Kategorie: Praktyczna elektronika, Źródła światła, Wszystko o diodach LED, Jak to działa
Liczba wyświetleń: 440310
Komentarze do artykułu: 52
Jak się mają lampy LED
Artykuł mówi o projektowaniu lamp LED. Rozważono kilka schematów o różnej złożoności i podano zalecenia dotyczące niezależnej produkcji źródeł światła LED podłączonych do sieci 220 V.
Korzyści z lamp energooszczędnych
Zalety lamp energooszczędnych są powszechnie znane. Przede wszystkim jest to właściwie niskie zużycie energii, a ponadto wysoka niezawodność. Obecnie najbardziej rozpowszechnione świetlówki. Taka lampa pobór mocy 20 watów, daje to samo oświetlenie, co sto watowa lampa żarowa. Łatwo obliczyć, że oszczędności energii są pięć razy.
Ostatnio lampy LED są opanowywane w produkcji. Wskaźniki wydajności i trwałości są znacznie wyższe niż świetlówek. W takim przypadku energia elektryczna jest zużywana dziesięć razy mniej niż żarówki. Trwałość lamp LED może osiągnąć 50 lub więcej tysięcy godzin.
Źródła światła nowej generacji są oczywiście droższe niż zwykłe żarówki, ale zużywają znacznie mniej energii i mają większą trwałość. Dwa ostatnie wskaźniki mają na celu zrekompensowanie wysokich kosztów nowych rodzajów lamp.
Praktyczne obwody lamp LED
Jako pierwszy przykład możemy rozważyć urządzenie lampy LED opracowane przez firmę „SEA Electronics” przy użyciu specjalistycznych mikroukładów. Obwód elektryczny takiej lampy pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1. Schemat lampy LED firmy „SEA Electronics”
Dziesięć lat temu diody LED mogły być używane jedynie jako wskaźniki: natężenie światła wynosiło nie więcej niż 1,5 ... 2 mikrokanały. Pojawiły się teraz super jasne diody LED, w których moc promieniowania dociera do kilkudziesięciu kandeli.
Dzięki zastosowaniu diod LED o dużej mocy w połączeniu z przetwornikami półprzewodnikowymi stało się możliwe tworzenie źródeł światła, które wytrzymają konkurencję z lampami żarowymi. Podobny konwerter pokazano na rysunku 1. Obwód jest dość prosty i zawiera niewielką liczbę części. Osiąga się to dzięki zastosowaniu specjalistycznych mikroukładów.
Pierwszy układ scalony IC1 BP5041 to przetwornica AC / DC. Schemat strukturalny pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2. Schemat blokowy BP5041.
Mikroukład jest wykonany w obudowie typu SIP pokazanej na rysunku 3.
Rycina 3
Konwerter podłączony do sieci oświetleniowej 220 V zapewnia napięcie wyjściowe 5 V przy prądzie około 100 miliamperów. Podłączenie do sieci odbywa się za pomocą prostownika wykonanego na diodzie D1 (w zasadzie można zastosować obwód mostkowy prostownika) i kondensatora C3. Rezystor R1 i kondensator C2 eliminują szum impulsowy. Zobacz także - Jak podłączyć lampę LED do sieci 220 V..
Całe urządzenie jest chronione bezpiecznikiem F1, którego moc znamionowa nie może przekraczać wartości wskazanej na schemacie. Kondensator C3 został zaprojektowany w celu wygładzenia tętnienia napięcia wyjściowego konwertera. Należy zauważyć, że napięcie wyjściowe nie ma izolacji galwanicznej od sieci, co jest całkowicie niepotrzebne w tym obwodzie, ale wymaga szczególnej uwagi i przestrzegania zasad bezpieczeństwa podczas produkcji i rozruchu.
Kondensatory C3 i C2 muszą mieć napięcie robocze co najmniej 450 V. Kondensator C2 musi być filmowy lub ceramiczny. Rezystor R1 może mieć rezystancję w zakresie 10 ... 20 omów, co wystarcza do normalnej pracy konwertera.
Zastosowanie tego konwertera eliminuje potrzebę stosowania transformatora obniżającego, co znacznie zmniejsza ogólne wymiary urządzenia.
Charakterystyczną cechą układu BP5041 jest obecność wbudowanego cewki indukcyjnej, jak pokazano na rysunku 2, co zmniejsza liczbę załączników i całkowity rozmiar płytki drukowanej.
Jako dioda D1 odpowiednia jest dowolna dioda o napięciu wstecznym co najmniej 800 V i prądzie prostowanym co najmniej 500 mA. Rozpowszechniona dioda importowa 1N4007 w pełni spełnia takie warunki. warystor VAR1 typu FNR-10K391 jest zainstalowany na wejściu prostownika. Jego celem jest ochrona całego urządzenia przed hałasem impulsowym i elektrycznością statyczną.
Drugi układ scalony, typ HV9910, jest stabilizatorem prądu PWM dla super jasnych diod LED. Używając zewnętrznego tranzystora MOSFET, prąd można ustawić w zakresie od kilku miliamperów do 1A. Prąd ten jest ustawiany przez rezystor R3 w obwodzie sprzężenia zwrotnego. Układ jest dostępny w wersji SO-8 (LG) i SO-16 (NG). Jego wygląd pokazano na rycinie 4, a na rycinie 5 schemat blokowy.
Rysunek 4. Chip HV9910.
Rysunek 5. Schemat blokowy układu HV9910.
Za pomocą rezystora R2 częstotliwość wewnętrznego oscylatora można zmieniać w zakresie 20 ... 120 KHz. Przy rezystancji rezystora R2 wskazanej na schemacie będzie on wynosił około 50 KHz.
Cewka indukcyjna L1 jest przeznaczona do magazynowania energii, gdy tranzystor VT1 jest otwarty. Kiedy tranzystor zamyka się, energia zmagazynowana w przepustnicy jest przekazywana przez szybką diodę Schottky'ego D2 do diod D3 ... D6.
Oto czas, aby przypomnieć sobie samoindukcję i zasadę Lenza. Zgodnie z tą zasadą prąd indukcyjny zawsze ma taki kierunek, że jego strumień magnetyczny kompensuje zmiany zewnętrznego strumienia magnetycznego, który (zmiana) spowodował ten prąd. Dlatego kierunek pola elektromagnetycznego indukcji własnej ma kierunek przeciwny do kierunku pola elektromagnetycznego źródła zasilania. Dlatego diody LED są włączane w przeciwnym kierunku w stosunku do napięcia zasilania (pin 1 IC2, wskazany na schemacie jako VIN). Tak więc diody LED emitują światło z powodu pola elektromagnetycznego cewki indukcyjnej L1.
W tym projekcie zastosowano 4 superjasne diody LED typu TWW9600, chociaż całkiem możliwe jest stosowanie innych rodzajów diod LED produkowanych przez inne firmy.
Do kontrolowania jasności diod LED w chipie służy wejście PWM_D, PWM - modulacja z zewnętrznego generatora. W tym schemacie taka funkcja nie jest używana.
Jeśli samodzielnie robisz taką lampę LED, powinieneś użyć obudowy o podstawie śruby E27 z nieużywanej energooszczędnej lampy o mocy co najmniej 20 watów. Wygląd struktury pokazano na rysunku 6.
Rysunek 6. Domowa lampa LED.
Chociaż opisany schemat jest dość prosty, nie zawsze można go polecić do własnej produkcji: albo nie będzie można kupić części wskazanych na schemacie, albo niewystarczające kwalifikacje asemblera. Niektórzy mogą się po prostu bać: „A co, jeśli mi się nie uda?”. W takich sytuacjach możesz zaoferować kilka prostszych opcji zarówno w obwodach, jak i przy nabywaniu części.
Prosta lampa domowa LED
Prostszy schemat lampy LED pokazano na rysunku 7.
Rycina 7
Ten schemat pokazuje, że do zasilania diod LED wykorzystywany jest prostownik mostkowy ze statecznikiem pojemnościowym, który ogranicza prąd wyjściowy. Takie zasilacze są ekonomiczne i proste, nie boją się zwarć, ich prąd wyjściowy jest ograniczony przez pojemność kondensatora. Takie prostowniki są często nazywane stabilizatorami prądu.
Rolę statecznika pojemnościowego w obwodzie pełni kondensator C1. Przy pojemności 0,47 μF napięcie robocze kondensatora musi wynosić co najmniej 630 V. Jego pojemność została zaprojektowana tak, aby prąd przez diody LED wynosił około 20 mA, co jest optymalną wartością dla diod LED.
Tętnienie prostowanego napięcia mostkowego jest wygładzane przez kondensator elektrolityczny C2. Aby ograniczyć prąd ładowania w momencie włączenia, stosuje się rezystor R1, który służy również jako bezpiecznik w sytuacjach awaryjnych.Rezystory R2 i R3 są przeznaczone do rozładowywania kondensatorów C1 i C2 po odłączeniu urządzenia od sieci.
Aby zmniejszyć wymiary, napięcie robocze kondensatora C2 zostało wybrane na zaledwie 100 V. W przypadku awarii (przepalenia) co najmniej jednej z diod LED, kondensator C2 zostanie naładowany do napięcia 310 V, co nieuchronnie prowadzi do jego eksplozji. Aby uchronić się przed tą sytuacją, kondensator ten jest bocznikowany przez diody Zenera VD2, VD3. Ich napięcie stabilizacyjne można określić w następujący sposób.
Przy prądzie znamionowym przez diodę LED 20 mA powstaje na nim spadek napięcia, w zależności od rodzaju, w granicach 3,2 ... 3,8 V. (Podobna właściwość w niektórych przypadkach pozwala na zastosowanie diod LED jako diod Zenera). Dlatego łatwo obliczyć, że jeśli w obwodzie zostanie zastosowanych 20 diod LED, to spadek napięcia na nich wyniesie 65 ... 75 V. Napięcie na kondensatorze C2 będzie na tym poziomie ograniczone.
Diody Zenera należy dobrać tak, aby całkowite napięcie stabilizujące było nieco wyższe niż spadek napięcia na diodach LED. W takim przypadku podczas normalnej pracy diody Zenera zostaną zamknięte i nie wpłyną na działanie obwodu. Wskazane na obwodzie diody Zenera 1N4754A mają napięcie stabilizacyjne 39 V, a połączone szeregowo - 78 V.
Jeśli przynajmniej jedna z diod LED się zepsuje, diody Zenera się otworzą, a napięcie na kondensatorze C2 ustabilizuje się na poziomie 78 V, który jest wyraźnie niższy niż napięcie robocze kondensatora C2, więc nie dojdzie do wybuchu.
Projekt domowej lampy LED pokazano na rycinie 8. Jak widać z rysunku, jest ona montowana w obudowie z bezużytecznej energooszczędnej lampy z podstawą E-27.
Rycina 8
Płytka drukowana, na której umieszczone są wszystkie części, jest wykonana z folii z włókna szklanego w dowolny sposób dostępny w domu. Aby zainstalować diody LED, na płycie wywiercono otwory o średnicy 0,8 mm, a na pozostałe części 1,0 mm. Rysunek płytki drukowanej pokazano na rysunku 9.
Rysunek 9. Płytka drukowana i położenie na niej części.
Położenie części na płycie pokazano na rysunku 9c. Wszystkie części oprócz diod LED są zainstalowane z boku płyty, gdzie nie ma wydrukowanych ścieżek. Zworka jest również zainstalowana po tej samej stronie, również pokazanej na rysunku.
Po zainstalowaniu wszystkich części z boku folii instalowane są diody LED. Montaż diod LED powinien rozpocząć się od środka płytki, stopniowo przesuwając się na obrzeże. Diody LED muszą być uszczelnione szeregowo, tzn. Dodatni zacisk jednej diody LED jest podłączony do ujemnego zacisku drugiej.
Średnica diody LED może wynosić dowolnie w granicach 3 ... 10 mm. W takim przypadku wnioski diod LED należy pozostawić co najmniej 5 mm długości od płytki. W przeciwnym razie diody LED można po prostu przegrzać podczas lutowania. Czas lutowania, zgodnie z zaleceniami we wszystkich instrukcjach, nie powinien przekraczać 3 sekund.
Po złożeniu i regulacji płyty jej wnioski należy przylutować do podstawy, a samą płytkę należy włożyć do skrzynki. Oprócz wskazanego przypadku możliwe jest zastosowanie bardziej miniaturowej obudowy, jednak konieczne będzie zmniejszenie rozmiaru płytki drukowanej, nie zapominając jednak o wymiarach kondensatorów C1 i C2.
Zobacz także: Historia naprawy lamp LED
Najprostsza konstrukcja lampy LED
Taki obwód pokazano na rysunku 10.
Rysunek 10. Najprostsza konstrukcja lampy LED.
Obwód zawiera minimalną liczbę części: tylko 2 diody LED i rezystor gaszenia. Schemat pokazuje, że diody LED są włączone równolegle - równolegle. Dzięki temu włączeniu każdy z nich chroni drugi przed napięciem wstecznym, które jest małe dla diod LED, a napięcie sieciowe wyraźnie go nie wytrzymuje. Ponadto takie podwójne włączenie zwiększy częstotliwość migotania lampy LED do 100 Hz, co nie będzie zauważalne dla oka i nie znosi wzroku. Wystarczy przypomnieć tutaj, w jaki sposób, aby zaoszczędzić pieniądze, zwykłe żarówki zostały połączone za pomocą diody, na przykład w wejściach. Działali bardzo nieprzyjemnie na widok.
Jeśli dwie diody LED nie są dostępne, jedną z nich można zastąpić konwencjonalną diodą prostowniczą, która ochroni diodę emitującą przed odwrotnym napięciem sieci. Kierunek włączenia powinien być taki sam, jak brakującej diody LED. Po włączeniu częstotliwość migania diody LED wyniesie 25 Hz, co będzie zauważalne dla oka, jak już opisano powyżej.
Aby ograniczyć prąd przez diody LED na poziomie 20 mA, rezystor R1 musi mieć rezystancję w zakresie 10 ... 11 KOhm. Jednocześnie jego moc powinna wynosić co najmniej 5 watów. Aby zmniejszyć nagrzewanie, może składać się z kilku, najlepiej ze wszystkich trzech, rezystorów 2 W.
Diody LED mogą być używane tak samo, jak te wymienione na poprzednich schematach lub które można kupić. Kupując, powinieneś dokładnie znać markę LED, aby określić jej znamionowy prąd stały. Na podstawie wielkości tego prądu wybiera się rezystancję rezystora R1.
Konstrukcja lampy zmontowanej zgodnie z tym schematem niewiele różni się od dwóch poprzednich: może być również wykonana w obudowie z bezużytecznej energooszczędnej lampy fluorescencyjnej. Prostota obwodu nie oznacza nawet obecności płytki z obwodem drukowanym: części można połączyć przez montaż na ścianie, dlatego, jak mówią w takich przypadkach, konstrukcja jest dowolna.
Zobacz także na electro-pl.tomathouse.com
: