James Campbell
Electronic Design
Описана сравнительно простая схема источника тока с ШИМ, обеспечивающая эффективное регулируемое управление яркостью свечения белого светодиода, выполняющего специфические требования подсветки оптического микроскопа
Когда после многих лет работы сгорела встроенная лампа накаливания моего заслуженного микроскопа Olympus, я решил сконструировать надежную и современную замену. Очевидным для меня выбором стал белый светодиод, имеющий полноценный спектр свечения и не выделяющий столько тепла, сколько производят лампы накаливания или ксеноновые лампы. Я остановился на светодиоде SEOUL X42182 с максимальным током 350 мА и прямым напряжением 3.25 В (Рисунок 1). Однако яркость подсветки микроскопа необходимо регулировать в соответствии с выбранными объективами, набор которых позволяет изменять увеличение от 40× до 1000×.
 |
|
| Рисунок 1. | Белый светодиод SEOUL X42182. |
Простая схема, питающая светодиод стабилизированным током и эффективно регулирующая его яркость в полном диапазоне, но выделяющая при этом совсем мало тепла, показана на Рисунке 2. Шунтовой стабилизатор Q2 формирует опорное напряжение 2.5 В, которое делится цепочкой резисторов R1 и R2, и в точке их соединения имеет величину 0.66 В, определяющую максимальное управляющее напряжение. Можно использовать различные комбинации величин R1 и R2, но для нормальной работы Q2 их сумма должна быть больше 20 кОм.
 |
|
| Рисунок 2. | Эта схема обеспечивает управление яркостью свечения белого светодиода в соответствии с установленным увеличением микроскопа. Схема основана на линейном источнике тока, регулируемом с помощью ШИМ. |
В связи с тем, что полное сопротивление переменного резистора имеет большой производственный разброс, необходимо измерить сопротивление R2 и рассчитать величину R1, при которой максимальное напряжение на неинвертирующем входе U1 будет равно 0.66 В.
Инвертирующий вход U1 отслеживает падение напряжения на R4, создаваемое током, протекающим через светодиод и Q1, и поддерживает выходное напряжение в соответствии с уставкой, заданной движком потенциометра. Несмотря на то, что схема выглядит как линейный источник тока, общее усиление U1 и Q1 настолько велико, что, фактически, схема работает как широтно-импульсный модулятор (ШИМ) с частотой переключения порядка 100 кГц. Фильтр нижних частот на элементах R5 и C4 с полосой пропускания 12.5 кГц подавляет любые пульсации тока светодиода до уровня менее 1%. Таким образом, схема образует стабилизированный и полностью регулируемый источник света без видимых мерцаний.
Светодиоду необходим теплоотвод, способный рассеивать 1 Вт, который одновременно может использоваться в качестве элемента механического крепления, необходимого для жесткой фиксации направления светового потока вдоль оптической оси микроскопа. Транзистор также следует установить на небольшой радиатор, чтобы рассеивать 0.75 Вт тепла, выделяющегося при максимальной яркости свечения. R4 рассеивает лишь 0.25 Вт и остается чуть теплым.
Для питания схемы можно использовать любой 6-вольтовый источник постоянного напряжения, способный отдать ток не менее 400 мА. Прекрасно подойдет импульсный сетевой адаптер. Однако для некоторых медицинских или лабораторных приложений может потребоваться изоляция источника, удовлетворяющая требованиям определенных стандартов, например, IEC 60601.
