Řetězení LED

Tento příspěvek se dotýká modelové železnice jen okrajově. Ale může posloužit jako námět, pokud potřebujeme postupně rozsvěcet několik (nebo i velké množství) LED.

Dostal jsem zakázku, týkající se osvětlení jednoho architektonického modelu. Vzhledem k tomu, že ještě není publikován, nebudu uvádět víc, později můžu doplnit. *)  Jeho součástí je simulace tekoucí vody v akvaduktu a vodopád na jeho konci. Vzhledem k zadání, bylo potřeba téměř 30 bílých LED, které se měly rozsvěcet postupně.

Byla možnost použít k řízení mikroprocesor – buď nějaký s více porty (tak, aby pro každou LED byl k dispozici I/O pin), nebo multiplexní zapojení  6×5, nebo 7×4, což je sice méně náročné na „počet nožiček“ procesoru, ale zase náročnější na kabeláž a i program musí být o něco složitější. Charlieplexing se mi zdál ještě složitější. Protože akvadukt je téměř 1,5 m dlouhý, spíše se mi pozdávalo jiné řešení s minimem drátů a nějakým „distribuovaným řízením“.

V dobách pravěku elektroniky se časování obvodů téměř vždy řešilo pomocí kondenzátorů (a odporů). V závislosti od kapacity kondenzátoru a nabíjecího/vybíjecího odporu se dají realizovat různá časová zpoždění.

Vycházel jsem z následujícího: Pokud je kondenzátor nabíjen konstantním proudem, lineárně (s ohledem na čas) roste náboj v kondenzátoru a napětí na něm. LED má definované určité „zápalné napětí“ – je to ono napětí v propustném směru U_F, při kterém se rozsvítí. Pokud tedy bude LED připojena paralelně ke kondenzátoru, rozsvítí až s určitým opožděním – když napětí na kondenzátoru dosáhne U_F.  (Podmínkou je proudové napájení – tedy minimálně určitý odpor do série se zdrojem, nebo zdroj konstantního proudu. 

No, a když takovýchto obvodů zapojíme do série víc, dostaneme postupně se rozsvěcující  řetězec LED. Počet prvků řetězce je omezený napájecím napětím. Toto napětí musí být vyšší, než je součet U_F všech do série zapojených diod. Protože jsem z důvodů bezpečnosti a norem zvolil 24V, můžeme takto zapojit max. 8 bílých LED (ty mé rozsvěcely při 2,8 – 2,9V). Větší počet se už nemusí rozsvítit. Pokud však poslední diodu nahradíme optospínačem, můžeme jeho výstup využít na sepnutí další osmice LED. A takto můžeme pokračovat do nekonečna. Já jsem na modelu využil tři větve po sedmi LED, poslední optron spíná model vodopádu, který je řešen velmi podobně (spodní sedmice LED na obrázku 2.). Jen jeho ovládání je samostatné a hlavní procesor, který řídí osvětlení celého modelu, do něj posílá přes spínač ULN2003A náhodně generované impulzy, které způsobují jeho poblikávání. Jako proudový zdroj jsem použil mé oblíbené obvody  NSI50010YT1G (driver 10 mA pro LED). Pokud jde o hodnoty součástek, elektrolyty jsem použil 470 μF/35V a ve spodní větvi, kde „proud vody teče rychleji“ pak 220 μF/35V.  

Popis funkce je velmi jednoduchý: Ihned po připojení napájecího napětí se přes D1 (která rozsvítí) začne proudem 10 mA (dáno driverem  NSI50010YT1G) začne nabíjet C1. Po překročení U_F na tomto kondenzátoru D2 rozsvítí a začne téct proud přes D2 do C2 … a tak dále, a tak dále …  Za C7 následuje optron IO1, který připojí napájení na další větev. A tak to jde až do konce. (Popis je mírně zjednodušený – nebere do úvahy maličké proudy, které tečou přes všechny diody v série hned od začátku.)

Obrázky je možné kliknutím zvětšit.

*)  Model je součástí expozice v Zámku Lednice – Zámecká jízdárna. Představuje původní stav akvaduktu s vodopádem. Realizace modelu Sagio.cz. 

Doplněno 2.března 2015