AiS: www.autoinscale.com
 


Сергей Торхов ака Серёга
18 июня 2018

Праздник к нам приходит


В последнее время многие моделисты (и автомоделисты в частности) используют в своих работах светодиоды для того, чтобы ещё больше «оживить» модель, сделать её оригинальнее, ещё более похожей на настоящую. Светодиодами можно имитировать фары головного света, «стопари», габариты, подсветку приборной панели, освещение салона (спального отсека), неоновую подсветку днища и даже мигалки.

Светодиод (далее СД или диод) это – апгрейд лампочки, но с несколькими преимуществами. Во-первых, он потребляет гораздо меньший ток, т.е. – более экономичен в энергопотреблении.

Во-вторых, диод более долговечен.

СД бывают самых разных форм, размеров и цветов (фото 1). Бывают двухцветные (красный/зелёный), а также мигающие СД. Делятся они на: ножевые (с двумя или тремя длинными ножками) и поверхностного монтажа (SMD) с контактными площадками.

Фото 2

Вторые – чаще более миниатюрные и более дорогие. Могут достигать в длину от 9 до 1,2 мм. Их легко разместить на любом отражателе фар, за декой приборной панели, на днище автомобиля. Ими можно правдоподобно имитировать плафон освещения салона, габаритные огни на грузовике. Для обычных галогеновых фар, а также подсветки салона можно использовать белые СД, слегка покрасив их оранжевым лаком и наклеив поверх кусочек кальки на ПВА.

Для того чтобы диод горел, через него нужно пропустить ток. Именно ток главным образом влияет на его работу. Для большинства диодов, с которыми я работал номинальный ток - 20 мА. Однако есть сверх-яркие и ультра-яркие СД, для которых номинальный ток в 2, а то и в 10 раз больше. Такие СД мы не будем рассматривать. Они для нас слишком яркие.

Когда будете приобретать светодиоды в магазине, спрашивайте какой у них номинальный ток и номинальное напряжение. В большинстве случаев нам нужны диоды с током – 20 мА. Однако, при разработке схемы подключения СД больше нам пригодится значение Номинального напряжения (падения напряжения). Номинальное напряжение тоже разнится. У красных диодов оно обычно самое низкое 1,6-1,8 В. У зелёных, жёлтых, оранжевых – чаще 1,8 – 2,1 В. Но самые требовательные с напряжению – это синие и белые СД: 2 – 3,5 В (фото 2).

Фото 3

Существуют 2 основные схемы подключения СД: последовательно и параллельно.

Фото 4
Рис1. «Схема последовательного подключения светодиодов»
Н1…Н3 – светодиоды, ИП – источник питания, К1 – кнопка/перемычка

При последовательной схеме соединения для работы СД к ним надо приложить напряжение, равное сумме падений напряжения каждого диода. Т.е. UПИТ = UН1 + UН2 + UН3. Т.о. если Вы последовательно запаяли 5 СД с номиналом 1,8 В - каждый, Вам потребуется напряжение питания, как минимум - 9В (5 х 1,8).

Фото 5
Рис2. «Схема параллельного подключения светодиодов»

При параллельной схеме соединения для работы СД к ним надо приложить напряжение, равное максимальному падению напряжения (если в схеме разные СД). Т.е. UПИТ = UН1; при UН1 ≥ UН2 , UН1 ≥ UН3

Кстати, имейте в виду, что у каждого замкнутого контура свой ток (20мА). А общий ток потребления складывается из суммы токов контуров. Короче: Iпит = I1 + I2 + I3

Чем больше параллельных контуров, тем больше ток потребления, высасываемый из источника питания.

В общем, у каждой схемы свои преимущества и недостатки. Какую схему предпочесть для каждой конкретной модели – решать Вам. Скажу лишь, чем характерна каждая из них. Если для Вас важен минимальный размер ИП и не имеет значения длительность свечения СД, то Вам лучше выбрать параллельную схему подключения СД, а в качестве ИП использовать батарейки от электронных будильников (в простонародье - «шайба»). Прошу учесть, что в параллельных контурах токи могут немного отличаться (из-за погрешностей в параметрах каждого контура). Следовательно, и СД могут светиться немного по-разному.

Если Вы хотите, чтобы СД горели как можно дольше (например, для выставки), а места для размещения ИП в модели много, разумнее использовать последовательную схему подключения СД. Т.о. Вы получите один контур тока и все СД должны гореть одинаково. Для длительной работы СД советую пользоваться «пальчиковыми» или «мизинчиковыми» батареями (аккумуляторами). Подумайте о возможности замены ИП, если для Вас это важно.

Возможна ещё параллельно-последовательная схема. Ею можно воспользоваться, если у Вас очень много СД и их суммарное падение напряжения больше, чем может обеспечить Ваш ИП. Параллельно соединяются несколько последовательных цепочек СД.

Фото 6
Рис3. «Схема параллельно-последовательного подключения светодиодов»

Кстати говоря: светодиоды питаются постоянным (выпрямленным) напряжением. Ни в коем случае не запитывайте их от переменной сети.

Сделаем небольшое отступление. При работе с СД необходимо вспомнить закон Ома: I = U/R , где I – ток; U – напряжение; R - сопротивление С током и напряжением мы более-менее разобрались. Из формулы мы видим, что каждый светодиод имеет ещё и внутреннее сопротивление, которое к сожалению нельзя померить тестером, но можно легко вычислить, зная напряжение и ток:

R=U/I

Все СД нашей группы рассчитаны на 20 мА. Значит, считаем, что ток для всех диодов постоянный. Различаются лишь номиналы напряжения у разных диодов. Значит и сопротивления у них соответственно разные. По теории токов в замкнутых контурах, ток потечёт в тот контур, где сопротивление меньше.

Фото 7
Рис.4 «Токи в параллельных контурах (I1, I2). Для наглядности диоды заменены эквивалентными сопротивлениями»

Теперь представьте, что в параллельных контурах мы запаяли диоды с разным номинальным напряжением. Получится, что в контуре с бОльшим «падением» (большим сопротивлением) ток будет меньше и его диод будет светиться слабее (а может и вовсе не будет). Как выйти из этой ситуации? Надо ставить дополнительные сопротивления в контура диодов с меньшим падением. Формула для расчёта сопротивления каждого СД приведена выше. Остаётся посчитать значение R1 для СД с бОльшим значением падения напряжения и R2 для СД с меньшим падением, посчитать их разность:

R1 - R2 = Rдоб

…и получим значение сопротивления, которое нужно допаять последовательно диоду с меньшим падением.

Ещё один важный момент: в схему нельзя ставить диоды с разным токо-потреблением (например, простой и сверх яркий). У них внутренние сопротивления отличаются на порядок. В данном случае не помогут дополнительные сопротивления, как с диодами разных номиналов. Если такие диоды ставить параллельно, то ток потечет через диод с меньшим сопротивлением. Остальные цепи работать не будут. При последовательном подключении сверх ярким диодам не будет хватать тока, чтобы зажечься или сгорят обычные диоды.

Теперь допустим Ваш ИП даёт 12 В на 2 последовательно соединённых СД по 3 В, а Вам достаточно - 6 В (2 х 3 = 6). Получаем 6 В избыточного напряжения. Вспомним закон Ома: I = U/R. Т.е. для получения в цепи тока 20 мА нам потребуется запаять последовательно сопротивление R = U/I = 6В/0,02А = 300 Ом. В данном случае сопротивление нам нужно для того, чтобы ограничить ток через диоды. Во-первых, это уменьшит разряд батарей, если нам ни к чему яркое свечение. Во-вторых, при токе свыше 50 мА диоды могут и сгореть. Так что будьте внимательны. Я не рекомендую прикладывать к СД напряжение вдвое превышающее их суммарный номинал.

В проекте Custombilt 379 я спаял 6 красных СД последовательно, приклеил по месту и протестировал от ИП. Я полагал ,что 12,6 В при суммарном падении СД = 1,65В х 6 = 9,9В будет не слишком много. Увы, 6 диодов сгорели сразу. Мне повезло, что осталось ровно 6 штук на замену, которые я протестил уже от «кроны». До сих пор гадаю над причиной. Это были старые, спаянные с платы диоды. Возможно, у них был меньший рабочий ток и превышение напряжения менее, чем на 30% их убило.

Немного об ИП: В зависимости от свободного пространства в Вашей модели Вы можете использовать ИП от часовых до батарей размера «D». Можно использовать аккумуляторы для мобильников. Если конструкция позволяет замену ИП, то экономичнее использовать аккумуляторы, если – нет, то батареи прослужат дольше. Я в своем проекте использовал два аккумулятора на 12 В, 9 А/ч, которые поместил в трейлер (фото 3).

Фото 8

Кстати ИП, выключатели и систему управления не обязательно запихивать в модель. Можно всё это вынести на отдельный блок и подключать к модели через провода с помощью разъёмов.

Ёмкость батарей тоже имеет большое значение. Пальчиковые батареи имеют ёмкость, приблизительно 2,5 ампер часа. Это значит, что при токе в цепи - 20 мА ёмкости таких батарей хватит приблизительно на 125 часов (2500мАч / 20мА = 125ч). Если в Вашей схеме несколько параллельных цепей, то ток возрастёт во столько же раз, и во столько раз сократится срок работы СД от данного ИП.

Имейте в виду – если Вы найдёте маленькую батарейку на 12В, не думайте, что Вам повезло. Значит в таких батареях очень маленькая ёмкость. Чудес не бывает. Их едва хватит на одну фото сессию.

Кроме СД, ИП и проводов нам понадобится размыкатель цепи, т.е. кнопка. Выбирайте кнопки с фиксацией в обоих положениях: «включено» и «выключено» (фото 4). Я отдаю предпочтение третьей слева в нижнем ряду. Они миниатюрны и держат ток до 300 mА. Если в моей схеме больший ток, я разбиваю её на 2 части и в каждую ставлю по одному выключателю. Вместо кнопок можно использовать джамперы.

Фото 9

Однако можно сделать ещё интереснее. С помощью не хитрых систем управления можно добиться того, чтобы диоды мигали, согласно требуемым Вами алгоритмам. Таким образом, для начала, можно сделать аварийные огни, мигающие одновременно. Далее можно чуть усложнить и соорудить мигалки красного и синего цвета, мигающие попеременно.

Фото 10
Схема для светодиодов, мигающих

Источник питания – 3 батареи (например размера ААА) U = 4,5В;

С – конденсатор, Фарад (я в основном использую чипы размерности 0805);

R – резистор, Ом (тоже – 0805);

С1, R2 – времязадающие компоненты для обеих схем чем больше номинал С1 (или R2), тем меньше частота мигания светодиодов. Частота (с): F = R∙C;

C2, C3 – конденсаторы - фильтры для микросхем LM2903, CD4013 соответственно. Они должны располагаться как можно ближе к микросхемам и защищать от помех;

C4, C5 – электролитические конденсаторы, они заставляют светодиоды гаснуть (зажигаться) медленнее (зависит от ёмкости самих электролитов и сопротивления резисторов R8, R9). Чем меньше C4, C5 или R8, R9, тем быстрее затухают (зажигаются) диоды;

R1, R7 – уменьшают ток на входе микросхем и транзистора;

R3+R4, R5+R6 – делители, формируют напряжение уставки, с которым компаратор сравнивает другие сигналы;

R8, R9 – резисторы, замедляющие утечку тока из электролитов и тем самым замедляющие угасание СД;

R10, R11 – токоограничительные сопротивления для светодиодов (не обязательны);

R12 – резистор, притягивающий базу транзистора к «земле» и предотвращающий его произвольное открывание при отсутствии управляющего сигнала;

DA1:1, DA1:3 – компаратор, сравнивает напряжение уставки между R3 и R4, и напряжение времязадающей цепи (С1, R2);

DD1:1, DD1:3 – триггер для деления сигнала на нормальный и инверсный для попеременного мигания светодиодов;

E1,E2 – тестовые точки (не обязательны);

HL1, HL2 – светодиоды;

VD1, VD2 – диоды, предотвращающие течение тока из C4, C5 обратно в микросхему;

VT1, VT2 – транзисторы, которые проводят (или не проводят) ток от Источника питания (на эмиторе) на СД (на коллекторе), в зависимости от управляющего сигнала (на базе). Часто СД и токоограничительный резистор ставят между ИП и транзистором для того чтобы эмитер последнего был привязан к «земле».

Элементная база вашей схемы может отличаться от приведённой выше. Используйте то, что можете достать. Учтите, что транзистор BC847 проводит только 100мА, поэтому к его коллектору не стоит подключать более 5 параллельных контуров светодиодов. Можно игнорировать некоторые блоки схемы: например блок плавного затухания светодиодов (VD1, VD2, C4, C5, R8, R8), или добавить собственные блоки.

Фото 11
Схема для диодов, мигающих попеременно

Теперь подробнее о проекте Custombilt 379. Всего на автопоезде 161 светодиод. Тут лишь один вариант схемы - параллельно-последовательная. ИП – два аккумулятора 12,6В, 9А/ч, соединенные последовательно. Да, ИП никогда не соединяют параллельно. Проводка от аккумуляторов выходят из передней части днища фуры и соединяется миниатюрными штекерами с бампером тягача (фото 5), где приклеен разъем (фото 6). Провода имитируют пневмо и электропроводку между траком и фурой.

Фото 12Фото 13

В полуприцепе 4 параллельных цепи по 12-13 СД. Три - «габаритных» цепи размыкаются одним джампером. Последняя цепь: задние фонари, неоновая подсветка и еще 4 янтарных СД отключается отдельным джампером. На Тягаче 9 цепей. 5 из них по 13 СД - янтарные габариты, размыкаются одним джампером. Остальные 4 цепи: правый поворотник, левый, фары/фонари, синяя подсветка – отключаются индивидуально – каждая. Так можно более гибко экономить энергию батарей, например на выставке.

В подобных проектах легко запутаться, какие провода куда идут. Поэтому перед сборкой я сделал схему и продумал количество цепей и их состав, чтобы в каждой было примерно одинаковое напряжение. Логично сделать единую, например – минусовую, шину через всю модель. Так легче замыкать последний в цепи СД, где бы он ни находился. И проводов будет чуть меньше. Концы проводов я помечал скотчем, чтобы не перепутать.

Почти все провода сходятся в ЖМ (фото 7) и в ящике с джамперами (фото 8). В первом много места и удобно объединять группы проводов, например «+» и «-»; ну а во втором сходятся все цепи, которыми нужно управлять. Кроме того, если тягач отсоединен от прицепа с аккумуляторами, в ЖМ предусмотрено место для альтернативного ИП. Это три батареи «крона», соединенные последовательно.

Фото 14Фото 15

В плафоны фар тягача я вставил белые светодиоды размера 0603, но сначала просверлил кронштейн крепления фар к облицовке и вставил в отверстие латунную трубку 0,8 мм (фото 9). Она послужит штифтом для надежной фиксации фар. Сквозь эту же трубку идут провода 0,2мм к диоду. В этой же цепи 10 задних фонарей и подсветка заднего номера.

Фото 16

В профиле заднего бампера сделаны прорези для диодов (фото 10). Они накрыты стилизованными плафонами из прозрачного пластика (фото 11), обернутого по периметру Oracl-ом. Внутрь бампера вставлены отражатели из половинок 5-ти миллиметровой трубки, оклееной Oracl-ом. На него приклеены красные диоды с проводкой. С торцов профиль закрыт заглушками. Фонари на ЖМ с аналогичными отражателями.

Фото 17Фото 18

В крыше и задней стенке ЖМ сделал вырезы под светодиоды (фото 12); задние - закроются квадратными линзами (фото 13), а верхние - скопированными из прозрачной смолы маяками (фото 14). Я их обернул фольгой от Model Factory Hiro (Aumiharu), оставив снизу и сверху окна для прохождения света. Сверху - окрашенные Х-26 плафоны. На крыше кабины - та же система. Фольга MFH мне понравилась больше, чем BMF.

Фото 19Фото 20Фото 21

В боковых стенках ЖМ, сверху и снизу - насверлил отверстий под контакты накладных диодов. Когда диоды заняли свои места и провода были соединены внутри я надел на лампы декоративные покрашенные хромом смоляные копии габаритов с Ревеловской "технички". Перед копированием я высверлил/вырезал в них отверстия под диоды (фото 14).

После очередного просмотра Шоу-траков я решил подсветить номера автопоезда. Передний регистрационный знак расположен в центре бампера, который из латуни. Единственный способ его подсветить - сзади. Значит надо сверлить, растачивать бампер и вставлять кусочек прозрачного полистирола, на который ляжет декаль с номером Техаса. Светодиод приклеил на передний мост. Подсветка номера трейлера делалась аналогично.

Ну и какой Шоу-трак без неоновой подсветки днища? Под четырьмя ступенями и под ЖМ находятся синие светодиоды, которые включаются отдельной перемычкой (фото 15). Она же включает подсветку приборки, переднего номера и решетки радиатора. Аналогичная подсветка есть и на трейлере.

Фото 1

Т.к. между передней стенкой кабины и приборкой появилось пространство, то можно разместить светодиод подсветки шкал. Для увеличения светоотдачи все стенки в этом замкнутом месте оклеены фольгой (фото 16). Я приклеил внутри полости синий СД. Если замкнуть цепь, то голубым цветом будут подсвечиваться приборы, а также шарик рукоятки КПП (фото 17).

Фото 22Фото 23Фото 24

Задняя номерная рамка для тягача это травление от KFS. Тут я решил сделать подсветку сверху. Такой стиль можно увидеть на чоперах. SMD светодиод с проводкой закатан в эпоксидной шпатлевке (кожух подсветки). После обработки и окраски "кожуха" подсветка клеится сверху рамки (фото 5). На боковых стенках фуры сверху и снизу размещено по десять СД. Верхние клеились к крыше, а соединялись все диоды между собой до склейки крыши с фурой, т.к. – после, руками туда не подлезешь.

Фото 25

Напоследок несколько советов:

  • все элементы схемы кроме ИП надёжнее всего запаять и тогда Вы избежите неожиданных сюрпризов с пропавшим не известно где контактом; провода лучше использовать многожильные (МГТФ): очень маловероятно, что отпаяются все жилы;
  • если Вы предусмотрели открывание модели и замену ИП, то лучше соединить батарейный отсек с остальной схемой через разъём. Будет удобнее доставать и менять ИП (благо разъёмы сейчас бывают довольно миниатюрные);
  • светодиод проводит ток только в одном направлении, так что не путайте полярность. Также не пытайтесь запитывать СД от переменной сети. Им нужен постоянный ток;
  • батареи лучше всего соединять с помощью пружинных контактов, тогда никакая тряска им будет не страшна и контакт будет надёжным.
  • ни в коем случае не закорачивайте «+» и «-» светодиода, подключенного к источнику питания. В этом случае СД сгорят с 99%-ой вероятностью;
  • лучше выбирать ИП с небольшим запасом по напряжению. Хотя бы – пол вольта. Учтите: чем меньше ёмкость ИП, тем заметнее будет «проседать» напряжение при нагрузке.
  • покупайте диоды с запасом. По первости некоторым из них суждено сгореть;
  • если Вы не знаете номинального напряжения Вашего СД, попробуйте определить его с помощью мультиметра в режиме прозвона диода. Однако это не всегда помогает.

Да, для тех, кто не технарь есть Англоязычный магазин, специализирующийся на светодиодах для моделей: магазин. Там все диоды с уже запаянными резисторами под конкретные ИП: от 3-х В и до 12В. Есть даже моргающие диоды, хотя и цены кусаются. Всем удачи!







Правовая информация
Поддержка support@autoinscale.com, AiS © 2006-2014
0.014