categorii: Electronică practică, Surse de lumină, Totul despre LED-uri, Cum funcționează
Număr de vizualizări: 440310
Comentarii la articol: 52
Cum sunt lămpile cu LED-uri
Articolul vorbește despre proiectarea lămpilor cu LED. Sunt luate în considerare mai multe scheme de complexitate diferită și se recomandă fabricarea independentă a surselor de lumină LED conectate la o rețea de 220 V.
Beneficiile lămpilor de economisire a energiei
Avantajele lămpilor care economisesc energie sunt cunoscute pe scară largă. În primul rând, este de fapt un consum redus de energie și, în plus, o fiabilitate ridicată. În prezent, cele mai răspândite lămpi fluorescente. O astfel de lampă consum de energie 20 wați, oferă aceeași iluminare ca o lampă cu incandescență de o sută de wați. Este ușor de calculat că economiile de energie sunt de cinci ori.
Recent, lămpile cu LED-uri sunt însușite în producție. Indicatorii de eficiență și durabilitate sunt mult mai mari decât cei ai lămpilor fluorescente. În acest caz, energia electrică este consumată de zece ori mai puțin decât lămpile incandescente. Durabilitatea lămpilor cu LED-uri poate atinge 50 sau mai multe mii de ore.
Sursele de lumină de nouă generație, desigur, sunt mai scumpe decât lămpile simple incandescente, dar consumă mult mai puțin putere și au o durabilitate crescută. Ultimii doi indicatori sunt conceputi pentru a compensa costurile ridicate ale noilor tipuri de lămpi.
Circuite practice ale lămpilor cu LED
Ca prim exemplu, putem lua în considerare dispozitivul lămpii cu LED dezvoltat de compania „SEA Electronics” folosind microcircuite specializate. Circuitul electric al unei astfel de lămpi este prezentat în figura 1.
Figura 1. Schema lămpii cu LED a companiei „SEA Electronics”
În urmă cu zece ani, LED-urile nu puteau fi utilizate decât ca indicatori: intensitatea luminii nu a fost mai mult de 1,5 ... 2 microcandeluri. Au apărut acum LED-uri super luminoase, în care puterea de radiație atinge câteva zeci de candele.
Când folosiți LED-uri de mare putere în combinație cu convertoarele cu semiconductor, a devenit posibilă crearea de surse de lumină care să reziste la concurența 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 de microcircuite specializate.
Primul cip IC1 BP5041 este un convertor AC / DC. Diagrama structurală este prezentată în figura 2.
Figura 2. Schema bloc a BP5041.
Microcircuitul este realizat în carcasa de tip SIP prezentată în figura 3.
Figura 3
Un convertor conectat la o rețea de iluminat de 220V asigură o tensiune de ieșire de 5 V la un curent de aproximativ 100 de milimetri. Conectarea la rețea se face printr-un redresor realizat pe dioda D1 (în principiu, este posibil să se utilizeze un circuit de punte al redresorului) și un condensator C3. Rezistorul R1 și condensatorul C2 elimină zgomotul de impuls. Vezi și - Cum conectați o lampă LED la o rețea de 220 V.
Întregul dispozitiv este protejat de o siguranță F1, a cărei evaluare nu trebuie să depășească cea indicată în diagrama. Condensatorul C3 este proiectat pentru a netezi ondularea tensiunii de ieșire a convertorului. Trebuie menționat că tensiunea de ieșire nu are o izolare galvanică din rețea, ceea ce este complet inutil în acest circuit, dar necesită îngrijire specială și respectarea regulilor de siguranță în timpul fabricării și punerii în funcțiune.
Condensatoarele C3 și C2 trebuie să fie la o tensiune de lucru de cel puțin 450 V. Condensatorul C2 trebuie să fie film sau ceramic. Rezistorul R1 poate avea o rezistență în intervalul 10 ... 20 Ohmi, ceea ce este suficient pentru funcționarea normală a convertorului.
Utilizarea acestui convertor elimină necesitatea unui transformator de reducere, ceea ce reduce semnificativ dimensiunile generale ale dispozitivului.
O caracteristică distinctivă a cipului BP5041 este prezența unui inductor încorporat, așa cum se arată în figura 2, care reduce numărul de atașamente și dimensiunea totală a plăcii de circuit.
Ca o diodă D1, orice diodă cu o tensiune inversă de cel puțin 800 V și un curent rectificat de cel puțin 500 mA este adecvată. Dioda de import răspândită 1N4007 satisface pe deplin astfel de condiții. la intrarea redresorului este instalat un varistor VAR1 de tip FNR-10K391. Scopul său este de a proteja întregul dispozitiv împotriva zgomotului de impuls și a electricității statice.
Al doilea cip IC, de tip HV9910, este un stabilizator de curent PWM pentru LED-uri super-luminoase. Folosind un tranzistor MOSFET extern, curentul poate fi setat în intervalul de la câțiva milimetri la 1A. Acest curent este setat de rezistența R3 din circuitul de feedback. Cipul este disponibil în SO-8 (LG) și SO-16 (NG). Aspectul său este prezentat în figura 4, iar în figura 5 o diagramă bloc.
Figura 4. Chip HV9910.
Figura 5. Schema bloc a cipului HV9910.
Folosind rezistența R2, frecvența oscilatorului intern poate fi variată în intervalul 20 ... 120 KHz. Cu rezistența rezistenței R2 indicată în diagramă, aceasta va fi de aproximativ 50 KHz.
Inductorul L1 este proiectat pentru a stoca energie în timp ce tranzistorul VT1 este deschis. Când tranzistorul se închide, energia stocată în inductor este transmisă prin dioda Schottky de mare viteză D2 către LED-urile D3 ... D6.
Aici este momentul să reamintim autoinducția și regula Lenz. Conform acestei reguli, curentul de inducție are întotdeauna o astfel de direcție încât fluxul său magnetic compensează modificările fluxului magnetic extern, care (schimbarea) au provocat acest curent. Prin urmare, direcția EMF de auto-inducție are o direcție opusă direcției EMF a sursei de alimentare. De aceea, LED-urile sunt pornite în direcția opusă în raport cu tensiunea de alimentare (pinul 1 al IC2, indicat pe diagramă ca VIN). Astfel, LED-urile emit lumină datorită EMF a bobinei de auto-inducție L1.
În acest proiect, sunt folosite 4 LED-uri superbright de tip TWW9600, deși este foarte posibil să se utilizeze alte tipuri de LED-uri fabricate de alte companii.
Pentru a controla luminozitatea LED-urilor din cip există o intrare PWM_D, PWM - modulare dintr-un generator extern. În această schemă, o astfel de funcție nu este utilizată.
Dacă creați o astfel de lampă cu LED-uri, ar trebui să utilizați o carcasă cu o bază cu șurub de dimensiunea E27 dintr-o lampă de consum de energie inutilizabilă, cu o putere de cel puțin 20 de wați. Aspectul structurii este prezentat în figura 6.
Figura 6. Lampa LED de casă.
Deși schema descrisă este destul de simplă, nu este întotdeauna posibil să o recomandați pentru auto-producție: fie nu veți putea cumpăra piesele indicate pe schemă, fie calificarea insuficientă a asamblătorului. Unii pot fi doar speriați: „Ce se întâmplă dacă nu voi reuși?”. Pentru astfel de situații, puteți oferi mai multe opțiuni mai simple atât în circuit, cât și în achiziția de piese.
Lampa de acasă cu LED simplu
În figura 7 este prezentată o diagramă mai simplă a lămpii cu LED.
Figura 7
Această diagramă arată că un redresor pod cu balast capacitiv este utilizat pentru a alimenta ledurile, ceea ce limitează curentul de ieșire. Astfel de surse de alimentare sunt economice și simple, nu se tem de scurtcircuite, curentul lor de ieșire este limitat de capacitatea condensatorului. Astfel de redresoare sunt adesea numite stabilizatori de curent.
Rolul balastului capacitiv în circuit este îndeplinit de condensatorul C1. Cu o capacitate de 0,47 μF, tensiunea de funcționare a condensatorului trebuie să fie de cel puțin 630 V. Capacitatea sa este proiectată astfel încât curentul prin LED-uri să fie de aproximativ 20 mA, ceea ce este valoarea optimă pentru LED-uri.
Ridicarea tensiunii rectificate a podului este netezită de condensatorul electrolitic C2. Pentru a limita curentul de încărcare la momentul pornirii, se utilizează un rezistor R1, care servește și ca siguranță în situații de urgență.Rezistențele R2 și R3 sunt proiectate pentru descărcarea condensatorilor C1 și C2 după deconectarea dispozitivului de la rețea.
Pentru a reduce dimensiunile, tensiunea de funcționare a condensatorului C2 a fost selectată pentru a fi de doar 100 V. În cazul unei defecțiuni (arse) a cel puțin unuia dintre LED-uri, condensatorul C2 va fi încărcat la o tensiune de 310 V, ceea ce va duce inevitabil la explozia acestuia. Pentru a proteja împotriva acestei situații, acest condensator este evitat de diodele zener VD2, VD3. Tensiunea de stabilizare a acestora poate fi determinată după cum urmează.
La un curent nominal prin LED-ul de 20 mA, pe el este creată o cădere de tensiune, în funcție de tip, în limita a 3,2 ... 3,8 V. (O proprietate similară în unele cazuri permite utilizarea LED-urilor ca diode zener). Prin urmare, este ușor să calculăm că, dacă în circuit sunt utilizate 20 de LED-uri, atunci căderea de tensiune peste ele va fi de 65 ... 75 V. La acest nivel tensiunea din condensatorul C2 va fi limitată.
Diodele Zener trebuie alese astfel încât tensiunea totală de stabilizare să fie puțin mai mare decât căderea de tensiune pe LED-uri. În acest caz, în timpul funcționării normale, diodele zener vor fi închise și nu vor afecta funcționarea circuitului. Diodele zener 1N4754A indicate pe circuit au o tensiune de stabilizare de 39 V și sunt conectate în serie - 78 V.
Dacă cel puțin unul dintre LED-uri se întrerupe, diodele zener se vor deschide și tensiunea de pe condensatorul C2 va fi stabilizată la 78 V, care este în mod clar mai mică decât tensiunea de funcționare a condensatorului C2, deci nu va exista nicio explozie.
Designul unei lămpi LED de casă este prezentat în figura 8. După cum se poate observa din figură, aceasta este asamblată într-o carcasă dintr-o lampă de consum de energie inutilizabilă, cu o bază E-27.
Figura 8
Placa de circuit imprimat pe care sunt așezate toate piesele este fabricată din fibră de sticlă în oricare dintre modurile disponibile acasă. Pentru instalarea LED-urilor, s-au găurit găuri cu diametrul de 0,8 mm pe placă și 1,0 mm pentru părțile rămase. În figura 9 este prezentat un desen al plăcii de circuit.
Figura 9. Placa de circuit imprimat și locația pieselor pe ea.
Locația pieselor pe placă este prezentată în figura 9c. Toate părțile, cu excepția LED-urilor, sunt instalate pe partea plăcii, unde nu există piese tipărite. Pe aceeași parte este instalat și un jumper, prezentat și în figură.
După instalarea tuturor părților din partea foliei, se instalează leduri. Instalarea LED-urilor ar trebui să înceapă de la mijlocul plăcii, trecând treptat la periferie. LED-urile trebuie să fie 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, concluziile LED-urilor ar trebui să fie lăsate la cel puțin 5 mm lungime de la placă. În caz contrar, ledurile pot fi pur și simplu supraîncălzite la lipire. Durata de lipit, așa cum se recomandă în toate manualele, nu trebuie să depășească 3 secunde.
După ce placa este asamblată și ajustată, concluziile sale trebuie lipite la bază și placa în sine trebuie introdusă în carcasă. În plus față de cazul indicat, este posibil să se utilizeze o carcasă mai miniaturală, cu toate acestea, va fi necesară reducerea dimensiunii plăcii de circuit imprimat, fără a uita, însă, dimensiunile condensatorilor C1 și C2.
Vezi și: Istoricul reparațiilor lămpilor cu LED-uri
Cel mai simplu design de lampă LED
Un astfel de circuit este prezentat în figura 10.
Figura 10. Cea mai simplă proiectare a lămpii cu LED.
Circuitul conține un număr minim de piese: doar 2 leduri și rezistență de stingere. Diagrama arată că ledurile sunt pornite în paralel - în paralel. Cu această includere, fiecare dintre ele îl protejează pe celălalt de tensiunea inversă, care este mică pentru LED-uri, iar tensiunea de rețea clar nu o poate suporta. În plus, o astfel de dublă includere va crește frecvența intermitentă a lămpii cu LED-uri la 100 Hz, ceea ce nu va fi vizibil pentru ochi și nu va plictisi vederea. Este suficient să amintim aici cum, pentru a economisi bani, lămpile incandescente obișnuite au fost conectate printr-o diodă, de exemplu, la intrări. Au acționat foarte neplăcut în viziune.
Dacă două LED-uri nu sunt disponibile, atunci unul dintre ele poate fi înlocuit cu o diodă de redresare convențională, care va proteja dioda emitentă de tensiunea inversă a rețelei. Direcția de includere a acestuia ar trebui să fie aceeași cu cea a LED-ului care lipsește. Cu această includere, frecvența intermitentă a LED-ului va fi de 25 Hz, ceea ce va fi vizibil pentru ochi, așa cum s-a descris deja mai sus.
Pentru a limita curentul prin LED-uri la nivelul de 20 mA, rezistența R1 trebuie să aibă o rezistență în intervalul 10 ... 11 KOhm. În același timp, puterea sa ar trebui să fie de cel puțin 5 wați. Pentru a reduce încălzirea, acesta poate fi compus din mai multe, cele mai bune dintre toate trei, rezistențe de 2 W.
LED-urile pot fi utilizate la fel ca cele menționate în schemele anterioare sau care pot fi achiziționate. Când cumpărați, trebuie să cunoașteți cu exactitate marca LED-ului pentru a determina curentul său nominal nominal. Pe baza mărimii acestui curent, este selectată rezistența rezistorului R1.
Proiectarea lămpii asamblate în conformitate cu această schemă diferă puțin de cele două anterioare: poate fi, de asemenea, realizată în carcasă de la o lampă fluorescentă care nu poate utiliza energie fluorescentă. Simplitatea circuitului nu implică nici măcar prezența unei plăci de circuit tipărite: piesele pot fi conectate prin montare pe perete, prin urmare, așa cum se spune în astfel de cazuri, designul este arbitrar.
Consultați și la i.electricianexp.com
: