Cách thiết kế mạch đèn led độc đáo

Dẫn nhập:

Khi du lịch qua nhà Bạn ở Calgary, Alberta, Canada, đi đâu tôi cũng thấy người ta dùng rất nhiều loại đèn led gọn nhỏ, cắm ngoài sân vườn hay trên các lối đi, dùng nguồn pin charge 1.2V và pin mặt trời để chiếu sáng mỗi khi trời tối và khi trời sáng thì mạch đèn led sẽ tự tắt và lúc này pin được cho nạp lại điện.

Theo gợi ý của Bạn tôi sẽ thiết kế một mạch điện có công dụng tương tự nhưng có thể dùng được nhiều led siêu sáng trắng hơn, nó sẽ cho ánh sáng mạnh hơn. Yêu cầu này thật ra không khó đối với dân điện tử chuyên nghiệp như chúng ta, vấn đề là, tìm linh kiện ở đâu để ráp mạch? Từ ý nghĩa này tôi đã cùng Bạn đi dạo qua nhiều cửa hàng điện tử, đi nhiều nơi và sẽ kể cho Bạn nghe công việc của chúng tôi. Trước hết hãy nói đến loại đèn một led gọn nhỏ bán trong các siêu thị, giá bán trên dưới 2 đô. Dĩ nhiên tôi cần một cái để phân tích, phải không?

  1. Phân tích kiểu đèn một Led dùng chiếu sáng sân vườn bán trên thị trường Canada và vùng Bắc Mỹ.

Trong hình chụp, Bạn thấy trên tay tôi là một cây đèn một led siêu sáng dùng chiếu sáng ngoài trời mỗi khi trời tối. Bạn thấy nó có thể cắm xuống bất cứ ở đâu, bên trên là pin mặt trời dùng để chuyển đổi ánh sáng ra điện năng để nạp vào pin. Nguồn pin charge 1.2V này sẽ cấp điện cho Led siêu sáng làm việc trong suốt đêm dài. Tóm lại cứ trời tối, thì Led được nguồn pin 1.2V cấp điện để chiếu sáng và sáng ra thì tắm pin mặt trời lại phát ra điện và lại nạp điện lại cho pin.

Hình chụp dưới đây cho thấy các thành phần của loại đèn một Led siêu sáng hiện dùng trên các sân vườn.

Hình chụp cho thấy, bên trên là pin mặt trời. Bên trong có 1 pin charge loại NiCd 1.2V và một mạch điện tự nâng áp mức nguồn DC thấp lên xung volt cao với IC 4 chân dùng cuộn cảm và 1 led siêu sáng đặt trong bầu nhựa. Bên dưới là chân cắm, dùng để cắm trên lối đi hay ngoài sân vườn.

Tôi vẽ lại sơ đồ mạch điện và cho thấy trong mạch dùng IC ID1803 làm các nhiệm vụ sau:

♦ Tạo ra xung để kích thích một cuộn cảm 150uH, với mức xung trên cuộn cảm đủ cao, phải trên mức rào áp 3V của led siêu sáng trắng, mới có thể kích sáng các led siêu sáng. IC làm việc với nguồn pin 1.2V.

2. Tự ráp mạch tắt mở nhiều đèn Led dùng chiếu sáng sân vườn.

Bây giờ nói đến ý tưởng thiết kế mạch điện của chúng ta. Dĩ nhiên, trước hết từ các yêu cầu của người Bạn:

► Mạch phải cấp điện cho nhiều Led siêu sáng để có mức sáng mạnh hơn.

Phân tích sơ đồ mạch điện:

 Mạch điện gồm có 4 phần:

(Phần 1). Mạch nạp pin. Ở đây, chúng ta sẽ dùng nguồn pin solar cell loại cho ra 6V, cho ghép nối tiếp 3 pin solar này sẽ có nguồn điện DC ra lúc cao nhất là 18V, chúng ta dùng nguồn điện này để nạp lại điện cho một ắcqui nhỏ 12V. Trong mạch dùng diode D1 để tránh pin xả ngược vào solar cell khi mức áp trên solar cell xuống thấp khi trời tối.

(Phần 2). Mạch cảm biến dùng quang trở SCd để dò trời sáng/trời tối. Quang trở ghép nối tiếp với chiết áp RV1 tạo ra cầu chia áp. Khi trời sáng, quang trở sẽ tự giảm ohm, vậy điện áp cho ra trên chân giữa của chiết áp RV1 sẽ tăng lên và ngược lại khi trời tối, do nội trở của quang trở tăng cao nên mức volt lấy ra trên chân giữa của chiết áp sẽ giảm xuống mức thấp. Chúng ta sẽ dùng mức áp DC lên xuống này để làm bão hòa hay làm ngưng dẫn transistor Q1.

Có thể thấy, khi trời sáng, mức áp ra trên chân giữa của RV1 lên cao hơn 0.7V, nó sẽ làm cho Q1 bão hòa, lúc này mức volt trên chân C của Q1 sẽ xuống gần mức 0V. Ngược lại khi trời tối, mức áp cấp cho chân B của Q1 xuống dưới mức 0.4V, thì Q1 sẽ ngưng dẫn và lúc này mức volt trên chân C của Q1 sẽ lên mức áp cao.

(Phần 3). Mạch điện dùng cấp nguồn cho các led siêu sáng. Đơn giản chúng ta dùng transistor Q2 với chân B cho ghim áp bằng 1 diode zener, ở đây chúng ta có thể dùng mối nối ngược của chân BE của transistor 2SC1815 để dùng như một diode zener khoảng 8V. Trong mạch R2 là điện trở định dòng và cũng là điện trở cấp volt phân cực cho chân B của Q2. Với diode zener trên chân B, mức áp lấy ra trên chân E của Q2 sẽ luôn trong trạng thái ổn định. Tụ C1 dùng lọc nhiễu tần cao trên chân B và tụ hóa C2 dùng tăng độ ổn định điện áp trên chân E. Ở đây Bạn dễ dàng thấy, khi trời tối, Q1 ngưng dẫn, chân B của Q2 sẽ có mức áp cấp do R2, vậy chên E sẽ có mức áp DC cấp cho các led chiếu sáng, mức áp này ổn định nhờ có diode zener tạo bởi chân EB của Q3. Khi trời tối, Q1 bão hòa, chân B của Q2 bị kéo xuống mức 0V và như vậy không có áp trên chân E của Q2, tất cả các led sẽ vào trạng thái tắt.

(Phần 4). Mạch chiếu sáng dùng các led siêu sáng trắng, có rào áp là 3V, đơn giản mạch chiếu sáng chỉ là các led siêu sáng mắc trên chân E của Q2. Ở đây Bạn cần nhớ, mức rào áp của các led loại này là 3V, nếu Bạn mắc 2 led nối tiếp thì mức rào áp sẽ là 6V, vậy nếu mức áp nguồn cấp cho các led là 8V thì Bạn phải dùng thêm điện trở định dòng R3. Muốn biết trị của R3, Bạn có thể xác định theo luật Ohm. Cách tính như sau:

Hệ thức trên cho thấy, khi lấy dòng làm việc là 5mA thì điện trở R3 là 390 ohm, muốn dòng làm việc của các led lớn hơn, nghĩa là Led sẽ phát sáng mạnh hơn, Bạn phải giảm trị của điện trở định dòng R3. Ở mạch này Bạn không thể mắc 3 led siêu sáng nối tiếp trên một nhánh vì lúc đó mức rào áp sẽ là 9V, và với nguồn cấp của mạch chỉ có 8V nó sẽ không thể bơm dòng qua các led này.

Vậy muốn dùng nhiều Led chiếu sáng, Bạn cho mắc song song nhiều nhánh, mỗi nhánh với 2 Led và một điện trở hạn dòng.

3. Bây giờ nói đến vấn đề ráp mạch.

Muốn ráp mạch chúng ta phải có cây hàn, bản mạch in, cây khoan và các linh kiện linh tinh đúng theo sơ đồ của mạch điện trên. Ở đây tôi đã có cây hàn viết, có chì hàn và kèm cắt (Vài món đồ nghề bất ly thân, mang từ Mỹ qua Canada). Vậy chỉ thiếu có linh kiện và bản mạch in mà thôi.

Vậy tôi giải quyết vấn đề như thế nào?

Trước hết hãy nói đến linh kiện. Tôi cùng người Bạn đã đến vài cửa hàng bán linh kiện rời ở Calgary, Canada để tìm mua, khi nhìn vào các kệ để linh kiện và đọc giá tiền bên cạnh thì bật ngữa, các linh kiện rời ở đây bán với giá quá cao. Còn bản mạch in cũng vậy, một bản mạch in không lớn hơn bàn tay bán trên 10 đô. Nói chung không thể mua linh kiện ở đây, vì nếu mua đủ đồ cho mạch thì khi ráp xong mạch có thể phải tốn trên 40 đô. Cuối cùng tôi hỏi Bạn chổ tìm lượm các máy hư cũ để tháo máy lấy linh kiện trên board. Và chúng tôi đã mò ra vài chổ người ta đến để bỏ đồ, với các máy cũ, hay hư bỏ này, chúng ta có thể lấy được đủ thứ linh kiện để có thể ráp được nhiều thứ mạch hấp dẫn khác nữa mà không phải tốn 1 đô nào cả.  

Bây giờ nói đến cách làm bản mạch, trước hết tôi trở lại kiểu cách làm thực hành của các học viên của trường dạy nghề Điện Tử Thực Hành của mấy chục năm trước, thời 1980, thuỡ tình hình máy móc, tìm các linh kiện, nói chung ở Việt nam còn rất khó khăn. Tôi đã cho lấy đinh đầu to cắm trên một tờ bìa giấy cứng dùng làm trạm hàn. Hình chụp sau đây cũng cho thấy cách tự làm bản trạm để hàn ráp mạch điện của tôi ở nhà Bạn. Bây giờ tôi thử lại kiểu ráp mạch này thay cho cách dùng bản mạch in. 

 Cách tôi tự làm bản trạm thủ công để hàn ráp mạch điện trên xứ Calgary, Canada, năm 2012.

Cách làm rất đơn giản, lấy bìa giấy cứng, kẻ ô ngang dọc để định các giao điểm cho cách đều nhau, sau đó cắm các kim đầu dẹp ở các giao điểm này. Bạn xem hình, chú ý chừa khoảng cách gần nhau nhưng không được để cho chạm nhau. Làm thế là Bạn đã có một bản mạch có thể hàn gắn các linh kiện rất tiện lợi.

 Hình chụp sau đây cho thấy mạch điện đã được ráp hoàn chỉnh và đưa vào sử dụng.

Trong mạch này:

► Có 2 dây cho nối vào tấm pin mặt trời (solar cell) đặt trên mái nhà, hướng vào vùng nắng nhiều, không bị các vật cản che chắn nắng.

Phần kể chuyện thư giản:

Cách tìm linh kiện để ráp mạch trên xứ Calgary, Alberta, Canada. Bạn thấy do nhu cầu tìm linh kiện để ráp mạch, tôi và người Bạn đã tìm ra chổ người ta mang bỏ các máy móc hư cũ hay không thích dùng. Trong khi ở Mỹ, chổ tôi hiện ở, họ cứ mang máy móc ra bỏ ở vệ đường sẽ có người cần dùng đến lấy đi, trong khi đó ở Calgary, Canada, có các khu dùng làm nơi bỏ đồ, máy móc Bạn không muốn dùng Bạn phải mang đến đây để bỏ. Cũng ở đây, tôi đã thấy có nhiều người Canada đến lục tìm các thứ máy móc mà họ cần mang về để dùng. Có thể nói, với dân điện tử thì đây là kho linh kiện phong phú có đủ thứ mà Bạn cần. Có khi bê về cả một đóng máy mà chỉ dùng một vài linh kiện trong đó mà thôi. 

Bổ xung thêm cho bài viết trên:

Sau khi viết xong bài này, cửa hàng Phúc Lan đã nhận ráp theo yêu cầu của một Bạn ở vùng Bắc Mỹ. Bạn dùng mạch điện này để chiếu sáng theo vòng rào của sân vườn (back yard rất rộng) và tạo đường sáng cho hàng lang để xe chạy trong buổi tối qua sân vườn. Do vậy ở đây tôi cung cấp một vài hình ảnh của mạch điện đã ráp này để các Bạn tham khảo thêm.

Cách dùng mạch:

1. Hai dây ngả vào cho nối vào nguồn pin ắcqui 12V (Nhớ mắc đúng cực âm dương).

2. Hai dây ngả ra cho chạy dọc theo hàng rào sân vườn, hay theo hàng lang xe, chổ nào cần chiếu sáng thì Bạn mắc một nhánh 3 Led vào, nhớ gắn đúng cực nguồn. Như vậy Bạn có thể mắc được rất nhiều nhánh Led trên 2 dây điện ngả ra này và cho chiếu sáng ở rất nhiều nơi chung quanh nhà Bạn.

3. Đặt quang trở SCd ở bên ngoài để nó phát hiện lúc trời sáng mà tắt đèn và lúc trời tối mà tự động cho mở đèn, Bạn chỉnh chiết áp để định ra mức tối để mạch cho mở đèn.

Các hình chụp dưới đây là các kệ trong một cửa hàng bán linh kiện điện tử khá lớn, khá lâu năm ở Calgary, Alberta, Canada. Nếu nhìn vào bản giá tính bằng đô Canada, và so với linh kiện, vật dụng bán ở Việt Nam thì gía đắc hơn vài chục lần, thật hết biết. Tôi tự hỏi, không biết dân chơi điện tử ở xứ này có mua các thứ này về để ráp mạch hay không?

Tạm kết.

Khi hết giờ học ở trường BHCC, tôi bước ra khỏi phòng học và đang ngồi ngoài sân trường dưới cái nắng chói chang của vùng Bắc Mỹ, trong cái lạnh gần 0 độ C của mùa xuân. Trước mặt xa xa là các đoàn xe điện ngầm màu cam chạy vào (inbound) chạy ra (outbound). Tôi gọi điện thoại về bên nhà và trao đổi về chủ đề sắp viết, chàng rể út của tôi gợi ý là nên bổ sung thêm để thành ra mạch Emergency Lamp, tức là Bộ đèn tự sáng khi mất điện, mạch điện này sẽ hữu dụng hơn ở Việt Nam. Do đó khi viết xong bài này, tôi đã thêm vào tính năng để dùng làm đèn dự phòng.

Nguyên lý làm việc của mạch cũng khá đơn giản: Khi có điện 220V, qua biến áp T1, chúng ta có nguồn điện 15V AC. Qua diode nắn dòng D5 và điện trở hạn dòng nạp 220 ohm, chúng ta cho nạp điện bổ xung vào nguồn pin charge. Lúc này trên tụ C3 cũng có mức áp dương nên nó sẽ làm cho transistor Q1 bão hòa, vậy Q2 sẽ ngưng dẫn và các Led siêu sáng sẽ tắt.

Còn khi bị mất điện thì sao?

Lúc này mất volt dương trên tụ C3, nên transistor Q1 sẽ vào trạng thái ngưng dẫn, nó để cho Q2 dẫn điện và trên chân E sẽ có áp DC khoảng 8V làm sáng các Led, các Led này làm việc với nguồn pin charge 12V với dòng tiêu thụ nhỏ nên có thể chiếu sáng được nhiều giờ liên tục.

Khi có điện lại thì sao?

Thì trên tụ C3 lại có volt dương và Q1 lại bị bão hòa và Q2 lại ngưng dẫn và các Led lại tắt, và lúc này thì nguồn pin charge lại được cho nạp điện bù.

Tôi nghĩ nếu thấy thích và thấy cần có bộ đèn dự phòng, phòng khi mất điện vẫn có nguồn sáng dự bị, Bạn hãy ráp theo sơ đồ mạch điện này thử xem! Đừng lo, sẽ thành công 100% thôi. Chào! Sẽ gặp lại trong bài tới...Mong Bạn thường xuyên vào trang web nhà phuclanshop.com để cùng nhau trao đổi.



Sáng tạo với đèn led trong trang trí nội thất cực đỉnh
Hướng dẫn làm đèn led quay đơn giản
Hướng dẫn làm đèn Angel Eye tuyệt đẹp
Cách chọn mua tivi Led thông minh nhất
Sáng tạo với bóng đèn cực độc đáo và ngộ nghĩnh
Cách chọn mua ti vi màn hình phẳng sang trọng bền đẹp
Cách tiết kiệm điện trong gia đình hiệu quả



(ST)