Стробоскоп на светодиодных модулях F6040
На основе светодиодных модулей F6040 [1, 2] можно собрать различные осветительные приборы. Номенклатура таких и аналогичных модулей весьма велика, отличаются они номинальной мощностью и небольшими конструктивными особенностями. Эти модули, как и многие другие аналогичные, представляют собой светодиодную матрицу, которая питается от сети 230 В через встроенный несложный драйвер. Все элементы размещены на дюралюминиевой печатной плате-теплоотводе (рис. 1). Имеющиеся в наличии модули были с номинальной мощностью 20 Вт и потребляли от сети ток 87 мА.
В состав драйвера этого модуля входят выпрямительный диодный мост МВ10С и две микросхемы DF6811 ВС в корпусе SO-8 (аналоги — микросхемы MX2082S, SM2082C), которые представляют собой линейный стабилизатор тока. Значение тока устанавливают подборкой внешнего резистора. Каждая из микросхем питает всего одну светодиодную матрицу, содержащую 64 светодиодных кристалла. Поскольку в драйвере отсутствуют сглаживающие конденсаторы, пульсации яркости этого модуля довольно велики. Но, с другой стороны, это является причиной сравнительно высокого быстродействия модуля, поскольку в нём отсутствуют элементы с большой постоянной времени. Это позволяет применить модули F6040 как в осветительной лампе, так и в стробоскопе.
Схема устройства показана на рис. 2. Сетевое напряжение выпрямляет диодный мост VD3—VD6, пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С4. На логическом элементе DD1.1 собран генератор прямоугольных импульсов, длительность которых зависит от ёмкости конденсатора СЗ и сопротивления резистора R6. Скважность определяется соотношением сопротивлений резисторов R6 и R4, R5, а также сопротивления транзистора VT1. На логическом элементе DD1.2 собран инвертор, а на элементах DD1.3 и DD1.4 — буферный каскад, который управляет мощным полевым транзистором VT2.
На транзисторе VT1 и микрофоне ВМ1 собран каскад, который изменяет скважность импульсов генератора. Питание всех узлов осуществляется от параметрического стабилизатора напряжения, собранного на резисторах R7—R10, стабилитроне VD1 и сглаживающем конденсаторе С1. Напряжение питания — около 12 В, потребляемый собственно устройством ток не превышает 2 мА. Светодиод HL1 включён последовательно со стабилитроном VD1 и служит индикатором включения, а также источником напряжения смещения для транзистора VT1.
В режиме стробоскопа устройство работает так. Импульсный генератор формирует импульс длительностью 1. 2мс, который после прохождения через элементы DD1.2—DD1.4 поступает на затвор транзистора VT2 и открывает его. В течение этого времени на светодиодные матрицы поступает питающее напряжение и возникает вспышка света. Поскольку длительность открывающего транзистор импульса меньше длительности одного полупериода (10 мс) сетевого напряжения, и потребовалась установка конденсатора С4. Дело в том, что транзистор VT2 может открыться в момент, когда сетевое напряжение проходит через ноль, и без этого конденсатора (который заряжен
до напряжения около 310 В) вспышки может не произойти или она будет слабой. Наличие конденсатора С4 исключает такую ситуацию.
Каскад на транзисторе VT1 реагирует на уровень звукового сигнала в помещении. На базу транзистора с движка подстроечного резистора R2 поступает напряжение, которое устанавливает транзистор VT1 на грани открывания. В этом случае зарядка конденсатора СЗ осуществляется через резисторы R4 и R5, и период следования импульсов будет немногим менее 1 с (примерно одна вспышка в секунду).
Если в помещении будет звучать громкая музыка, транзистор VT1 будет открываться и зарядный ток конденсатора СЗ увеличится, что приведёт к увеличению частоты вспышек. Получается так — чем громче музыка, тем чаще вспышки. Максимальная частота вспышек — около 4 Гц. Если такая функция не нужна, все элементы, выделенные на рис. 2 красным цветом, на плату не устанавливают, а если не нужен и светодиод HL1, на плате вместо него устанавливают проволочную перемычку.
Практически все элементы устройства смонтированы на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм. Чертёж платы показан на рис. 3. Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, подстроечный — серий 3362Н, PV32H или отечественные СПЗ-19, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные. Стабилитрон — любой маломощный с напряжением стабилизации 10. 12 В, диод КД522Б можно заменить любым маломощным импульсным или выпрямительным. Транзистор КТ3102БМ можно заменить любым из этой серии, замена транзистора IRFBC40LC — транзистор IRF840 или аналогичный. Выключатель SA1 — любой, рассчитанный на работу в сети 230 В, например МТ-1. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4.
В устройстве применены два светодиодных модуля F6040, которые с помощью теплопроводящей пасты установлены на ребристый теплоотвод (рис. 5) размерами 86x62x18 мм. В качестве корпуса устройства можно применить прозрачную пластмассовую коробку подходящей формы и размера (рис. 6). Для микрофона следует сделать в корпусе отверстие.
Налаживания устройство не требует. При необходимости длительность импульса можно изменить подборкой конденсатора СЗ. Увеличение его ёмкости приведёт к увеличению длительности импульса. Одновременно уменьшится частота вспышек. Её можно изменить подборкой резисторов R4 и R5. Минимальную частоту вспышек задают резисторы R4 и R5, максимальную — резистор R4.
Чтобы устройство использовать и как осветительный прибор, в него надо ввести элементы и изменения, выделенные на схеме синим цветом. В положении «Лампа» переключателя SA2 к конденсатору С4 подключены светодиодные модули F6040, благодаря чему пульсации светового потока, излучаемого модулями, значительно уменьшены. Но наличие этого конденсатора приводит к тому, что действующее напряжение на модулях увеличивается (по сравнению с тем, когда сглаживающего конденсатора нет), что приводит к увеличению среднего тока через них, а значит, и яркости, а также рассеиваемой мощности, которая возрастает до 25 Вт на каждую матрицу. Поэтому их следует разместить на более эффективном теплоотводе. Приведённый на рис. 5 теплоотвод будет слишком мал. В положении «Строб.» переключателя SA2 устройство переходит в режим стробоскопа.
Регулятор яркости для нескольких светодиодных модулей F6040
Автор статьи предлагает регулируемый источник питания (драйвер) для двух последовательно включённых светодиодных модулей F6040.
О регуляторе яркости для светодиодных модулей F6040 [1] и о самом модуле было подробно рассказано в 2]. В частности, там приведены экспериментальные зависимости напряжения на модуле от протекающего через него тока. Эти зависимости показывают, что для обеспечения максимальной яркости свечения на модуль надо подавать постоянное напряжение 200. 210 В. Но предназначен он для питания от сети 230 В, поэтому с целью уменьшения пульсаций яркости необходим выпрямитель со сглаживающим конденсатором сравнительно большой ёмкости [2]. В этом случае на выходе выпрямителя будет постоянное напряжение около 300 В, и лишними оказываются 90. 100 В, которые станут падать на микросхемах драйвера светодиодного модуля. В результате он начнёт дополнительно и существенно разогреваться, что сокращает срок его службы и потребует дополнительного теплоотвода.
Если к упомянутому выше выпрямителю подключить два модуля F6040, соединённых последовательно, их свечение будет очень слабым, поскольку напряжения 300 В для них недостаточно. Для выхода на крейсерский режим им надо добавить около 100 В, т. е. повысить напряжение питания с 300 В примерно до 400 В. Сделать это можно с помощью относительно несложного повышающего преобразователя напряжения, необязательно стабилизированного. А если сделать такой преобразователь регулируемым, это обеспечит возможность оперативно изменять яркость свечения светодиодных модулей.
Схема такого регулятора показана на рис. 1. В его состав входят выпрямитель на диодном мосте VD1, сглаживающий конденсатор С2, генератор импульсов с регулируемой скважностью на микросхеме таймера DA1, ключ на полевом транзисторе VT1, накопительные дроссели L3, L4 и выпрямитель на диоде VD5 со сглаживающими конденсаторами С6 и С7, от которых питаются светодиодные матрицы EL1-EL4.
Рис. 1. Схема регулятора
Для подавления помех, поступающих в сеть, служит LC-фильтр C1C3L1L2. Одновременно дроссели L1 и L2, имеющие сравнительно большое активное сопротивление, служат ограничителями зарядного тока конденсатора С2. Генератор импульсов питается от параметрического стабилизатора напряжения R1VD2. Резистор R4 соединяет затвор транзистора с истоком на время, пока генератор не заработал. Резисторы R5 и R6 обеспечивают полную разрядку конденсаторов С6 и С7 после отключения регулятора от сети.
Сразу после подключения к сети генератор не работает, транзистор VT1 закрыт, конденсаторы с2, С3, С6 и С7 быстро заряжаются до напряжения около 300 В. Через некоторое время, необходимое для зарядки конденсатора С4, начинает работать генератор импульсов. Когда транзистор открывается, через дроссели L3, L4 протекает ток и в их магнитном поле запасается энергия, пропорциональная времени протекания тока. Это время равно длительности импульса на выходе генератора. Когда транзистор закрывается, на его стоке возникает импульс ЭДС самоиндукции, который выпрямляет диод VD5, и в результате конденсаторы С6 и С7 заряжаются до напряжения более 300 В. Напряжение на этих конденсаторах увеличивается пропорционально току, протекающему через дроссели, но, конечно, с учётом того, что вольт-амперная характеристика светодиодных матриц — нелинейная. При увеличении длительности импульса генератора будет расти и выпрямленное напряжение, а значит, ток и яркость свечения светодиодных модулей.
Регулируют яркость переменным резистором R3. Благодаря применению КМОП-тай-мера КР1446ВИ1 ток, потребляемый генератором вместе с параметрическим стабилизатором, не превышает 2 мА. Поскольку основная часть напряжения питания светодиодных модулей поступает непосредственно от сети 230 В, мощность собственно преобразователя может быть в несколько раз меньше суммарной мощности светодиодных модулей.
Большинство элементов установлено на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм, чертёж которой показан на рис. 2. По углам платы сделаны вырезы для стоек пластмассового корпуса, в котором она установлена (рис. 3). Размеры корпуса регулятора — 80x58x40 мм.
Рис. 2. Печатная плата регулятора и размещение элементов на ней
Рис. 3. Установка монтажной платы в корпусе
В регуляторе яркости применены постоянные резисторы МЛТ или импортные, переменный резистор — СПО, СП4-1, оксидные конденсаторы — импортные, конденсатор С5 — керамический, С1 — плёночный, рассчитанный на работу в сети 230 В, остальные — плёночные серии К73 или импортные от ЭПРАКЛЛ. Микросхему КР1446ВИ1 можно заменить аналогичным КМОП-таймером ICM7555. Диодный мост можно применить любой с допустимым обратным напряжением не менее 400 В и максимальным прямым током не менее 1 А, взамен него допустимо применить отдельные диоды, например 1N4007. Стабилитрон — любой маломощный с напряжением стабилизации 8. 12 В. Диоды КД510А можно заменить диодами серий КД522, 1N4148. Диод FR155P можно заменить быстродействующим выпрямительным диодом HER106- HER108, HER206-HER208.
Применён полевой транзистор STP4NK60ZFP от импульсного ИП. Особенность этого транзистора — наличие защитных стабилитронов между выводами затвора и истока, что повышает надёжность его работы. Этот транзистор можно заменить мощным переключательным полевым транзистором с допустимым напряжением сток-исток не менее 500 В и сопротивлением открытого канала не более нескольких ом, например, IRF840 или IRFBC40. Но тогда между затвором и истоком надо установить маломощный стабилитрон (катодом к затвору) с напряжением стабилизации на 1. 2 В больше, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD2.
Дроссели L1, L2 — от ЭПРА КЛЛ, они намотаны на гантелеобразных ферри-товых магнитопроводах диаметром 8 мм и высотой 10 мм. Можно применить аналогичные или заменить их постоянными резисторами сопротивлением 5. 10 Ом и мощностью 0,25 Вт. Дроссели L3, L4 — индуктивностью по 3,6 мГн намотаны на Ш-образном ферритовом магнитопроводе от ЭПРА КЛЛ. Размеры одного дросселя (без выводов) — 14x12x12 мм. Два последовательно соединённых дросселя применены для того, чтобы уменьшить электрическую нагрузку на каждый из них вдвое, что повышает надёжность всего устройства.
После проверки работоспособности плату со стороны печатных проводников следует покрыть лаком с хорошими изоляционными свойствами. Для соединения со светодиодными матрицами надо применить провода в надёжной изоляции. Поскольку каждый модуль F6040 снабжён выпрямительным мостом, полярность их подключения не имеет значения.
Налаживание проводят в следующей последовательности. Сначала проверяют работу генератора импульсов. Для этого на конденсатор С4 с соблюдением полярности подают напряжение от лабораторного БП. Это напряжение должно быть меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD2, чтобы через него не протекал ток. Движок резистора R2 устанавливают в нижнее по схеме положение и осциллографом контролируют напряжение на затворе полевого транзистора. В правом по схеме положении движка резистора R3 длительность импульса должна быть минимальной — около 0,5 мкс, период следования — 50. 60 мкс. В левом положении — длительность импульса 10 мкс, период следования — около 50 мкс.
Затем устанавливают движок резистора R3 в правое по схеме положение, отключают Бп, подключают нагрузку — светодиодные модули и подают на регулятор сетевое напряжение. Модули должны светить не на полную яркость. В этом положении регулятора напряжение на светодиодных модулях около 360 В. При перемещении движка резистора R3 влево по схеме яркость модулей должна увеличиваться. Уставив движок этого резистора в крайнее левое положение, подстроечным резистором R2 устанавливают номинальный потребляемый модулями ток (максимальное регулируемое напряжение). Для измерения тока, потребляемого от сети регулятором, удобно использовать устройство, описание которого приведено в [3].
Измерение пульсаций яркости показало, что они не превышают пульсаций ламп накаливания. Для их уменьшения следует увеличить ёмкость конденсаторов С2 и С6. Светодиодные модули должны быть установлены на эффективные теплоотводы, поскольку от этого зависит срок их службы.
Этот регулятор можно использовать совместно с другими аналогичными светодиодными модулями суммарной мощностью не более 80 Вт, в том числе, например, серии F4054 (аналог — 4054FSTM), предназначенными для освещения рассады, а также со светодиодными лампами, у которых драйвер выполнен на микросхемах-ограничителях тока. Для увеличения мощности регулятора надо применить более мощные накопительные дроссели, сильноточные диоды, а транзистор установить на теплоотвод.
Чертёж печатной платы в формате Sprint LayOut размещён здесь.
1. Светодиодная матрица 6040-F2525 20 Вт. — URL: https://sestek.ru/id/ svetodiodnaya-matrica-6040-f2525-20vt—1700-lm—cob-6000k-175-265v-ac-pf0-9-60x40mm—220v-2309.html (30.04.20).
2. Нечаев И. Уменьшение пульсаций яркости светодиодного модуля F6040 и регулятор яркости для него. — Радио, 2020, №5, с. 44-48.
3. Нечаев И. Измерение тока потребления сетевых электроприборов. — Радио, 2016, №3, с. 40.
LED — драйверы
В статье С.Косенко Сетевая светодиодная лампа с блоком питания на микросхеме VIPer22A (Радио, 04/2012, с.21-23) приведена схема драйвера для лампы на LED:
Применение 2-х типов светодиодов с разными углами рассеяния (15 и 120 град.) обусловлено получением светового потока без резких границ с большей яркостью в центре. Преобразователь обеспечивает на выходе напряжение 32 В при токе нагрузки 40 мА.
Дроссель L1 — доработанный высокочастотный ДМ-0,1 500 мкГн. Для увеличения его индуктивности до 2,2 мГн к имеющейся обмотке добавляют не меняя направление обмотки 2 слоя по 100 витков ПЭВ-2 0,12 мм с изоляцией между слоями (можно скотчем).
Монтаж деталей лампы, кроме светодиодов, выполнен на печатной плате:
Светодиоды установлены на другой плате:
Регулировка яркости светодиодного модуля F6040
Данный светодиодный модуль представляет собой светодиодную матрицу со встроенным контроллером предназначен для подключение к сети питания напряжением 220 В.
…регулировка яркости отдельного модуля
На рисунках ниже приведены схемы для управления яркостью данного модуля. Все регуляторы можно разместить, например, внутри старых ненужных корпусах зарядок для телефонов.
Рис.1. С использованием стабилитрона TL431
Рис.2. С использованием индикаторной лампы
Рис. 3. С применением SMD компонентов
Устройства можно собрать на следующих печатных платах:
Печатная плата для схемы, изображенной на рис.2 
Печатная плата для схемы, изображенной на рис.3
Подробное описание работы устройств регулировки модулей LED приведено в источнике.
…регулировка яркости нескольких модулей F6040
Устройство представляет собой повышающий преобразователь до 400В с ШИМ регулировкой. регулятор можно использовать и с другими LED матрицами суммарной мощностью не более 80 Вт.
Печатная плата рассчитана под резисторы МЛТ (или аналогичные импортные), переменный резистор СПО, С5 — керамический, С1 — плёночный, остальные плёночные серии К73 . Микросхему КР1446ВИ1 можно заменить на ICM7555.Диодный мост с обратным напряжением не менее 400 В и током не менее 1 А (можно поставить диоды, например, 1N4007). Стабилитрон — любой маломощный на напряжение 8..12 В, диоды КД510 заменимы диодами серий КД522, 1N4148, а FR155P — HER106-HER108, HER206-HER208.
В схеме применен полевой транзистор от импульсных блоков питания STR4NK60ZFP отличительная особенность которого — наличие защитных стабилитронов между затвором и стоком. Можно применить IFR840 (IRFBC40) с добавлением цепи защиты.
Дроссели L1 и L2 — от ЭПРА КЛЛ (они выполнены на гантелеобразных ферритовых магнитопроводах диаметром 8 мм и высотой 10 мм.
Дроссели L3 и L4 — индуктивностью 2,6 мГн намотаны на Ш-образном сердечнике от ЭПРА КЛЛ размером 14х12х12 мм.
…стробоскоп на модуле F6040
В состав драйвера LED модуля F6040 входит выпрямительный мост MB10C и две микросхемы DF6811BC (аналоги: MX2082S, SM2082C) — линейные стабилизаторы тока. Значение тока подбирается внешним резистором. Из-за отсутствия сглаживающего конденсатора в схеме, модуль можно использовать в качестве стробоскопа [3].
Схема светомузыкального стробоскопа
Предложенная автором схема позволяет превратить LED модуль в приставку-стробоскоп управляемую звуком (например, чем громче играет музыка, чем чаще вспышки). При повторении устройства LED матрицы необходимо установить на теплоотвод. Чертежи плат в формате Sprint LayOut можно скачать по ссылке указанной в источнике [3].
- И.Нечаев Уменьшение пульсаций яркости светодиодного модуля F6040 и регулятор яркости для него. — Радио, 2020, №5, с.44-48
- И.Нечаев Регулятор яркости для нескольких светодиодных модулей F6040
- И.Нечаев Стробоскоп на светодиодных модулях F6040. Радио, 2021, №2, с.45-47
Сетевой драйвер для светодиодов на BP2866XJ
Драйвер предназначен для использования в осветительных лампах на напряжение питания 85 — 265 В в диапазоне температур -40..105 град. С. Для использования требует минимальное количество навесных элементов.
Типовая схема включения BP2866
Ток, протекающий через светодиоды задается резистором Rcs (далее, токовый резистор). Максимальный выходной ток для светодиодов определяется индексом XJ в маркировке микросхемы.
| Индекс | А | B | C | D | F | G |
| Макс.ток (mA) | 240 | 300 | 400 | 450 | 500 | 550 |
| Номинальный ток (mA) | 160 | 220 | 250 | 280 | 350 | 380 |
Ниже приведена схема расчета внешних компонентов.
Пиковый ток определяется из выражения (в мА):
где Rcs значение токового резистора.
Ток, протекающий через светодиоды:
Время включения MOSFET в драйвере задается выражением:
Где:
L — значение индуктивности;
Vin — напряжение постоянного тока после выпрямительного моста;
Vled — напряжение на светодиодах.
Время выключения MOSFET в драйвере задается выражением:
Индуктивность рассчитывается по формуле:
f — частота переключения системы, которая
пропорционально входному напряжению. Минимальная
частота переключения устанавливается при самом низком входном напряжении, максимальная частота переключения устанавливается на самом высоком уровне входного напряжения. Минимальное и максимальное время выключения BP2866XJ составляет 2,5 мкс и 250 мкс соответственно. Эти данные учитываются при расчете.
Rovp рассчитывается по формулам:
где: Vcs = 373 мВ, Vovp — необходимое значение напряжения OVP. Вывод Rovp имеет функцию «разрешения». Когда напряжение на выводе OVP ниже 0,3 в, микросхема отключена. Поэтому резистор надо выбирать более 15 кОм для активации выхода.
С1 — 10 мкФ х 400 В, С2 — 2,2 мкФ х 400 В. Диоды с обратным напряжением не менее 400 В. Взамен D1-D4 можно использовать диодную сборку.
Драйвер для фонарика на YX8115
Микросхема YX8115 предназначена для использования в малогабаритных фонариках и позволяет питать яркие светодиоды от источника тока напряжением 0,9 В — 1,5 В.
Микросхема отличается низким энергопотреблением и малой потребностью в дополнительных навесных элементах. Позволяет питать светодиоды током в диапазоне 0-500 мА, регулировка осуществляется за счет подбора индуктивности. КПД >80%.
Электролитический конденсатор С1 ёмкостью 10-100 мкФ на напряжение 10-16В, диод VD2 — шоттки, например, IN5817, IN5819 и др.
Каскадный драйвер
Схема каскадного драйвера реализована на ШИМ контроллере LM3478 и работоспособна от напряжения 3 В, не содержит дефицитных деталей и рассчитан на мощность 1,5 Вт и питание одновременно до 30 светодиодов. ШИМ контроллер работает на частоте 300 кГц (регулируется резистором R1). Резистор R5 входит в цепь измерения тока, его сопротивление выбирается как можно меньше для повышения КПД.
Источник: Grant Smith Каскадный преобразователь расширяет возможности драйвера светодиодов. — РадиоЛоцман, 2020, №3, с.58-60.
LED балансир на LM317
Линейный стабилизатор напряжения LM317 можно вполне успешно (если не придираться к КПД подобных устройств) в качестве балансиров для питания светодиодов. В общем случае LM317 включается по схеме стабилизации тока. Ниже приведено как классическое (по документации) подключение, так и нестандартное подключение.
Рис.1
На рис.1 приведена схема классического включения LM317 в качестве балансира для цепочки LED. Для уменьшения тепловыделения на микросхеме входное напряжение желательно выбирать не более чем на 2-3 вольта превышающее питание светодиодов.
рис.2
В схеме на рис. 2 в цепь стабилизации тока микросхемы включена только одна цепочка светодиодов, однако, при соблюдении одинаковости параметров элементов, во второй цепочке будет протекать тот же ток.
F6040 светодиодная матрица как подключить
В этом гайде речь пойдёт о матрицах из адресных светодиодных лент. Если вы не в курсе про адресные ленты, то рекомендую изучить вот эту статейку. Фишка адресной ленты в том, что мы можем управлять любым из подключенных светодиодов. Если уложить ленту так, чтобы светодиоды образовывали ровную сетку, то мы получим матрицу, у которой можно зажечь любой “пиксель”, а зажечь можно одним из 16,7 миллионов цветов и оттенков! (светодиоды RGB, яркость каждого цвета имеет 256 градаций (8 бит), соответственно для трёх цветов у нас 256*256*256=16,7 лямов, что есть привычные 24 бита цветовой глубины). То есть по сути получаем полноценный 24 битный дисплей сверхнизкого разрешения! Зачем такое разрешение в 2к18 году? Спроси у своего папы, во что он играл в детстве =)
Начнём с компонентов. Матрицу можно склеить самому, для этого понадобится адресная светодиодная лента, например самая популярная на чипах WS2812b. Да, сейчас есть уже более новая WS2813, но для наших целей она преимуществ не имеет. Целесообразно брать ленту с плотностью пикселей 60 светодиодов на метр для маленьких матриц (ячейка 1.7×1.7 см) и 30 светодиодов на метр для больших матриц (ячейка 3.3×3.3 см). Также есть светодиодные модули по типу “гирлянды”, их можно брать для ОЧЕНЬ БОЛЬШИХ матриц (ячейка 12×12 см). Рассмотрим матрицу 20×10 светодиодов: из ленты 60 LED на метр размер матрицы будет 34×17 см, из 30 LED на метр – 66×33 см, и из модулей – 240×120 см.
Также хитрые китайцы уже продают готовые матрицы нескольких размеров, причём очень выгодно: матрица 16×16 стоит 1500р, она состоит из 256 диодов с плотностью 100 штук на метр. Лента такой же плотности стоит 1000р за метр (за 100 светодиодов). Для склейки матрицы размером 16×16 понадобится 2.5 метра ленты, то есть 2500р. А готовая матрица стоит на 1000р дешевле. Абсолютно то же самое касается матрицы 32×8 пикселей. Есть ещё готовая матрица 8×8, она стоит 300р. И вот она выходит уже не так выгодно =) Для питания матрицы нужен блок питания на 5V, по току расскажу дальше. Ссылок оставляю несколько, ищите выгодные предложения и скидки (P.S. Я закупаюсь в BTF-Lighting)
ВАЖНО! Чем больше матрица, тем больше места занимает прошивка в памяти. Для прошивки GyverMatrixOS:
- В Arduino Nano/UNO/Pro Mini при использовании всех эффектов и режимов очень впритык вмещается матрица 16х16 (256 диодов), возможны зависания и перебои в работе;
- В Arduino Leonardo/Micro/Pro Micro вмещается около 400 светодиодов (матрица 20×20);
- В Arduino Mega вмещается около 1700 светодиодов (матрица 40×42)
- В ESP8266/NodeMCU/Wemos вмещается ГОРАЗДО больше светодиодов, но нужно понимать, что скорость обновления ленты зависит от количества светодиодов, и при 500 диодах будет 60 кадров в секунду (fps), при 1000 будет 30 fps, при 2000 будет 15 fps, т.е. ощутимые глюки в быстрых эффектах.
СБОРКА
Начнём с типов соединения матрицы, их всего два: последовательный и параллельный, + совмещённый вариант по питанию. Плюсы и минусы указаны на рисунке, для больших матриц предпочтительнее использовать параллельный тип, так гораздо лучше организуется питание. Но вот с ответвлениями силовых проводов придётся повозиться. Если делать матрицу из гирлянды модулей, то естественно проще сделать её зигзагом. Но обязательно проверить на разной яркости и убедиться, что тока хватает дальним светодиодам (при просадке напряжения заданный белый цвет уходит в желтизну (небольшая просадка) или в красный (сильная просадка напряжения). В этом случае питание нужно будет продублировать толстыми проводами к каждому отрезку ленты (к каждой строке матрицы).
Матрица подключается к Arduino согласно гайду об адресной ленте, далее идёт выжимка из него. Важные моменты:
- Логический пин Arduino соединён с пином DIN ленты (матрицы) через резистор с номиналом 220 Ом (можно брать любой в диапазоне 100 Ом – 1 кОм). Нужен для защиты пина Ардуино от перегрузки, т.е. ограничить ток в цепи (см. закон Ома);
- GND (земля, минус) ленты обязательно соединяется с пином GND Arduino даже при раздельном питании;
- Электролитический конденсатор по питанию Arduino нужен для фильтрации резких перепадов напряжения, которые создаёт лента при смене цветов. Напряжение конденсатора от 6.3V (чем больше, тем крупнее и дороже кондер), ёмкость – в районе 470 мкФ, можно больше, меньше не рекомендуется. Можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!
- Конденсатор по питанию ленты нужен для облегчения работы блока питания при резких изменениях яркости матрицы. Опять же можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!
- Мощность (и максимальный отдаваемый ток) блока питания выбирается исходя из размера матрицы и режимов, в которых она будет работать. Смотрите табличку и помните о китайских амперах, т.е. блок питания нужно брать с запасом по току на 10-20%! В таблице приведены значения тока потребления ленты.
- В прошивке GyverMatrixOS версии 1.2 и выше настраивается ограничение тока системы. Как это работает: в настройках скетча есть параметр CURRENT_LIMIT, который задаёт максимальный ток потребления матрицы в миллиамперах. Ардуино будет делать расчёт на основе цветов и яркостей светодиодов и автоматически уменьшать яркость всей матрицы, чтобы не допустить превышения установленного лимита по току на особо “жрущих” режимах. Это очень крутая функция!
Чтобы матрица выглядела как мечта любителя 8-ми битной классики, нужно сделать следующее:
- Разграничить светодиоды объёмной решёткой (собрать из дерева/пластика/напечатать на 3D принтере)
- Поверх решётки положить рассеиватель (калька/бумага для запекания/полупрозрачный пластик)
- Затемнить “экран” матрицы (мусорный пакет/светлая тонировочная плёнка для окон)
2 и 3 пункт можно заменить матовым полупрозрачным тёмным плексигласом, рекламщики используют его как раз для создания светодиодных дисплеев!
Посмотреть на мою реализацию корпуса можно в видео про матрицу, файлы для 3D печати есть в архиве с проектом.
Регулятор яркости для нескольких светодиодных модулей F6040
Автор статьи предлагает регулируемый источник питания (драйвер) для двух последовательно включённых светодиодных модулей F6040.
О регуляторе яркости для светодиодных модулей F6040 [1] и о самом модуле было подробно рассказано в 2]. В частности, там приведены экспериментальные зависимости напряжения на модуле от протекающего через него тока. Эти зависимости показывают, что для обеспечения максимальной яркости свечения на модуль надо подавать постоянное напряжение 200. 210 В. Но предназначен он для питания от сети 230 В, поэтому с целью уменьшения пульсаций яркости необходим выпрямитель со сглаживающим конденсатором сравнительно большой ёмкости [2]. В этом случае на выходе выпрямителя будет постоянное напряжение около 300 В, и лишними оказываются 90. 100 В, которые станут падать на микросхемах драйвера светодиодного модуля. В результате он начнёт дополнительно и существенно разогреваться, что сокращает срок его службы и потребует дополнительного теплоотвода.
Если к упомянутому выше выпрямителю подключить два модуля F6040, соединённых последовательно, их свечение будет очень слабым, поскольку напряжения 300 В для них недостаточно. Для выхода на крейсерский режим им надо добавить около 100 В, т. е. повысить напряжение питания с 300 В примерно до 400 В. Сделать это можно с помощью относительно несложного повышающего преобразователя напряжения, необязательно стабилизированного. А если сделать такой преобразователь регулируемым, это обеспечит возможность оперативно изменять яркость свечения светодиодных модулей.
Схема такого регулятора показана на рис. 1. В его состав входят выпрямитель на диодном мосте VD1, сглаживающий конденсатор С2, генератор импульсов с регулируемой скважностью на микросхеме таймера DA1, ключ на полевом транзисторе VT1, накопительные дроссели L3, L4 и выпрямитель на диоде VD5 со сглаживающими конденсаторами С6 и С7, от которых питаются светодиодные матрицы EL1-EL4.
Рис. 1. Схема регулятора
Для подавления помех, поступающих в сеть, служит LC-фильтр C1C3L1L2. Одновременно дроссели L1 и L2, имеющие сравнительно большое активное сопротивление, служат ограничителями зарядного тока конденсатора С2. Генератор импульсов питается от параметрического стабилизатора напряжения R1VD2. Резистор R4 соединяет затвор транзистора с истоком на время, пока генератор не заработал. Резисторы R5 и R6 обеспечивают полную разрядку конденсаторов С6 и С7 после отключения регулятора от сети.
Сразу после подключения к сети генератор не работает, транзистор VT1 закрыт, конденсаторы с2, С3, С6 и С7 быстро заряжаются до напряжения около 300 В. Через некоторое время, необходимое для зарядки конденсатора С4, начинает работать генератор импульсов. Когда транзистор открывается, через дроссели L3, L4 протекает ток и в их магнитном поле запасается энергия, пропорциональная времени протекания тока. Это время равно длительности импульса на выходе генератора. Когда транзистор закрывается, на его стоке возникает импульс ЭДС самоиндукции, который выпрямляет диод VD5, и в результате конденсаторы С6 и С7 заряжаются до напряжения более 300 В. Напряжение на этих конденсаторах увеличивается пропорционально току, протекающему через дроссели, но, конечно, с учётом того, что вольт-амперная характеристика светодиодных матриц — нелинейная. При увеличении длительности импульса генератора будет расти и выпрямленное напряжение, а значит, ток и яркость свечения светодиодных модулей.
Регулируют яркость переменным резистором R3. Благодаря применению КМОП-тай-мера КР1446ВИ1 ток, потребляемый генератором вместе с параметрическим стабилизатором, не превышает 2 мА. Поскольку основная часть напряжения питания светодиодных модулей поступает непосредственно от сети 230 В, мощность собственно преобразователя может быть в несколько раз меньше суммарной мощности светодиодных модулей.
Большинство элементов установлено на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм, чертёж которой показан на рис. 2. По углам платы сделаны вырезы для стоек пластмассового корпуса, в котором она установлена (рис. 3). Размеры корпуса регулятора — 80x58x40 мм.
Рис. 2. Печатная плата регулятора и размещение элементов на ней
Рис. 3. Установка монтажной платы в корпусе
В регуляторе яркости применены постоянные резисторы МЛТ или импортные, переменный резистор — СПО, СП4-1, оксидные конденсаторы — импортные, конденсатор С5 — керамический, С1 — плёночный, рассчитанный на работу в сети 230 В, остальные — плёночные серии К73 или импортные от ЭПРАКЛЛ. Микросхему КР1446ВИ1 можно заменить аналогичным КМОП-таймером ICM7555. Диодный мост можно применить любой с допустимым обратным напряжением не менее 400 В и максимальным прямым током не менее 1 А, взамен него допустимо применить отдельные диоды, например 1N4007. Стабилитрон — любой маломощный с напряжением стабилизации 8. 12 В. Диоды КД510А можно заменить диодами серий КД522, 1N4148. Диод FR155P можно заменить быстродействующим выпрямительным диодом HER106- HER108, HER206-HER208.
Применён полевой транзистор STP4NK60ZFP от импульсного ИП. Особенность этого транзистора — наличие защитных стабилитронов между выводами затвора и истока, что повышает надёжность его работы. Этот транзистор можно заменить мощным переключательным полевым транзистором с допустимым напряжением сток-исток не менее 500 В и сопротивлением открытого канала не более нескольких ом, например, IRF840 или IRFBC40. Но тогда между затвором и истоком надо установить маломощный стабилитрон (катодом к затвору) с напряжением стабилизации на 1. 2 В больше, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD2.
Дроссели L1, L2 — от ЭПРА КЛЛ, они намотаны на гантелеобразных ферри-товых магнитопроводах диаметром 8 мм и высотой 10 мм. Можно применить аналогичные или заменить их постоянными резисторами сопротивлением 5. 10 Ом и мощностью 0,25 Вт. Дроссели L3, L4 — индуктивностью по 3,6 мГн намотаны на Ш-образном ферритовом магнитопроводе от ЭПРА КЛЛ. Размеры одного дросселя (без выводов) — 14x12x12 мм. Два последовательно соединённых дросселя применены для того, чтобы уменьшить электрическую нагрузку на каждый из них вдвое, что повышает надёжность всего устройства.
После проверки работоспособности плату со стороны печатных проводников следует покрыть лаком с хорошими изоляционными свойствами. Для соединения со светодиодными матрицами надо применить провода в надёжной изоляции. Поскольку каждый модуль F6040 снабжён выпрямительным мостом, полярность их подключения не имеет значения.
Налаживание проводят в следующей последовательности. Сначала проверяют работу генератора импульсов. Для этого на конденсатор С4 с соблюдением полярности подают напряжение от лабораторного БП. Это напряжение должно быть меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD2, чтобы через него не протекал ток. Движок резистора R2 устанавливают в нижнее по схеме положение и осциллографом контролируют напряжение на затворе полевого транзистора. В правом по схеме положении движка резистора R3 длительность импульса должна быть минимальной — около 0,5 мкс, период следования — 50. 60 мкс. В левом положении — длительность импульса 10 мкс, период следования — около 50 мкс.
Затем устанавливают движок резистора R3 в правое по схеме положение, отключают Бп, подключают нагрузку — светодиодные модули и подают на регулятор сетевое напряжение. Модули должны светить не на полную яркость. В этом положении регулятора напряжение на светодиодных модулях около 360 В. При перемещении движка резистора R3 влево по схеме яркость модулей должна увеличиваться. Уставив движок этого резистора в крайнее левое положение, подстроечным резистором R2 устанавливают номинальный потребляемый модулями ток (максимальное регулируемое напряжение). Для измерения тока, потребляемого от сети регулятором, удобно использовать устройство, описание которого приведено в [3].
Измерение пульсаций яркости показало, что они не превышают пульсаций ламп накаливания. Для их уменьшения следует увеличить ёмкость конденсаторов С2 и С6. Светодиодные модули должны быть установлены на эффективные теплоотводы, поскольку от этого зависит срок их службы.
Этот регулятор можно использовать совместно с другими аналогичными светодиодными модулями суммарной мощностью не более 80 Вт, в том числе, например, серии F4054 (аналог — 4054FSTM), предназначенными для освещения рассады, а также со светодиодными лампами, у которых драйвер выполнен на микросхемах-ограничителях тока. Для увеличения мощности регулятора надо применить более мощные накопительные дроссели, сильноточные диоды, а транзистор установить на теплоотвод.
Чертёж печатной платы в формате Sprint LayOut размещён здесь.
1. Светодиодная матрица 6040-F2525 20 Вт. — URL: https://sestek.ru/id/ svetodiodnaya-matrica-6040-f2525-20vt—1700-lm—cob-6000k-175-265v-ac-pf0-9-60x40mm—220v-2309.html (30.04.20).
2. Нечаев И. Уменьшение пульсаций яркости светодиодного модуля F6040 и регулятор яркости для него. — Радио, 2020, №5, с. 44-48.
3. Нечаев И. Измерение тока потребления сетевых электроприборов. — Радио, 2016, №3, с. 40.
Яркая светодиодная матрица с питанием от сети 220 вольт.
Светодиоды все стремительнее занимает свое место среди источников освещения.
Низкое потребление электроэнергии, яркость позволили светодиодам вытеснить традиционные лампы накаливания и довольно уверенно соперничать с энергосберегающими.
Поддавшись общей тенденции, решил собственными руками пощупать и собственными глазами посмотреть на светодиодную матрицу, не требующую каких-то отдельных драйверов, а подключающихся непосредственно к сети 220 вольт. Кому интересна данная тема, прошу под кат.
В результате остановил свой выбор на следующем экземпляре:
Из описания на странице следует, что данный источник света:
— производится по технологии LED СОВ;
— напряжение питания 220 вольт;
— потребляемая мощность 30 ватт;
— цветовая температура 2500- 3200К;
— материал подложки (основания) алюминий;
— габаритные размеры 40*60мм;
Пока ехала посылка, изучил теорию.
Что собой представляет технология LED СОВ?
Примерно до 2009 года у светодиодной продукции было только одно направление развития – увеличение мощности светодиода или Power LED. Совершенствование данной технологии позволило добиться мощности одного светодиода на уровне 10 ватт.
Как оказалось дальнейшее наращивание мощности не имеет смысла ввиду высокой стоимости производства отдельного мощного светодиода. Важную роль в поисках иного пути развития так же послужило то, что светодиод является точечным источником света и добиться засветки большой площади поверхности с помощью мощных светодиодов оказалось не просто и весьма не дешево. Для получения более-менее приемлемых результатов требовалось применение оптических систем для того, чтобы сделать свет рассеянным.
Следующим шагом было применение для создания приемлемых источников рассеянного света SMD светодиодов – на одну плату припаивалось большое количество светодиодов. Недостатками является общая трудозатратность процесса – производство отдельных светодиодов (каждый на своей керамической подложке + персональный слой люминофора и т.д.). Кроме того, недостатками метода являлась невысокая надежность отдельных светодиодов и необходимость ремонта при выходе хотя бы одного из них из них из строя.
В итоге, к инженерам пришла мысль о необходимости производства светодиодов без персональных атрибутов и размещения их на одной плате на небольшом расстоянии друг от друга под общим слоем люминофора, т.е. технология LED СОВ. В конечном итоге это позволило снизить стоимость источника света в целом и в случае выхода из строя отдельных светодиодов менять весь модуль (матрицу).
Приехала посылка в желтом конверте с пупыркой внутри. Сама матрица вложена в соразмерный пластиковый пакет.
Как видим, действительно светодиоды расположены близко друг к другу, покрыты общим слоем люминофора и защищены массой, напоминающей пластичный клей.
Белая субстанция по периметру матрицы и защищающая схему драйвера похожа на резину или термоклей – не твердая, упругая масса. Это позволило снять ее с наиболее выдающихся корпусов и определить, что один из них диодный мост MB10S с максимальным постоянным обратным напряжением 1000 вольт и максимальным прямым током 0,5 ампер.
Даташит: lib.chipdip.ru/605/DOC000605561.pdf
Остальные три корпуса это BP5132H — линейные светодиодные драйверы, которые можно использовать с симисторными диммерами для регулировки яркости с интегрированным полевым транзистором.
Более подробно можно посмотреть в даташите:
www.bpsemi.com/uploads/file/20161215114728_476.pdf
Размеры соответствуют указанным в описании.
Толщина подложки 1 мм и вес матрицы аж 8 грамм. 
Само собой разумеется, что, как и для мощных светодиодов, матрицам так же необходим радиатор. В качестве такового был выбран радиатор от процессора.
Саморезами, через термопасту КПТ -8 матрица была закреплена на радиаторе.
В данной последовательности действий была допущена ошибка – провод следовало припаивать до крепления матрицы к радиатору – тепло от паяльника уходило в теплоотвод. Результат пайки виден на фото. Однако провода держались надежно, и снимать матрицу уже не стал.
Первое включение произвело неизгладимое впечатление – сказать «ярко», ничего не сказать. Даже если смотреть с расстояния под небольшим углом к плоскости матрицы «зайцы» обеспечены. По сравнению с имеющимися в наличии энергосберегающими лампами температурой 2800К свет белый и его много.
Комната площадью 14 кв. метров освещается более, чем хорошо. 
Далее пошли замеры мощности и температуры.
Сразу хочу обратить внимание, что напряжение вечером не на должном уровне, отсюда мощность немного меньше.
После 20 минут температура поднялась до 85 градусов. Далее испытывать на прочность матрицу не стал, хотя чипы управления могут контролировать ток через светодиоды при сильном нагреве. 
Далее тесты проводились с использованием принудительного охлаждения штатным куллером от данного радиатора и платой контроля частоты вращения вентилятора. Последнюю снял со старого блока питания ПК.
Температура в течение полутора часов не поднималась больше 31,5 градуса, а вентилятор работал на малых оборотах, не разгоняясь.
После чего плата контроля частоты вращения вентилятора была исключена из конструкции, а блок питания заменен на 9-ти вольтовый.
Увеличение напряжения в сети позволило убедиться что заявленная потребляемая мощность соответствует действительности.
Ожидаемо фотоаппарат реагировал на мерцание матрицы частотой 100 Герц. Видео не снимал, но смог зафиксировать следующее 
Можно было бы побороться с пульсациями, припаяв к диодному мосту конденсатор. Это вызвало бы повышение напряжения до 220*1,41=310,2 вольта и нужно было бы играться с ограничивающими резисторами BP5132H, но поскольку изначально отдавал себе отчет о том, что данный источник света не для жилых помещений, то затевать эту борьбу не стал.
Сфера применения матрицы – общее освещение улицы, подсобных помещений и тому подобное, и, следовательно, пульсациями можно пренебречь.
С помощью ЛАТРа удалось установить (эксперимент проводился на работе и фото не делал, дабы не отвечать на вопросы: «Зачем?»), что нижний порог, при котором матрица еще излучает свет, 130 с небольшим вольт. Больше 250 вольт не подавал, но в том случае не помешает маска сварщика).
В связи с тем, что данный источник света обладает высокой мощностью и, если так можно выразиться, повышенной плотностью света, то совсем не лишним будет рассеивающий экран перед матрицей. 
В итоге, к минусам можно отнести:
— повышенное тепловыделение (издержки технологии, но не конструкции) и необходимость применения теплоотвода (предпочтительнее активного охлаждения);
— довольно высокую стоимость.
Однако эти минусы с лихвой перекрываются яркостью данной матрицы, способностью освещать большую площадь, соответствием заявленным характеристикам.
Мерцание не могу отнести к отрицательным чертам так, как область применения матрицы НЕ ЖИЛЫЕ помещения.
Отдельно хочу обратиться к адептам ордена «Ненавистников пункта 18»). Друзья, прошу быть объективными в оценке изложенной в обзоре информации, тем более, что для ее сбора, систематизации и изложения пришлось затратить довольно много усилий и времени.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.