luokat: Käytännöllinen elektroniikka, Valonlähteet, Kaikki LEDistä, Kuinka se toimii?
Katselukuvien lukumäärä: 440310
Kommentit artikkeliin: 52
Kuinka LED-lamput ovat?
Artikkelissa puhutaan LED-lamppujen suunnittelusta. Tarkastellaan useita erilaisia monimutkaisia järjestelmiä ja annetaan suosituksia 220 V verkkoon kytkettyjen LED-valonlähteiden riippumattomasta valmistuksesta.
Energiansäästölamppujen edut
Energiansäästölamppujen edut tunnetaan laajalti. Ensinnäkin se on todella pieni energiankulutus ja lisäksi korkea luotettavuus. Tällä hetkellä yleisimmät loistelamput. Tällainen lamppu virrankulutus 20 wattia, antaa saman valaistuksen kuin sadan watin hehkulamppu. On helppo laskea, että energiansäästö on viisi kertaa.
Viime aikoina LED-lamppuja hallitaan tuotannossa. Tehokkuus- ja kestävyysindikaattorit ovat paljon korkeammat kuin loistelampuissa. Tässä tapauksessa sähköä kuluu kymmenen kertaa vähemmän kuin hehkulampuissa. LED-lamppujen kestävyys voi olla vähintään 50 tuhatta tuntia.
Uuden sukupolven valonlähteet ovat tietysti kalliimpia kuin yksinkertaiset hehkulamput, mutta ne kuluttavat huomattavasti vähemmän virtaa ja lisäävät kestävyyttä. Kaksi viimeistä indikaattoria on suunniteltu kompensoimaan uudentyyppisten lamppujen korkeat kustannukset.
LED-lamppujen käytännön piirit
Ensimmäisenä esimerkkinä voidaan pitää yrityksen "SEA Electronics" kehittämää LED-lampun laitetta, joka käyttää erikoistuneita mikropiirejä. Tällaisen valaisimen sähköpiiri on esitetty kuvassa 1.
Kuva 1. Yrityksen "SEA Electronics" LED-lampun kaavio
Kymmenen vuotta sitten LEDiä voidaan käyttää vain indikaattoreina: valon voimakkuus oli korkeintaan 1,5 ... 2 mikrokärryä. Nyt on ilmestynyt erittäin kirkkaita LED-valoja, joissa säteilyteho saavuttaa useita kymmeniä kandeloja.
Käytettäessä suuritehoisia LED-valoja yhdessä puolijohdemuuntimien kanssa tuli mahdolliseksi luoda valonlähteitä, jotka kestävät kilpailua hehkulamppujen kanssa. Samanlainen muunnin on esitetty kuvassa 1. Piiri on melko yksinkertainen ja sisältää pienen määrän osia. Tämä saavutetaan käyttämällä erikoistuneita mikropiirejä.
Ensimmäinen IC1 BP5041-siru on AC / DC-muunnin. Sen rakennekaavio on esitetty kuvassa 2.
Kuva 2. BP5041: n lohkokaavio.
Mikropiiri on tehty kuvassa 3 esitetyssä SIP-tyyppisessä tapauksessa.
Kuvio 3
220V valaistusverkkoon kytketty muunnin tarjoaa 5 V: n lähtöjännitteen noin 100 milliamprin virralla. Liitäntä verkkoon tapahtuu diodille D1 tehdyn tasasuuntaajan (periaatteessa on mahdollista käyttää tasasuuntaajan siltapiiriä) ja kondensaattorin C3 kautta. Vastus R1 ja kondensaattori C2 eliminoivat impulssimelu. Katso myös - Kuinka kytkeä LED-lamppu 220 V verkkoon.
Koko laite on suojattu F1-sulakkeella, jonka nimellisarvo ei saa ylittää kaaviossa ilmoitettua. Kondensaattori C3 on suunniteltu tasoittamaan muuntimen lähtöjännitteen aaltoilua. On huomattava, että lähtöjännitteellä ei ole galvaanista eristystä verkosta, mikä on täysin tarpeetonta tässä piirissä, mutta vaatii erityistä varovaisuutta ja turvallisuussääntöjen noudattamista valmistuksen ja käyttöönoton aikana.
Kondensaattorien C3 ja C2 on oltava käyttöjännitteen vähintään 450 V. Kondensaattorien C2 on oltava kalvoja tai keraamisia. Vastuksen R1 resistanssi voi olla alueella 10 ... 20 ohmia, mikä riittää muuntimen normaaliin toimintaan.
Tämän muuntimen käyttö eliminoi tarvittavan muuntajan tarpeen, mikä vähentää merkittävästi laitteen kokonaismittoja.
BP5041-sirun erottuva piirre on kuviossa 2 esitetyn sisäänrakennetun kelan läsnäolo, joka vähentää kiinnitysten lukumäärää ja piirilevyn kokonaiskokoa.
Diodina D1 sopii mikä tahansa diodi, jonka käänteisjännite on vähintään 800 V ja tasasuuntainen virta vähintään 500 mA. Laaja levinnyt tuontidiodi 1N4007 täyttää täysin nämä ehdot. tyypin FNR-10K391 varistori VAR1 asennetaan tasasuuntaajan tuloon. Sen tarkoituksena on suojata koko laitetta impulssimelulta ja staattiselta sähköltä.
Toinen IC-siru, tyyppi HV9910, on PWM-virranvakaaja erittäin kirkkaisiin LEDeihin. Ulkoista MOSFET-transistoria käyttämällä virta voidaan asettaa välillä muutama milliamperi - 1A. Tämän virran säätää vastus R3 takaisinkytkentäpiirissä. Siru on saatavana SO-8 (LG) ja SO-16 (NG). Sen ulkonäkö on esitetty kuvassa 4 ja kuviossa 5 lohkokaaviona.
Kuva 4. Siru HV9910.
Kuva 5. HV9910-sirun lohkokaavio.
Vastuksella R2 voidaan sisäisen oskillaattorin taajuutta vaihdella välillä 20 ... 120 KHz. Kaavion osoittaman vastuksen R2 resistanssin ollessa noin 50 KHz.
Induktori L1 on suunniteltu varastoimaan energiaa transistorin VT1 ollessa auki. Kun transistori sulkeutuu, induktoriin varastoitu energia siirretään nopean Schottky-diodin D2 kautta LEDiin D3 ... D6.
Tässä on aika muistaa itse induktiota ja Lenzin sääntöä. Tämän säännön mukaan induktiovirralla on aina sellainen suunta, että sen magneettinen virta kompensoi ulkoisen magneettisen vuon muutokset, jotka (muuttavat) tämän virran. Siksi itseinduktion EMF-suunnalla on suunta, joka on vastainen teholähteen EMF-suunnan kanssa. Siksi LEDit syttyvät vastakkaiseen suuntaan suhteessa syöttöjännitteeseen (IC2-nasta 1, merkitty kaaviossa VIN: ksi). Siten LEDit säteilevät valoa itseinduktiokäämin L1 EMF: n takia.
Tässä suunnittelussa käytetään 4 TWW9600 -tyyppistä erittäin kirkasta LEDiä, vaikkakin on täysin mahdollista käyttää muiden yritysten valmistamia muun tyyppisiä LED-valoja.
Sirun LEDien kirkkauden hallitsemiseksi on tulo PWM_D, PWM - modulaatio ulkoisesta generaattorista. Tässä kaaviossa tällaista funktiota ei käytetä.
Jos teet tällaisen LED-lampun itse, sinun tulee käyttää koteloa, jonka ruuvialusta on koko E27, käyttökelvottomasta energiansäästölampusta, jonka teho on vähintään 20 wattia. Rakenteen ulkonäkö on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6. Kotitekoinen LED-lamppu.
Vaikka kuvattu kaavio on melko yksinkertainen, sitä ei aina ole mahdollista suositella omaan tuotantoon: joko et voi ostaa kaaviossa ilmoitettuja osia tai kokoonpanijan riittämätön pätevyys. Jotkut saattavat pelätä: "Entä jos en onnistu?" Tällaisissa tilanteissa voit tarjota useita yksinkertaisempia vaihtoehtoja sekä piiristöissä että osien hankkimisessa.
Yksinkertainen LED-kotivalaisin
Yksinkertaisempi kaavio LED-lampusta on esitetty kuvassa 7.
Kuvio 7
Tämä kaavio osoittaa, että ledien virrankäyttöön käytetään kapasitiivisella liitäntälaitteella varustettua siltasuuntainta, mikä rajoittaa lähtövirtaa. Tällaiset virtalähteet ovat taloudellisia ja yksinkertaisia, eivät pelkää oikosulkuja, niiden lähtövirtaa rajoittaa kondensaattorin kapasitanssi. Sellaisia tasasuuntaajia kutsutaan usein virran stabilisaattoreiksi.
Kapasitiivisen liitäntälaitteen rooli piirissä suoritetaan kondensaattorilla C1. Kapasitanssilla 0,47 μF kondensaattorin käyttöjännitteen on oltava vähintään 630 V. Sen kapasiteetti on suunniteltu siten, että LEDien läpi kulkeva virta on noin 20 mA, mikä on LEDien optimaalinen arvo.
Sillan tasasuunnatun jännitteen aaltoilu tasoitetaan elektrolyyttikondensaattorilla C2. Latausvirran rajoittamiseksi käynnistyksen yhteydessä käytetään vastusta R1, joka toimii myös sulakena hätätilanteissa.Vastukset R2 ja R3 on suunniteltu purkamaan kondensaattoreita C1 ja C2 laitteen irrottamisen jälkeen verkosta.
Mitojen pienentämiseksi valittiin kondensaattorin C2 käyttöjännitteeksi vain 100 V. Jos ainakin yksi LED-valo vioittuu (palaa), kondensaattori C2 ladataan jännitteelle 310 V, mikä väistämättä johtaa sen räjähdykseen. Tätä tilannetta vastaan suojatakseen tätä kondensaattoria zener-diodit VD2, VD3. Niiden stabilointijännite voidaan määrittää seuraavasti.
20 mA: n nimellisvirralla LEDin läpi syntyy siihen jännitehäviö tyypistä riippuen 3,2 ... 3,8 V: n sisällä (samanlainen ominaisuus sallii joissain tapauksissa LEDien käyttämisen zener-diodeina). Siksi on helppo laskea, että jos piirissä käytetään 20 LEDiä, jännitehäviö niiden yli on 65 ... 75 V. Juuri tällä tasolla kondensaattorin C2 jännite on rajoitettu.
Zener-diodit tulisi valita siten, että kokonaisvakautusjännite on hiukan korkeampi kuin jännitteen pudotus LEDien yli. Tässä tapauksessa zener-diodit sulkeutuvat normaalin käytön aikana, eivätkä ne vaikuta piirin toimintaan. Piirissä olevien 1N4754A-zener-diodien stabilointijännite on 39 V, ja ne on kytketty sarjaan - 78 V.
Jos ainakin yksi merkkivaloista rikkoutuu, zener-diodit avautuvat ja kondensaattorin C2 jännite vakautetaan 78 V: iin, joka on selvästi alempi kuin kondensaattorin C2 käyttöjännite, joten räjähdystä ei tapahdu.
Kotitekoisen LED-lampun rakenne on esitetty kuvassa 8. Kuten kuvasta voidaan nähdä, se on koottu koteloon käyttökelvottomasta energiansäästölampusta, jolla on E-27-pohja.
Kuvio 8
Painettu piirilevy, johon kaikki osat sijoitetaan, on valmistettu kalvolasikuidusta millä tahansa kotona saatavilla olevalla tavalla. LEDien asentamiseksi levylle porattiin halkaisijaltaan 0,8 mm reikiä ja jäljellä oleville osille 1,0 mm. Piirilevyn piirustus on esitetty kuvassa 9.
Kuva 9. Piirilevy ja sen osien sijainti.
Osien sijainti taululla on esitetty kuvassa 9c. Kaikki osat paitsi LEDit on asennettu levyn sivulle, jossa ei ole painettuja raitoja. Sille puolelle on asennettu myös hyppyjohdin, myös kuvassa.
Kun kaikki osat on asennettu folion sivulle, LEDit asennetaan. LEDien asentamisen tulisi alkaa levyn keskeltä, siirtymällä vähitellen reunaan. LEDit on tiivistettävä sarjaan, ts. Yhden LEDin positiivinen napa on kytketty toisen negatiiviseen napaan.
LED: n halkaisija voi olla mikä tahansa 3 ... 10 mm: n sisällä. Tällöin LEDien päätelmien tulisi olla vähintään 5 mm pitkä levystä. Muuten LEDit voidaan yksinkertaisesti ylikuumentaa juottaessa. Kaikissa käyttöoppaissa suositellun juottamisen kesto ei saisi ylittää 3 sekuntia.
Kun levy on koottu ja säädetty, sen johtopäätökset on juotettava alustaan ja itse levy on asetettava koteloon. Esitetyn tapauksen lisäksi on mahdollista käyttää pienempiä tapauksia, mutta painetun piirilevyn kokoa on kuitenkin pienennettävä, unohtamatta kuitenkaan kondensaattoreiden C1 ja C2 mittoja.
Katso myös: LED-lamppujen korjaushistoria
Yksinkertaisin LED-lamppu
Tällainen piiri on esitetty kuviossa 10.
Kuva 10. Yksinkertaisin LED-lamppu.
Piiri sisältää vähimmäismäärän osia: vain 2 LEDiä ja sammutusvastus. Kaavio osoittaa, että LEDit syttyvät samanaikaisesti - samanaikaisesti. Tämän sisällyttämisen myötä kukin niistä suojaa toisiaan kääntöjännitteeltä, joka on pieni merkkivaloille, eikä verkkojännite selvästi pysty sietämään sitä. Lisäksi tällainen kaksinkertainen sisällyttäminen lisää LED-lampun välkkymistaajuuden 100 Hz: iin, joka ei ole silmän havaittavissa eikä kuljeta näköä. Riittää, kun muistamme, kuinka tavalliset hehkulamput kytkettiin rahaa säästämällä esimerkiksi diodin kautta esimerkiksi sisäänkäynnille. He toimivat hyvin epämiellyttävästi visioon.
Jos kahta LEDiä ei ole saatavana, toinen niistä voidaan korvata tavanomaisella tasasuuntaisella diodilla, joka suojaa säteilevää diodia verkon käänteisjännitteeltä. Sen sisällyttämissuunnan tulisi olla sama kuin puuttuvan LEDin. Tämän sisällyttämisen myötä LED-valon välkkymistaajuus on 25 Hz, joka on havaittavissa silmälle, kuten jo yllä on kuvattu.
LEDien läpi kulkevan virran rajoittamiseksi tasolla 20 mA, vastuksen R1 resistanssin on oltava välillä 10 ... 11 KOhm. Samanaikaisesti sen tehon tulisi olla vähintään 5 wattia. Lämmityksen vähentämiseksi se voi koostua useista, parasta kaikista kolmesta, 2 W: n vastuksesta.
LEDiä voidaan käyttää samoina kuin ne, jotka on mainittu aiemmissa järjestelmissä tai joita voidaan ostaa. Kun ostat, sinun on tiedettävä tarkkaan merkkivalon LED, jotta voidaan määrittää sen nimellinen tasavirta. Tämän virran suuruuden perusteella valitaan vastuksen R1 vastus.
Tämän kaavion mukaan kootun valaisimen rakenne poikkeaa juurikaan kahdesta aikaisemmasta: se voidaan myös tehdä kotelossa käyttökelvottomasta energiansäästölampusta. Piirin yksinkertaisuus ei tarkoita edes painetun piirilevyn olemassaoloa: osat voidaan kytkeä seinäkiinnityksellä, joten suunnittelu, kuten sellaisissa tapauksissa sanotaan, on mielivaltainen.
Katso myös osoitteesta electro-fi.tomathouse.com
: