Kategorie: Praktická elektronika, Světelné zdroje, Vše o LED, Jak to funguje
Počet zobrazení: 440310
Komentáře k článku: 52
Jak jsou LED žárovky
Článek hovoří o designu LED lamp. Zvažuje se několik schémat různé složitosti a jsou uvedena doporučení pro nezávislou výrobu světelných zdrojů LED připojených k síti 220 V.
Výhody úsporných lamp
Výhody energeticky úsporných žárovek jsou obecně známy. Především je to ve skutečnosti nízká spotřeba energie a navíc vysoká spolehlivost. V současné době nejrozšířenější zářivky. Taková lampa spotřeba energie 20 wattů, dává stejné osvětlení jako stovka wattová žárovka. Je snadné vypočítat, že úspory energie jsou pětkrát.
V poslední době se LED lampy osvojují ve výrobě. Ukazatele účinnosti a životnosti jsou mnohem vyšší než u zářivek. V tomto případě je elektřina spotřebována desetkrát méně než klasické žárovky. Životnost LED žárovek může dosáhnout 50 nebo více tisíc hodin.
Světelné zdroje nové generace jsou samozřejmě dražší než jednoduché žárovky, ale spotřebují výrazně méně energie a mají zvýšenou životnost. Poslední dva indikátory jsou navrženy tak, aby kompenzovaly vysoké náklady na nové typy žárovek.
Praktické obvody LED lamp
Jako první příklad můžeme považovat zařízení LED lampy vyvinuté společností „SEA Electronics“ za použití specializovaných mikroobvodů. Elektrický obvod takové lampy je znázorněn na obrázku 1.
Obrázek 1. Schéma LED lampy společnosti "SEA Electronics"
Před deseti lety mohly být LED použity pouze jako indikátory: intenzita světla nebyla více než 1,5 ... 2 mikročipů. Nyní se objevily velmi jasné LED diody, ve kterých síla záření dosahuje několika desítek kandel.
Při použití vysoce výkonných LED ve spojení s polovodičovými měniči bylo možné vytvořit světelné zdroje, které vydrží konkurenci s žárovkami. Podobný převodník je znázorněn na obrázku 1. Obvod je poměrně jednoduchý a obsahuje malý počet dílů. Toho je dosaženo použitím specializovaných mikroobvodů.
První čip IC1 BP5041 je převodník AC / DC. Jeho strukturální schéma je znázorněno na obrázku 2.
Obrázek 2. Blokové schéma BP5041.
Mikroobvod je vyroben v případě typu SIP znázorněném na obrázku 3.
Obrázek 3
Převodník připojený k 220V osvětlovací síti poskytuje výstupní napětí 5 V při proudu asi 100 miliamps. Připojení k síti je prostřednictvím usměrňovače vytvořeného na diodě Dl (v zásadě je možné použít můstkový obvod usměrňovače) a kondenzátoru C3. Rezistor R1 a kondenzátor C2 eliminují impulzní šum. Viz také - Jak připojit LED lampu k 220 V síti.
Celé zařízení je chráněno pojistkou F1, jejíž jmenovitá hodnota nesmí překročit hodnotu uvedenou na obrázku. Kondenzátor C3 je navržen tak, aby vyhladil zvlnění výstupního napětí převodníku. Je třeba poznamenat, že výstupní napětí nemá galvanické oddělení od sítě, což je v tomto obvodu zcela zbytečné, ale vyžaduje zvláštní péči a dodržování bezpečnostních pravidel během výroby a uvádění do provozu.
Kondenzátory C3 a C2 musí mít pracovní napětí nejméně 450 V. Kondenzátor C2 musí být filmový nebo keramický. Rezistor R1 může mít odpor v rozsahu 10 ... 20 Ohmů, což je dostačující pro normální provoz převodníku.
Použití tohoto převodníku eliminuje potřebu sestupného transformátoru, který významně snižuje celkové rozměry zařízení.
Charakteristickým rysem čipu BP5041 je přítomnost vestavěného induktoru, jak je znázorněno na obrázku 2, což snižuje počet příloh a celkovou velikost desky plošných spojů.
Jako dioda Dl je vhodná jakákoli dioda s reverzním napětím alespoň 800 V a usměrněným proudem alespoň 500 mA. Rozšířená importní dioda 1N4007 takové podmínky plně splňuje. na vstupu usměrňovače je nainstalován varistor VAR1 typu FNR-10K391. Jeho účelem je chránit celé zařízení před impulzním šumem a statickou elektřinou.
Druhý čip IC, typ HV9910, je stabilizátor proudu PWM pro velmi jasné LED diody. Pomocí externího tranzistoru MOSFET lze proud nastavit v rozsahu od několika miliampů do 1A. Tento proud je nastaven odporem R3 v obvodu zpětné vazby. Čip je k dispozici v SO-8 (LG) a SO-16 (NG). Jeho vzhled je znázorněn na obrázku 4 a na obrázku 5 blokové schéma.
Obrázek 4. Čip HV9910.
Obrázek 5. Blokové schéma čipu HV9910.
Použitím rezistoru R2 se frekvence interního oscilátoru může pohybovat v rozmezí 20 ... 120 KHz. S odporem rezistoru R2 uvedeným na obrázku bude to asi 50 kHz.
Induktor L1 je navržen pro ukládání energie, když je tranzistor VT1 otevřený. Když se tranzistor uzavře, je energie uložená v škrticí klapce přenášena vysokorychlostní Schottkyho diodou D2 na LED D3 ... D6.
Tady je čas si vzpomenout na samoindukci a Lenzovo pravidlo. Podle tohoto pravidla má indukční proud vždy takový směr, že jeho magnetický tok kompenzuje změny ve vnějším magnetickém toku, které (změna) tento proud způsobily. Směr samoindukce EMF má tedy směr opačný ke směru EMF zdroje energie. To je důvod, proč se LED diody zapínají v opačném směru vzhledem k napájecímu napětí (pin 1 IC2, označený na obrázku jako VIN). LED diody tedy vyzařují světlo díky EMF indukční cívky L1.
V tomto návrhu se používají 4 superbright LED diody typu TWW9600, i když je docela možné použít jiné typy LED vyrobené jinými společnostmi.
Pro ovládání jasu LED v čipu je vstup PWM_D, PWM - modulace z externího generátoru. V tomto schématu se taková funkce nepoužívá.
Pokud děláte takovou LED lampu sami, měli byste použít pouzdro se šroubovou základnou velikosti E27 z nepoužitelné energeticky úsporné lampy s výkonem nejméně 20 wattů. Vzhled struktury je znázorněn na obrázku 6.
Obrázek 6. Domácí LED lampa.
I když je popsané schéma poměrně jednoduché, není vždy možné jej doporučit pro vlastní výrobu: buď nebudete moci koupit díly uvedené v schématu, nebo nedostatečnou kvalifikaci montéra. Někteří se prostě bojí: „Co když nebudu uspět?“. V takových situacích můžete nabídnout několik jednodušších možností jak v obvodech, tak při pořizování dílů.
Jednoduchá domácí LED lampa
Na obrázku 7 je znázorněno jednodušší schéma LED lampy.
Obrázek 7
Tento diagram ukazuje, že pro napájení LED je použit můstkový usměrňovač s kapacitním předřadníkem, který omezuje výstupní proud. Takové napájecí zdroje jsou ekonomické a jednoduché, nebojí se zkratů, jejich výstupní proud je omezen kapacitancí kondenzátoru. Takové usměrňovače se často nazývají stabilizátory proudu.
Role kapacitního předřadníku v obvodu je prováděna kondenzátorem C1. Při kapacitě 0,47 μF musí být provozní napětí kondenzátoru alespoň 630 V. Jeho kapacita je navržena tak, aby proud přes LED byl asi 20 mA, což je optimální hodnota pro LED.
Zvlnění můstkového usměrněného napětí je vyhlazeno elektrolytickým kondenzátorem C2. K omezení nabíjecího proudu při zapnutí se používá odpor R1, který také slouží jako pojistka v nouzových situacích.Rezistory R2 a R3 jsou navrženy tak, aby vybíjely kondenzátory C1 a C2 po odpojení zařízení od sítě.
Pro zmenšení rozměrů bylo provozní napětí kondenzátoru C2 vybráno pouze na 100 V. V případě poruchy (vyhoření) alespoň jedné z LED bude kondenzátor C2 nabit na napětí 310 V, což nevyhnutelně povede k jeho explozi. K ochraně před touto situací je tento kondenzátor posunován zenerovými diodami VD2, VD3. Jejich stabilizační napětí může být stanoveno následovně.
Při jmenovitém proudu prostřednictvím LED 20 mA se na něm vytvoří úbytek napětí, v závislosti na typu, do 3,2 ... 3,8 V. (Podobná vlastnost v některých případech umožňuje použití LED jako zenerových diod). Proto je snadné spočítat, že pokud se v obvodu použije 20 LED, bude pokles napětí napříč nimi 65 ... 75 V. To je na této úrovni, že napětí přes kondenzátor C2 bude omezeno.
Zenerovy diody by měly být zvoleny tak, aby celkové stabilizační napětí bylo o něco vyšší než úbytek napětí na LED. V tomto případě, během normálního provozu, budou zenerovy diody uzavřeny a neovlivní činnost obvodu. Zenerovy diody 1N4754A uvedené na obvodu mají stabilizační napětí 39 V a jsou zapojeny v sérii - 78 V.
Pokud dojde k přerušení alespoň jedné z LED, zenerovy diody se otevřou a napětí na kondenzátoru C2 se stabilizuje na 78 V, což je jasně nižší než provozní napětí kondenzátoru C2, takže nedochází k explozi.
Konstrukce domácí LED lampy je znázorněna na obrázku 8. Jak je vidět na obrázku, je sestavena v pouzdru z nepoužitelné energeticky úsporné lampy se základnou E-27.
Obrázek 8
Deska s plošnými spoji, na které jsou umístěny všechny části, je vyrobena z laminátu ze skleněné fólie jakýmkoli z dostupných způsobů doma. Pro instalaci LED byly vyvrtány otvory o průměru 0,8 mm na desce a 1,0 mm pro zbývající části. Výkres desky plošných spojů je zobrazen na obrázku 9.
Obrázek 9. Deska plošných spojů a umístění součástí na ní.
Umístění součástí na desce je znázorněno na obrázku 9c. Všechny části kromě LED jsou nainstalovány na boku desky, kde nejsou žádné tištěné stopy. Na stejnou stranu je také nainstalována propojka, která je rovněž znázorněna na obrázku.
Po instalaci všech částí na boční fólii jsou nainstalovány LED diody. Instalace LED by měla začít od středu desky a postupně se přesouvat na periférii. LED diody musí být zapečetěny v sérii, to znamená, že kladná svorka jedné LED je připojena k záporné svorce druhé.
Průměr LED může být libovolný do 3 ... 10 mm. V tomto případě by závěry LED měly být ponechány alespoň 5 mm dlouhé od desky. Jinak lze při pájení LED diody jednoduše přehřát. Délka pájení, jak je doporučeno ve všech příručkách, by neměla přesáhnout 3 sekundy.
Po sestavení a úpravě desky musí být její závěry připájeny k základně a deska musí být vložena do pouzdra. Kromě uvedeného případu je možné použít miniaturnější případ, bude však nutné zmenšit velikost desky s plošnými spoji, nezapomenout však na rozměry kondenzátorů Cl a C2.
Viz také: Historie oprav LED lamp
Nejjednodušší design LED lampy
Takový obvod je znázorněn na obr. 10.
Obrázek 10. Nejjednodušší konstrukce LED lampy.
Obvod obsahuje minimální počet částí: pouze 2 LED a kalicí rezistor. Diagram ukazuje, že LED diody jsou zapnuty paralelně - paralelně. S tímto začleněním chrání každá z nich druhou před reverzním napětím, které je pro LED malé, a síťové napětí to nemůže vydržet. Kromě toho takové dvojí inkluze zvýší frekvenci blikání LED lampy na 100 Hz, což nebude patrné pro oko a nebude mít zrak. Stačí si zde vzpomenout, jak za účelem úspory peněz byly obyčejné žárovky propojeny diodou, například ve vchodech. Na vizi jednali velmi nepříjemně.
Pokud dvě LED diody nejsou k dispozici, lze jednu z nich nahradit konvenční usměrňovací diodou, která chrání emitující diodu před zpětným napětím sítě. Směr jeho začlenění by měl být stejný jako směr chybějící LED. Při tomto zahrnutí bude blikající frekvence LED 25 Hz, což bude patrné pro oko, jak již bylo popsáno výše.
Pro omezení proudu prostřednictvím LED na úrovni 20 mA musí mít odpor R1 odpor v rozsahu 10 ... 11 KOhm. Současně by jeho výkon měl být nejméně 5 wattů. Pro snížení zahřívání může být složeno z několika, nejlépe ze všech tří, 2 W rezistorů.
LED diody lze použít stejně jako ty, které jsou uvedeny v předchozích schématech nebo které lze zakoupit. Při nákupu byste měli přesně znát značku LED, abyste určili její jmenovitý stejnosměrný proud. Na základě velikosti tohoto proudu je vybrán odpor rezistoru R1.
Konstrukce žárovky sestavené podle tohoto schématu se trochu liší od předchozích dvou: může být také vyrobena v pouzdru z nepoužitelné energeticky úsporné zářivky. Jednoduchost obvodu neznamená ani přítomnost desky s plošnými spoji: díly mohou být spojeny nástěnnou montážou, proto, jak se říká v takových případech, je návrh libovolný.
Viz také na i.electricianexp.com
: