categorieën: Praktische elektronica, Lichtbronnen, Alles over LED's, Hoe werkt het
Aantal keer bekeken: 440310
Reacties op het artikel: 52
Hoe zijn LED-lampen
Het artikel gaat over het ontwerp van LED-lampen. Verschillende schema's van verschillende complexiteit worden overwogen en aanbevelingen worden gegeven voor de onafhankelijke vervaardiging van LED-lichtbronnen die zijn aangesloten op een 220 V-netwerk.
Voordelen van spaarlampen
De voordelen van spaarlampen zijn algemeen bekend. Allereerst is het eigenlijk een laag energieverbruik en bovendien een hoge betrouwbaarheid. Momenteel zijn de meest voorkomende fluorescentielampen. Zo'n lamp stroomverbruik 20 watt, geeft dezelfde verlichting als een gloeilamp van honderd watt. Het is gemakkelijk om te berekenen dat energiebesparingen vijf keer zijn.
Onlangs worden LED-lampen beheerst in productie. De indicatoren voor efficiëntie en duurzaamheid zijn veel hoger dan die van fluorescentielampen. In dit geval wordt elektriciteit tien keer minder verbruikt dan gloeilampen. De duurzaamheid van LED-lampen kan 50 of meer duizend uur bedragen.
Nieuwe generatie lichtbronnen zijn natuurlijk duurder dan eenvoudige gloeilampen, maar verbruiken aanzienlijk minder stroom en hebben een langere levensduur. De laatste twee indicatoren zijn ontworpen om de hoge kosten van nieuwe soorten lampen te compenseren.
Praktische circuits van LED-lampen
Als eerste voorbeeld kunnen we het apparaat van een LED-lamp beschouwen die is ontwikkeld door het bedrijf "SEA Electronics" met behulp van gespecialiseerde microschakelingen. Het elektrische circuit van een dergelijke lamp is weergegeven in figuur 1.
Figuur 1. Schema van de LED-lamp van het bedrijf "SEA Electronics"
Tien jaar geleden konden LED's alleen als indicatoren worden gebruikt: de lichtintensiteit was niet meer dan 1,5 ... 2 microkanalen. Super felle LED's zijn nu verschenen, waarin de stralingskracht enkele tientallen candela bereikt.
Bij het gebruik van krachtige LED's in combinatie met halfgeleideromzetters werd het mogelijk om lichtbronnen te creëren die de concurrentie met gloeilampen kunnen weerstaan. Een vergelijkbare omzetter wordt getoond in figuur 1. Het circuit is vrij eenvoudig en bevat een klein aantal onderdelen. Dit wordt bereikt door het gebruik van gespecialiseerde microschakelingen.
De eerste IC1 BP5041-chip is een AC / DC-converter. Het structurele diagram is weergegeven in figuur 2.
Figuur 2. Blokdiagram van BP5041.
De microschakeling is gemaakt in het SIP-type geval getoond in figuur 3.
Figuur 3
Een converter aangesloten op een 220V verlichtingsnetwerk levert een 5V uitgangsspanning bij een stroom van ongeveer 100 milliampère. Verbinding met het netwerk is via een gelijkrichter gemaakt op de diode D1 (in principe is het mogelijk om een brugschakeling van de gelijkrichter te gebruiken) en een condensator C3. Weerstand R1 en condensator C2 elimineren impulsruis. Zie ook - Hoe een LED-lamp op een 220 V-netwerk aan te sluiten.
Het gehele apparaat wordt beschermd door een F1-zekering, waarvan de classificatie niet hoger mag zijn dan die aangegeven op het diagram. Condensator C3 is ontworpen om de rimpel van de uitgangsspanning van de omzetter af te vlakken. Opgemerkt moet worden dat de uitgangsspanning geen galvanische isolatie van het netwerk heeft, wat volledig onnodig is in dit circuit, maar speciale zorg vereist en de veiligheidsregels in acht moet nemen tijdens productie en inbedrijfstelling.
Condensatoren C3 en C2 moeten een bedrijfsspanning hebben van minimaal 450 V. Condensator C2 moet film of keramiek zijn. Weerstand R1 kan een weerstand hebben in het bereik van 10 ... 20 Ohm, wat voldoende is voor de normale werking van de omzetter.
Het gebruik van deze converter elimineert de noodzaak van een step-down transformator, die de totale afmetingen van het apparaat aanzienlijk vermindert.
Een onderscheidend kenmerk van de BP5041-chip is de aanwezigheid van een ingebouwde inductor zoals weergegeven in figuur 2, die het aantal hulpstukken en de totale grootte van de printplaat vermindert.
Als diode D1 is elke diode met een omkeerspanning van minimaal 800 V en een gelijkgerichte stroom van minimaal 500 mA geschikt. De wijdverbreide importdiode 1N4007 voldoet volledig aan dergelijke voorwaarden. een varistor VAR1 van het type FNR-10K391 is geïnstalleerd aan de ingang van de gelijkrichter. Het doel is om het hele apparaat te beschermen tegen impulsgeluid en statische elektriciteit.
De tweede IC-chip, type HV9910, is een PWM-stroomstabilisator voor superheldere LED's. Met behulp van een externe MOSFET-transistor kan de stroom worden ingesteld in het bereik van enkele milliampère tot 1A. Deze stroom wordt ingesteld door de weerstand R3 in het feedbackcircuit. De chip is beschikbaar in SO-8 (LG) en SO-16 (NG). Het uiterlijk ervan wordt getoond in figuur 4 en in figuur 5 een blokdiagram.
Figuur 4. Chip HV9910.
Figuur 5. Blokdiagram van de HV9910-chip.
Met behulp van weerstand R2 kan de frequentie van de interne oscillator worden gevarieerd in het bereik van 20 ... 120 KHz. Met de weerstand van de weerstand R2 aangegeven in het diagram, zal deze ongeveer 50 KHz zijn.
De inductor L1 is ontworpen om energie op te slaan terwijl de transistor VT1 open is. Wanneer de transistor sluit, wordt de energie opgeslagen in de smoorklep via de hoge snelheid Schottky-diode D2 overgebracht naar de LED's D3 ... D6.
Dit is het moment om de zelfinductie en de Lenz-regel in herinnering te brengen. Volgens deze regel heeft de inductiestroom altijd een zodanige richting dat zijn magnetische flux veranderingen in de externe magnetische flux compenseert, die (verandering) deze stroom veroorzaakten. Daarom heeft de richting van de EMF van zelfinductie een richting tegengesteld aan de richting van de EMF van de stroombron. Daarom zijn de LED's in de tegenovergestelde richting ingeschakeld ten opzichte van de voedingsspanning (pin 1 van IC2, in het diagram aangegeven als VIN). Aldus zenden de LED's licht uit als gevolg van de EMF van de zelfinductiespoel L1.
In dit ontwerp worden 4 superheldere LED's van het type TWW9600 gebruikt, hoewel het heel goed mogelijk is om andere typen LED's te gebruiken die door andere bedrijven zijn vervaardigd.
Om de helderheid van de LED's in de chip te regelen, is er een invoer PWM_D, PWM - modulatie van een externe generator. In dit schema wordt een dergelijke functie niet gebruikt.
Als u zelf zo'n LED-lamp maakt, moet u een behuizing met een schroefbasis van maat E27 gebruiken van een onbruikbare energiebesparende lamp met een vermogen van minimaal 20 watt. Het uiterlijk van de structuur is weergegeven in figuur 6.
Figuur 6. Zelfgemaakte LED-lamp.
Hoewel het beschreven schema vrij eenvoudig is, is het niet altijd mogelijk om het aan te bevelen voor zelfproductie: u kunt de op het schema aangegeven onderdelen niet kopen, of onvoldoende kwalificatie van de assembler. Sommigen zijn misschien gewoon bang: "Wat als het me niet lukt?". Voor dergelijke situaties kunt u verschillende eenvoudigere opties bieden, zowel in circuits als bij het aanschaffen van onderdelen.
Eenvoudige LED-thuislamp
Een eenvoudiger diagram van de LED-lamp is weergegeven in figuur 7.
Figuur 7
Dit diagram laat zien dat een bruggelijkrichter met capacitieve ballast wordt gebruikt om de LED's van stroom te voorzien, waardoor de uitgangsstroom wordt beperkt. Dergelijke voedingen zijn economisch en eenvoudig, niet bang voor kortsluiting, hun uitgangsstroom wordt beperkt door de capaciteit van de condensator. Dergelijke gelijkrichters worden vaak stroomstabilisatoren genoemd.
De rol van capacitieve ballast in het circuit wordt uitgevoerd door condensator C1. Bij een capaciteit van 0,47 μF moet de bedrijfsspanning van de condensator minimaal 630 V zijn. De capaciteit is zo ontworpen dat de stroom door de LED's ongeveer 20 mA is, wat de optimale waarde is voor LED's.
De rimpel van de gelijkgerichte brugspanning wordt afgevlakt door de elektrolytische condensator C2. Om de laadstroom op het moment van inschakelen te beperken, wordt een weerstand R1 gebruikt, die ook dient als een zekering in noodsituaties.Weerstanden R2 en R3 zijn ontworpen om condensatoren C1 en C2 te ontladen nadat het apparaat is losgekoppeld van het netwerk.
Om de afmetingen te verminderen, werd de bedrijfsspanning van de condensator C2 gekozen om slechts 100 V te zijn. In geval van doorslag (doorbranden) van ten minste een van de LED's, zal de condensator C2 worden opgeladen tot een spanning van 310 V, wat onvermijdelijk zal leiden tot zijn explosie. Om tegen deze situatie te beschermen, wordt deze condensator omgeleid door de zenerdioden VD2, VD3. Hun stabilisatiespanning kan als volgt worden bepaald.
Bij een nominale stroom door de LED van 20 mA wordt hierop een spanningsval gecreëerd, afhankelijk van het type, binnen 3,2 ... 3,8 V. (Een vergelijkbare eigenschap maakt in sommige gevallen het gebruik van LED's als zenerdiodes mogelijk). Daarom is het gemakkelijk om te berekenen dat als 20 LED's in het circuit worden gebruikt, de spanningsval over deze 65 ... 75 V zal zijn. Op dit niveau is de spanning over de condensator C2 beperkt.
Zenerdiodes moeten zo worden gekozen dat de totale stabilisatiespanning iets hoger is dan de spanningsval over de LED's. In dit geval zullen tijdens normaal bedrijf de zenerdioden worden gesloten en hebben ze geen invloed op de werking van het circuit. De zener-diodes 1N4754A die op het circuit zijn aangegeven, hebben een stabilisatiespanning van 39 V en zijn in serie geschakeld - 78 V.
Als ten minste een van de LED's breekt, gaan de zenerdioden open en wordt de spanning op de condensator C2 gestabiliseerd op 78 V, wat duidelijk lager is dan de bedrijfsspanning van de condensator C2, dus er is geen explosie.
Het ontwerp van een zelfgemaakte LED-lamp wordt weergegeven in figuur 8. Zoals te zien is in de afbeelding, is deze in een behuizing geassembleerd uit een onbruikbare energiebesparende lamp met een E-27-voet.
Figuur 8
De printplaat waarop alle onderdelen worden geplaatst, is op een van de manieren die thuis beschikbaar is gemaakt van folie. Om de LED's te installeren, werden gaten met een diameter van 0,8 mm op de plaat geboord en 1,0 mm voor de resterende delen. Een tekening van de printplaat is weergegeven in figuur 9.
Figuur 9. De printplaat en de locatie van de onderdelen erop.
De locatie van onderdelen op het bord is weergegeven in figuur 9c. Alle onderdelen behalve LED's zijn geïnstalleerd aan de zijkant van het bord, waar er geen gedrukte tracks zijn. Een jumper is ook aan dezelfde kant geïnstalleerd, ook weergegeven in de afbeelding.
Nadat alle onderdelen aan de zijkant van de folie zijn geïnstalleerd, worden LED's geïnstalleerd. De installatie van LED's moet beginnen vanaf het midden van het bord en geleidelijk naar de periferie gaan. De LED's moeten in serie worden verzegeld, dat wil zeggen dat de positieve aansluiting van de ene LED is verbonden met de negatieve aansluiting van de andere.
De diameter van de LED kan binnen 3 ... 10 mm zijn. In dit geval moeten de conclusies van de LED's minstens 5 mm lang van het bord blijven. Anders kunnen de LED's tijdens het solderen eenvoudig oververhit raken. De duur van het solderen, zoals aanbevolen in alle handleidingen, mag niet langer zijn dan 3 seconden.
Nadat het bord is geassembleerd en aangepast, moeten de conclusies aan de basis worden gesoldeerd en moet het bord zelf in de behuizing worden geplaatst. Naast het aangegeven geval is het mogelijk om een meer miniatuurgeval te gebruiken, maar het zal nodig zijn om de grootte van de printplaat te verkleinen, zonder echter de afmetingen van de condensatoren C1 en C2 te vergeten.
Zie ook: Geschiedenis reparatie LED-lamp
Het eenvoudigste LED-lampontwerp
Een dergelijke schakeling is weergegeven in figuur 10.
Figuur 10. Het eenvoudigste LED-lampontwerp.
Het circuit bevat een minimum aantal onderdelen: slechts 2 LED's en blusweerstand. Het diagram toont dat de LED's parallel zijn ingeschakeld - parallel. Met deze opname beschermt elk van hen de andere tegen omgekeerde spanning, die klein is voor de LED's, en de netspanning kan er duidelijk niet tegen. Bovendien zal een dergelijke dubbele opname de flikkeringsfrequentie van de LED-lamp verhogen tot 100 Hz, wat niet merkbaar is voor het oog en het zicht niet zal doorboren. Het is voldoende om eraan te herinneren hoe, om geld te besparen, gewone gloeilampen werden verbonden via een diode, bijvoorbeeld in ingangen. Ze reageerden heel onaangenaam op het gezichtsvermogen.
Als er geen twee LED's beschikbaar zijn, kan een ervan worden vervangen door een conventionele gelijkrichterdiode, die de emitterende diode beschermt tegen de omgekeerde spanning van het netwerk. De richting van de opname moet hetzelfde zijn als die van de ontbrekende LED. Met deze opname zal de flikkeringsfrequentie van de LED 25 Hz zijn, wat merkbaar zal zijn voor het oog, zoals reeds hierboven beschreven.
Om de stroom door de LED's te beperken tot een niveau van 20 mA, moet de weerstand R1 een weerstand hebben in het bereik van 10 ... 11 KOhm. Tegelijkertijd moet het vermogen minimaal 5 watt zijn. Om verwarming te verminderen, kan het uit verschillende, beste van alle drie, 2 W weerstanden worden samengesteld.
LED's kunnen op dezelfde manier worden gebruikt als die in eerdere schema's of die kunnen worden gekocht. Wanneer u koopt, moet u het merk van de LED nauwkeurig kennen om de nominale gelijkstroom te bepalen. Op basis van de grootte van deze stroom wordt de weerstand van de weerstand R1 gekozen.
Het ontwerp van de lamp die volgens dit schema is geassembleerd, verschilt weinig van de twee voorgaande: het kan ook in de behuizing worden gemaakt van een onbruikbare energiebesparende fluorescentielamp. De eenvoud van het circuit impliceert niet eens de aanwezigheid van een printplaat: de onderdelen kunnen worden verbonden door wandmontage, daarom is het ontwerp, zoals ze in dergelijke gevallen zeggen, willekeurig.
Zie ook op i.electricianexp.com
: