kategória: Gyakorlati elektronika, Fényforrások, Mindent a LED-ekről, Hogyan működik
Megtekintések száma: 440310
Megjegyzések a cikkhez: 52
Hogy vannak a LED lámpák?
A cikk a LED-lámpák tervezéséről szól. Számos eltérő bonyolultságú sémát vizsgálnak meg, és ajánlásokat fogalmaznak meg a 220 V-os hálózathoz csatlakoztatott LED-fényforrások független gyártására.
Az energiatakarékos lámpák előnyei
Az energiatakarékos lámpák előnyei széles körben ismertek. Először is, ez valójában alacsony energiafogyasztás, ráadásul nagy megbízhatóság. Jelenleg a legelterjedtebb fénycsövek. Egy ilyen lámpa energiafogyasztás 20 watt, ugyanolyan megvilágítást ad, mint egy száz wattos izzólámpa. Könnyű kiszámítani, hogy az energiamegtakarítás ötszörös.
Az utóbbi időben a LED-lámpákat a gyártásban megtanulják. A hatékonyság és a tartósság mutatói sokkal magasabbak, mint a fénycsövek. Ebben az esetben tízszer kevesebb villamos energiát fogyasztanak, mint az izzólámpák. A LED-lámpák tartóssága elérheti legalább 50 ezer órát.
Az új generációs fényforrások természetesen drágábbak, mint az egyszerű izzólámpák, de lényegesen kevesebb energiát fogyasztanak és megnövelt tartósságot mutatnak. Az utolsó két mutatót az új típusú lámpák magas költségeinek kompenzálására tervezték.
LED-lámpák gyakorlati áramkörei
Első példának tekinthetjük a "SEA Electronics" társaság által kifejlesztett LED-lámpa-készüléket speciális mikroáramkörök felhasználásával. Egy ilyen lámpa elektromos áramkörét az 1. ábra mutatja.
1. ábra: A "SEA Electronics" cég LED-lámpájának vázlata
Tíz évvel ezelőtt a LED-eket csak indikátorokként lehetett használni: a fényerősség nem haladta meg az 1,5 ... 2 mikrotávot. Szuper fényes LED-ek jelentek meg, amelyekben a sugárzási teljesítmény több tíz kandelát elér.
Nagy teljesítményű LED-eknek a félvezető-átalakítókkal történő együttes használatakor lehetővé vált olyan fényforrások létrehozása, amelyek ellenállnak az izzólámpákkal való versenynek. Az 1. ábrán látható egy hasonló átalakító. Az áramkör meglehetősen egyszerű és kevés alkatrészt tartalmaz. Ezt speciális mikroáramkörök alkalmazásával érik el.
Az első IC1 BP5041 chip egy AC / DC átalakító. Szerkezeti diagramját a 2. ábra mutatja.
2. ábra. A BP5041 blokkdiagramja.
A mikroáramkört a 3. ábrán bemutatott SIP típusú tokban készítjük.
3. ábra
A 220 V-os világítási hálózathoz csatlakoztatott konverter 5 V-os kimeneti feszültséget biztosít körülbelül 100 milliamp árammal. A hálózathoz való csatlakozás a D1 diódán lévő egyenirányítón (elvileg lehetséges az egyenirányító hídáramköre) és a C3 kondenzátoron keresztül. Az R1 ellenállás és a C2 kondenzátor kiküszöböli az impulzuszajt. Lásd még - Hogyan csatlakoztathatunk egy LED-lámpát egy 220 V-os hálózathoz.
Az egész eszközt F1 biztosíték védi, amelynek névleges névleges teljesítménye nem haladhatja meg az ábrán feltüntetett értéket. A C3 kondenzátort úgy tervezték, hogy simítsa a konverter kimeneti feszültségének hullámzását. Meg kell jegyezni, hogy a kimeneti feszültségnek nincs galvanikus leválasztása a hálózatról, ami teljesen szükségtelen ebben az áramkörben, de a gyártás és az üzembe helyezés során különös gondot és biztonsági előírásokat kell betartani.
A C3 és C2 kondenzátoroknak legalább 450 V üzemi feszültséggel kell rendelkezniük. A C2 kondenzátornak filmnek vagy kerámianak kell lennie. Az R1 ellenállás ellenállása 10 ... 20 ohm tartományban lehet, amely elegendő a konverter normál működéséhez.
Ennek a konverternek a használatával kiküszöbölhető a transzformátor igénye, amely jelentősen csökkenti az eszköz általános méreteit.
A BP5041 chip megkülönböztető tulajdonsága a 2. ábrán bemutatott beépített induktor jelenléte, amely csökkenti a csatlakoztatások számát és az áramköri kártya méretét.
D1 diódaként bármely olyan dióda alkalmas, amelynek legalább 800 V fordított feszültsége és legalább 500 mA egyenirányító áram van. Az elterjedt 1N4007 importdióda teljes mértékben megfelel ezeknek a feltételeknek. az egyenirányító bemenetére az FNR-10K391 típusú VAR1 varisztor van felszerelve. Célja, hogy megvédje az egész készüléket az impulzuszajtól és a statikus elektromosságtól.
A második HV9910 típusú IC chip egy PWM áramerősség-stabilizátor a szuper fényes LED-ekhez. Külső MOSFET tranzisztor használatával az áram beállítható néhány milliamp és 1A között. Ezt az áramot az R3 ellenállás állítja be a visszacsatoló áramkörben. A chip SO-8 (LG) és SO-16 (NG) formátumban kapható. Megjelenését a 4. ábra, az 5. ábrán pedig a blokkdiagram mutatja.
4. ábra. HV9910 chipset.
5. ábra. A HV9910 chip blokkdiagramja.
Az R2 ellenállás használatával a belső oszcillátor frekvenciája 20 ... 120 KHz tartományban változtatható. Az ábrán feltüntetett R2 ellenállás ellenállásával kb. 50 KHz lesz.
Az L1 induktor az energia tárolására szolgál, miközben a VT1 tranzisztor nyitva van. Amikor a tranzisztor bezáródik, az induktorban tárolt energiát a nagy sebességű Schottky D2 dióda továbbítja a D3 ... D6 LED-ekre.
Itt az ideje, hogy felidézzük az önindukciót és a Lenz-szabályt. E szabály szerint az indukciós áramnak mindig olyan irányban van, hogy mágneses fluxusa kompenzálja a külső mágneses fluxus változásait, amelyek (változás) okozták ezt az áramot. Ezért az önindukció EMF irányának olyan iránya van, amely ellentétes az áramforrás EMF irányával. Ez az oka annak, hogy a LED-ek a tápfeszültséggel ellentétes irányban világítanak (az IC2 1. érintkezője, az ábrán VIN-ként jelölve). Így a LED-ek fényt bocsátanak ki az L1 önindukciós tekercs EMF hatására.
Ebben a kialakításban 4 TWW9600 típusú szuperfényes LED-et használunk, bár valóban lehetséges más típusú LED-ek használata, amelyeket más vállalatok gyártanak.
A chip LED-jének fényerejének vezérléséhez van egy PWM_D bemenet, PWM - moduláció egy külső generátorral. Ebben a sémában egy ilyen funkciót nem használunk.
Ha ön maga készít ilyen LED-lámpát, akkor használjon egy E27 méretű csavarzatú házat egy használhatatlan, legalább 20 watt teljesítményű energiatakarékos lámpából. A szerkezet megjelenését a 6. ábra mutatja.
6. ábra Házi készítésű LED-es lámpa.
Noha a leírt rendszer nagyon egyszerű, nem mindig lehet azt ajánlani saját gyártáshoz: vagy nem fogja tudni megvásárolni a rajzon feltüntetett alkatrészeket, vagy az összeszerelő nem rendelkezik megfelelő képesítéssel. Néhányan félnek: "Mi lenne, ha nem sikerül?" Ilyen helyzetekben sokkal egyszerűbb lehetőségeket kínálhat az áramkörökben és az alkatrészek megvásárlásában.
Egyszerű LED-es otthoni lámpa
A LED-lámpa egyszerűbb diagramját a 7. ábra mutatja.
7. ábra
Ez az ábra azt mutatja, hogy a LED-ek táplálására egy kapacitív előtéttel ellátott híd-egyenirányítót használnak, amely korlátozza a kimeneti áramot. Az ilyen tápegységek gazdaságosak és egyszerűek, nem félnek rövidzárlattól, kimeneti áramukat a kondenzátor kapacitása korlátozza. Az ilyen egyenirányítókat gyakran áramstabilizátoroknak nevezik.
A kapacitív előtét szerepét az áramkörben a C1 kondenzátor látja el. 0,47 μF kapacitás esetén a kondenzátor üzemi feszültségének legalább 630 V-nak kell lennie. Kapacitása úgy van megtervezve, hogy a LED-ek árama körülbelül 20 mA, ami a LED-ek számára optimális érték.
A híd által egyenirányított feszültség hullámait a C2 elektrolit kondenzátor simítja. A töltési áram korlátozására a bekapcsoláskor R1 ellenállást használnak, amely vészhelyzetben biztosítékként is szolgál.Az R2 és R3 ellenállásokat úgy tervezték, hogy a C1 és C2 kondenzátorok ürítésére kerüljenek, miután az eszközt leválasztották a hálózatról.
A méretek csökkentése érdekében a C2 kondenzátor üzemi feszültségét csak 100 V értékre választották. Legalább az egyik LED meghibásodása (kiégése) esetén a C2 kondenzátort 310 V feszültségre kell betölteni, ami elkerülhetetlenül robbanáshoz vezet. A helyzet elkerülése érdekében ezt a kondenzátort a VD2, VD3 Zener diódák csonkolják. Stabilizációs feszültségük az alábbiak szerint határozható meg.
A LED-en keresztüli 20 mA névleges áramerősségnél feszültségcsökkenés jön létre, típustól függően, 3,2 ... 3,8 V -on belül (hasonló tulajdonság bizonyos esetekben lehetővé teszi a LED-ek használatát Zener-diódaként). Ezért könnyű kiszámítani, hogy ha 20 LED-et használnak az áramkörben, akkor a feszültségesés rájuk 65 ... 75 V lesz. Ezen a szinten korlátozza a C2 kondenzátor feszültségét.
A Zener diódokat úgy kell megválasztani, hogy a teljes stabilizációs feszültség valamivel magasabb legyen, mint a LED-ek közötti feszültségesés. Ebben az esetben a normál működés során a zener diódák bezáródnak, és nem befolyásolják az áramkör működését. Az áramkörön jelzett 1N4754A zener diódák stabilizációs feszültsége 39 V, és sorosan csatlakoztatva - 78 V.
Ha a LED-ek közül legalább az egyik megsérül, akkor a Zener diódák kinyílnak, és a C2 kondenzátor feszültsége 78 V-on stabilizálódik, amely egyértelműen alacsonyabb, mint a C2 kondenzátor üzemi feszültsége, tehát nem lesz robbanás.
A házi készítésű LED-es lámpa kialakítását a 8. ábra szemlélteti. Amint az ábrából kitűnik, az E-27 alapú, használhatatlan energiatakarékos izzóból készült házban van felszerelve.
8. ábra
A nyomtatott áramköri lap, amelyre az összes alkatrész fel van helyezve, fóliaszálas üvegből készül, bármilyen otthoni módon. A LED-ek beszereléséhez 0,8 mm átmérőjű lyukakat fúrtak a táblára, a fennmaradó részekre pedig 1,0 mm átmérőjű lyukakat. Az áramköri rajzot a 9. ábra mutatja.
9. ábra: A nyomtatott áramköri kártya és az alkatrészek elhelyezkedése rajta.
Az alkatrészek elhelyezkedését a táblán a 9c ábra mutatja. A LED-ek kivételével minden alkatrészt a tábla oldalára kell felszerelni, ahol nincs nyomtatott sáv. Ugyanazon az oldalon egy áthidalót is felszereltek, az ábrán is látható.
Miután az összes alkatrészt a fólia oldalára telepítette, LED-eket telepítenek. A LED-ek telepítését a tábla közepétől kezdve kell fokozatosan a perifériára haladni. A LED-eket sorosan kell lezárni, azaz az egyik LED pozitív kivezetése a másik negatív kivezetésére van csatlakoztatva.
A LED átmérője bármilyen lehet 3 ... 10 mm-en belül. Ebben az esetben a LED-ek következtetéseit legalább 5 mm távolságra kell hagyni a táblától. Ellenkező esetben a LED-ek forrasztáskor egyszerűen túlmelegedhetnek. A forrasztás időtartama az összes kézikönyvben foglaltak szerint nem haladhatja meg a 3 másodpercet.
A tábla összeszerelése és beállítása után következtetéseit meg kell forrasztani az alaphoz, és maga a táblát be kell helyezni a tokba. A feltüntetett eset mellett lehetőség van egy kisebb méretű tok használatára is, azonban csökkenteni kell a nyomtatott áramköri lap méretét, elfelejtve azonban a C1 és C2 kondenzátorok méreteit.
Lásd még: LED-lámpák javítási előzményei
A legegyszerűbb LED lámpa kialakítás
Egy ilyen áramkört a 10. ábra mutat.
10. ábra. A legegyszerűbb LED-es lámpák kialakítása.
Az áramkör minimális számú alkatrészt tartalmaz: csak 2 LED és fojtó ellenállás. Az ábra azt mutatja, hogy a LED-ek párhuzamosan be vannak kapcsolva. Ezzel a beépítéssel mindegyik megóvja a másikt a fordított feszültségtől, ami a LED-ek számára kicsi, és a hálózati feszültség egyértelműen nem képes elviselni azt. Ezenkívül egy ilyen kettős bevonás a LED-lámpa villogási frekvenciáját 100 Hz-re növeli, amely nem lesz észrevehető a szem számára, és nem fogja elviselni a látást. Elegendő itt emlékeztetni arra, hogy a pénz megtakarítása érdekében a szokásos izzólámpákat miként csatlakoztatták egy dióda segítségével, például a bejárathoz. Nagyon kellemetlenül reagáltak a látásra.
Ha nem áll rendelkezésre két LED, akkor az egyik helyettesíthető egy hagyományos egyenirányító diódával, amely megvédi a kisugárzó diódát a hálózat fordított feszültségétől. A beillesztés irányának meg kell egyeznie a hiányzó LED irányával. Ezzel a beépítéssel a LED villogási frekvenciája 25 Hz lesz, amely észrevehető lesz a szem számára, ahogyan azt fentebb már leírtuk.
A LED-ekön keresztüli áram 20 mA szintű korlátozása érdekében az R1 ellenállásnak 10 ... 11 KOhm tartományban kell lennie. Ugyanakkor annak teljesítményének legalább 5 wattnak kell lennie. A fűtés csökkentése érdekében több, mindhárom legjobb, 2 W-os ellenállásból állhat.
A LED-ek használhatók ugyanúgy, mint az előző rendszerekben említettek, vagy megvásárolhatók. Vásárláskor pontosan meg kell ismernie a LED márkáját a névleges egyenáram meghatározása érdekében. Ennek az áramnak a nagysága alapján kiválasztjuk az R1 ellenállás ellenállását.
Az ezen séma szerint összeszerelt lámpa kialakítása alig különbözik a két előzőtől: a házban felhasználhatatlan energiatakarékos fénycsőből is elkészíthető. Az áramkör egyszerűsége nem jelenti még a nyomtatott áramköri kártya jelenlétét: az alkatrészek falra szerelhetők, így, mint mondják az ilyen esetekben, a kialakítás tetszőleges.
Lásd még az electro-hu.tomathouse.com oldalon
: