Articolul descrie dispozitivul lămpilor cu LED-uri. Se iau în considerare mai multe scheme de complexitate diferite și se oferă recomandări pentru autoproducerea surselor de lumină LED conectate la rețeaua de 220 V.
Avantajele lămpilor de economisire a energiei sunt cunoscute. În primul rând, acest lucru este, de fapt, consum redus de energie, dar și fiabilitate ridicată. În prezent, cele mai utilizate lămpi fluorescente. O astfel de lampă, consumând o putere de 20 de wați, oferă aceeași iluminare ca o lampă incandescentă de 100 de wați. Este ușor de calculat că economiile de energie sunt de cinci ori mai mari.
În ultima vreme, lămpile LED au fost dezvoltate în producție. Indicatorii economiei și durabilității sunt mult mai mari decât în cazul lămpilor fluorescente. În acest caz, energia electrică este consumată de zece ori mai mică decât lămpile cu incandescență. Longevitatea acelorași lămpi LED poate ajunge la 50 sau mai multe mii de ore.
Sursele de lumină ale unei noi generații, desigur, sunt mai scumpe decât lămpile simple cu incandescență, dar consumă o putere semnificativ mai mică și au o durabilitate sporită. Ultimii doi indicatori sunt concepuți pentru a compensa costul ridicat al lămpilor de noi tipuri.
Ca un prim exemplu, putem lua în considerare construcția unei lămpi LED dezvoltate de compania "SEA Electronics" folosind microcircuite specializate. Diagrama electrică a unei astfel de lămpi este prezentată în figura 1.
Figura 1. Diagramă a lămpii LED a companiei "SEA Electronics"
Acum zece ani, LED-urile ar putea fi folosite doar ca indicatori: intensitatea luminoasă nu era mai mare de 1,5 ... 2 micro-kandel. Acum există LED-uri ultra-strălucitoare, în care puterea radiațiilor ajunge la câteva duzini de candele.
Atunci când utilizați LED-uri de mare putere împreună cu convertoarele semiconductoare, a devenit posibilă crearea unor surse de lumină care să reziste concurenței cu lămpile cu incandescență. Un convertor similar este prezentat în figura 1. Circuitul este destul de simplu și conține un număr mic de piese. Acest lucru se realizează prin utilizarea microcircuitelor specializate.
Primul cip IC1 BP5041 - convertor AC / DC. Diagrama sa structurală este prezentată în figura 2.
Figura 2. Schema structurală a BP5041.
Cipul este realizat în incinta SIP prezentată în Figura 3.
Convertorul, conectat la rețeaua de iluminat 220V, asigură o tensiune de ieșire de 5V la un curent de aproximativ 100 miliamperi. Conectarea la rețea este realizată printr-un redresor realizat pe o diodă D1 (în principiu, este posibil să se utilizeze un circuit de redresare a punții) și un condensator C3. Rezistorul R1 și condensatorul C2 elimină zgomotul de impuls.
Întregul dispozitiv este protejat de o siguranță F1, a cărei valoare nu trebuie să depășească cea indicată în diagramă. Condensatorul C3 este proiectat pentru a alinia tensiunea de ieșire a convertorului. Trebuie remarcat faptul că tensiunea de ieșire nu are o izolație galvanică față de rețea, ceea ce nu este absolut necesară în această schemă, dar necesită o atenție specială și respectarea normelor de siguranță pentru fabricare și punere în funcțiune.
Condensatoarele C3 și C2 trebuie să aibă o tensiune de funcționare de cel puțin 450 V. Condensatorul C2 trebuie să fie din folie sau din ceramică. Rezistorul R1 poate avea o rezistență cuprinsă între 10 ... 20 Ohm, ceea ce este suficient pentru funcționarea normală a convertizorului.
Folosirea acestui convertor permite evitarea utilizării unui transformator descendent, care reduce considerabil dimensiunile întregului dispozitiv ca întreg. O caracteristică distinctivă a chipului BP5041 este prezența unei bobine integrate, așa cum se arată în figura 2, care reduce numărul de piese articulate și dimensiunile globale ale plăcii de circuite.
Ca diodă D1, orice diodă cu tensiune inversă de cel puțin 800 V și curent rectificat de cel puțin 500 mA este adecvată. Astfel de condiții sunt pe deplin satisfăcute de dioda importată pe scară largă 1N4007. La intrarea redresorului, este instalat un varistor VAR1 de tipul FNR-10K391. Scopul său este de a proteja întregul dispozitiv de zgomotul de impuls și de electricitatea statică.
Al doilea chip IC2 de tip HV9910 este un regulator de curent PWM pentru LED-uri super-strălucitoare. Folosind un tranzistor MOSFET extern, curentul poate fi setat de la câteva miliamperi la 1A. Acest curent este setat de rezistorul R3 în circuitul de feedback. Cipul este disponibil în carcasele SO-8 (LG) și SO-16 (NG). Aspectul său este prezentat în figura 4, iar în figura 5 este o diagramă bloc.
Figura 4. Chip HV9910.
Figura 5. Schema bloc a cipului HV9910.
Cu ajutorul rezistorului R2, frecvența oscilatorului intern poate varia în intervalul 20 ... 120 KHz. Cu rezistorul R2 prezentat în diagramă, acesta va fi de aproximativ 50 KHz.
Lampa de accelerație L1 este proiectată să stocheze energie în momentul în care tranzistorul VT1 este deschis. Când tranzistorul este închis, energia acumulată în clapeta de accelerație este transmisă LED-urilor D3 ... D6 prin intermediul unei diode Schotky D2 de mare viteză.
Este timpul să vă amintiți de auto-inducție și de regula Lenz. Conform acestui curent de inducție regulă are întotdeauna o direcție astfel încât aceasta compensează modificările fluxului magnetic al fluxului magnetic extern, care (variație) a cauzat acest curent. Prin urmare, direcția forței electromotoare auto de inducție are o direcție opusă sursei de alimentare forță electromotoare. De aceea, LED-urile sunt incluse în direcția opusă, în raport cu tensiunea de alimentare (pinul 1 IC2, desemnată în diagrama ca VIN). Astfel, LED-urile emit lumină datorită emf-ului de auto-inducție al bobinei L1.
În acest design, sunt utilizate 4 LED-uri ultra-strălucitoare precum TWW9600, deși este posibil să se utilizeze alte tipuri de LED-uri produse de alte companii.
Pentru a controla luminozitatea LED-urilor din cip există o intrare PWM_D, PWM - modulație de la un generator extern. În această schemă, această funcție nu este utilizată.
Dacă faceți o astfel de lampă LED, ar trebui să utilizați o carcasă cu capac cu șurub de mărime E27 de la o lampă de economisire a energiei reziduale cu o putere de cel puțin 20 W. Aspectul structurii este prezentat în Figura 6.
Figura 6. Lampă cu LED-uri auto-făcute.
Deși schema descrisă este suficient de simplă, nu este întotdeauna posibilă o recomandare pentru auto-fabricare: fie că nu veți putea achiziționa piesele indicate pe diagramă, nici calificarea inadecvată a asamblorului. Unii ar putea fi doar frică: "Ce se întâmplă dacă nu reușesc?". Pentru astfel de situații, puteți oferi mai multe opțiuni pentru circuite mai simple, precum și pentru achiziționarea de piese.
O diagramă mai simplă a lămpii LED este prezentată în figura 7.
Această diagramă arată că un redresor cu balast capacitiv este utilizat pentru alimentarea LED-urilor, ceea ce limitează curentul de ieșire. Astfel de surse de energie sunt economice și simple, nu se tem de scurtcircuit, curentul lor de ieșire este limitat de rezistența capacitivă a condensatorului. Astfel de redresoare sunt adesea numite stabilizatoare actuale.
Rolul balastului capacitiv în circuit este realizat de condensatorul C1. Cu o capacitate de 0,47 uF, tensiunea de funcționare a condensatorului trebuie să fie de cel puțin 630V. Capacitatea sa este calculată astfel încât curentul prin LED-uri să fie de aproximativ 20 mA, ceea ce reprezintă valoarea optimă pentru LED-uri.
Ruptura tensiunii rectificate a podului este netezită de condensatorul electrolitic C2. Pentru a limita curentul de încărcare în momentul pornirii, se folosește rezistența R1, care servește și ca siguranțe de siguranță în situații de urgență. Rezistoarele R2 și R3 sunt concepute pentru a descărca condensatoarele C1 și C2 după deconectarea dispozitivului de la rețea.
Pentru a reduce dimensiunile, tensiunea de funcționare a condensatorului C2 este aleasă să fie de numai 100 V. În cazul unei întreruperi (ardere) a cel puțin unuia dintre LED-uri, condensatorul C2 este încărcat la o tensiune de 310 V, ceea ce duce în mod inevitabil la explozia sa. Pentru a proteja împotriva acestei situații, acest condensator este evitat de diode zener VD2, VD3. Tensiunea lor de stabilizare poate fi determinată după cum urmează.
La un curent nominal printr-un LED de 20 mA, se creează o cădere de tensiune în funcție de tipul în intervalul de la 3,2 ... 3,8 V. (O proprietate similară permite în unele cazuri utilizarea LED-urilor ca diode zener). Prin urmare, este ușor să se calculeze că dacă circuitul utilizează 20 de LED-uri, atunci căderea de tensiune pe ele va fi de 65 ... 75 V. La acest nivel, tensiunea pe condensatorul C2 va fi limitată.
Dipsurile Zener ar trebui alese astfel încât tensiunea totală a stabilizării să fie ușor mai mare decât căderea de tensiune pe LED-uri. În acest caz, în timpul funcționării normale, diodele zener vor fi închise, iar circuitele nu vor afecta funcționarea. Diodele zener 1N4754A indicate pe schemă au o tensiune de stabilizare de 39 V, iar cele conectate în serie sunt de 78 V.
Dacă cel puțin unul dintre LED-uri se rupe, dioda zener se deschide și tensiunea pe condensatorul C2 va fi stabilizată la 78 V, care este cu mult sub tensiunea de funcționare a condensatorului C2, astfel încât să nu existe explozie.
Proiectarea becului cu LED-uri auto-realizate este prezentată în figura 8. După cum se poate vedea din figură, acesta este asamblat într-o carcasă dintr-o lampă inadecvată de economisire a energiei cu soclu E-27.
Panoul de circuite imprimate pe care sunt plasate toate părțile este realizat din fibră de sticlă acoperită cu folie în oricare dintre căile disponibile la domiciliu. Pentru a instala LED-urile pe placă, găuri găurite cu diametrul de 0,8 mm, iar pentru celelalte părți 1,0 mm. Desenul plăcii de circuite imprimate este prezentat în figura 9.
Figura 9. Placa de circuite imprimate și aranjarea părților de pe ea.
Poziția părților de pe placă este prezentată în Figura 9c. Toate părțile, cu excepția LED-urilor, sunt instalate pe partea laterală a plăcii, unde nu există urme de imprimare. Pe aceeași parte, este instalat un jumper, de asemenea prezentat în figură.
După instalarea tuturor părților din folie, sunt instalate LED-uri. Instalarea LED-urilor ar trebui să înceapă de la mijlocul plăcii, treptat trecând la periferie. LED-urile trebuie sigilate în serie, adică terminalul pozitiv al unui LED este conectat la borna negativă a celuilalt.
Diametrul LED-ului poate fi de 3 ... 10 mm. În acest caz, este necesar să lăsați concluziile LED-urilor la cel puțin 5 mm de la placă. În caz contrar, LED-urile pot fi supraîncălzite pur și simplu la lipire. Durata lipirii, așa cum se recomandă în toate manualele, nu trebuie să depășească 3 secunde.
După ce placa este asamblată și ajustată, concluziile acesteia trebuie să fie lipite pe capac, iar placa însăși trebuie introdusă în carcasă. În plus față de această incintă, este posibil să se folosească o carcasă miniaturală, dar aceasta va trebui să reducă dimensiunea plăcii de calcul, fără a uita, totuși, de dimensiunile condensatoarelor C1 și C2.
O astfel de schemă este prezentată în Figura 10.
Figura 10. Cea mai simplă schemă a lămpii LED.
Diagrama conține numărul minim de detalii: numai 2 LED-uri și o rezistență de stingere. Diagrama arată că LED-urile sunt pornite și oprite în paralel. Cu acest buton, fiecare dintre ele protejează cealaltă de tensiunea inversă, care LED-urile sunt mici, iar tensiunea de rețea nu se oprește. În plus, o astfel de includere dublă va crește frecvența de flicker a lămpii LED la 100 Hz, care nu va fi vizibilă prin ochi și nu va purta vederea. Aici este suficient să ne amintim cum, de dragul economiei, lămpile obișnuite de incandescență au fost conectate printr-o diodă, de exemplu, în intrările. Au acționat foarte neplăcut la vedere.
Dacă nu sunt disponibile două LED-uri, una dintre ele poate fi înlocuită cu o diodă de rectificare convențională, care va proteja dioda emițătoare de tensiunea inversă a rețelei. Direcția activării sale ar trebui să fie aceeași cu cea a LED-ului lipsă. Cu acest buton, frecvența intermitentă a LED-urilor va fi de 25 Hz, ceea ce se va observa pe ochi, așa cum am descris deja mai sus.
Pentru a limita curentul prin LED-uri la un nivel de 20 mA, rezistența R1 trebuie să aibă o rezistență cuprinsă între 10 ... 11 KΩ. În același timp, puterea sa ar trebui să fie de cel puțin 5 wați. Pentru a reduce căldura, acesta poate fi alcătuit din mai multe rezistoare de cel mult 3 rezistențe.
LED-urile pot fi aplicate aceleași care au fost menționate în diagramele anterioare sau care pot fi achiziționate. Când cumpărați, trebuie să știți exact marca LED-ului pentru a determina curenții săi evaluați înainte. Pe baza magnitudinii acestui curent, rezistorul R1 este selectat.
Designul lămpii, asamblat în conformitate cu această schemă, diferă puțin de cele două anterioare: poate fi realizat și într-o carcasă dintr-o lampă fluorescentă care economisește energie. Simplitatea circuitului nu presupune nici prezența unei plăci cu circuite imprimate: piesele pot fi conectate prin montare articulată, prin urmare, așa cum se spune în astfel de cazuri, designul este arbitrar.
Alte știri
Articole similare
-
Principiul funcționării unui transformator de tensiune și tensiune
-
Principiul de funcționare a detectorului defectelor ultrasonice
-
Mikatermicheskiy încălzire principiul de funcționare și dispozitiv
Trimiteți-le prietenilor: