kategorije: Praktična elektronika, Izvori svjetlosti, Sve o LED-ima, Kako to djeluje
Broj pregleda: 440310
Komentari na članak: 52
Kako su LED svjetiljke
Članak govori o dizajnu LED svjetiljki. Razmatra se nekoliko shema različite složenosti i daju se preporuke za samostalnu proizvodnju LED izvora koji su spojeni na 220 V mrežu.
Prednosti štednih žarulja
Prednosti energetski štednih svjetiljki nadaleko su poznate. Prije svega, zapravo je mala potrošnja energije, a uz to i visoka pouzdanost. Trenutno su najrasprostranjenije fluorescentne svjetiljke. Takva svjetiljka potrošnja energije 20 vata, daje isto osvjetljenje kao žarulja sa žarnom niti od sto vata. Lako je izračunati da su uštede energije pet puta.
Odnedavno se LED svjetiljke ovladavaju u proizvodnji. Pokazatelji učinkovitosti i trajnosti su mnogo veći nego kod fluorescentnih svjetiljki. U ovom se slučaju električne energije troše deset puta manje nego žarulje sa žarnom niti. Trajnost LED svjetiljki može doseći 50 ili više tisuća sati.
Izvori svjetlosti nove generacije, naravno, skuplji su od jednostavnih žarulja sa žarnom niti, ali troše znatno manje snage i imaju povećanu izdržljivost. Posljednja dva pokazatelja su dizajnirana da nadoknade visoku cijenu novih vrsta svjetiljki.
Praktični sklopovi LED svjetiljki
Kao prvi primjer možemo uzeti uređaj LED svjetiljke koju je razvila tvrtka "SEA Electronics" koristeći specijalizirane mikro kruge. Električni krug takve svjetiljke prikazan je na slici 1.
Slika 1. Shema LED svjetiljke tvrtke "SEA Electronics"
Prije deset godina, LED diode mogle su se koristiti samo kao pokazatelji: intenzitet svjetlosti nije bio veći od 1,5 ... 2 mikrokandila. Sada su se pojavile super svijetle LED diode u kojima snaga zračenja doseže nekoliko desetaka kandela.
Kada se koriste LED velike snage u kombinaciji s poluvodičkim pretvaračima, postalo je moguće stvaranje izvora svjetlosti koji mogu izdržati konkurenciju sa žaruljama sa žarnom niti. Sličan pretvarač prikazan je na slici 1. Krug je prilično jednostavan i sadrži mali broj dijelova. To se postiže korištenjem specijaliziranih mikro krugova.
Prvi IC1 BP5041 čip je AC / DC pretvarač. Njegov strukturni dijagram prikazan je na slici 2.
Slika 2. Blok dijagram BP5041.
Mikrokruga je napravljena u slučaju tipa SIP prikazanom na slici 3.
Slika 3
Pretvarač spojen na 220V rasvjetnu mrežu osigurava izlazni napon od 5 V uz struju od oko 100 milliamps. Spajanje na mrežu vrši se preko ispravljača napravljenog na diodi D1 (u načelu je moguće koristiti mostni krug ispravljača) i kondenzatora C3. Otpornik R1 i kondenzator C2 uklanjaju impulsnu buku. Vidi također - Kako spojiti LED svjetiljku na 220 V mrežu.
Cijeli je uređaj zaštićen osiguračem F1, čija ocjena ne smije prelaziti vrijednost navedenu na dijagramu. Kondenzator C3 dizajniran je za glačanje pukotina izlaznog napona pretvarača. Treba napomenuti da izlazni napon nema galvansku izolaciju od mreže, što je u ovom krugu potpuno nepotrebno, ali zahtijeva posebnu brigu i poštivanje sigurnosnih pravila tijekom proizvodnje i puštanja u pogon.
Kondenzatori C3 i C2 moraju biti na radnom naponu od najmanje 450 V. Kondenzatori C2 moraju biti filmski ili keramički. Otpornik R1 može imati otpor u rasponu od 10 ... 20 Ohma, što je dovoljno za normalan rad pretvarača.
Upotreba ovog pretvarača eliminira potrebu za padajućim transformatorom, što značajno smanjuje ukupne dimenzije uređaja.
Izrazito svojstvo čipa BP5041 je prisutnost ugrađenog induktora kao što je prikazano na slici 2, što smanjuje broj priključaka i ukupnu veličinu pločice.
Kao dioda D1 pogodna je svaka dioda s povratnim naponom od najmanje 800 V i ispravljenom strujom od najmanje 500 mA. Široko rasprostranjena uvozna dioda 1N4007 u potpunosti zadovoljava takve uvjete. na ulazu ispravljača instaliran je varistor VAR1 tipa FNR-10K391. Njegova je svrha zaštititi cijeli uređaj od impulsne buke i statičkog elektriciteta.
Drugi IC čip, tip HV9910, stabilizator je trenutnog PWM-a za super svijetle LED-ove. Koristeći vanjski MOSFET tranzistor, struja se može podesiti u rasponu od nekoliko milliamps do 1A. Ovu struju postavlja otpornik R3 u povratnom krugu. Čip je dostupan u SO-8 (LG) i SO-16 (NG). Njegov izgled prikazan je na slici 4, a na slici 5 blok-dijagram.
Slika 4. Čip HV9910.
Slika 5. Blok dijagram čipa HV9910.
Pomoću otpornika R2 frekvencija unutarnjeg oscilatora može se mijenjati u rasponu od 20 ... 120 KHz. S otporom otpornika R2 navedenim na dijagramu iznosit će oko 50 KHz.
Induktor L1 dizajniran je za spremanje energije dok je tranzistor VT1 otvoren. Kad se tranzistor zatvori, energija pohranjena u induktoru prenosi se putem brze Schottky-ove diode D2 na LED D3 ... D6.
Evo vremena da se prisjetimo samoindukcije i Lenzove vladavine. Prema ovom pravilu, indukcijska struja uvijek ima takav smjer da njezin magnetski tok nadoknađuje promjene u vanjskom magnetskom toku, koji je (promjena) uzrokovao ovu struju. Stoga, smjer EMF-a samoindukcije ima smjer suprotan smjeru EMF-a izvora energije. Zato su LED diode uključene u suprotnom smjeru s obzirom na napon napajanja (pin 1 IC2, naznačen na dijagramu kao VIN). Tako LED diode emitiraju svjetlost zbog EMF samoinduktivne zavojnice L1.
U ovom dizajnu koriste se 4 super sjajne LED diode tipa TWW9600, iako je sasvim moguće koristiti i druge vrste LED-ova proizvedenih od drugih tvrtki.
Za kontrolu svjetline LED-ova u čipu nalazi se ulazni PWM_D, PWM - modulacija iz vanjskog generatora. U ovoj se shemi takva funkcija ne koristi.
Ako sami izrađujete takvu LED svjetiljku, trebali biste koristiti kućište s vijčanim postoljem veličine E27 od neupotrebljive žarulje koja štedi energiju snage najmanje 20 vata. Izgled građevine prikazan je na slici 6.
Slika 6. Domaća LED svjetiljka.
Iako je opisana shema vrlo jednostavna, nije je uvijek moguće preporučiti za samostalnu proizvodnju: ili nećete moći kupiti dijelove naznačene na shemi, ili je nedovoljna kvalifikacija montera. Neki se mogu samo uplašiti: "Što ako ne uspijem?". Za takve situacije možete ponuditi još nekoliko jednostavnih opcija i u krugu i u nabavi dijelova.
Jednostavna LED svjetiljka za dom
Jednostavniji dijagram LED svjetiljke prikazan je na slici 7.
Slika 7
Ovaj dijagram pokazuje da se mostni ispravljač s kapacitivnim balastom koristi za napajanje LED dioda, što ograničava izlaznu struju. Takva napajanja su ekonomična i jednostavna, ne boje se kratkih spojeva, njihova je izlazna struja ograničena kapacitetom kondenzatora. Takvi ispravljači često se nazivaju stabilizatori struje.
Ulogu kapacitivnog balasta u krugu vrši kondenzator C1. S kapacitetom od 0,47 µF, radni napon kondenzatora mora biti najmanje 630 V. Kapacitet mu je dizajniran tako da struja kroz LED diode iznosi oko 20 mA, što je optimalna vrijednost za LED diode.
Osip napona ispravljenog mosta izglađuje se elektrolitičkim kondenzatorom C2. Za ograničavanje struje punjenja u vrijeme uključivanja koristi se otpornik R1 koji također služi kao osigurač u izvanrednim situacijama.Otpornici R2 i R3 dizajnirani su za pražnjenje kondenzatora C1 i C2 nakon isključivanja uređaja s mreže.
Za smanjenje dimenzija odabran je radni napon kondenzatora C2 koji iznosi samo 100 V. U slučaju kvara (izgaranja) barem jednog od LED dioda kondenzator C2 napuniće se do napona od 310 V, što neminovno dovodi do njegove eksplozije. Da bi se zaštitio od ove situacije, ovaj kondenzator aktivira zener dioda VD2, VD3. Njihov stabilizacijski napon može se odrediti na sljedeći način.
Pri nazivnoj struji kroz LED od 20 mA stvara se pad napona na njemu, ovisno o vrsti, unutar 3,2 ... 3,8 V. (Slično svojstvo u nekim slučajevima omogućuje upotrebu LED-a kao zener dioda). Stoga je lako izračunati da ako se u krugu koristi 20 LED-ova, tada će pad napona preko njih biti 65 ... 75 V. Upravo je na ovoj razini napon preko kondenzatora C2 ograničen.
Zener diode treba odabrati tako da je ukupni napon stabilizacije malo veći od pada napona preko LED dioda. U tom će slučaju tijekom normalnog rada zener diode biti zatvorene i neće utjecati na rad kruga. Zener diode 1N4754A naznačene na krugu imaju stabilizacijski napon od 39 V, a serijski spojene - 78 V.
Ako se barem jedan od LED dioda pokvari, zener diode će se otvoriti i napon na kondenzatoru C2 stabilizirat će se na 78 V, što je očito niže od radnog napona kondenzatora C2, tako da neće doći do eksplozije.
Dizajn kućne LED svjetiljke prikazan je na slici 8. Kao što se može vidjeti na slici, ona je sastavljena u kućištu od neupotrebljive žarulje koja štedi energiju s bazom E-27.
Slika 8
Ploča s tiskanim pločama na kojoj su postavljeni svi dijelovi izrađena je od folijskih stakloplastika na bilo koji način koji je dostupan kod kuće. Da biste ugradili LED-ove, na ploči su izbušene rupe promjera 0,8 mm, a za preostale dijelove 1,0 mm. Crtež na ploči prikazan je na slici 9.
Slika 9. Ploča s tiskanim krugom i položaj dijelova na njoj.
Položaj dijelova na ploči prikazan je na slici 9c. Svi dijelovi osim LED dioda nalaze se na bočnoj strani ploče, gdje nema ispisanih zapisa. Na istoj je strani instaliran i skakač, koji je također prikazan na slici.
Nakon ugradnje svih dijelova sa strane folije ugrađuju se LED-ovi. Ugradnja LED dioda trebala bi početi od sredine ploče, postupno se krećući prema periferiji. LED diode moraju biti zapečaćene serijski, to jest pozitivni terminal jedne LED spojen je na negativni terminal drugog.
Promjer LED-a može biti bilo koji unutar 3 ... 10 mm. U tom slučaju, zaključke LED dioda trebaju biti ostavljene najmanje 5 mm od ploče. Inače se kod lemljenja LED-ovi mogu jednostavno pregrijati. Trajanje lemljenja, kao što je preporučeno u svim priručnicima, ne smije biti veće od 3 sekunde.
Nakon što se ploča sastavi i prilagodi, njeni zaključci moraju biti lemljeni na podlogu, a sama ploča mora biti umetnuta u kofer. Pored navedenog slučaja, moguće je koristiti i minijaturnije kućište, no bit će potrebno smanjiti veličinu tiskane pločice, ne zaboravljajući, međutim, dimenzije kondenzatora C1 i C2.
Vidi također: Povijest popravka LED svjetiljki
Najjednostavniji dizajn LED svjetiljke
Takav je krug prikazan na slici 10.
Slika 10. Najjednostavniji dizajn LED svjetiljke.
Strujni krug sadrži minimalan broj dijelova: samo 2 LED i gasi otpornik, Iz dijagrama je vidljivo da su LED diode uključene paralelno - paralelno. Ovim uključivanjem svaka od njih štiti drugu od obrnutog napona, što je malo za LED, a mrežni napon to očito ne može podnijeti. Pored toga, takvo dvostruko uključivanje povećaće frekvenciju treperenja LED svjetiljke na 100 Hz, što oku neće biti uočljivo i neće opterećivati vid. Dovoljno je ovdje podsjetiti kako su se, kako bi se uštedio novac, obične žarulje sa žarnom niti spojile preko diode, na primjer, u ulaze. Djelovali su vrlo neugodno na vid.
Ako dvije LED nisu dostupne, jedan od njih može se zamijeniti konvencionalnom ispravljačkom diodom, koja će zaštititi diodu od obrnutog napona mreže. Smjer njegovog uključivanja trebao bi biti isti kao u LED-u koji nedostaje. S ovim uključivanjem, frekvencija treperenja LED-a bit će 25 Hz, što će biti vidljivo oku, kao što je već opisano gore.
Za ograničavanje struje putem LED dioda na razini od 20 mA, otpornik R1 mora imati otpor u rasponu od 10 ... 11 KOhm. Istodobno, njegova snaga trebala bi biti najmanje 5 vata. Da biste smanjili grijanje, može se sastojati od nekoliko, najbolje od sva tri, 2 W otpornika.
LED diode se mogu koristiti na isti način kao što je spomenuto u prethodnim shemama ili koje se mogu kupiti. Pri kupnji trebate točno znati marku LED kako biste odredili njegovu nazivnu istosmjernu struju. Na temelju veličine ove struje odabire se otpor otpornika R1.
Dizajn svjetiljke sastavljene prema ovoj shemi malo se razlikuje od dva prethodna: u kućištu se može izraditi i od neupotrebljive fluorescentne svjetiljke koja štedi energiju. Jednostavnost kruga ne podrazumijeva čak i prisutnost tiskane pločice: dijelovi se mogu povezati zidnom ugradnjom, stoga je, kako kažu u takvim slučajevima, dizajn proizvoljan.
Pogledajte također na elektrohomepro.com
: