Продолжаем тему изысканий по поводу применения светодиодного света в аквариуме. В этой части мы сравним преимущества новейших светодиодов, которых еще нет в широкой продаже, с обычной аквариумной лампой. Такие светодиоды стоят пока довольно дорого и приобрести их можно только на заказ. Но в ближайшем будущем, несомненно, они станут массовым товаром и будут общедоступны.
Итак, мной была получена посылка с мощными светодиодами и модулями. В ней, помимо всего прочего, также были два модуля типа STAR XP-G на ток 1.5 ампера с цветовыми температурами 2700 и 4300 кельвинов. С них я и решил начать изучение. Первое пробное включение таких модулей меня просто поразило. Они светили настолько ярко, что казалось, на рабочем столе зажглось маленькое солнце. Никакого сравнения с уже привычными и широко распространенными китайскими светодиодами прошлых поколений. Работать с ними можно было только в специальных темных очках, в которых я занимаюсь импульсным ксеноном на основной работе.
Теперь объектом приложения моих интересов стал шестигранный аквариум фирмы AquaEl объемом 20 литров с компактной энергосберегающей лампой мощностью 9 ватт (см.фото). По современным меркам наноаквариум. Попробуем модернизировать его в духе рассматриваемых технических решений с одной стороны и минимизации цены модернизации с другой, что в рамках эксперимента вполне простительно.
Прежде чем перейти к вопросам практической реализации хочу напомнить, что неосторожное обращение с электрическими приборами и оборудованием может привести к серьезному вреду здоровью и хуже того. Пожалуйста, выполняйте требование техники безопасности при конструировании и наладке электронных устройств. Если вы не имеете опыта в модернизации электроники и в частности, импульсных источников питания, пожалуйста, купите драйвер для светодиодов промышленного изготовления. Так как мощный светодиод является точечным источником света высокой интенсивности, не забывайте при наладке пользоваться темными защитными очками.
Несколько отвлечемся от прямолинейного движения к цели и зададимся вот каким вопросом – светодиодный модуль чувствителен к переполюсовке напряжения, перегреву, превышению рабочего тока. Коль скоро мы собираемся собрать для него драйвер из подручных средств, а вероятность того что все заработает нормально с первого раза сами знаете какая, непонятно что делать тем, кто не в состоянии купить десяток таких модулей (один стоит около 10$). Для того, чтобы не палить модули зазря полезно собрать эмулятор мощного светодиода – далее нагрузка и с его помощью налаживать наш самодельный драйвер. Схема нагрузки приведена на рисунке. Принцип её действия прост – интегральный стабилитрон U1 с помощью силового транзистора Q1 поддерживает напряжение на зажимах схемы равное 3.5 вольта. Примерно такое падение напряжения имеют мощные белые светодиоды с люминофором. Но, в отличие от последних, нагрузка допускает сквозной ток до 10 ампер, что более чем достаточно для отладки. Джампер J1 предназначен для включения в цепь амперметра. Цепь на элементах D1, Q2, R1 обеспечивает ответвление части тока в маленький красный светодиод D1 для индикации работы схемы и обязательной не является. В экземпляре автора при токе через нагрузку 1.5 ампера ток через сигнальный светодиод D1 составлял 7 миллиампер, что вполне удобно для визуальной оценки работы подключенного к нагрузке драйвера. Нагрузка смонтирована навесным способом на печатной плате из одностороннего стеклотекстролита. Рисунок дорожек выполнен резаком, мощный транзистор необходимо установить на радиатор достаточной площади. Не забываем про термопасту! Желательно обеспечить термический контакт между корпусами транзисторов Q1 и Q2 для термостабилизации тока сигнального светодиода. На фото представлен вариант монтажа нагрузки.
В отличие от привычных всем ламп накаливания светодиоды питаются стабильным током, а не напряжением. Доступные адаптеры от бытовой и компьютерной техники наоборот, как правило выдают стабильное напряжение в широком диапазоне токов. Можно, конечно, применить стандартный адаптер и линейный стабилизатор тока, но при таких мощностях низкий КПД такого решения приведет к значительному выделению тепла на балластном элементе линейного стабилизитора тока. Тепла, от которого в свете событий прошлого лета мы всеми силами хотим избавиться. Итак, нам необходим кандидат на переделку – в идеальном случае импульсный обратноходовой пятивольтовый адаптер с максимальным током 2 ампера (Что такое обратноходовой? Бегом в магазин за готовым драйвером!). У автора как раз был такой от отслужившей свое точки доступа. Удобно если адаптер собран на винтах или саморезах, но в моем случае он был заклеен наглухо. Не беда, аккуратно с помощью шлифмашины с абразивным диском вскрываем по шву, снимаем крышку и оглядываем открывшуюся картину. Не пугайтесь, при всем многообразии схемотехнических решений высоковольтной части адаптера (Куда лазить настоятельно не рекомендуется, оптимистам советую вдумчиво поумножать 220 на корень из двух.) схемотехника выходной части весьма стандартна. На приведенной схеме штатные компоненты адаптера показаны черным, компоненты, которые нам необходимо допаять – красным цветом. D1 – это собственно сам мощный светодиод на радиаторе. Понятно, что внутрь адаптера устанавливать его не нужно.
Возможные корректирующие RC цепочки обвязки интегрального стабилитрона не показаны в виду возможного многообразия вариантов. Имейте в виду, что они там есть. Какие конкретно – покажет вскрытие вашего адаптера. В дешевых вариантах обратноходовых адаптеров фильтровой дроссель и выходной электролитический конденсатор после него отсутствуют. Ответственный момент – установка резистора датчика тока R1. Он имеет малое сопротивление – всего 0.1 ома и лучше найти его в варианте для поверхностного монтажа. В случае если с местом проблем нет, то можно соединить параллельно 10 резисторов номиналом один Ом. Для установки этого резистора прийдется перерезать дорожку отрицательного полюса адаптера и качественно и надежно припаять резистор. Это единственная модификация печатной платы, остальные детали компактно допаиваются внавес (см. фото), чтобы обеспечить беспрепятственную установку крышки адаптера на место. Монтажные точки необходимо зафиксировать моментальной эпоксидкой, ей же в последствии приклеить крышку адаптера зашпаклевав шов от шлифмашины.
Принцип действия стабилизатора тока сводится к поддержанию (под действием выходного тока) на резисторе R1 падения напряжения равного таковому на диоде шоттки D3. При этом температурный дрейф напряжения эммитерного перехода транзистора оптрона U1 частично скомпенсирован таковым транзистора Q1. С помощью резистора R4 в диапазоне 910 ом – 1.3 килоома можно установить значение выходного тока драйвера, но не более 1.5 ампер (вот здесь то и понадобится нагрузка). В моем экземпляре установлен ток 1.2 ампера. Следует отметить, что температурный дрейф напряжения на диоде D3 не скомпенсирован и схема уменьшает выходной ток при росте температуры внутри адаптера, спасая его от перегрева. Величину этого эффекта можно регулировать местом монтажа диода D3 – в непосредственной близости от радиатора выходного диода адаптера эффект будет особенно сильным…
И, наконец, про оптрон и клемник P1. Желающие упростить схему конечно могут установить вместо оптрона соответствующий NPN транзистор, например КТ3102 и не устанавливать сам клемник и связанные с ним резисторы и диод. Но при этом придется отказаться от самого интересного – возможности внешнего управления драйвером, например для плавного включения и выключения освещения. При указанных номиналах компонентов и отсутствии на P1 внешнего напряжения выходной ток драйвера равен максимальному, а при подаче на клемник напряжения 10 вольт ток драйвер будет равен нулю. Схемотехнику и реализацию таймера-задатчика мы рассмотрим в одной из следующих статей.
Если опустить все тонкости теплотехнических расчетов, то для поддержания комфортного режима работы светодиодному модулю необходим радиатор с тепловым сопротивлением менее 1.5 кельвин на ватт. Самый доступный вариант такого радиатора – кулер от процессора ПК. Причем вентилятор не понадобится и его нужно удалить. Модуль представляет собой шестиугольную алюминиевую печатную плату с пазами под винт при каждой вершине. Модуль устанавливается на радиатор с помощью винтов М2.5 (сверлим отверстия 2мм и нарезаем резьбу метчиком) и термопасты. Внешний вид модуля и модернизированного адаптера представлен на фото.
В штатной крышке аквариума в районе отсека лампы проделывается подходящее отверстие под светодиодный модуль (в моем случае около 30мм) и два отверстия малого диаметра для крепежных винтов или саморезов (Большинство радиаторов от кулера имеют штатно отформованные места под саморезы для крепления вентилятора или подходящий шаг ребер). В нашем случае подошли винты М2.5, надежно завернувшиеся между ребер радиатора. Крышка в сборе представлена на фото, радиатор снаружи-сверху на фото не виден . Важно не удалять штатный колпак лампы для защиты светодиода от водорастворимого содержания брызг.
Результат можно посмотреть на фото, из того что фотография передать не может отмечу живую игру света и тени на дне аквариума, как от солнечного света в природных водоемах и упавшую на 1.5 градуса температуру воды в аквариуме.
Окончательный вывод следующий: при примерно вдвое меньших энергозатратах, светодиодное освещение обеспечило чуть большую яркость и значительно уменьшило перегрев аквариума. В декоративном плане аквариум стал существенно интереснее.
Комментарии