Categorías: Electrónica práctica, Fuentes de luz, Todo sobre LEDs, Como funciona
Cantidad de vistas: 440310
Comentarios sobre el artículo: 52
¿Cómo son las lámparas LED?
El artículo habla sobre el diseño de lámparas LED. Se consideran varios esquemas de diferente complejidad y se dan recomendaciones para la fabricación independiente de fuentes de luz LED conectadas a una red de 220 V.
Beneficios de las lámparas de ahorro de energía
Las ventajas de las lámparas de bajo consumo son ampliamente conocidas. En primer lugar, en realidad es un bajo consumo de energía y, además, una alta fiabilidad. Actualmente, las lámparas fluorescentes más extendidas. Tal lámpara consumo de energía 20 vatios, proporciona la misma iluminación que una lámpara incandescente de cien vatios. Es fácil calcular que el ahorro de energía es cinco veces mayor.
Recientemente, las lámparas LED se están dominando en producción. Los indicadores de eficiencia y durabilidad son mucho más altos que los de las lámparas fluorescentes. En este caso, la electricidad se consume diez veces menos que las lámparas incandescentes. La durabilidad de las lámparas LED puede alcanzar 50 o más mil horas.
Las fuentes de luz de nueva generación, por supuesto, son más caras que las lámparas incandescentes simples, pero consumen significativamente menos energía y tienen una mayor durabilidad. Los dos últimos indicadores están diseñados para compensar el alto costo de los nuevos tipos de lámparas.
Circuitos prácticos de lámparas LED.
Como primer ejemplo, podemos considerar el dispositivo de una lámpara LED desarrollada por la empresa "SEA Electronics" utilizando microcircuitos especializados. El circuito eléctrico de dicha lámpara se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Esquema de la lámpara LED de la empresa "SEA Electronics"
Hace diez años, los LED solo podían usarse como indicadores: la intensidad de la luz no era más de 1.5 ... 2 microcanales. Ahora han aparecido LED súper brillantes, en los que la potencia de radiación alcanza varias decenas de candelas.
Al usar LED de alta potencia junto con convertidores de semiconductores, se hizo posible crear fuentes de luz que puedan resistir la competencia con las lámparas incandescentes. En la Figura 1 se muestra un convertidor similar. El circuito es bastante simple y contiene una pequeña cantidad de partes. Esto se logra mediante el uso de microcircuitos especializados.
El primer chip IC1 BP5041 es un convertidor AC / DC. Su diagrama estructural se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Diagrama de bloques de BP5041.
El microcircuito se realiza en el caso de tipo SIP que se muestra en la Figura 3.
Figura 3
Un convertidor conectado a una red de iluminación de 220V proporciona un voltaje de salida de 5V a una corriente de aproximadamente 100 miliamperios. La conexión a la red es a través de un rectificador hecho en el diodo D1 (en principio, es posible usar un circuito puente del rectificador) y un condensador C3. La resistencia R1 y el condensador C2 eliminan el ruido de impulso. Ver también Cómo conectar una lámpara LED a una red de 220 V.
Todo el dispositivo está protegido por un fusible F1, cuya clasificación no debe exceder la indicada en el diagrama. El condensador C3 está diseñado para suavizar la ondulación del voltaje de salida del convertidor. Cabe señalar que el voltaje de salida no tiene aislamiento galvánico de la red, lo cual es completamente innecesario en este circuito, pero requiere un cuidado especial y el cumplimiento de las normas de seguridad durante la fabricación y la puesta en servicio.
Los condensadores C3 y C2 deben tener una tensión de funcionamiento de al menos 450 V. El condensador C2 debe ser de película o cerámica. La resistencia R1 puede tener una resistencia en el rango de 10 ... 20 ohmios, que es suficiente para el funcionamiento normal del convertidor.
El uso de este convertidor elimina la necesidad de un transformador reductor, lo que reduce significativamente las dimensiones generales del dispositivo.
Una característica distintiva del chip BP5041 es la presencia de un inductor incorporado como se muestra en la Figura 2, que reduce el número de accesorios y el tamaño general de la placa de circuito.
Como diodo D1, cualquier diodo con un voltaje inverso de al menos 800 V y una corriente rectificada de al menos 500 mA es adecuado. El diodo de importación generalizado 1N4007 satisface plenamente tales condiciones. Un varistor VAR1 del tipo FNR-10K391 está instalado en la entrada del rectificador. Su propósito es proteger todo el dispositivo del ruido impulsivo y la electricidad estática.
El segundo chip IC, tipo HV9910, es un estabilizador de corriente PWM para LED súper brillantes. Usando un transistor MOSFET externo, la corriente se puede establecer en el rango de unos pocos miliamperios a 1A. Esta corriente es establecida por la resistencia R3 en el circuito de retroalimentación. El chip está disponible en SO-8 (LG) y SO-16 (NG). Su apariencia se muestra en la Figura 4, y en la Figura 5 un diagrama de bloques.
Figura 4. Chip HV9910.
Figura 5. Diagrama de bloques del chip HV9910.
Usando la resistencia R2, la frecuencia del oscilador interno se puede variar en el rango de 20 ... 120 KHz. Con la resistencia de la resistencia R2 indicada en el diagrama, será de aproximadamente 50 KHz.
El inductor L1 está diseñado para almacenar energía mientras el transistor VT1 está abierto. Cuando el transistor se cierra, la energía almacenada en el acelerador se transmite a través del diodo Schottky de alta velocidad D2 a los LED D3 ... D6.
Este es el momento de recordar la autoinducción y la regla de Lenz. De acuerdo con esta regla, la corriente de inducción siempre tiene una dirección tal que su flujo magnético compensa los cambios en el flujo magnético externo, que (cambio) causó esta corriente. Por lo tanto, la dirección del EMF de autoinducción tiene una dirección opuesta a la del EMF de la fuente de energía. Es por eso que los LED se encienden en la dirección opuesta con respecto a la tensión de alimentación (pin 1 de IC2, indicado en el diagrama como VIN). Por lo tanto, los LED emiten luz debido a la EMF de la bobina de autoinducción L1.
En este diseño, se utilizan 4 LED superbrillantes del tipo TWW9600, aunque es muy posible utilizar otros tipos de LED fabricados por otras compañías.
Para controlar el brillo de los LED en el chip hay una entrada PWM_D, PWM - modulación de un generador externo. En este esquema, dicha función no se utiliza.
Si está fabricando una lámpara LED de este tipo, debe usar una carcasa con una base de tornillo tamaño E27 de una lámpara de ahorro de energía inutilizable con una potencia de al menos 20 vatios. La apariencia de la estructura se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Lámpara LED casera.
Aunque el esquema descrito es bastante simple, no siempre es posible recomendarlo para la autoproducción: o no podrá comprar las piezas indicadas en el esquema o la calificación insuficiente del ensamblador. Algunos pueden estar asustados: "¿Qué pasa si no tengo éxito?". Para tales situaciones, puede ofrecer varias opciones más simples tanto en circuitos como en la adquisición de piezas.
Lámpara LED simple para el hogar
Un diagrama más simple de la lámpara LED se muestra en la Figura 7.
Figura 7
Este diagrama muestra que se utiliza un puente rectificador con balasto capacitivo para alimentar los LED, lo que limita la corriente de salida. Tales fuentes de alimentación son económicas y simples, no temen los cortocircuitos, su corriente de salida está limitada por la capacitancia del condensador. Dichos rectificadores a menudo se denominan estabilizadores de corriente.
El papel del balasto capacitivo en el circuito lo realiza el condensador C1. Con una capacitancia de 0.47 μF, el voltaje de operación del capacitor debe ser de al menos 630 V. Su capacidad está diseñada para que la corriente a través de los LED sea de unos 20 mA, que es el valor óptimo para los LED.
La ondulación del voltaje rectificado del puente es suavizada por el condensador electrolítico C2. Para limitar la corriente de carga en el momento del encendido, se utiliza una resistencia R1, que también sirve como fusible en situaciones de emergencia.Las resistencias R2 y R3 están diseñadas para descargar los condensadores C1 y C2 después de desconectar el dispositivo de la red.
Para reducir las dimensiones, la tensión de funcionamiento del condensador C2 se seleccionó para que solo fuera de 100 V. En caso de avería (agotamiento) de al menos uno de los LED, el condensador C2 se cargará a una tensión de 310 V, lo que inevitablemente conducirá a su explosión. Para protegerse contra esta situación, este condensador es derivado por los diodos zener VD2, VD3. Su voltaje de estabilización se puede determinar de la siguiente manera.
A una corriente nominal a través del LED de 20 mA, se crea una caída de voltaje, dependiendo del tipo, dentro de 3.2 ... 3.8 V. (Una propiedad similar en algunos casos permite el uso de LED como diodos zener). Por lo tanto, es fácil calcular que si se usan 20 LED en el circuito, entonces la caída de voltaje a través de ellos será de 65 ... 75 V. En este nivel, el voltaje a través del condensador C2 será limitado.
Los diodos Zener deben elegirse de modo que el voltaje de estabilización total sea ligeramente más alto que la caída de voltaje a través de los LED. En este caso, durante la operación normal, los diodos zener se cerrarán y no afectarán la operación del circuito. Los diodos zener 1N4754A indicados en el circuito tienen un voltaje de estabilización de 39 V y están conectados en serie - 78 V.
Si al menos uno de los LED se rompe, los diodos zener se abrirán y el voltaje en el condensador C2 se estabilizará a 78 V, que es claramente más bajo que el voltaje de funcionamiento del condensador C2, por lo que no habrá explosión.
El diseño de una lámpara LED casera se muestra en la Figura 8. Como se puede ver en la figura, se ensambla en una carcasa de una lámpara de ahorro de energía inutilizable con una base E-27.
Figura 8
La placa de circuito impreso en la que se colocan todas las partes está hecha de lámina de fibra de vidrio en cualquiera de las formas disponibles en el hogar. Para instalar los LED, se perforaron orificios de 0,8 mm de diámetro en el tablero y 1,0 mm para las partes restantes. Un dibujo de placa de circuito se muestra en la Figura 9.
Figura 9. La placa de circuito impreso y la ubicación de las partes en ella.
La ubicación de las piezas en el tablero se muestra en la Figura 9c. Todas las partes, excepto los LED, se instalan en el costado del tablero, donde no hay pistas impresas. Un puente también está instalado en el mismo lado, también se muestra en la figura.
Después de instalar todas las partes en el lateral de la lámina, se instalan los LED. La instalación de los LED debe comenzar desde la mitad del tablero, moviéndose gradualmente hacia la periferia. Los LED deben sellarse en serie, es decir, el terminal positivo de un LED está conectado al terminal negativo del otro.
El diámetro del LED puede ser cualquiera dentro de 3 ... 10 mm. En este caso, las conclusiones de los LED deben dejarse al menos 5 mm de largo de la placa. De lo contrario, los LED simplemente se pueden sobrecalentar al soldar. La duración de la soldadura, como se recomienda en todos los manuales, no debe exceder los 3 segundos.
Después de ensamblar y ajustar la placa, sus conclusiones deben soldarse a la base, y la placa misma se inserta en la caja. Además del caso indicado, es posible usar un caso más en miniatura, sin embargo, será necesario reducir el tamaño de la placa de circuito impreso, sin olvidar, sin embargo, las dimensiones de los condensadores C1 y C2.
Ver también: Historial de reparación de la lámpara LED
El diseño de lámpara LED más simple
Tal circuito se muestra en la Figura 10.
Figura 10. El diseño de lámpara LED más simple.
El circuito contiene un número mínimo de partes: solo 2 LED y resistencia de enfriamiento. El diagrama muestra que los LED se encienden en paralelo, en paralelo. Con esta inclusión, cada uno de ellos protege al otro del voltaje inverso, que es pequeño para los LED, y el voltaje de la red claramente no puede soportarlo. Además, esta doble inclusión aumentará la frecuencia de parpadeo de la lámpara LED a 100 Hz, lo que no se notará a la vista y no aburrirá la vista. Es suficiente recordar aquí cómo, para ahorrar dinero, las lámparas incandescentes comunes se conectaron a través de un diodo, por ejemplo, en las entradas. Actuaron muy desagradablemente en la visión.
Si no hay dos LED disponibles, uno de ellos puede reemplazarse con un diodo rectificador convencional, que protegerá el diodo emisor del voltaje inverso de la red. La dirección de su inclusión debe ser la misma que la del LED que falta. Con esta inclusión, la frecuencia de parpadeo del LED será de 25 Hz, lo que se notará a simple vista, como ya se describió anteriormente.
Para limitar la corriente a través de los LED a 20 mA, la resistencia R1 debe tener una resistencia en el rango de 10 ... 11 KOhm. Al mismo tiempo, su potencia debe ser de al menos 5 vatios. Para reducir el calentamiento, puede estar compuesto por varias, la mejor de las tres resistencias de 2 W.
Los LED se pueden usar igual que los mencionados en esquemas anteriores o que se pueden comprar. Al comprar, debe conocer con precisión la marca del LED para determinar su corriente continua nominal. Según la magnitud de esta corriente, se selecciona la resistencia de la resistencia R1.
El diseño de la lámpara ensamblada de acuerdo con este esquema difiere poco de las dos anteriores: también se puede hacer en la carcasa con una lámpara fluorescente de bajo consumo que no se puede utilizar. La simplicidad del circuito ni siquiera implica la presencia de una placa de circuito impreso: las partes se pueden conectar mediante montaje en la pared, por lo tanto, como se dice en tales casos, el diseño es arbitrario.
Ver también en i.electricianexp.com
: