קטגוריות: אלקטרוניקה מעשית, מקורות אור, הכל על נוריות LED, איך זה עובד
מספר צפיות: 440310
הערות לכתבה: 52
איך מנורות לד
המאמר מדבר על עיצוב מנורות LED. נבחנות מספר תוכניות בעלות מורכבות שונה והמלצות ניתנות לייצור עצמאי של מקורות אור LED המחוברים לרשת 220 וולט.
היתרונות של מנורות חיסכון באנרגיה
יתרונותיהם של מנורות חסכוניות באנרגיה ידועים באופן נרחב. ראשית, מדובר למעשה בצריכת אנרגיה נמוכה, ובנוסף אמינות גבוהה. נכון לעכשיו, המנורות הפלורסנטיות הנפוצות ביותר. מנורה כזו צריכת חשמל 20 וואט, נותן תאורה זהה למנורת ליבון של מאה וואט. קל לחשב שחיסכון באנרגיה הוא חמש פעמים.
לאחרונה, מנורות LED נשלטות בייצור. האינדיקטורים ליעילות ועמידות גבוהים בהרבה מזה של מנורות פלורסנט. במקרה זה, חשמל נצרך פי עשרה פחות מנורות ליבון. העמידות של מנורות LED יכולה להגיע ל 50 או יותר מאלף שעות.
מקורות האור של הדור החדש, כמובן, יקרים יותר מנורות ליבון פשוטות, אך צורכים פחות כוח משמעותית ובעלי עמידות מוגברת. שני המחוונים האחרונים נועדו לפצות על העלות הגבוהה של סוגים חדשים של מנורות.
מעגלים מעשיים של מנורות לד
כדוגמה ראשונה, אנו יכולים לקחת בחשבון את המכשיר של מנורת LED שפותחה על ידי חברת "SEA Electronics" באמצעות מעגלי מיקרו מיוחדים. המעגל החשמלי של מנורה כזו מוצג באיור 1.
איור 1. תרשים של מנורת LED של חברת "SEA Electronics"
לפני עשר שנים, נוריות נוריות יכולות לשמש רק אינדיקטורים: עוצמת האור הייתה לא יותר מ- 1.5 ... 2 מיקרו -נדנדלים. כעת הופיעו נוריות LED מוארות במיוחד, בהן כוח הקרינה מגיע לכמה עשרות נברשות.
כאשר משתמשים בנורות LED בעלות עוצמה גבוהה בשילוב עם ממירי מוליכים למחצה, אפשר היה ליצור מקורות אור שיכולים לעמוד בתחרות עם מנורות ליבון. ממיר דומה מוצג באיור 1. המעגל פשוט למדי ומכיל מספר קטן של חלקים. זה מושג באמצעות מיקרו מעגלים מיוחדים.
השבב הראשון של ה- IC1 BP5041 הוא ממיר AC / DC. התרשים המבני שלה מוצג באיור 2.
איור 2. תרשים חסימה של BP5041.
המיקרו-מעגל מיוצר בתיק מסוג SIP המוצג באיור 3.
איור 3
ממיר המחובר לרשת תאורה של 220 וולט מספק מתח יציאה של 5 וולט בזרם של כ 100 מיליאמפ. החיבור לרשת הוא באמצעות מיישר שנעשה על הדיודה D1 (באופן עקרוני ניתן להשתמש במעגל גשר של המיישר) וקבל C3. הנגד R1 והקבל C2 מבטלים רעשי דחף. ראה גם - כיצד לחבר מנורת לד לרשת 220 וולט.
המכשיר כולו מוגן על ידי נתיך F1 שדרוגו אסור לחרוג ממצוין בתרשים. קבל C3 נועד להחליק את אדוות מתח היציאה של הממיר. יש לציין כי למתח הפלט אין בידוד גלווני מהרשת, וזה מיותר לחלוטין במעגל זה, אך דורש טיפול מיוחד ושמירה על כללי הבטיחות במהלך הייצור וההפעלתו.
קבלים C3 ו- C2 חייבים להיות במתח הפעלה של 450 V לפחות. קבלים C2 חייבים להיות מסרטים או קרמיים. נגד R1 יכול להיות התנגדות בטווח של 10 ... 20 אוהם, המספיק להפעלה רגילה של הממיר.
השימוש בממיר זה מבטל את הצורך בשנאי שנמצא מוריד, מה שמקטין משמעותית את הממדים הכלליים של המכשיר.
מאפיין ייחודי של שבב BP5041 הוא נוכחותו של משרן מובנה כפי שמוצג באיור 2, שמקטין את מספר הקבצים המצורפים ואת הגודל הכולל של המעגל.
כדיודה D1, כל דיודה עם מתח הפוך של לפחות 800 וולט וזרם מתוקן של לפחות 500 mA מתאימה. דיודת היבוא הנפוצה 1N4007 עומדת בתנאים כאלה באופן מלא. כניסת המיישר מותקנת ווריסטור VAR1 מסוג FNR-10K391. מטרתו להגן על המכשיר כולו מפני רעשי דחף וחשמל סטטי.
שבב ה- IC השני, סוג HV9910, הוא מייצב זרם PWM עבור נוריות LED מוארות במיוחד. באמצעות טרנזיסטור MOSFET חיצוני ניתן להגדיר את הזרם בטווח שבין מספר מילי-אמפר ל- 1A. זרם זה נקבע על ידי הנגד R3 במעגל המשוב. השבב זמין ב- SO-8 (LG) וב- SO-16 (NG). המראה שלה מוצג באיור 4, ובאיור 5 תרשים בלוקים.
איור 4. שבב HV9910.
איור 5. תרשים חסימת שבב HV9910.
בעזרת נגן R2 ניתן לשנות את תדירות המתנד הפנימי בטווח של 20 ... 120 קילו הרץ. כאשר ההתנגדות של הנגד R2 המצוינת בתרשים, היא תהיה בערך 50 KHz.
המשרן L1 נועד לאגור אנרגיה בזמן שהטרנזיסטור VT1 פתוח. כאשר הטרנזיסטור נסגר, האנרגיה המאוחסנת במשרן מועברת דרך הדיודה Dotty D2 במהירות גבוהה ל נוריות ה- D3 ... D6.
זה הזמן לזכור את ההשראה העצמית ואת שליטת לנץ. על פי כלל זה, לזרם האינדוקציה תמיד יש כיוון כזה שטף המגנטי שלו מפצה על שינויים בשטף המגנטי החיצוני, אשר (שינוי) גרם לזרם זה. לכן, לכיוון EMF של אינדוקציה עצמית יש כיוון הפוך לכיוון של EMF של מקור הכוח. זו הסיבה שנוריות LED נדלקות בכיוון ההפוך ביחס למתח האספקה (פין 1 של IC2, המצוין בתרשים כ- VIN). לפיכך, נוריות ה- LED פולטות אור בגלל ה- EMF של סליל ההשראה העצמי L1.
בתכנון זה משתמשים ב -4 נוריות LED סופר-ברזל מסוג TWW9600, אם כי בהחלט ניתן להשתמש בסוגים אחרים של נוריות LED המיוצרות על ידי חברות אחרות.
כדי לשלוט על בהירות נוריות ה- LED בשבב יש קלט PWM_D, PWM - אפנון מגנרטור חיצוני. בסכימה זו לא משתמשים בפונקציה כזו.
אם אתם מייצרים מנורת לד כזו בעצמכם, עליכם להשתמש במתחם עם בסיס בורג בגודל E27, ממנורה חסכונית באנרגיה בלתי שמישה עם הספק של לפחות 20 וואט. מראה המבנה מוצג באיור 6.
איור 6. מנורת LED ביתית.
למרות שהתכנית המתוארת היא די פשוטה, לא תמיד ניתן להמליץ עליה לייצור עצמי: או שלא תוכלו לקנות את החלקים המצויינים בתכנית, או לא מספיק הסמכה של המרכיב. חלקם עשויים פשוט לפחד: "מה אם אני לא אצליח?". במצבים כאלה אתה יכול להציע כמה אפשרויות פשוטות יותר הן במעגלים והן ברכישת חלקים.
מנורת LED פשוטה לבית
תרשים פשוט יותר של מנורת LED מוצג באיור 7.
איור 7
תרשים זה מראה שמיישר גשר עם נטל קיבולי משמש להפעלת נוריות הלד, מה שמגביל את זרם הפלט. ספקי כוח כאלה חסכוניים ופשוטים, לא מפחדים ממעגלים קצרים, זרם היציאה שלהם מוגבל על ידי הקיבול של הקבל. מיישרים כאלה נקראים לרוב מייצבי זרם.
תפקיד נטל קיבולי במעגל מתבצע על ידי קבל C1. עם קיבול של 0.47 מיקרומטר, מתח הפעולה של הקבל חייב להיות לפחות 630 V. הקיבולת שלו מתוכננת כך שהזרם דרך נוריות ה- LED הוא כ- 20 mA, וזה הערך האופטימלי לנורות LED.
אדוות המתח המתוקן של הגשר מוחלקות על ידי הקבל האלקטרוליטי C2. כדי להגביל את זרם הטעינה בזמן ההפעלה, נעשה שימוש בנגד R1 המשמש גם נתיך במצבי חירום.נגדים R2 ו- R3 נועדו לפרוק קבלים C1 ו- C2 לאחר ניתוק המכשיר מהרשת.
כדי לצמצם את הממדים, מתח ההפעלה של הקבל C2 נבחר להיות 100 וולט בלבד. במקרה של פירוק (שחיקה) של לפחות אחת מנורות הלד, הקבל C2 יוטען למתח של 310 וולט, מה שיוביל בהכרח לפיצוץו. כדי להגן מפני מצב זה, קבלים אלה מועברים על ידי דיודות הזנר VD2, VD3. ניתן לקבוע את מתח הייצוב שלהלן כדלקמן.
בזרם מדורג דרך הנורית של 20 מיליאמפר, נוצרת עליו ירידת מתח, תלוי בסוג, בתוך 3.2 ... 3.8 V. (מאפיין דומה במקרים מסוימים מאפשר להשתמש בנורות LED כדיודות זנר). לפיכך, קל לחשב שאם משתמשים במנורות LED 20 במעגל, אז ירידת המתח על פיהם תהיה 65 ... 75 V. זה ברמה זו כי המתח על פני הקבל C2 יהיה מוגבל.
יש לבחור דיודות זנר כך שמתח הייצוב הכולל יהיה מעט גבוה יותר מנפילת המתח על נוריות LED. במקרה זה, במהלך פעולה רגילה, דיודות הזנר יהיו סגורות ולא ישפיעו על פעולת המעגל. דיודות הזנר 1N4754A המצוינות במעגל מתח יש ייצוב של 39 וולט ומחוברות בסדרה - 78 וולט.
אם לפחות אחת מנורות הלד נשברת, דיודות הזנר ייפתחו והמתח על הקבל C2 יתייצב על 78 וולט, שהוא בבירור נמוך ממתח ההפעלה של הקבל C2, כך שלא יהיה פיצוץ.
העיצוב של מנורת LED תוצרת בית מוצג באיור 8. כפי שניתן לראות מהאיור, הוא מורכב בתוך מעטה ממנורה חסכונית באנרגיה בלתי שמישה עם בסיס E-27.
איור 8
לוח המעגלים המודפס עליו מונחים כל החלקים עשוי מפיברגלס נייר כסף בכל אחת מהדרכים הקיימות בבית. כדי להתקין את נוריות הלד, נקדחו על הלוח חורים בקוטר 0.8 מ"מ ו -1.0 מ"מ לשאר החלקים. ציור לוח מעגלים מוצג באיור 9.
איור 9. לוח המעגלים המודפס ומיקום החלקים עליו.
מיקום החלקים בלוח מוצג באיור 9 ג. כל החלקים למעט נוריות LED מותקנים בצד הלוח, שם אין פסי מודפס. במקביל מותקן מגשר באותו צד, המוצג גם באיור.
לאחר התקנת כל החלקים בצד הנייר, נוריות LED מותקנות. התקנת נוריות LED צריכה להתחיל מאמצע הלוח, לעבור בהדרגה לפריפריה. יש לאטום את נורות הלד בסדרות, כלומר, המסוף החיובי של נורית LED אחת מחובר למסוף השלילי של השני.
הקוטר של הלד יכול להיות בכל 3 עד 10 מ"מ. במקרה זה, יש להשאיר את מסקנות הנוריות לפחות 5 מ"מ מהלוח. אחרת, נוריות LED יכולות פשוט להתחמם יתר על המידה בעת ההלחמה. משך ההלחמה, כמומלץ בכל המדריכים, לא יעלה על שלוש שניות.
לאחר הרכבת הלוח והתאמתו, יש להלחם את מסקנותיו לבסיס ולהכניס את הלוח עצמו לתיק. בנוסף למקרה שצוין, אפשר להשתמש בתיק מיניאטורי יותר, עם זאת, יהיה צורך לצמצם את גודל הלוח המודפס, אך לא לשכוח את ממדי הקבלים C1 ו- C2.
ראה גם: היסטוריית תיקון מנורות LED
עיצוב מנורת הלד הפשוט ביותר
מעגל כזה מוצג באיור 10.
איור 10. העיצוב הפשוט ביותר של מנורת LED.
המעגל מכיל מספר מינימלי של חלקים: 2 נוריות נוריות בלבד נגד מרווה. בתרשים נראה כי נוריות הדלק מופעלות במקביל - במקביל. עם הכללה זו, כל אחד מהם מגן על השני מפני מתח הפוך, שהוא קטן עבור נוריות ה- LED, וברור כי מתח החשמל אינו יכול לסבול אותו. בנוסף, הכללה כפולה כזו תגדיל את תדירות הבהוב של מנורת הלד ל 100 הרץ, שלא תורגש לעין ולא תשעמם את הראייה. מספיק לזכור כאן כיצד, בכדי לחסוך כסף, חוברו מנורות ליבון רגילות דרך דיודה, למשל בכניסות. הם פעלו בצורה לא נעימה בחזון.
אם אין שני נוריות לד, אז אפשר להחליף אחת מהן באמצעות דיודה מיישר קונבנציונאלית, שתגן על הדיודה הפולטת מהמתח ההפוך של הרשת. כיוון הכללתו אמור להיות זהה לזה של ה- LED החסר. עם הכללה זו, תדירות הבהוב של נורית LED תהיה 25 הרץ, שתורגש לעין, כפי שכבר תואר לעיל.
כדי להגביל את הזרם דרך נוריות הלד ברמה של 20 mA, על הנגד R1 להיות בעל התנגדות בטווח של 10 ... 11 KOhm. במקביל, כוחו צריך להיות לפחות 5 וואט. כדי להפחית את החימום, זה יכול להיות מורכב מכמה נגדים, הטובים ביותר משלושה, 2 וולט.
ניתן להשתמש בנורות LED זהות לאלה שהוזכרו בסכימות קודמות או שניתן לרכוש. בעת הקנייה, עליך להכיר במדויק את מותג הנורית כדי לקבוע את הזרם הישיר המדורג שלו. בהתבסס על גודל הזרם הזה, נבחר ההתנגדות של הנגד R1.
העיצוב של המנורה שהורכבה על פי סכמה זו שונה מעט משתי הקודמות: ניתן לייצר אותה גם בתוך המנורה ממנורת ניאון חסכונית בלתי שמישה. פשטות המעגל אפילו לא מרמזת על נוכחות לוח מעגלים מודפס: ניתן לחבר את החלקים באמצעות הרכבה לקיר, ולכן, כמו שאומרים במקרים כאלה, העיצוב שרירותי.
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: