категории: Практическа електроника, Източници на светлина, Всичко за светодиодите, Как работи
Брой преглеждания: 440310
Коментари към статията: 52
Как са LED лампите
Статията говори за дизайна на LED лампи. Разгледани са няколко схеми с различна сложност и се дават препоръки за независимо производство на LED източници на светлина, свързани към 220 V мрежа.
Предимства на енергоспестяващите лампи
Предимствата на енергоспестяващите лампи са широко известни. На първо място, това е всъщност ниската консумация на енергия и в допълнение висока надеждност. В момента най-разпространените луминесцентни лампи. Такава лампа консумация на енергия 20 вата, дава същото осветление като лампа с нажежаема жичка от сто вата. Лесно е да се изчисли, че икономията на енергия е пет пъти.
Напоследък LED лампите се усвояват в производството. Показателите за ефективност и издръжливост са много по-високи от тези на луминесцентни лампи. В този случай електроенергията се консумира десет пъти по-малко от лампите с нажежаема жичка. Издръжливостта на LED лампите може да достигне 50 или повече хиляди часа.
Светлинните източници от ново поколение, разбира се, са по-скъпи от обикновените лампи с нажежаема жичка, но консумират значително по-малко мощност и имат повишена издръжливост. Последните два индикатора са предназначени да компенсират високата цена на новите видове лампи.
Практически схеми на LED лампи
Като първи пример можем да разгледаме устройството на LED лампата, разработено от компанията "SEA Electronics", използвайки специализирани микросхеми. Електрическата верига на такава лампа е показана на фигура 1.
Фигура 1. Схема на LED лампата на фирма "SEA Electronics"
Преди десет години светодиодите можеха да се използват само като индикатори: интензитетът на светлината беше не повече от 1,5 ... 2 микрочандала. Сега се появиха супер ярки светодиоди, в които силата на излъчване достига няколко десетки кандели.
При използване на светодиоди с висока мощност във връзка с полупроводникови преобразуватели стана възможно да се създадат източници на светлина, които да издържат на конкуренция с лампи с нажежаема жичка. Подобен конвертор е показан на фигура 1. Веригата е доста проста и съдържа малък брой части. Това се постига чрез използването на специализирани микросхеми.
Първият IC1 BP5041 чип е AC / DC конвертор. Структурната му схема е показана на фигура 2.
Фигура 2. Блок-схема на BP5041.
Микросхемата е направена в случая на типа SIP, показан на фигура 3.
Фигура 3
Преобразувател, свързан към 220V осветителна мрежа, осигурява 5V изходно напрежение при ток от около 100 милиампеса. Свързването към мрежата става чрез изправител, направен на диода D1 (по принцип е възможно да се използва мостова верига на токоизправителя) и кондензатор C3. Резистор R1 и кондензатор С2 премахват импулсния шум. Вижте също - Как да свържете LED лампа към 220 V мрежа.
Цялото устройство е защитено от предпазител F1, чийто рейтинг не трябва да надвишава посочения на схемата. Кондензаторът C3 е проектиран да изглажда пулсациите на изходното напрежение на конвертора. Трябва да се отбележи, че изходното напрежение няма галванична изолация от мрежата, което е напълно ненужно в тази верига, но изисква специални грижи и спазване на правилата за безопасност по време на производството и пускането в експлоатация.
Кондензаторите C3 и C2 трябва да имат работно напрежение най-малко 450 V. Кондензаторът C2 трябва да бъде филмов или керамичен. Резистор R1 може да има съпротивление в диапазона от 10 ... 20 ома, което е достатъчно за нормална работа на преобразувателя.
Използването на този конвертор елиминира необходимостта от понижаващ трансформатор, което значително намалява общите размери на устройството.
Отличителна черта на чипа BP5041 е наличието на вграден индуктор, както е показано на фигура 2, което намалява броя на закрепванията и общия размер на платката.
Като диод D1 е подходящ всеки диод с обратно напрежение най-малко 800 V и изправен ток от най-малко 500 mA. Широко разпространеният диод за внос 1N4007 напълно отговаря на такива условия. на входа на токоизправителя е инсталиран варистор VAR1 от тип FNR-10K391. Целта му е да предпази цялото устройство от импулсен шум и статично електричество.
Вторият IC чип, тип HV9910, е PWM стабилизатор на тока за супер ярки светодиоди. Използвайки външен MOSFET транзистор, токът може да бъде настроен в диапазона от няколко милиампета до 1А. Този ток се задава от резистора R3 във веригата за обратна връзка. Чипът се предлага в SO-8 (LG) и SO-16 (NG). Появата му е показана на фигура 4, а на фигура 5 - блокова схема.
Фигура 4. Чип HV9910.
Фигура 5. Блок-схема на чипа HV9910.
Използвайки резистор R2, честотата на вътрешния осцилатор може да варира в диапазона от 20 ... 120 KHz. Със съпротивлението на резистора R2, посочено на диаграмата, то ще бъде около 50 KHz.
Индукторът L1 е проектиран да съхранява енергия, докато транзисторът VT1 е отворен. Когато транзисторът се затвори, енергията, съхранявана в индуктора, се предава чрез високоскоростния диод на Шотки D2 към светодиодите D3 ... D6.
Тук е моментът да си припомним самоиндукцията и правилото на Ленц. Според това правило индукционният ток винаги има такава посока, че магнитният му поток компенсира промените във външния магнитен поток, което (промяна) е причинило този ток. Следователно посоката на ЕМП на самоиндукция има посока, обратна на посоката на ЕРС на източника на захранване. Ето защо светодиодите са включени в обратна посока по отношение на захранващото напрежение (щифт 1 на IC2, посочен на диаграмата като VIN). По този начин светодиодите излъчват светлина поради ЕРС на самоиндукционната бобина L1.
В този дизайн се използват 4 суперярки светодиода от типа TWW9600, въпреки че е напълно възможно да се използват други видове светодиоди, произведени от други компании.
За контрол на яркостта на светодиодите в чипа има вход PWM_D, PWM - модулация от външен генератор. В тази схема такава функция не се използва.
Ако сами правите такава LED лампа, трябва да използвате корпус с винтова основа с размер E27 от неизползваема енергоспестяваща лампа с мощност най-малко 20 вата. Външният вид на структурата е показан на фигура 6.
Фигура 6. Домашна LED лампа.
Въпреки че описаната схема е доста проста, не винаги е възможно да я препоръчате за самостоятелно производство: или няма да можете да закупите частите, посочени на схемата, или недостатъчна квалификация на асемблера. Някои може просто да се изплашат: „Ами ако не успея?“. За такива ситуации можете да предложите няколко по-прости опции както в схемата, така и при придобиването на части.
Проста LED лампа за дома
По-опростена схема на LED лампата е показана на фигура 7.
Фигура 7
Тази диаграма показва, че мостов изправител с капацитивен баласт се използва за захранване на светодиодите, което ограничава изходния ток. Такива захранвания са икономични и прости, не се страхуват от къси съединения, изходният им ток е ограничен от капацитета на кондензатора. Такива изправители често се наричат стабилизатори на тока.
Ролята на капацитивния баласт във веригата се изпълнява от кондензатор С1. С капацитет от 0,47 μF работното напрежение на кондензатора трябва да бъде най-малко 630 V. Капацитетът му е проектиран така, че токът през светодиодите да е около 20 mA, което е оптималната стойност за светодиодите.
Пулсацията на мостовото изправено напрежение се изглажда от електролитния кондензатор C2. За ограничаване на тока на зареждане в момента на включване се използва резистор R1, който също служи като предпазител при аварийни ситуации.Резисторите R2 и R3 са проектирани да разреждат кондензатори C1 и C2 след изключване на устройството от мрежата.
За да се намалят размерите, работното напрежение на кондензатора С2 е избрано само 100 V. В случай на повреда (изгаряне) на поне един от светодиодите, кондензаторът С2 ще бъде зареден до напрежение 310 V, което неизбежно ще доведе до неговата експлозия. За да се предпази от тази ситуация, този кондензатор се превключва от ценеровите диоди VD2, VD3. Тяхното стабилизационно напрежение може да се определи по следния начин.
При номинален ток през светодиода от 20 mA върху него се създава спад на напрежението, в зависимост от типа, в рамките на 3,2 ... 3,8 V. (Подобно свойство в някои случаи позволява използването на светодиоди като зенерови диоди). Следователно е лесно да се изчисли, че ако се използват 20 светодиода във веригата, тогава спадът на напрежението върху тях ще бъде 65 ... 75 V. Именно на това ниво напрежението през кондензатора С2 ще бъде ограничено.
Ценеровите диоди трябва да бъдат избрани така, че общото стабилизационно напрежение да е малко по-високо от спада на напрежението върху светодиодите. В този случай, по време на нормална работа, ценеровите диоди ще бъдат затворени и няма да повлияят на работата на веригата. Показаните на веригата 1N4754A ценерови диоди имат стабилизационно напрежение 39 V и свързани последователно - 78 V.
Ако поне един от светодиодите се счупи, ценеровите диоди ще се отворят и напрежението върху кондензатора С2 ще се стабилизира при 78 V, което е очевидно по-ниско от работното напрежение на кондензатора С2, така че няма да има експлозия.
Дизайнът на домашна LED лампа е показан на фигура 8. Както се вижда от фигурата, тя е сглобена в корпус от неизползваема енергоспестяваща лампа с основа E-27.
Фигура 8
Печатната платка, върху която са поставени всички части, е направена от фолио от фибростъкло по някой от начините, които се предлагат у дома. За да инсталирате светодиодите, на платката са пробити отвори с диаметър 0,8 мм, а за останалите части - 1,0 мм. Чертеж на платка е показан на фигура 9.
Фигура 9. Печатната платка и местоположението на частите върху нея.
Разположението на частите на дъската е показано на Фигура 9в. Всички части, с изключение на светодиоди, са инсталирани отстрани на платката, където няма печатни песни. От същата страна е инсталиран и джъмпер, който също е показан на фигурата.
След инсталирането на всички части отстрани на фолиото се монтират светодиоди. Инсталирането на светодиоди трябва да започне от средата на платката, като постепенно се придвижва към периферията. Светодиодите трябва да бъдат запечатани последователно, тоест положителният извод на единия светодиод е свързан към отрицателния извод на другия.
Диаметърът на светодиода може да бъде всеки в рамките на 3 ... 10 mm. В този случай заключенията на светодиодите трябва да бъдат оставени на поне 5 mm от платката. В противен случай светодиодите могат просто да се прегряват при запояване. Продължителността на запояване, както се препоръчва във всички ръководства, не трябва да надвишава 3 секунди.
След като дъската е сглобена и коригирана, нейните заключения трябва да бъдат запоени към основата, а самата дъска се вмъква в кутията. В допълнение към посочения случай е възможно да се използва и по-миниатюрен калъф, но ще е необходимо да се намали размерът на печатаната платка, като не се забравя обаче размерите на кондензаторите C1 и C2.
Вижте също: История на ремонт на LED лампи
Най-простият дизайн на LED лампата
Такава схема е показана на фигура 10.
Фигура 10. Най-простият дизайн на LED лампата.
Веригата съдържа минимален брой части: само 2 светодиода и закаляващ резистор, Диаграмата показва, че светодиодите са включени паралелно - паралелно. С това включване всеки от тях защитава другия от обратното напрежение, което е малко за светодиодите и мрежовото напрежение очевидно не може да го издържи. В допълнение, такова двойно включване ще увеличи честотата на трептене на LED лампата до 100 Hz, което няма да бъде забележимо за окото и няма да отегчи зрението. Тук е достатъчно да си припомним как, за да спестят пари, обикновените лампи с нажежаема жичка бяха свързани чрез диод, например, във входове. Те действаха много неприятно на зрението.
Ако два светодиода не са налични, тогава един от тях може да бъде заменен с конвенционален изправител диод, който ще защити излъчващия диод от обратното напрежение на мрежата. Посоката на включването му трябва да бъде същата като тази на липсващия светодиод. С това включване честотата на трептене на светодиода ще бъде 25 Hz, което ще бъде забележимо за окото, както вече беше описано малко по-горе.
За да ограничите тока през светодиодите до 20 mA, резисторът R1 трябва да има съпротивление в диапазона от 10 ... 11 KOhm. В същото време мощността му трябва да бъде най-малко 5 вата. За да се намали нагряването, той може да бъде съставен от няколко, най-добре от трите, 2 W резистори.
Светодиодите могат да се използват същите като споменатите в предишни схеми или които могат да бъдат закупени. Когато купувате, трябва точно да знаете марката на светодиода, за да определите номиналния му постоянен ток. Въз основа на величината на този ток се избира съпротивлението на резистора R1.
Дизайнът на лампата, сглобена съгласно тази схема, се различава малко от двата предишни: може да се направи и в корпуса от неизползваема енергоспестяваща луминесцентна лампа. Простотата на веригата дори не предполага наличието на печатна платка: частите могат да бъдат свързани чрез монтаж на стена, следователно, както казват в такива случаи, дизайнът е произволен.
Вижте също на e.imadeself.com
: