Faro stroboscopico a LED multifunzione

Faro multifunzione utilizzabile per l’animazione di feste o concerti con l’effetto discoteca, oppure per altre applicazioni quali la normale illuminazione di un ambiente.
È costituito da una lampada a LED da 11W di potenza che, insieme all’apposito pannello di controllo atto a impostare le varie funzioni del faro, è collegata al circuito driver che la pilota.

Il tutto è inserito e fissato in una scatola di derivazione di misura 190x140x70mm, al cui coperchio è fissato, oltre alla lampada a LED, un pannello di protezione in plexiglass leggermente distanziato per favorire la dissipazione termica, alla quale si aggiunge il contributo di una ventola 40x40mm.

Panoramica e realizzazione del progetto

 

Funzioni

Il faro è dotato delle seguenti funzioni, impostabili mediante gli appositi deviatori a levetta e potenziometri:

  • Modalità faro: Mode → normal / strobe.
  • Velocità strobo: Speed → slow / fast.
  • Dissolvenza: Fade → short / long.
  • Regolazione della durata del flash e dell’intervallo tra uno e l’altro mediante 2 potenziometri. In modalità slow la durata del flash è variabile da 125ms a 1,65s, mentre quella dell’intervallo varia da 0,7s a 7,60s. In modalità fast invece la durata del flash è variabile da 12ms a 165ms, mentre quella dell’intervallo da 70ms a 760ms.

 

La lampada

È costituita da 182 LED bianchi ad alta luminosità aventi diametro 5mm.
Questi sono disposti su serie di 7 LED con resistenza R = 100Ω ciascuna. Le serie sono in totale 26 e sono collegate in parallelo disposte su 2 colonne di una basetta millefori 160x100mm, che andrà successivamente collegata al circuito driver apposito per il faro.

La tensione di alimentazione della lampada è calcolata tenendo conto, oltre alla tensione ai capi di ogni singolo led Vled = 3,02V funzionante alla corrente Iled = 20mA, anche della caduta di tensione presente sui capi del transistor darlington pilotante Vce = 0,6V.

Vcc = Vled · #led  +  Rled · Iled  +  Vce  =  3,02V · 7led  +  100Ω · 0,02A  +  0,6V  =  23,7V
La potenza complessiva assorbita dalla lampada è calcolata tenendo conto di quella assorbita dal singolo led moltiplicata per quelli totali, trascurando le resistenze.

Plamp  =  Vled · Iled · #tot_led  =  3,02V · 0,02A · 182led  =  11W

 

Schema funzionale

La prima parte del circuito costituisce lo stadio di alimentazione, composto dal trasformatore con uscita 24V che alimenta il circuito stabilizzatore funzionante grazie all’integrato LM317, che fornisce in uscita una tensione di 23,7V per l’alimentazione della lampada.
La tensione di alimentazione del circuito driver è limitata grazie alla serie di diodi zener a circa 6,6V. Il driver è costituito dall’integrato NE555 configurato come multivibratore astabile, i cui tempi on/off sono regolati in base al valore di resistenza dei 2 potenziometri e dalla loro resistenza in serie atta a limitare il tempo ad un valore minimo.

I tempi sono inoltre dipendenti dalla capacità selezionata in base alla posizione del deviatore speed:
fast → 10μF,
slow → 100μF.
Dato che un condensatore ha capacità 10 volte rispetto all’altro, si ha che anche i tempi on/off assumono lo stesso comportamento, ottenendo una maggiore o minore frequenza di lampeggiamento del faro.

Mediante l’interruttore mode si può impostare la modalità di funzionamento su normal (luce fissa, aperto) o strobe (chiuso).

Il deviatore a presa centrale fade permette di aggiungere un effetto di dissolvenza alla modalità stroboscopica sfruttando il transitorio di carica del condensatore selezionato:
short → 47μF,
long → 470μF.

 

Durata flash e intervallo

Modalità FAST → condensatore selezionato 10μF. La regolazione dei tempi ON e OFF è compresa tra:

Ton (min) = ln 2 · 1,8kΩ · 10μF = 12,5ms

Ton (MAX) = ln 2 · (1,8 + 22)kΩ · 10μF = 165ms

Toff (min) = ln 2 · 10kΩ · 10μF = 69ms

Toff (MAX) = ln 2 · (10 + 100)kΩ · 10μF = 760ms

Modalità SLOW → condensatore selezionato 100μF. La regolazione dei tempi ON e OFF assume intervalli 10 volte quelli precedenti:

Ton (min) = ln 2 · 1,8kΩ · 100μF = 125ms

Ton (MAX) = ln 2 · (1,8 + 22)kΩ · 100μF = 1,65s

Toff (min) = ln 2 · 10kΩ · 100μF = 0,7s

Toff (MAX) = ln 2 · (10 + 100)kΩ · 100μF = 7,6s

 

Scheda circuito driver

Il circuito è realizzato su di una basetta millefori 100x70mm.
Si nota come è stato fissato all’interno della scatola di derivazione, insieme alla ventola di raffreddamento e ai componenti del pannello di controllo.

Un breve schema della disposizione dei componenti sulla scheda:

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