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Wie sind LED-Lampen
Der Artikel spricht über das Design von LED-Lampen. Es werden verschiedene Schemata unterschiedlicher Komplexität berücksichtigt und Empfehlungen für die unabhängige Herstellung von LED-Lichtquellen gegeben, die an ein 220-V-Netzwerk angeschlossen sind.
Vorteile von Energiesparlampen
Die Vorteile von Energiesparlampen sind allgemein bekannt. Erstens ist es tatsächlich ein geringer Energieverbrauch und zusätzlich eine hohe Zuverlässigkeit. Derzeit die am weitesten verbreiteten Leuchtstofflampen. Eine solche Lampe Leistungsaufnahme 20 Watt, gibt die gleiche Beleuchtung wie eine Hundert-Watt-Glühlampe. Es ist leicht zu berechnen, dass die Energieeinsparung fünfmal so hoch ist.
In letzter Zeit werden LED-Lampen in der Produktion gemastert. Die Indikatoren für Effizienz und Haltbarkeit sind viel höher als die von Leuchtstofflampen. In diesem Fall wird weniger Strom verbraucht als bei Glühlampen. Die Lebensdauer von LED-Lampen kann 50 oder mehr tausend Stunden erreichen.
Lichtquellen der neuen Generation sind natürlich teurer als einfache Glühlampen, verbrauchen jedoch deutlich weniger Strom und haben eine längere Lebensdauer. Die letzten beiden Indikatoren sollen die hohen Kosten neuer Lampentypen ausgleichen.
Praktische Schaltungen von LED-Lampen
Als erstes Beispiel können wir das Gerät einer LED-Lampe betrachten, die von der Firma "SEA Electronics" unter Verwendung spezieller Mikroschaltungen entwickelt wurde. Der Stromkreis einer solchen Lampe ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1. Schema der LED-Lampe der Firma "SEA Electronics"
Vor zehn Jahren konnten LEDs nur als Indikatoren verwendet werden: Die Lichtintensität betrug nicht mehr als 1,5 ... 2 Mikrochandels. Es sind jetzt superhelle LEDs erschienen, bei denen die Strahlungsleistung mehrere zehn Candela erreicht.
Durch die Verwendung von Hochleistungs-LEDs in Verbindung mit Halbleiterwandlern konnten Lichtquellen geschaffen werden, die der Konkurrenz mit Glühlampen standhalten können. Ein ähnlicher Wandler ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Schaltung ist recht einfach und enthält eine kleine Anzahl von Teilen. Dies wird durch die Verwendung spezieller Mikroschaltungen erreicht.
Der erste IC1 BP5041-Chip ist ein AC / DC-Wandler. Das Strukturdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2. Blockdiagramm des BP5041.
Die Mikroschaltung wird in dem in Abbildung 3 gezeigten SIP-Gehäuse hergestellt.
Abbildung 3
Ein an ein 220-V-Beleuchtungsnetz angeschlossener Wandler liefert eine 5-V-Ausgangsspannung bei einem Strom von etwa 100 Milliampere. Die Verbindung zum Netzwerk erfolgt über einen Gleichrichter an der Diode D1 (im Prinzip kann eine Brückenschaltung des Gleichrichters verwendet werden) und einen Kondensator C3. Der Widerstand R1 und der Kondensator C2 eliminieren Impulsrauschen. Siehe auch - So schließen Sie eine LED-Lampe an ein 220-V-Netzwerk an.
Das gesamte Gerät ist durch eine F1-Sicherung geschützt, deren Nennleistung die in der Abbildung angegebene nicht überschreiten darf. Der Kondensator C3 glättet die Welligkeit der Ausgangsspannung des Wandlers. Es ist zu beachten, dass die Ausgangsspannung keine galvanische Trennung vom Netzwerk aufweist, was in dieser Schaltung völlig unnötig ist, sondern besondere Sorgfalt und Einhaltung der Sicherheitsregeln bei der Herstellung und Inbetriebnahme erfordert.
Die Kondensatoren C3 und C2 müssen eine Arbeitsspannung von mindestens 450 V haben. Der Kondensator C2 muss aus Folie oder Keramik bestehen. Der Widerstand R1 kann einen Widerstand im Bereich von 10 ... 20 Ohm haben, was für den normalen Betrieb des Wandlers ausreicht.
Durch die Verwendung dieses Wandlers ist kein Abwärtstransformator erforderlich, wodurch die Gesamtabmessungen des Geräts erheblich reduziert werden.
Ein charakteristisches Merkmal des BP5041-Chips ist das Vorhandensein eines eingebauten Induktors (siehe Abbildung 2), der die Anzahl der Anbaugeräte und die Gesamtgröße der Leiterplatte verringert.
Als Diode D1 ist jede Diode mit einer Sperrspannung von mindestens 800 V und einem gleichgerichteten Strom von mindestens 500 mA geeignet. Die weit verbreitete Importdiode 1N4007 erfüllt solche Bedingungen vollständig. Am Eingang des Gleichrichters ist ein Varistor VAR1 vom Typ FNR-10K391 installiert. Ziel ist es, das gesamte Gerät vor Impulsgeräuschen und statischer Elektrizität zu schützen.
Der zweite IC-Chip vom Typ HV9910 ist ein PWM-Stromstabilisator für superhelle LEDs. Mit einem externen MOSFET-Transistor kann der Strom im Bereich von wenigen Milliampere bis 1A eingestellt werden. Dieser Strom wird durch den Widerstand R3 in der Rückkopplungsschaltung eingestellt. Der Chip ist in SO-8 (LG) und SO-16 (NG) erhältlich. Sein Aussehen ist in Abbildung 4 und in Abbildung 5 in einem Blockdiagramm dargestellt.
Abbildung 4. Chip HV9910.
Abbildung 5. Blockdiagramm des HV9910-Chips.
Mit dem Widerstand R2 kann die Frequenz des internen Oszillators im Bereich von 20 ... 120 KHz variiert werden. Mit dem im Diagramm angegebenen Widerstand des Widerstands R2 beträgt er ungefähr 50 kHz.
Der Induktor L1 ist so ausgelegt, dass er Energie speichert, während der Transistor VT1 geöffnet ist. Wenn der Transistor schließt, wird die in der Induktivität gespeicherte Energie über die Hochgeschwindigkeits-Schottky-Diode D2 an die LEDs D3 ... D6 übertragen.
Hier ist die Zeit, sich an die Selbstinduktions- und Lenz-Regel zu erinnern. Nach dieser Regel hat der Induktionsstrom immer eine solche Richtung, dass sein Magnetfluss Änderungen des externen Magnetflusses kompensiert, die diesen Strom (Änderung) verursacht haben. Daher hat die Richtung der EMK der Selbstinduktion eine Richtung, die der Richtung der EMF der Stromquelle entgegengesetzt ist. Aus diesem Grund werden die LEDs in Bezug auf die Versorgungsspannung in entgegengesetzter Richtung eingeschaltet (Pin 1 von IC2, im Diagramm als VIN angegeben). Somit emittieren die LEDs aufgrund der EMF der Selbstinduktionsspule L1 Licht.
In diesem Design werden 4 superhelle LEDs vom Typ TWW9600 verwendet, obwohl es durchaus möglich ist, andere Arten von LEDs zu verwenden, die von anderen Unternehmen hergestellt werden.
Zur Steuerung der Helligkeit der LEDs im Chip gibt es einen Eingang PWM_D, PWM - Modulation von einem externen Generator. In diesem Schema wird eine solche Funktion nicht verwendet.
Wenn Sie eine solche LED-Lampe selbst herstellen, sollten Sie ein Gehäuse mit einem Schraubfuß der Größe E27 aus einer unbrauchbaren Energiesparlampe mit einer Leistung von mindestens 20 Watt verwenden. Das Aussehen der Struktur ist in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6. Selbstgemachte LED-Lampe.
Obwohl das beschriebene Schema recht einfach ist, kann es nicht immer für die Eigenproduktion empfohlen werden: Entweder können Sie die auf dem Schema angegebenen Teile nicht kaufen, oder die Qualifikation des Monteurs ist unzureichend. Einige haben vielleicht nur Angst: "Was ist, wenn ich keinen Erfolg habe?" In solchen Situationen können Sie sowohl bei der Schaltung als auch bei der Beschaffung von Teilen mehrere einfachere Optionen anbieten.
Einfache LED-Heimleuchte
Ein einfacheres Diagramm der LED-Lampe ist in Abbildung 7 dargestellt.
Abbildung 7
Dieses Diagramm zeigt, dass ein Brückengleichrichter mit kapazitivem Vorschaltgerät zur Stromversorgung der LEDs verwendet wird, wodurch der Ausgangsstrom begrenzt wird. Solche Stromversorgungen sind wirtschaftlich und einfach, haben keine Angst vor Kurzschlüssen, ihr Ausgangsstrom wird durch die Kapazität des Kondensators begrenzt. Solche Gleichrichter werden oft als Stromstabilisatoren bezeichnet.
Die Rolle des kapazitiven Vorschaltgeräts in der Schaltung wird vom Kondensator C1 übernommen. Bei einer Kapazität von 0,47 μF muss die Betriebsspannung des Kondensators mindestens 630 V betragen. Seine Kapazität ist so ausgelegt, dass der Strom durch die LEDs etwa 20 mA beträgt, was der optimale Wert für LEDs ist.
Die Welligkeit der gleichgerichteten Brückenspannung wird durch den Elektrolytkondensator C2 geglättet. Um den Ladestrom zum Zeitpunkt des Einschaltens zu begrenzen, wird ein Widerstand R1 verwendet, der auch in Notsituationen als Sicherung dient.Die Widerstände R2 und R3 sind so ausgelegt, dass sie die Kondensatoren C1 und C2 nach dem Trennen des Geräts vom Netzwerk entladen.
Um die Abmessungen zu verringern, wurde die Betriebsspannung des Kondensators C2 auf nur 100 V gewählt. Bei einem Ausfall (Burnout) mindestens einer der LEDs wird der Kondensator C2 auf eine Spannung von 310 V aufgeladen, was unweigerlich zu seiner Explosion führt. Zum Schutz vor dieser Situation wird dieser Kondensator von den Zenerdioden VD2, VD3 überbrückt. Ihre Stabilisierungsspannung kann wie folgt bestimmt werden.
Bei einem Nennstrom durch die LED von 20 mA wird je nach Typ ein Spannungsabfall innerhalb von 3,2 ... 3,8 V erzeugt (eine ähnliche Eigenschaft ermöglicht in einigen Fällen die Verwendung von LEDs als Zenerdioden). Daher ist es einfach zu berechnen, dass bei Verwendung von 20 LEDs in der Schaltung der Spannungsabfall über ihnen 65 ... 75 V beträgt. Auf diesem Niveau wird die Spannung über dem Kondensator C2 begrenzt.
Zenerdioden sollten so gewählt werden, dass die Gesamtstabilisierungsspannung geringfügig höher ist als der Spannungsabfall an den LEDs. In diesem Fall werden während des normalen Betriebs die Zenerdioden geschlossen und beeinträchtigen den Betrieb der Schaltung nicht. Die auf der Schaltung angegebenen 1N4754A-Zenerdioden haben eine Stabilisierungsspannung von 39 V und sind in Reihe geschaltet - 78 V.
Wenn mindestens eine der LEDs ausfällt, öffnen sich die Zenerdioden und die Spannung am Kondensator C2 wird auf 78 V stabilisiert, was deutlich unter der Betriebsspannung des Kondensators C2 liegt, sodass keine Explosion auftritt.
Das Design einer selbstgebauten LED-Lampe ist in Abbildung 8 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich, wird sie in einem Gehäuse aus einer unbrauchbaren Energiesparlampe mit E-27-Sockel zusammengebaut.
Abbildung 8
Die Leiterplatte, auf der alle Teile platziert sind, besteht aus Folienglas, wie es zu Hause möglich ist. Zur Installation der LEDs wurden Löcher mit einem Durchmesser von 0,8 mm in die Platine und 1,0 mm für die verbleibenden Teile gebohrt. Eine Leiterplattenzeichnung ist in Abbildung 9 dargestellt.
Abbildung 9. Die Leiterplatte und die Position der Teile darauf.
Die Position der Teile auf der Platine ist in Abbildung 9c dargestellt. Alle Teile außer LEDs sind an der Seite der Platine installiert, wo keine gedruckten Spuren vorhanden sind. Auf derselben Seite ist auch ein Jumper installiert, der ebenfalls in der Abbildung dargestellt ist.
Nach der Installation aller Teile an der Seite der Folie werden LEDs installiert. Die Installation der LEDs sollte in der Mitte der Platine beginnen und sich allmählich zur Peripherie bewegen. Die LEDs müssen in Reihe geschaltet sein, dh der Pluspol einer LED ist mit dem Minuspol der anderen LED verbunden.
Der Durchmesser der LED kann innerhalb von 3 ... 10 mm liegen. In diesem Fall sollten die Schlussfolgerungen der LEDs mindestens 5 mm von der Platine entfernt sein. Andernfalls können die LEDs beim Löten einfach überhitzt werden. Die in allen Handbüchern empfohlene Lötdauer sollte 3 Sekunden nicht überschreiten.
Nachdem die Platine zusammengebaut und eingestellt wurde, müssen ihre Schlussfolgerungen an die Basis gelötet und die Platine selbst in das Gehäuse eingesetzt werden. Zusätzlich zu dem angegebenen Fall ist es möglich, ein Miniaturgehäuse zu verwenden, es wird jedoch notwendig sein, die Größe der Leiterplatte zu reduzieren, ohne jedoch die Abmessungen der Kondensatoren C1 und C2 zu vergessen.
Siehe auch: Reparaturverlauf der LED-Lampe
Das einfachste LED-Lampendesign
Eine solche Schaltung ist in 10 gezeigt.
Abbildung 10. Das einfachste LED-Lampendesign.
Die Schaltung enthält eine Mindestanzahl von Teilen: nur 2 LEDs und Löschwiderstand. Das Diagramm zeigt, dass die LEDs parallel eingeschaltet sind - parallel. Mit dieser Einbeziehung schützt jeder von ihnen den anderen vor der Sperrspannung, die für die LEDs klein ist, und die Netzspannung kann es eindeutig nicht aushalten. Darüber hinaus erhöht ein solcher doppelter Einschluss die Flimmerfrequenz der LED-Lampe auf 100 Hz, was für das Auge nicht wahrnehmbar ist und das Sehvermögen nicht beeinträchtigt. Es genügt hier daran zu erinnern, wie gewöhnliche Glühlampen, um Geld zu sparen, beispielsweise in Eingängen über eine Diode angeschlossen wurden. Sie handelten sehr unangenehm auf das Sehen.
Wenn zwei LEDs nicht verfügbar sind, kann eine davon durch eine herkömmliche Gleichrichterdiode ersetzt werden, die die emittierende Diode vor der Sperrspannung des Netzwerks schützt. Die Richtung des Einschlusses sollte mit der der fehlenden LED übereinstimmen. Mit dieser Einbeziehung beträgt die Flimmerfrequenz der LED 25 Hz, was für das Auge wahrnehmbar ist, wie bereits oben beschrieben.
Um den Strom durch die LEDs auf einen Pegel von 20 mA zu begrenzen, muss der Widerstand R1 einen Widerstand im Bereich von 10 ... 11 KOhm haben. Gleichzeitig sollte seine Leistung mindestens 5 Watt betragen. Um die Erwärmung zu reduzieren, kann es aus mehreren, besten von allen drei 2-W-Widerständen bestehen.
LEDs können genauso verwendet werden wie die in früheren Schemata genannten oder die erworben werden können. Beim Kauf sollten Sie die Marke der LED genau kennen, um den Nenngleichstrom zu bestimmen. Basierend auf der Größe dieses Stroms wird der Widerstand des Widerstands R1 ausgewählt.
Das Design der nach diesem Schema montierten Lampe unterscheidet sich kaum von den beiden vorherigen: Sie kann auch aus einer unbrauchbaren energiesparenden Leuchtstofflampe im Gehäuse hergestellt werden. Die Einfachheit der Schaltung impliziert nicht einmal das Vorhandensein einer Leiterplatte: Die Teile können durch Wandmontage verbunden werden, daher ist das Design, wie sie in solchen Fällen sagen, willkürlich.
Siehe auch auf electro-de.tomathouse.com
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