Однажды, на Киевском радиорынке, я наткнулся на прикольный светодиод. Точнее даже не просто светодиод, а три в одном. На общей звездообразной подложке находится сразу три кристалла – зеленый, красный и синий, что, теоретически, позволяет получить любой цвет.

По заявлениям продавца, каждый из трех кристаллов готов был поглотить 1Вт электрической мощности и выдать не намного меньше световой.

Я давно хотел устроить себе цветное освещение комнаты. И вот выдался случай.

Драйвер светодиода

Ахтунг, меня попросили написать эту секцию поподробнее, поэтому многабуфкаф!

Яркость светодиода зависит от тока, который проходит через него. Светодиоды, как и обычные диоды обладают одним неприятным моментом – падение напряжения на них сильно зависит от температуры.

Падение уменьшается с увеличением температуры, а это – очень подло. Давайте представим, что будет, если воткнуть светодиод напрямую в источник напряжения.

Итак, светодиод включился, и начал светиться. Вместе с этим он начал нагреваться. Из-за нагрева, падение уменьшилось, ток возрос, светодиод начал еще сильнее нагреваться. В конце-концов ток через диод превышает предельно допустимый и диод сгорает.

Если светодиод совсем маломощный, то для его питания достаточно просто прицепить резистор. Резистор нужно выбрать так, чтобы максимальный ток при полностью разогретом диоде не превышал допустимый.

У включения с резистором есть существенный недостаток – на резисторе рассеивается очень много мощности. К примеру, мой светодиод потребляет 350мА и падение на нем – 3В. Мощность, передаваемая в диод – 1.05 Вт. Пусть схема питается от 12 вольт. В таком случае необходимо поставить резистор (12-3)/0.35 = 25 Ом. На резисторе будет рассеиваться 5.76 Вт – а это, скажу вам, некислая печка. КПД включения с резистором получилось равным 18%. Ужасный результат.

И вот тут появляются импульсные драйвера. Пример драйвера, который я использовал в своей лампочке.

Естественно, он слеплен из деталюшек, которые валялись у меня прямо здесь и сейчас, однако вполне работоспособен.

Принцип работы очень прост – ключ Q2 отрывается и через диод и катушку L3 начинает течь ток. Когда ток достигает номинального для диода, транзистор закрывается, а ток в диоде поддерживается за счет энергии, накопленной в катушке L3. Так происходит 180килораз в секунду.

Ток через диод определяется резистором R11.

КПД такого источника составляет 70-80%. Минимальное напряжение питания – 9В. Максимальное ограничено напряжением пробоя затвора Q2 и составляет 20В. Этот драйвер может выдавать мощность до сотен ватт при соответствующем Q2.

Внимание, можете не пытаться сделать сколь-либо вменяемый драйвер на mc34063. Драйвер работать будет, но проблем не оберетесь – светодиод будет моргать из-за дискретности регулирования ШИМа, индуктор будет влетать в насыщение из-за полу-автогенераторного принципа работы. Не повторяйте моих ошибок!

Схема лампы

Итак, с драйвером разобрались. Осталось прилепить три таких драйвера к контроллеру и написать прошивку. Получившаяся схема:

Комментировать особо нечего. Ну, кроме аудио усилителя. Если вдруг меня потянет сваять цветомузыку на базе этой лампы, то не придется ничего паять.

Собранная железяка выглядит так

Линейная регулировка яркости

Человеческое восприятие нелинейно. Если увеличить яркость светодиода с 1 до 2 то это будет восприниматься совсем не так, как если увеличить яркость с 101 до 102.

Практически все органы чувств человека имеют логарифмическую зависимость выхода от входа. Это позволяет нам одними и теми-же глазами смотреть и ночью и днем.

Если мы будем плавно увеличивать средний ток через светодиод, то сначала воспринимаемая яркость резко возрастет, а потом скорость нарастания яркости уменьшится.

Для того, чтобы скомпенсировать  это явление, я сделал табличку экспоненты. Яркость получилась вполне линейная, за исключением центрального участка, где скорость ее изменения немного замедляется. Однако скомпенсировать это место – слишком сложная задача, потому как воспринимаемая яркость зависит еще и от цвета. Оставим это производителям мониторов.

Алгоритм

Алгоритм изначально был очень простой. Случайным образом выбирается целевой цвет и скорость изменения цвета, а потом просто движемся по трем компонентам цвета к целевому, пока не достигнем.

HSV->RGB

После того, как лампочка была собрана, я заметил что большую часть времени она светится некрасивыми ненасыщенным цветом. Поэтому я решил перейти от RGB представления цвета к HSV. Что такое HSV знает википедия.

https://ru.wikipedia.org/wiki/HSV_(цветовая_модель)

Теперь я случайным образом выбираю цветовой тон, а насыщенность и яркость у меня стоят на максимуме. Получается намного красивей. Траектория изменения цвета в HSV системе показана на картинке:

Прошивка

Написана на си и скачать ее можно тут:

Я использовал atmega88, а ресурсов там просто завались. Поэтому никакой оптимизации.

Результаты

Естественно, в реале это выглядит значительно круче. Но составить представление вы сможете. Скорость изменения цвета сильно увеличена чтобы сделать видюшник покороче.