смотрится довольно красиво. Если при подключении внешнего питания была нажата кнопка энкодера, то все настройки EEPROM сбрасываются, и программа перекалибровывает максимальный предел тока регулирования — основываясь на сопротивлении датчика тока и максимально допустимом токе.
Ток через светодиоды измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП (см. ссылки [3]). ШИМ для управления мощностью генерируется благодаря встроенному в микроконтроллер узлу PWM (см. ссылки 4).
Провода от лампы были собраны в кембрик, а контроллер был прикреплен к ножке линзы.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/659/e19/f73/659e19f733fb1157d31b44dd03ad753b.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/627/2e6/66e/6272e666e69d20507e0a1373e2d112f0.jpg)
В результате получилась удобная лампа, которую можно применять при точном радиомонтаже.
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/10b/e72/0e4/10be720e4a4639b928b5bce9a49ef72b.jpg)
![](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/geektimes/post_images/728/5b2/d32/7285b2d32bb417131dbcabebde932e0c.jpg)
Несмотря на то, что максимальный ток через светодиоды был уменьшен в три раза (с целью защиты от перегрева), лампа получилась очень яркой.
Скучные технические подробности см. по ссылке [1].
[Что можно улучшить в конструкции лампы]
1. Для светодиодов можно использовать радиатор. Это позволит в 2..3 раза уменьшить количество используемых светодиодов при той же яркости лампы.
2. Для светодиодов нужен какой-нибудь светорассеиватель, потому что каждый светодиод по отдельности светится очень ярко, что некомфортно для глаза — даже если смотреть на светодиод сбоку.
3. Можно точнее подобрать сопротивление датчика тока, чтобы падение напряжения на нем лучше подходило к интервалу опорного напряжения — это позволит повысить точность измерения тока. Для низкоомных датчиков тока (1 Ом и менее) можно включить АЦП в режим дифференциального входа с коэффициентом умножения X10.
4. Для сглаживания пульсаций тока через светодиоды увеличить частоту ШИМ и поставить последовательно с ними дроссель (так делается в схемах с аппаратным драйвером). Эта доработка позволит увеличить максимально допустимое напряжение питания схемы (сейчас оно 12 вольт). Еще один канал АЦП можно использовать для измерения напряжения питания светодиодов — это позволит автоматически стабилизировать ток через светодиоды при изменении напряжения питания.
[Ссылки]
1. AVR-USB-MEGA16: контроллер/драйвер светодиодов с регулировкой яркости свечения. Исходники, принципиальная схема, документация, фото.
2. USB консоль для управления радиолюбительскими приборами.
3. ATmega16 (32): аналогово-цифровой преобразователь (ADC).
4. ATmega16 — PWM с помощью T/C0, T/C1, T/C2.
5. Особенности схемотехники драйверов сверхярких светодиодов.
6. Драйвера накачки белых светодиодов фирмы National Semiconductor.
7. HV9910 — ШИМ-драйвер для сверхярких светодиодов (даташит на английском).
8. LT3474/LT3474-1 — Step-Down 1A LED Driver (описание на английском).
— напряжение питания 12 вольт постоянного тока, максимальная потребляемая мощность около 6..7 Вт, количество светодиодов — 20 шт.
— встроенный режим автоматической калибровки под напряжение источника питания.
— плавное включение и выключение лампы.
— плавная регулировка яркости от нуля до заранее запрограммированного предела — с помощью ручки энкодера. Метод регулировки мощности — ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
— энергонезависимое запоминание всех параметров лампы и последней установленной яркости.
— встроенное сервисное меню, доступное через подключение по USB. Меню позволяет настраивать рабочие параметры лампы и просматривать её текущее состояние.
Увеличительная линза на штативе, которая в будущем получит подсветку.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/254/6ff/c7d/2546ffc7d78a01a9c2849092c425bb80.jpg)
На обод линзы по замыслу должны быть установлены светодиоды.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/c57/a87/078/c57a870782eac7ed4a53dc3a94948f66.jpg)
Для изготовления лампы использовались одноваттные светодиоды компании ARL (Arlight), тип OS-1W WarmWhite (75 Lm, 3000K, максимально допустимый ток 0.35 А), цвет свечения — белый теплый. На максимальном токе требуется эффективное охлаждение светодиодов, чтобы не произошло их перегрева свыше 85 градусов Цельсия. Для этого обычно используются специальные радиаторы. Однако я упростил себе задачу — установил светодиоды на простое текстолитовое кольцо, и ограничил максимальный ток до 0.1 А, чем автоматически снималась проблема охлаждения.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/e53/17d/9a1/e5317d9a13b75630d85b84b87c775b95.jpg)
Внешний вид одного светодиода. «Толстый» вывод — анод.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/d5d/f50/a13/d5df50a135c89f87820463cbf9f68244.jpg)
Итак, для крепления светодиодов из двухстороннего фольгированного текстолита было вырезано кольцо. На кольце дремелем сделана разводка на 5 секций светодиодов, по 4 светодиода и резистору в каждой секции. Резистор и светодиоды в каждой секции включены последовательно, а все секции — параллельно друг другу, благодаря чему массив из светодиодов оказался рассчитанным на 12 вольт напряжения питания (см. принципиальную схему далее).
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/f20/c5a/529/f20c5a529c5e73f3a26b9f0aaa8383c7.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/137/fac/04a/137fac04a2604360f37d944e3188d282.jpg)
На кольцо были припаяны светодиоды и SMD-резисторы. Получилось довольно симпатично.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/8ab/858/abc/8ab858abcd5fd34ad82f25d1e8e36045.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/8f8/695/32b/8f869532b9adee43579ec756d21b4851.jpg)
На обратной стороне кольца дремелем была сделана специальная канавка, разделяющее кольцо меди вдоль — получились две шины питания, которые соединяют 5 секций светодиодов параллельно.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/fda/cad/3fb/fdacad3fba870784a401a65d5fa1f39d.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/099/ed3/b83/099ed3b833b429ca5e26ba58dcc88b68.jpg)
Теплопроводным клеем «Радиал» кольцо было приклеено к ободу линзы. Хотя теплопроводность тут не особенно помогла — обод линзы все равно пластмассовый.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/171/f08/859/171f0885941685d359f60e13c1c9866c.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/d87/4f2/d0e/d874f2d0ee5960f4f1c9073e8c814910.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/e99/639/1a0/e996391a0d28395ddef0387cf1bb55a7.jpg)
В качестве контроллера и драйвера для управления светодиодами использовалась макетная плата AVR-USB-MEGA16, у которой есть очень удобная возможность обновления программного обеспечения через прошитый в плату USB-бутлоадер. На макетном поле платы был допаян контроллер. Благодаря тому, что на макетной плате было почти все готово, схема получилась очень простая. Допаять нужно было только силовую часть — управление ключевым транзистором, стабилизатор напряжения 5 вольт и RC-цепочку фильтра напряжения с выхода датчика тока.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/640/ef4/2b7/640ef42b705b08c61d8dd8217507d3f0.png)
Вид на готовое смонтированное устройство с обратной и верхней стороны. Силовой транзистор используется без радиатора, так как на нем рассеивается маленькая мощность (он работает в ключевом режиме на частоте порядка 400 Гц).
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/a08/d2c/70d/a08d2c70d65cb8f067fc499d4aa89b69.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/91a/0f5/8ce/91a0f58ceab2483a99bb6d692afb1e00.jpg)
Написание и отладка программы заняла немного времени, потому что алгоритм работы очень простой, и были использованы готовые куски из других проектов — ledlight, usb-console, encoder.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/137/7cf/e21/1377cfe21fffb7c29780aac8a246c8c6.jpg)
Консоль управления лампой сделана на основе проекта «USB консоль для управления радиолюбительскими приборами» (см. ссылки [2]). Правки были сделаны минимальные, и все сразу заработало, отладки не потребовалось.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/d23/976/d3f/d23976d3f614420b54338585861bc159.png)
Краткое описание алгоритма — при включении питания считываются настройки из EEPROM, и лампа зажигается с той яркостью, на которой она была ранее выключена. Вращение ручки энкодера влево плавно уменьшает яркость, вращение вправо — яркость увеличивает. Энкодер также имеет кнопку, нажатие на которую включает и выключает лампу. Включение и выключение происходит с плавным изменением яркости — смотрится довольно красиво. Если при подключении внешнего питания была нажата кнопка энкодера, то все настройки EEPROM сбрасываются, и программа перекалибровывает максимальный предел тока регулирования — основываясь на сопротивлении датчика тока и максимально допустимом токе.
Ток через светодиоды измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП (см. ссылки [3]). ШИМ для управления мощностью генерируется благодаря встроенному в микроконтроллер узлу PWM (см. ссылки 4).
Провода от лампы были собраны в кембрик, а контроллер был прикреплен к ножке линзы.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/659/e19/f73/659e19f733fb1157d31b44dd03ad753b.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/627/2e6/66e/6272e666e69d20507e0a1373e2d112f0.jpg)
В результате получилась удобная лампа, которую можно применять при точном радиомонтаже.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/10b/e72/0e4/10be720e4a4639b928b5bce9a49ef72b.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/728/5b2/d32/7285b2d32bb417131dbcabebde932e0c.jpg)
Несмотря на то, что максимальный ток через светодиоды был уменьшен в три раза (с целью защиты от перегрева), лампа получилась очень яркой.
Скучные технические подробности см. по ссылке [1].
[Что можно улучшить в конструкции лампы]
1. Для светодиодов можно использовать радиатор. Это позволит в 2..3 раза уменьшить количество используемых светодиодов при той же яркости лампы.
2. Для светодиодов нужен какой-нибудь светорассеиватель, потому что каждый светодиод по отдельности светится очень ярко, что некомфортно для глаза — даже если смотреть на светодиод сбоку.
3. Можно точнее подобрать сопротивление датчика тока, чтобы падение напряжения на нем лучше подходило к интервалу опорного напряжения — это позволит повысить точность измерения тока. Для низкоомных датчиков тока (1 Ом и менее) можно включить АЦП в режим дифференциального входа с коэффициентом умножения X10.
4. Для сглаживания пульсаций тока через светодиоды увеличить частоту ШИМ и поставить последовательно с ними дроссель (так делается в схемах с аппаратным драйвером). Эта доработка позволит увеличить максимально допустимое напряжение питания схемы (сейчас оно 12 вольт). Еще один канал АЦП можно использовать для измерения напряжения питания светодиодов — это позволит автоматически стабилизировать ток через светодиоды при изменении напряжения питания.
[Ссылки]
1. AVR-USB-MEGA16: контроллер/драйвер светодиодов с регулировкой яркости свечения. Исходники, принципиальная схема, документация, фото.
2. USB консоль для управления радиолюбительскими приборами.
3. ATmega16 (32): аналогово-цифровой преобразователь (ADC).
4. ATmega16 — PWM с помощью T/C0, T/C1, T/C2.
5. Особенности схемотехники драйверов сверхярких светодиодов.
6. Драйвера накачки белых светодиодов фирмы National Semiconductor.
7. HV9910 — ШИМ-драйвер для сверхярких светодиодов (даташит на английском).
8. LT3474/LT3474-1 — Step-Down 1A LED Driver (описание на английском).