Catégories: Électronique pratique, Sources lumineuses, Tout sur les LED, Comment ça marche
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Comment sont les lampes LED
L'article parle de la conception des lampes LED. Plusieurs schémas de complexité différente sont envisagés et des recommandations sont données pour la fabrication indépendante de sources lumineuses LED connectées à un réseau 220 V.
Avantages des lampes à économie d'énergie
Les avantages des lampes à économie d'énergie sont largement connus. Tout d'abord, c'est en fait une faible consommation d'énergie, et en plus une grande fiabilité. Actuellement, les lampes fluorescentes les plus répandues. Une telle lampe consommation d'énergie 20 watts, donne le même éclairage qu'une lampe à incandescence de cent watts. Il est facile de calculer que les économies d'énergie sont cinq fois supérieures.
Récemment, les lampes LED sont maîtrisées dans la production. Les indicateurs d'efficacité et de durabilité sont beaucoup plus élevés que ceux des lampes fluorescentes. Dans ce cas, l'électricité est consommée dix fois moins que les lampes à incandescence. La durabilité des lampes à LED peut atteindre 50 000 heures ou plus.
Les sources lumineuses de nouvelle génération, bien sûr, sont plus chères que les lampes à incandescence simples, mais consomment beaucoup moins d'énergie et ont une durabilité accrue. Les deux derniers indicateurs sont conçus pour compenser le coût élevé des nouveaux types de lampes.
Circuits pratiques des lampes LED
A titre de premier exemple, on peut considérer le dispositif de la lampe LED développé par la société "SEA Electronics" utilisant des microcircuits spécialisés. Le circuit électrique d'une telle lampe est représenté sur la figure 1.
Figure 1. Schéma de la lampe LED de la société "SEA Electronics"
Il y a dix ans, les LED ne pouvaient être utilisées que comme indicateurs: l'intensité lumineuse n'était pas supérieure à 1,5 ... 2 microchandels. Des LED super brillantes sont maintenant apparues, dans lesquelles la puissance de rayonnement atteint plusieurs dizaines de candelas.
En utilisant des LED haute puissance en conjonction avec des convertisseurs à semi-conducteurs, il est devenu possible de créer des sources lumineuses capables de résister à la concurrence des lampes à incandescence. Un convertisseur similaire est illustré à la figure 1. Le circuit est assez simple et contient un petit nombre de pièces. Ceci est réalisé grâce à l'utilisation de microcircuits spécialisés.
La première puce IC1 BP5041 est un convertisseur AC / DC. Son schéma structurel est illustré à la figure 2.
Figure 2. Schéma fonctionnel du BP5041.
Le microcircuit est réalisé dans le boîtier de type SIP illustré à la figure 3.
Figure 3
Un convertisseur connecté à un réseau d'éclairage 220 V fournit une tension de sortie de 5 V à un courant d'environ 100 milliampères. La connexion au réseau se fait via un redresseur réalisé sur la diode D1 (en principe, il est possible d'utiliser un circuit en pont du redresseur) et un condensateur C3. La résistance R1 et le condensateur C2 éliminent le bruit impulsif. Voir aussi - Comment connecter une lampe LED à un réseau 220 V.
L'ensemble de l'appareil est protégé par un fusible F1 dont le calibre ne doit pas dépasser celui indiqué sur le schéma. Le condensateur C3 est conçu pour lisser l'ondulation de la tension de sortie du convertisseur. Il convient de noter que la tension de sortie n'a pas d'isolation galvanique du réseau, ce qui est complètement inutile dans ce circuit, mais nécessite un soin particulier et le respect des règles de sécurité lors de la fabrication et de la mise en service.
Les condensateurs C3 et C2 doivent être à une tension de fonctionnement d'au moins 450 V. Le condensateur C2 doit être en film ou en céramique. La résistance R1 peut avoir une résistance dans la plage de 10 ... 20 Ohms, ce qui est suffisant pour un fonctionnement normal du convertisseur.
L'utilisation de ce convertisseur élimine le besoin d'un transformateur abaisseur, ce qui réduit considérablement les dimensions globales de l'appareil.
Une caractéristique distinctive de la puce BP5041 est la présence d'une inductance intégrée comme le montre la figure 2, ce qui réduit le nombre de fixations et la taille globale de la carte de circuit imprimé.
En tant que diode D1, toute diode avec une tension inverse d'au moins 800 V et un courant redressé d'au moins 500 mA convient. La diode d'importation répandue 1N4007 remplit pleinement ces conditions. une varistance VAR1 de type FNR-10K391 est installée à l'entrée du redresseur. Son but est de protéger l'ensemble de l'appareil contre le bruit impulsif et l'électricité statique.
La deuxième puce IC, type HV9910, est un stabilisateur de courant PWM pour les LED super brillantes. À l'aide d'un transistor MOSFET externe, le courant peut être réglé dans une plage de quelques milliampères à 1A. Ce courant est réglé par la résistance R3 dans le circuit de rétroaction. La puce est disponible en SO-8 (LG) et SO-16 (NG). Son apparence est représentée sur la figure 4, et sur la figure 5 un schéma de principe.
Figure 4. Puce HV9910.
Figure 5. Schéma fonctionnel de la puce HV9910.
En utilisant la résistance R2, la fréquence de l'oscillateur interne peut varier dans la plage de 20 ... 120 KHz. Avec la résistance de la résistance R2 indiquée sur le schéma, elle sera d'environ 50 KHz.
L'inductance L1 est conçue pour stocker de l'énergie pendant que le transistor VT1 est ouvert. Lorsque le transistor se ferme, l'énergie stockée dans le papillon est transmise via les diodes Schottky haute vitesse D2 aux LED D3 ... D6.
Voici le moment de rappeler l'auto-induction et la règle de Lenz. Selon cette règle, le courant d'induction a toujours une direction telle que son flux magnétique compense les changements du flux magnétique externe, qui (changement) ont provoqué ce courant. Par conséquent, la direction de la FEM de l'auto-induction a une direction opposée à la direction de la FEM de la source d'alimentation. C'est pourquoi les LED sont allumées dans le sens opposé par rapport à la tension d'alimentation (broche 1 de IC2, indiquée sur le schéma par VIN). Ainsi, les LED émettent de la lumière en raison de l'EMF de la bobine d'auto-induction L1.
Dans cette conception, 4 LED super brillantes du type TWW9600 sont utilisées, bien qu'il soit tout à fait possible d'utiliser d'autres types de LED fabriquées par d'autres sociétés.
Pour contrôler la luminosité des LED dans la puce, il existe une entrée PWM_D, PWM - modulation d'un générateur externe. Dans ce schéma, une telle fonction n'est pas utilisée.
Si vous fabriquez vous-même une telle lampe LED, vous devez utiliser un boîtier avec une base à vis de taille E27 à partir d'une lampe à économie d'énergie inutilisable avec une puissance d'au moins 20 watts. L'aspect de la structure est illustré à la figure 6.
Figure 6. Lampe LED maison.
Bien que le schéma décrit soit assez simple, il n'est pas toujours possible de le recommander pour l'autoproduction: soit vous ne pourrez pas acheter les pièces indiquées sur le schéma, soit une qualification insuffisante de l'assembleur. Certains peuvent simplement avoir peur: "Et si je ne réussis pas?". Pour de telles situations, vous pouvez offrir plusieurs options plus simples à la fois dans les circuits et dans l'acquisition de pièces.
Lampe domestique LED simple
Un schéma plus simple de la lampe LED est illustré à la figure 7.
Figure 7
Ce schéma montre qu'un pont redresseur à ballast capacitif est utilisé pour alimenter les LED, ce qui limite le courant de sortie. De telles alimentations sont économiques et simples, ne craignent pas les courts-circuits, leur courant de sortie est limité par la capacité du condensateur. Ces redresseurs sont souvent appelés stabilisateurs de courant.
Le rôle du ballast capacitif dans le circuit est assuré par le condensateur C1. Avec une capacité de 0,47 μF, la tension de fonctionnement du condensateur doit être d'au moins 630 V. Sa capacité est conçue pour que le courant à travers les LED soit d'environ 20 mA, ce qui est la valeur optimale pour les LED.
L'ondulation de la tension redressée du pont est lissée par le condensateur électrolytique C2. Pour limiter le courant de charge au moment de la mise sous tension, une résistance R1 est utilisée, qui sert également de fusible dans les situations d'urgence.Les résistances R2 et R3 sont conçues pour décharger les condensateurs C1 et C2 après avoir déconnecté l'appareil du réseau.
Pour réduire les dimensions, la tension de fonctionnement du condensateur C2 a été choisie pour n'être que de 100 V.En cas de panne (burnout) d'au moins une des LED, le condensateur C2 sera chargé à une tension de 310 V, ce qui conduira inévitablement à son explosion. Pour se protéger contre cette situation, ce condensateur est shunté par les diodes zener VD2, VD3. Leur tension de stabilisation peut être déterminée comme suit.
À un courant nominal à travers la LED de 20 mA, une chute de tension est créée sur celui-ci, selon le type, dans les 3,2 ... 3,8 V. (Une propriété similaire dans certains cas permet l'utilisation de LED comme diodes zener). Par conséquent, il est facile de calculer que si 20 LED sont utilisées dans le circuit, la chute de tension entre elles sera de 65 ... 75 V. C'est à ce niveau que la tension aux bornes du condensateur C2 sera limitée.
Les diodes Zener doivent être choisies de manière à ce que la tension de stabilisation totale soit légèrement supérieure à la chute de tension entre les LED. Dans ce cas, pendant le fonctionnement normal, les diodes zener seront fermées et n'affecteront pas le fonctionnement du circuit. Les diodes zener 1N4754A indiquées sur le circuit ont une tension de stabilisation de 39 V, et connectées en série - 78 V.
Si au moins une des LED se casse, les diodes zener s'ouvriront et la tension sur le condensateur C2 sera stabilisée à 78 V, ce qui est clairement inférieur à la tension de fonctionnement du condensateur C2, il n'y aura donc pas d'explosion.
La conception d'une lampe LED faite maison est illustrée à la figure 8. Comme le montre la figure, elle est assemblée dans un boîtier à partir d'une lampe à économie d'énergie inutilisable avec une base E-27.
Figure 8
La carte de circuit imprimé sur laquelle toutes les pièces sont placées est en fibre de verre en aluminium de toutes les façons disponibles à la maison. Pour installer les LED, des trous de 0,8 mm de diamètre ont été percés sur la carte et 1,0 mm pour les autres pièces. Un schéma de circuit imprimé est illustré à la figure 9.
Figure 9. La carte de circuit imprimé et l'emplacement des pièces dessus.
L'emplacement des pièces sur la carte est illustré à la figure 9c. Toutes les pièces sauf les LED sont installées sur le côté de la carte, où il n'y a pas de pistes imprimées. Un cavalier est également installé du même côté, également illustré sur la figure.
Après avoir installé toutes les pièces sur le côté de la feuille, des LED sont installées. L'installation des LED doit commencer au milieu de la carte, en se déplaçant progressivement vers la périphérie. Les LED doivent être scellées en série, c'est-à-dire que la borne positive d'une LED est connectée à la borne négative de l'autre.
Le diamètre de la LED peut être compris entre 3 et 10 mm. Dans ce cas, les conclusions des LED doivent être laissées à au moins 5 mm de long de la carte. Sinon, les LED peuvent simplement surchauffer lors du soudage. La durée du soudage, recommandée dans tous les manuels, ne doit pas dépasser 3 secondes.
Une fois la carte assemblée et ajustée, ses conclusions doivent être soudées à la base et la carte elle-même doit être insérée dans le boîtier. En plus du boîtier indiqué, il est possible d'utiliser un boîtier plus miniature, cependant, il sera nécessaire de réduire la taille de la carte de circuit imprimé, sans oublier cependant les dimensions des condensateurs C1 et C2.
Voir aussi: Historique de réparation des lampes LED
La conception de lampe LED la plus simple
Un tel circuit est illustré à la figure 10.
Figure 10. La conception de lampe LED la plus simple.
Le circuit contient un nombre minimum de pièces: seulement 2 LED et résistance de trempe. Le diagramme montre que les LED sont allumées en parallèle - en parallèle. Avec cette inclusion, chacun protège l'autre de la tension inverse, qui est petite pour les LED, et la tension secteur ne peut clairement pas la supporter. De plus, une telle double inclusion augmentera la fréquence de scintillement de la lampe LED à 100 Hz, ce qui ne sera pas perceptible à l'œil et ne portera pas la vue. Il suffit de rappeler ici comment, pour économiser de l'argent, des lampes à incandescence ordinaires étaient connectées via une diode, par exemple dans les entrées. Ils ont agi très désagréablement sur la vision.
Si deux LED ne sont pas disponibles, alors l'une d'elles peut être remplacée par une diode de redressement conventionnelle, qui protégera la diode émettrice de la tension inverse du réseau. La direction de son inclusion doit être la même que celle de la LED manquante. Avec cette inclusion, la fréquence de scintillement de la LED sera de 25 Hz, ce qui sera perceptible à l'œil, comme déjà décrit ci-dessus.
Pour limiter le courant à travers les LED au niveau de 20 mA, la résistance R1 doit avoir une résistance dans la plage de 10 ... 11 KOhm. Dans le même temps, sa puissance doit être d'au moins 5 watts. Pour réduire l'échauffement, il peut être composé de plusieurs, mieux des trois, résistances de 2 W.
Les LED peuvent être utilisées de la même manière que celles mentionnées dans les schémas précédents ou qui peuvent être achetées. Lors de l'achat, vous devez connaître avec précision la marque de la LED afin de déterminer son courant continu nominal. Sur la base de l'amplitude de ce courant, la résistance de la résistance R1 est sélectionnée.
La conception de la lampe assemblée selon ce schéma diffère peu des deux précédentes: elle peut également être réalisée dans le boîtier à partir d'une lampe fluorescente à économie d'énergie inutilisable. La simplicité du circuit n'implique même pas la présence d'une carte de circuit imprimé: les pièces peuvent être connectées par un montage mural, donc, comme on dit dans de tels cas, la conception est arbitraire.
Voir aussi sur e.imadeself.com
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