kategória: Praktická elektronika, Svetelné zdroje, Všetko o LED, Ako to funguje
Počet zobrazení: 440310
Komentáre k článku: 52
Ako sa majú LED žiarovky?
Článok hovorí o dizajne LED žiaroviek. Zvažuje sa niekoľko schém rôznej zložitosti a uvádzajú sa odporúčania pre nezávislú výrobu svetelných zdrojov LED pripojených k 220 V sieti.
Výhody úsporných žiaroviek
Výhody energeticky úsporných žiaroviek sú všeobecne známe. Predovšetkým je to v skutočnosti nízka spotreba energie a navyše vysoká spoľahlivosť. V súčasnosti sú najrozšírenejšie žiarivky. Taká lampa spotreba energie 20 wattov, dáva rovnaké osvetlenie ako stovková žiarovka. Je ľahké vypočítať, že úspory energie sú päťkrát.
V poslednej dobe sa LED žiarovky ovládajú vo výrobe. Ukazovatele účinnosti a životnosti sú oveľa vyššie ako ukazovatele žiariviek. V tomto prípade sa elektrina spotrebuje desaťkrát menej ako žiarovky. Životnosť LED žiaroviek môže dosiahnuť 50 alebo viac tisíc hodín.
Svetelné zdroje novej generácie sú samozrejme drahšie ako jednoduché žiarovky, ale spotrebúvajú podstatne menej energie a majú zvýšenú životnosť. Posledné dva ukazovatele sú určené na kompenzáciu vysokých nákladov na nové typy žiaroviek.
Praktické obvody LED žiaroviek
Ako prvý príklad môžeme považovať zariadenie LED žiarovky vyvinuté spoločnosťou „SEA Electronics“ pomocou špecializovaných mikroobvodov. Elektrický obvod takejto žiarovky je znázornený na obr.
Obrázok 1. Schéma LED žiarovky spoločnosti "SEA Electronics"
Pred desiatimi rokmi sa diódy LED dali použiť iba ako indikátory: intenzita svetla nebola viac ako 1,5 ... 2 mikročipov. Teraz sa objavili veľmi jasné LED diódy, v ktorých energia žiarenia dosahuje niekoľko desiatok kandel.
Pri použití vysokovýkonných LED diód v spojení s polovodičovými meničmi bolo možné vytvoriť svetelné zdroje, ktoré vydržia konkurenciu s klasickými žiarovkami. Podobný prevodník je zobrazený na obrázku 1. Obvod je pomerne jednoduchý a obsahuje malý počet častí. Toto sa dosahuje použitím špecializovaných mikroobvodov.
Prvý čip IC1 BP5041 je prevodník AC / DC. Jeho štruktúrny diagram je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2. Bloková schéma BP5041.
Mikroobvod je vyrobený v prípade typu SIP znázornenom na obrázku 3.
Obrázok 3
Prevodník pripojený k 220V svetelnej sieti poskytuje výstupné napätie 5 V pri prúde asi 100 miliampérov. Pripojenie k sieti je cez usmerňovač vytvorený na dióde Dl (v zásade je možné použiť mostíkový obvod usmerňovača) a kondenzátor C3. Rezistor R1 a kondenzátor C2 eliminujú impulzný šum. Pozri tiež - Ako pripojiť LED žiarovku k 220 V sieti.
Celé zariadenie je chránené poistkou F1, ktorej menovitá hodnota nesmie prekročiť hodnotu uvedenú na diagrame. Kondenzátor C3 je navrhnutý tak, aby vyhladil zvlnenie výstupného napätia prevodníka. Je potrebné poznamenať, že výstupné napätie nemá galvanické oddelenie od siete, čo je v tomto obvode úplne zbytočné, ale vyžaduje si osobitnú starostlivosť a dodržiavanie bezpečnostných pravidiel počas výroby a uvádzania do prevádzky.
Kondenzátory C3 a C2 musia byť pri pracovnom napätí najmenej 450 V. Kondenzátory C2 musia byť filmové alebo keramické. Rezistor R1 môže mať odpor v rozsahu 10 ... 20 Ohmov, čo je dostatočné pre normálnu prevádzku prevodníka.
Použitie tohto prevodníka eliminuje potrebu transformátora typu down-down, ktorý významne znižuje celkové rozmery zariadenia.
Charakteristickým znakom čipu BP5041 je prítomnosť vstavaného induktora, ako je znázornené na obrázku 2, ktorý znižuje počet pripojení a celkovú veľkosť dosky s obvodmi.
Ako dióda Dl je vhodná akákoľvek dióda s reverzným napätím najmenej 800 V a usmerneným prúdom najmenej 500 mA. Rozšírená importná dióda 1N4007 takéto podmienky úplne spĺňa. na vstup usmerňovača je nainštalovaný varistor VAR1 typu FNR-10K391. Jeho účelom je chrániť celé zariadenie pred impulzným hlukom a statickou elektrinou.
Druhý čip IC, typ HV9910, je stabilizátor prúdu PWM pre super jasné LED. Použitím externého tranzistora MOSFET je možné prúd nastaviť v rozmedzí od niekoľkých miliampérov do 1A. Tento prúd je nastavený odporom R3 v spätnoväzbovom obvode. Čip je k dispozícii v SO-8 (LG) a SO-16 (NG). Jeho vzhľad je znázornený na obrázku 4 a na obrázku 5 je bloková schéma.
Obrázok 4. Čip HV9910.
Obrázok 5. Bloková schéma čipu HV9910.
Použitím odporu R2 sa frekvencia interného oscilátora môže meniť v rozsahu 20 ... 120 KHz. S odporom rezistora R2 uvedeným v diagrame to bude asi 50 kHz.
Induktor L1 je určený na ukladanie energie, keď je tranzistor VT1 otvorený. Keď sa tranzistor uzavrie, energia uložená v škrtiacej klapke sa prenáša prostredníctvom vysokorýchlostnej Schottkyho diódy na LED D3 ... D6.
Nastal čas na pripomenutie samoindukcie a Lenzovho pravidla. Podľa tohto pravidla má indukčný prúd vždy taký smer, že jeho magnetický tok kompenzuje zmeny vo vonkajšom magnetickom toku, ktoré (zmena) tento prúd spôsobili. Preto smer samočinnej indukcie EMF má smer opačný k smeru EMF zdroja energie. Preto sú LEDky zapnuté v opačnom smere vzhľadom na napájacie napätie (kolík 1 IC2, označený na diagrame ako VIN). LED diódy teda vyžarujú svetlo vďaka EMF samoindukčnej cievky L1.
V tomto dizajne sa používajú 4 superbright LED LED typu TWW9600, hoci je celkom možné použiť iné typy LED vyrábané inými spoločnosťami.
Na ovládanie jasu LED v čipe je vstup PWM_D, PWM - modulácia z externého generátora. V tejto schéme sa takáto funkcia nepoužíva.
Ak vyrábate takúto LED žiarovku sami, mali by ste použiť kryt so základňou skrutky E27 z nepoužiteľnej energeticky úspornej žiarovky s výkonom najmenej 20 wattov. Vzhľad štruktúry je znázornený na obrázku 6.
Obrázok 6. Domáce LED svetlo.
Aj keď je opísaná schéma pomerne jednoduchá, nie vždy ju možno odporučiť na vlastnú výrobu: nebudete si môcť kúpiť diely uvedené v schéme alebo nedostatočnú kvalifikáciu montážneho podniku. Niektorí sa môžu len báť: „Čo ak nebudem uspieť?“. V takýchto situáciách môžete ponúknuť niekoľko jednoduchších možností v obvodoch aj pri získavaní súčiastok.
Jednoduchá domáca lampa LED
Na obrázku 7 je znázornená jednoduchšia schéma LED žiarovky.
Obrázok 7
Tento diagram ukazuje, že na napájanie LED diód sa používa mostíkový usmerňovač s kapacitným predradníkom, ktorý obmedzuje výstupný prúd. Takéto napájacie zdroje sú ekonomické a jednoduché, neobávajú sa skratov, ich výstupný prúd je obmedzený kapacitanciou kondenzátora. Takéto usmerňovače sa často nazývajú stabilizátory prúdu.
Úlohu kapacitného predradníka v obvode vykonáva kondenzátor C1. Pri kapacite 0,47 μF musí byť prevádzkové napätie kondenzátora aspoň 630 V. Jeho kapacita je navrhnutá tak, aby prúd cez LED bol asi 20 mA, čo je optimálna hodnota pre LED.
Zvlnenie premosteného usmerňovacieho napätia je vyhladené elektrolytickým kondenzátorom C2. Na obmedzenie nabíjacieho prúdu pri zapnutí sa používa odpor R1, ktorý slúži aj ako poistka v núdzových situáciách.Odpory R2 a R3 sú navrhnuté tak, aby vybíjali kondenzátory C1 a C2 po odpojení zariadenia od siete.
Aby sa zmenšili rozmery, prevádzkové napätie kondenzátora C2 bolo vybrané len na 100 V. V prípade poruchy (vyhorenia) aspoň jednej z LED diódy bude kondenzátor C2 nabitý na napätie 310 V, čo nevyhnutne povedie k jeho výbuchu. Na ochranu pred touto situáciou je tento kondenzátor posunutý zenerovými diódami VD2, VD3. Ich stabilizačné napätie môže byť stanovené nasledovne.
Pri menovitom prúde cez LED 20 mA sa na ňom vytvorí úbytok napätia, v závislosti od typu, do 3,2 ... 3,8 V. (Podobná vlastnosť v niektorých prípadoch umožňuje použitie LED ako zenerových diód). Preto je ľahké vypočítať, že ak sa v obvode použije 20 diód LED, pokles napätia cez ne bude 65 ... 75 V. Na tejto úrovni bude napätie cez kondenzátor C2 obmedzené.
Zenerove diódy by sa mali zvoliť tak, aby celkové stabilizačné napätie bolo o niečo vyššie ako úbytok napätia na LED. V tomto prípade sa počas normálnej prevádzky zenerove diódy zatvoria a neovplyvnia činnosť obvodu. Zenerove diódy 1N4754A uvedené na obvode majú stabilizačné napätie 39 V a sú zapojené v sérii - 78 V.
Ak dôjde k prerušeniu aspoň jednej z LED, zenerove diódy sa otvoria a napätie na kondenzátore C2 sa stabilizuje na 78 V, čo je zreteľne nižšie ako prevádzkové napätie kondenzátora C2, takže nedôjde k výbuchu.
Konštrukcia domácej LED žiarovky je znázornená na obrázku 8. Ako je možné vidieť na obrázku, je zostavená v puzdre z nepoužiteľnej energeticky úspornej žiarovky so základňou E-27.
Obrázok 8
Doska s plošnými spojmi, na ktorej sú umiestnené všetky časti, je vyrobená zo sklenených vlákien z fólie akýmkoľvek z dostupných spôsobov doma. Na inštaláciu diód LED boli vyvŕtané diery s priemerom 0,8 mm na doske a 1,0 mm pre zostávajúce časti. Výkres dosky s plošnými spojmi je zobrazený na obrázku 9.
Obrázok 9. Doska s plošnými spojmi a umiestnenie častí na nej.
Umiestnenie častí na doske je znázornené na obrázku 9c. Všetky časti okrem LED sú nainštalované na bočnej strane dosky, kde nie sú žiadne tlačené stopy. Na tú istú stranu je tiež nainštalovaný mostík, ktorý je tiež znázornený na obrázku.
Po nainštalovaní všetkých častí na boku fólie sa namontujú LED diódy. Inštalácia LED by sa mala začať od stredu dosky a postupne sa presúvať na perifériu. LED diódy musia byť zapečatené v sérii, to znamená, že kladná svorka jednej LED je pripojená k zápornej svorke druhej.
Priemer LED môže byť akýkoľvek do 3 ... 10 mm. V tomto prípade by závery LED mali byť ponechané najmenej 5 mm dlhé od dosky. Inak môžu byť pri spájkovaní LED jednoducho prehriate. Trvanie spájkovania podľa odporúčaní vo všetkých príručkách by nemalo presiahnuť 3 sekundy.
Po zostavení a úprave dosky sa jej závery musia spájkovať so základňou a doska sa musí vložiť sama. Okrem uvedeného prípadu je možné použiť aj miniatúrnejší prípad, bude však potrebné zmenšiť veľkosť dosky plošných spojov, nezabúdať však na rozmery kondenzátorov Cl a C2.
Pozri tiež: História opravy LED žiaroviek
Najjednoduchší dizajn LED žiarovky
Takýto obvod je znázornený na obr.
Obrázok 10. Najjednoduchší dizajn LED žiarovky.
Obvod obsahuje minimálny počet častí: iba 2 LED a tlmiaci odpor, Diagram ukazuje, že LED diódy sú zapnuté paralelne - paralelne. S týmto zahrnutím každá z nich chráni druhú pred spätným napätím, ktoré je pre LED malé, a sieťové napätie to jednoznačne nemôže vydržať. Okrem toho takéto dvojité zahrnutie zvýši frekvenciu blikania LED žiarovky na 100 Hz, čo nebude zrejmé pre oko a nebude mať zrak. Stačí si len spomenúť, ako boli obyčajné žiarovky spojené pomocou diód, napríklad vo vchodoch, aby sa ušetrili peniaze. Na videnie konali veľmi nepríjemne.
Ak dve LED diódy nie sú k dispozícii, jednu z nich je možné nahradiť bežnou usmerňovacou diódou, ktorá bude chrániť emitujúcu diódu pred spätným napätím v sieti. Smer jeho začlenenia by mal byť rovnaký ako smer chýbajúcej LED. Pri tomto zahrnutí bude blikajúca frekvencia LED 25 Hz, čo bude zrejmé z oka, ako už bolo opísané.
Aby sa obmedzil prúd cez LED na úrovni 20 mA, odpor R1 musí mať odpor v rozsahu 10 ... 11 KOhm. Zároveň by jej výkon mal byť najmenej 5 wattov. Aby sa znížilo zahrievanie, môže sa skladať z niekoľkých, najlepšie zo všetkých troch, 2 W rezistorov.
LED diódy sa môžu používať rovnako ako tie, ktoré sú uvedené v predchádzajúcich schémach alebo ktoré možno kúpiť. Pri kúpe by ste mali presne poznať značku LED, aby ste určili jej menovitý jednosmerný prúd. Na základe veľkosti tohto prúdu sa vyberie odpor rezistora R1.
Dizajn žiarovky zostavenej podľa tejto schémy sa trochu líši od predchádzajúcich dvoch: môže byť tiež vyrobený v puzdre z nepoužiteľnej energeticky úspornej žiarivky. Jednoduchosť obvodu neznamená ani prítomnosť dosky s plošnými spojmi: časti môžu byť spojené nástennou montážou, preto, ako sa hovorí v takýchto prípadoch, je konštrukcia ľubovoľná.
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: