Κατηγορίες: Πρακτικά ηλεκτρονικά, Πηγές φωτός, Όλα για τις λυχνίες LED, Πώς λειτουργεί
Αριθμός προβολών: 440310
Σχόλια σχετικά με το άρθρο: 52
Πώς είναι οι λαμπτήρες LED
Το άρθρο μιλά για το σχεδιασμό των λαμπτήρων LED. Εξετάζονται διάφορα συστήματα διαφορετικής πολυπλοκότητας και διατυπώνονται συστάσεις για την ανεξάρτητη κατασκευή φωτεινών πηγών LED συνδεδεμένων σε δίκτυο 220 V.
Οφέλη από λάμπες εξοικονόμησης ενέργειας
Τα πλεονεκτήματα των λαμπτήρων εξοικονόμησης ενέργειας είναι ευρέως γνωστά. Πρώτα απ 'όλα, είναι πραγματικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, και επιπλέον υψηλή αξιοπιστία. Επί του παρόντος, οι πιο διαδεδομένες λάμπες φθορισμού. Μια τέτοια λάμπα κατανάλωση ισχύος 20 watts, δίνει τον ίδιο φωτισμό με μια λαμπτήρα πυρακτώσεως εκατό watt. Είναι εύκολο να υπολογίσετε ότι η εξοικονόμηση ενέργειας είναι πέντε φορές.
Πρόσφατα, οι λαμπτήρες LED ελέγχονται στην παραγωγή. Οι δείκτες απόδοσης και ανθεκτικότητας είναι πολύ υψηλότεροι από τους δείκτες λαμπτήρων φθορισμού. Στην περίπτωση αυτή, ο ηλεκτρισμός καταναλώνεται δέκα φορές λιγότερο από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Η αντοχή των λαμπτήρων LED μπορεί να φτάσει τις 50 ή περισσότερες χιλιάδες ώρες.
Οι πηγές φωτός νέας γενιάς, φυσικά, είναι ακριβότερες από τις απλές λάμπες πυρακτώσεως, αλλά καταναλώνουν σημαντικά λιγότερη ισχύ και έχουν αυξημένη ανθεκτικότητα. Οι δύο τελευταίοι δείκτες έχουν σχεδιαστεί για να αντισταθμίζουν το υψηλό κόστος των νέων τύπων λαμπτήρων.
Πρακτικά κυκλώματα των λαμπτήρων LED
Ως πρώτο παράδειγμα, μπορούμε να εξετάσουμε τη συσκευή του λαμπτήρα LED που αναπτύχθηκε από την εταιρεία "SEA Electronics" χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα μικροκυκλώματα. Το ηλεκτρικό κύκλωμα ενός τέτοιου λαμπτήρα φαίνεται στο σχήμα 1.
Σχήμα 1. Σχέδιο του λαμπτήρα LED της εταιρείας "SEA Electronics"
Πριν από δέκα χρόνια, οι λυχνίες LED μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως δείκτες: η ένταση του φωτός δεν ήταν πάνω από 1,5 ... 2 μικροχαλίνες. Έχουν εμφανιστεί εξαιρετικά φωτεινά LED, στα οποία η ισχύς ακτινοβολίας φθάνει σε αρκετές δεκάδες candela.
Όταν χρησιμοποιείτε LED υψηλής ισχύος σε συνδυασμό με μετατροπείς ημιαγωγών, κατέστη δυνατή η δημιουργία φωτεινών πηγών που μπορούν να αντέξουν τον ανταγωνισμό με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Ένας παρόμοιος μετατροπέας φαίνεται στο σχήμα 1. Το κύκλωμα είναι αρκετά απλό και περιέχει ένα μικρό αριθμό εξαρτημάτων. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση εξειδικευμένων μικροκυκλωμάτων.
Το πρώτο τσιπ IC1 BP5041 είναι ένας μετατροπέας AC / DC. Το δομικό διάγραμμα του φαίνεται στο σχήμα 2.
Εικόνα 2. Δομικό διάγραμμα του BP5041.
Ο μικροκυκλώτης κατασκευάζεται στην περίπτωση τύπου SIP που φαίνεται στο σχήμα 3.
Σχήμα 3
Ένας μετατροπέας συνδεδεμένος σε ένα δίκτυο φωτισμού 220V παρέχει μια τάση εξόδου 5V με ρεύμα περίπου 100 milliamps. Η σύνδεση στο δίκτυο γίνεται μέσω ενός ανορθωτή που γίνεται στη δίοδο D1 (κατ 'αρχήν, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί κύκλωμα γέφυρας του ανορθωτή) και ένας πυκνωτής C3. Η αντίσταση R1 και ο πυκνωτής C2 εξαλείφουν τον θόρυβο του παλμού. Δείτε επίσης - Πώς να συνδέσετε μια λυχνία LED σε ένα δίκτυο 220 V.
Ολόκληρη η συσκευή προστατεύεται με ασφάλεια F1, η οποία δεν πρέπει να υπερβαίνει την ονομαστική τιμή που υποδεικνύεται στο διάγραμμα. Ο πυκνωτής C3 έχει σχεδιαστεί για να εξομαλύνει την κυμάτωση της τάσης εξόδου του μετατροπέα. Πρέπει να σημειωθεί ότι η τάση εξόδου δεν έχει γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο, η οποία είναι εντελώς περιττή σε αυτό το κύκλωμα, αλλά απαιτεί ιδιαίτερη φροντίδα και τήρηση των κανόνων ασφαλείας κατά την κατασκευή και θέση σε λειτουργία.
Οι πυκνωτές C3 και C2 πρέπει να έχουν τάση λειτουργίας τουλάχιστον 450 V. Ο πυκνωτής C2 πρέπει να είναι φιλμ ή κεραμικό. Η αντίσταση R1 μπορεί να έχει αντίσταση στην περιοχή των 10 ... 20 Ohms, η οποία είναι αρκετή για την κανονική λειτουργία του μετατροπέα.
Η χρήση αυτού του μετατροπέα εξαλείφει την ανάγκη για ένα μετασχηματιστή βηματισμού, ο οποίος μειώνει σημαντικά τις συνολικές διαστάσεις της συσκευής.
Ένα χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό του τσιπ BP5041 είναι η παρουσία ενός ενσωματωμένου επαγωγέα όπως φαίνεται στο σχήμα 2, το οποίο μειώνει τον αριθμό των εξαρτημάτων και το συνολικό μέγεθος της πλακέτας.
Ως δίοδος D1, κατάλληλη δίοδος με αντίστροφη τάση τουλάχιστον 800 V και διορθωμένο ρεύμα τουλάχιστον 500 mA. Η ευρέως διαδεδομένη δίοδος εισαγωγής 1N4007 ικανοποιεί πλήρως τέτοιες συνθήκες. ένας varistor VAR1 τύπου FNR-10K391 είναι εγκατεστημένος στην είσοδο του ανορθωτή. Σκοπός του είναι να προστατεύσει ολόκληρη τη συσκευή από τον θόρυβο και τον στατικό ηλεκτρισμό.
Το δεύτερο chip IC, τύπου HV9910, είναι ένας σταθεροποιητής ρεύματος PWM για εξαιρετικά φωτεινά LED. Χρησιμοποιώντας ένα εξωτερικό τρανζίστορ MOSFET, το ρεύμα μπορεί να ρυθμιστεί στην περιοχή από μερικά milliamps έως 1A. Αυτό το ρεύμα ρυθμίζεται από την αντίσταση R3 στο κύκλωμα ανάδρασης. Το τσιπ είναι διαθέσιμο σε SO-8 (LG) και SO-16 (NG). Η εμφάνισή του φαίνεται στο Σχήμα 4, και στο Σχήμα 5 ένα μπλοκ διάγραμμα.
Σχήμα 4. Chip HV9910.
Εικόνα 5. Δομικό διάγραμμα του τσιπ HV9910.
Χρησιμοποιώντας την αντίσταση R2, η συχνότητα του εσωτερικού ταλαντωτή μπορεί να ποικίλει στην περιοχή των 20 ... 120 KHz. Με την αντίσταση της αντίστασης R2 που υποδεικνύεται στο διάγραμμα, θα είναι περίπου 50 KHz.
Ο επαγωγέας L1 έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει ενέργεια ενώ το τρανζίστορ VT1 είναι ανοιχτό. Όταν κλείσει το τρανζίστορ, η ενέργεια που αποθηκεύεται στο γκάζι μεταδίδεται μέσω της υψηλής ταχύτητας διόδου Schottky D2 στις LED D3 ... D6.
Εδώ είναι ο χρόνος για να ανακαλέσετε τον αυτοεπαναλήψεις και τον κανόνα Lenz. Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, το ρεύμα επαγωγής έχει πάντα μια τέτοια κατεύθυνση ώστε η μαγνητική του ροή να αντισταθμίζει τις αλλαγές στην εξωτερική μαγνητική ροή, η οποία (αλλαγή) προκάλεσε αυτό το ρεύμα. Επομένως, η κατεύθυνση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF) της αυτό-επαγωγής έχει διεύθυνση αντίθετη προς την κατεύθυνση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF) της πηγής ισχύος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα LED αναβοσβήνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με την τάση τροφοδοσίας (ακροδέκτης 1 του IC2, που υποδεικνύεται στο διάγραμμα ως VIN). Έτσι, τα LED εκπέμπουν φως λόγω του EMF του πηνίου αυτοεπαγωγής L1.
Σε αυτό το σχέδιο, χρησιμοποιούνται 4 υπερσύγχρονα LED του τύπου TWW9600, παρόλο που είναι αρκετά πιθανό να χρησιμοποιηθούν και άλλοι τύποι LED που κατασκευάζονται από άλλες εταιρείες.
Για τον έλεγχο της φωτεινότητας των LED στο τσιπ υπάρχει μια είσοδος PWM_D, PWM - διαμόρφωση από μια εξωτερική γεννήτρια. Σε αυτό το σχήμα, μια τέτοια λειτουργία δεν χρησιμοποιείται.
Εάν κάνετε μια τέτοια λυχνία LED μόνοι σας, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα περίβλημα με μέγεθος κοχλία E27 από ένα μη χρησιμοποιήσιμο λαμπτήρα εξοικονόμησης ενέργειας με ισχύ τουλάχιστον 20 Watt. Η εμφάνιση της δομής παρουσιάζεται στο Σχήμα 6.
Σχήμα 6. Λαμπτήρας LED σπιτιού.
Παρόλο που το περιγραφόμενο σχήμα είναι αρκετά απλό, δεν είναι πάντα εφικτό να το συστήσετε για αυτοπαραγωγή: είτε δεν θα έχετε τη δυνατότητα να αγοράσετε τα μέρη που αναφέρονται στο πρόγραμμα, είτε δεν έχετε επαρκείς γνώσεις του συναρμολογητή. Κάποιοι μπορεί απλά να φοβούνται: "Τι γίνεται αν δεν θα επιτύχω;". Για τέτοιες καταστάσεις, μπορείτε να προσφέρετε μερικές απλούστερες επιλογές τόσο σε κυκλώματα όσο και στην απόκτηση εξαρτημάτων.
Απλή λάμπα home LED
Ένα απλούστερο διάγραμμα της λυχνίας LED φαίνεται στο σχήμα 7.
Σχήμα 7
Αυτό το διάγραμμα δείχνει ότι ένας ανορθωτής γέφυρας με χωρητικό έρμα χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των LED, γεγονός που περιορίζει το ρεύμα εξόδου. Τέτοια τροφοδοτικά είναι οικονομικά και απλά, δεν φοβούνται τα βραχυκυκλώματα, το ρεύμα εξόδου τους περιορίζεται από την χωρητικότητα του πυκνωτή. Τέτοιοι ανορθωτές ονομάζονται συχνά τρέχοντες σταθεροποιητές.
Ο ρόλος του χωρητικού στραγγαλιστικού πηνίου στο κύκλωμα εκτελείται από τον πυκνωτή C1. Με χωρητικότητα 0,47 μF, η τάση λειτουργίας του πυκνωτή πρέπει να είναι τουλάχιστον 630 V. Η χωρητικότητά του έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το ρεύμα μέσω των LED να είναι περίπου 20 mA, που είναι η βέλτιστη τιμή για τα LED.
Η κυμάτωση της διορθωμένης τάσης της γέφυρας εξομαλύνεται από τον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή C2. Για να περιοριστεί το ρεύμα φόρτισης κατά την ενεργοποίηση, χρησιμοποιείται αντίσταση R1, η οποία επίσης χρησιμεύει ως ασφάλεια σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.Οι αντιστάσεις R2 και R3 έχουν σχεδιαστεί για να εκφορτίζουν τους πυκνωτές C1 και C2 μετά την αποσύνδεση της συσκευής από το δίκτυο.
Για να μειωθούν οι διαστάσεις, η τάση λειτουργίας του πυκνωτή C2 επιλέχθηκε να είναι μόνο 100 V. Σε περίπτωση διάσπασης τουλάχιστον ενός από τα LED, ο πυκνωτής C2 θα φορτιστεί σε τάση 310 V, πράγμα που αναπόφευκτα θα οδηγήσει στην έκρηξή του. Για την προστασία από αυτή την κατάσταση, αυτός ο πυκνωτής αποφεύγεται από τις διόδους zener VD2, VD3. Η τάση σταθεροποίησής τους μπορεί να καθοριστεί ως εξής.
Σε ονομαστικό ρεύμα μέσω της λυχνίας LED 20 mA, δημιουργείται μια πτώση τάσης, ανάλογα με τον τύπο, εντός 3,2 ... 3,8 V. (Μια παρόμοια ιδιότητα σε ορισμένες περιπτώσεις επιτρέπει τη χρήση LED ως διόδων zener). Επομένως, είναι εύκολο να υπολογίσετε ότι εάν χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα 20 LED, τότε η πτώση τάσης τους θα είναι 65 ... 75 V. Σε αυτό το επίπεδο η τάση στον πυκνωτή C2 θα είναι περιορισμένη.
Οι δίοδοι Zener θα πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε η συνολική τάση σταθεροποίησης να είναι ελαφρώς υψηλότερη από την πτώση τάσης στα LED. Σε αυτή την περίπτωση, κατά την κανονική λειτουργία, οι διόδους zener θα κλείσουν και δεν θα επηρεάσουν τη λειτουργία του κυκλώματος. Οι διόδους zener 1N4754A που υποδεικνύονται στο κύκλωμα έχουν τάση σταθεροποίησης 39 V και συνδέονται σε σειρά - 78 V.
Αν τουλάχιστον ένα από τα LED σπάσει, οι διόδους zener θα ανοίξουν και η τάση στον πυκνωτή C2 θα σταθεροποιηθεί στα 78 V, η οποία είναι σαφώς χαμηλότερη από την τάση λειτουργίας του πυκνωτή C2, έτσι δεν θα υπάρξει έκρηξη.
Ο σχεδιασμός μιας οικιακής λυχνίας LED φαίνεται στο σχήμα 8. Όπως φαίνεται από το σχήμα, συναρμολογείται σε ένα περίβλημα από μια άχρηστη λάμπα εξοικονόμησης ενέργειας με βάση E-27.
Σχήμα 8
Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος στην οποία τοποθετούνται όλα τα μέρη είναι κατασκευασμένη από φύλλο υαλοβάμβακα με οποιονδήποτε από τους διαθέσιμους τρόπους στο σπίτι. Για να εγκαταστήσετε τις λυχνίες LED, ανοίχτηκαν οπές διαμέτρου 0,8 mm στον πίνακα και 1,0 mm για τα υπόλοιπα μέρη. Ένα σχέδιο πλακέτας φαίνεται στο σχήμα 9.
Σχήμα 9. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η θέση των εξαρτημάτων πάνω σε αυτήν.
Η θέση των εξαρτημάτων στην σανίδα φαίνεται στο σχήμα 9γ. Όλα τα εξαρτήματα εκτός από τις λυχνίες LED τοποθετούνται στο πλάι της πλακέτας, όπου δεν υπάρχουν τυπωμένα κομμάτια. Ένας βραχυκυκλωτήρας είναι επίσης εγκατεστημένος στην ίδια πλευρά, όπως φαίνεται επίσης στο σχήμα.
Μετά την εγκατάσταση όλων των τμημάτων στην πλευρά του φύλλου, εγκαθίστανται τα LED. Η εγκατάσταση LED θα πρέπει να ξεκινά από τη μέση του πίνακα, μετακινώντας σταδιακά στην περιφέρεια. Τα LED πρέπει να είναι σφραγισμένα σε σειρά, δηλαδή, ο θετικός ακροδέκτης ενός LED είναι συνδεδεμένος στον αρνητικό ακροδέκτη του άλλου.
Η διάμετρος του LED μπορεί να είναι οποιουδήποτε μεγέθους μεταξύ 3 και 10 mm. Σε αυτή την περίπτωση, τα συμπεράσματα των LED θα πρέπει να παραμείνουν τουλάχιστον 5 mm μακριά από το διοικητικό συμβούλιο. Διαφορετικά, οι λυχνίες LED μπορούν απλά να υπερθερμανθούν κατά την συγκόλληση. Η διάρκεια συγκόλλησης, όπως συνιστάται σε όλα τα εγχειρίδια, δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 3 δευτερόλεπτα.
Αφού συναρμολογηθεί και ρυθμιστεί η πλακέτα, τα συμπεράσματά της πρέπει να συγκολληθούν στη βάση και η ίδια η σανίδα εισάγεται μέσα στην θήκη. Εκτός από την ενδεικνυόμενη περίπτωση, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί μια μικροσκοπική θήκη, ωστόσο, θα είναι απαραίτητο να μειωθεί το μέγεθος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, χωρίς να λησμονούμε, ωστόσο, τις διαστάσεις των πυκνωτών C1 και C2.
Δείτε επίσης: Ιστορικό επισκευής λαμπτήρων LED
Ο απλούστερος σχεδιασμός λαμπτήρων LED
Ένα τέτοιο κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα 10.
Σχήμα 10. Η απλούστερη σχεδίαση λαμπτήρων LED.
Το κύκλωμα περιέχει έναν ελάχιστο αριθμό εξαρτημάτων: μόνο 2 LED και αντιστάσεων σβέσης. Το διάγραμμα δείχνει ότι οι λυχνίες LED ανάβουν παράλληλα - παράλληλα. Με αυτή την ένταξη, το καθένα προστατεύει το άλλο από την αντίστροφη τάση, η οποία είναι μικρή για τα LED, και η τάση του δικτύου δεν μπορεί να αντέξει. Επιπλέον, μια τέτοια διπλή ένταξη θα αυξήσει τη συχνότητα τρεμοπαίγματος της λυχνίας LED στα 100 Hz, η οποία δεν θα παρατηρηθεί στο μάτι και δεν θα φέρει την όραση. Αρκεί να θυμηθούμε πώς, για να εξοικονομήσουν χρήματα, οι συνηθισμένοι λαμπτήρες πυρακτώσεως συνδέονταν μέσω μιας διόδου, για παράδειγμα, στις εισόδους. Ενεργούσαν πολύ δυσάρεστα στο όραμα.
Εάν δεν υπάρχουν δύο LED, τότε μία από αυτές μπορεί να αντικατασταθεί με μια συμβατική δίοδο ανορθωτή, η οποία θα προστατεύει τη δίοδο εκπομπής από την αντίστροφη τάση του δικτύου. Η κατεύθυνση της ένταξής του πρέπει να είναι ίδια με εκείνη του LED που λείπει. Με αυτή την ένταξη, η συχνότητα τρεμούσης της λυχνίας LED θα είναι 25 Hz, η οποία θα είναι αισθητή στο μάτι, όπως ήδη περιγράφηκε παραπάνω.
Για να περιορίσετε το ρεύμα μέσω των LED στα επίπεδα των 20 mA, η αντίσταση R1 πρέπει να έχει αντίσταση στην περιοχή των 10 ... 11 KOhm. Ταυτόχρονα, η ισχύς του θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 watts. Για να μειωθεί η θέρμανση, μπορεί να αποτελείται από πολλές, καλύτερες από τις τρεις, αντιστάσεις 2 W.
Οι λυχνίες LED μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως αυτές που αναφέρονται σε προηγούμενα σχήματα ή που μπορούν να αγοραστούν. Κατά την αγορά, θα πρέπει να γνωρίζετε με ακρίβεια το σήμα της λυχνίας LED για να καθορίσετε το ονομαστικό ρεύμα. Με βάση το μέγεθος αυτού του ρεύματος, επιλέγεται η αντίσταση της αντίστασης R1.
Ο σχεδιασμός της λυχνίας που συναρμολογείται σύμφωνα με αυτό το σχήμα διαφέρει ελάχιστα από τα δύο προηγούμενα: μπορεί επίσης να κατασκευαστεί στο περίβλημα από μια άχρηστη λάμπα φθορισμού εξοικονόμησης ενέργειας. Η απλότητα του κυκλώματος δεν συνεπάγεται ούτε την παρουσία ενός τυπωμένου κυκλώματος: τα εξαρτήματα μπορούν να συνδεθούν με τοίχο, επομένως, όπως λένε σε τέτοιες περιπτώσεις, ο σχεδιασμός είναι αυθαίρετος.
Δείτε επίσης στο electro-el.tomathouse.com:
