Светодиодные лампы аварийного освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

При пропадании сетевого напряжения в подсобных или служебных помещениях желательно поддерживать хотя бы минимальный уровень освещенности, чтобы принять какие-то меры по устранению неисправности или покинуть помещение. В таком случае помогут лампы, способные светить некоторое время после отключения сетевого напряжения. Для них потребуется автономный источник питания или накопитель энергии, например, конденсатор большой емкости или аккумулятор. В качестве ламп аварийного освещения целесообразно использовать светодиодные, поскольку они самые экономичные.

Для того чтобы лампа могла светить и после пропадания напряжения в сети, она, конечно, должна содержать встроенный источник энергии. В простейшем случае им может быть оксидный конденсатор относительно большой емкости, способный накопить в дежурном режиме энергию, достаточную для поддержания небольшой освещенности помещения в течение нескольких десятков секунд.

Рис. 1

Схема такой лампы аварийного освещения показана на рис. 1. Ее можно изготовить на основе серийно выпускаемой светодиодной лампы либо сделать самостоятельно на базе элементов светодиодного карманного фонаря или отдельных светодиодов (см. статью "Сетевая лампа из светодиодов фонаря" в "Радио", 2013, № 2, с. 26). В дежурном режиме соединенные последовательно светодиоды питаются от источника, состоящего из балластного конденсатора С1, диодного моста VD1-VD4 и сглаживающего конденсатора С2. Конденсатор С3 - накопительный, сразу после подачи напряжения сети он заряжается от мостового выпрямителя через диод VD6, а когда светодиоды начнут светить, - через резистор R3 от однополупериодного выпрямителя на диоде VD5. На транзисторах VT1, VT2 собран стабилизатор тока, обеспечивающий равномерную разрядку конденсатора С3 и поддержание постоянной яркости свечения светодиодов в аварийном режиме.

В дежурном режиме ток через светодиоды зависит в основном от емкости конденсатора С1, тока стабилизатора (в данном случае - около 1 мА) и числа светодиодов N (например, при N = 21 и емкости конденсатора, указанной на схеме, этот ток - около 20 мА). Резистор R2 ограничивает бросок зарядного тока при включении лампы, а через резистор R1 разряжается конденсатор С1 при ее отключении. В аварийной ситуации, когда сетевое напряжение пропадает, светодиоды питаются от накопительного конденсатора С3 через стабилизатор тока. Неизменное минимальное освещение поддерживается около 20 с, после чего яркость светодиодов плавно уменьшается в течение примерно 30 с. Увеличить продолжительность аварийного освещения можно увеличением емкости конденсатора С3.

Рис. 2

Все детали, кроме светодиодов, монтируют на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 2. Резисторы - С2-33, Р1-4, конденсаторы С2, С3 - оксидные импортные, С1 - от вышедшей из строя энергосберегающей компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) или импортные, рассчитанные на работу при переменном напряжении 250...400 В. Из нее же извлечены и диоды 1N4007. Биполярный транзистор - любой из серий КТ315, КТ3012. Смонтированную плату помещают в пластмассовый корпус от КЛЛ деталями в сторону цоколя.

Небольшая емкость накопительного конденсатора С3 не позволяет обеспечить продолжительное свечение лампы в аварийном режиме. Увеличение его емкости ведет к существенному увеличению габаритов. Выходом из этой ситуации может быть применение ионистора - конденсатора большой емкости (до нескольких фарад). Однако номинальное напряжение ионистора, как правило, не превышает 5 В, поэтому от него можно питать один светодиод или несколько включенных параллельно.

Рис. 3

Схема такой лампы показана на рис. 3. В дежурном режиме светодиоды питаются от выпрямителя на диодах VD1-VD4, подключенного к сети через балластный конденсатор С1. При этом через соединенные последовательно светодиоды EL1-ELN-3 протекает ток около 20 мА, а через каждый из включенных параллельно ELN-2-ELN - втрое меньший. Для выравнивания тока через них служат токоограничивающие резисторы R3-R5, которые при налаживании подбирают так, чтобы суммарное падение напряжения на них и светодиодах ELN-2-ELN не выходило за пределы 4,5...5 В. До этого напряжения и заряжается ионистор С3. В первое время после включения лампы в сеть (пока он не зарядится до напряжения 3...3.3 В) светодиоды ELN-2-ELN не светят.

При пропадании сетевого напряжения ионистор начинает разряжаться через эти светодиоды и в лампе светят только они. Продолжительность свечения зависит от емкости ионистора и числа подключенных к нему светодиодов. Увеличение их числа требует пропорционального увеличения сопротивления включенных последовательно с ними резисторов, и поскольку ток разрядки ионистора при этом возрастает, продолжительность аварийного освещения сокращается.

Существенно продлить свечение лампы в аварийном режиме можно, заменив ионистор малогабаритным Li-ion аккумулятором (или батареей из Ni-Cd аккумуляторов) от сотового телефона или радиотелефона. Подборкой резисторов R3-R5 (при отключенном аккумуляторе) устанавливают на них и включенных последовательно с ними светодиодах ELN-2-ELN напряжение4...4,1 В при использовании Li-ion аккумулятора или 4,3...4,4 В, если применена батарея из трех Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов (именно до этих значений напряжения они и заряжаются в дежурном режиме). При пропадании сетевого напряжения светодиоды ELN-2-ELN питаются от аккумулятора. Запаса его энергии хватает на несколько часов непрерывной работы. По мере разрядки его напряжение и ток через светодиоды уменьшаются, но благодаря их нелинейной вольт-амперной характеристике полной разрядки не произойдет. Последовательно с аккумулятором можно установить выключатель SA1 для его отключения, например, при транспортировке лампы.

Для увеличения яркости ламп, собранных по схеме на рис. 3, в аварийном режиме следует увеличить число параллельно соединенных светодиодов. В принципе, можно включить параллельно все светодиоды лампы, но в этом случае для обеспечения нормальной яркости в дежурном режиме придется существенно увеличить емкость балластного конденсатора С1, что приведет к нежелательному увеличению (до нескольких сотен миллиампер) потребляемого от сети тока. Кроме того, если аккумулятор разряжен, яркость свечения лампы в первое время после включения может быть низкой, так как существенная часть тока пойдет на зарядку аккумулятора.

Рис. 4

Возможный выход из положения - последовательное соединение нескольких групп параллельно включенных светодиодов (рис. 4). Для изготовления такой лампы была применена печатная плата от фонаря с 32 светодиодами, соединенными параллельно. На плате они расположены так: 4 - в центре, 17 - по внешней окружности, 11 - по промежуточной. Последние выделены в группу (EL12-EL22), питаемую в аварийном режиме от аккумулятора, а остальные разделены на две группы, одна из которых содержит также 11 светодиодов (EL1-EL11), а вторая - десять (EL23-EL32). Эти группы и токоограничивающий резистор R3 включены последовательно, для чего соответствующие печатные проводники на плате перерезаны, а необходимые соединения выполнены отрезками изолированного провода.

Потребляемый этой лампой ток определяется емкостью балластных конденсаторов С1, С2 и равен примерно 100 мА, т. е. через каждый светодиод течет ток около 9 мА. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, делая свечение светодиодов более ровным. В дежурном режиме на светодиодах EL12-EL22 и резисторе R3 (его подбирают при налаживании) падает напряжение около 4,1 В, до которого и заряжается Li-ion аккумулятор G1. Если применена батарея из трех Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов, это напряжение следует увеличить до 4,4 В. Выключатель SA1 выполняет ту же функцию, что и в предыдущей конструкции.

Рис. 5

Все детали, кроме светодиодов и резистора R3, монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, изготовленной по чертежу, показанному на рис. 5. Смонтированную плату и аккумулятор размещают в корпусе диаметром 57 мм от КЛЛ мощностью 35 Вт так, чтобы конденсаторы С1 и С2, предварительно обмотанные изоляционной лентой, оказались в цокольной части. Выключатель устанавливают на его боковой стенке. Внешний вид лампы показан на рис. 6.

Рис. 6

Для того чтобы яркость свечения лампы с последовательно соединенными светодиодами оставалась в аварийном режиме такой же, как и в дежурном, ее необходимо дополнить питаемым от аккумулятора повышающим преобразователем напряжения. Схема такой лампы показана на рис. 7. В дежурном режиме светодиоды EL1-ELN питаются током 15...20 мА от узла питания, состоящего из балластного конденсатора С1, диодного моста VD1 - VD4 и сглаживающего конденсатора С2. Напряжение, до которого заряжается аккумулятор G1, устанавливают подборкой резистора R3.

Рис. 7 (нажмите для увеличения)

Преобразователь напряжения содержит микросхему DD1, транзистор VT1, повышающий импульсный трансформатор Т1 и выпрямитель на диодах VD6-VD9. На элементе DD1.1 собран генератор импульсов с частотой следования около 30 кГц, на DD1.2 - формирователь управляющих импульсов. Соединенные параллельно элементы DD1.3, DD1.4 выполняют функции инвертирующей буферной ступени. С ее выхода импульсы поступают на затвор переключательного полевого транзистора VT1 . При питании от сети и замкнутых контактах выключателя SA1 аккумулятор G1 заряжается через светодиоды EL1 -ELN-1 и стабилитрон VD5. На один из входов элемента DD1.1 (вывод 5) через резистор R4 подано напряжение положительной полярности (около 4 В), а через резистор R5 - отрицательной (около 6 В) со стабилитрона VD5.

В результате напряжение на этом входе имеет низкий уровень, генератор заторможен и преобразователь не работает. При пропадании сетевого напряжения на вход элемента DD1.1 поступает напряжение высокого уровня от аккумулятора G1, генератор включается и на светодиоды подается напряжение питания с выпрямителя на диодах VD6-VD9. Подстроечным резистором R7 можно в широких пределах изменять длительность управляющих импульсов и тем самым - яркость свечения лампы в аварийном режиме. Работоспособность преобразователя сохраняется при снижении напряжения питания до 2,8 В.

Рис. 8

Резисторы R1, R2 (МЛТ), конденсаторы С1 (К73-17 или от КЛЛ), С2 (оксидный импортный) и диоды VD1-VD4 (также от КЛЛ) размещены на двусторонней печатной плате, чертеж которой показан на рис. 8. Монтаж в основном поверхностный. Конденсатор С2 устанавливают параллельно плате и приклеивают к ней клеем "Момент". Четыре отверстия в правой части платы предназначены для прохода выводов диодов VD1-VD4 (их припаивают к печатным проводникам обеих сторон). После проверки смонтированную плату обматывают двумя слоями изоляционной ленты и помещают в цокольную часть корпуса КЛЛ.

Рис. 9

Преобразователь собран на печатной плате, изготовленной по чертежу на рис. 9. Монтаж - поверхностный. Конденсаторы С5-С7 и диоды VD6-VD9 - от КЛЛ, подстроечный резистор R7 - СПЗ-19а.

Для изготовления трансформатора Т1 использован балластный дроссель от КЛЛ мощностью 10 Вт. Надо подобрать дроссель, конструкция которого позволяет без разборки намотать дополнительную обмотку - 10 витков провода МГТФ-0,2. В трансформаторе она будет выполнять функцию первичной (I) обмотки, а вторичной (II) станет обмотка дросселя.

Li-ion аккумулятор от сотового телефона приклеен к плате на стороне, свободной от элементов. Выключатель SA1 - движковый ПД9-1 или аналогичный импортный. Внешний вид преобразователя вместе с платой светодиодов (от сетевой лампы с последовательным соединением 21 светодиода) показан на рис. 10.

Рис. 10

В заключение следует отметить, что повышающий преобразователь можно собрать и на специализированной микросхеме, это, кстати, позволит уменьшить его размеры. Лампу с преобразователем можно использовать как ручной фонарь, но в этом случае в качестве источника питания желательно применить батарею, составленную из трех Ni-MH аккумуляторов.

Автор: И. Нечаев

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Бюджетный сверхпрочный титановый сплав 23.08.2025 Титан известен своей прочностью и биосовместимостью, однако высокая стоимость производства ограничивает его массовое использование. Именно поэтому новость о создании нового сплава в Королевском технологическом институте Мельбурна вызвала значительный интерес в научной среде. Команда инженеров RMIT представила титановый сплав нового поколения, изготовленный методом 3D-печати. Его уникальность заключается в том, что он примерно на 30 процентов дешевле традиционного Ti-6Al-4V и при этом обладает большей прочностью и пластичностью. Снижения цены удалось достичь благодаря отказу от дорогого ванадия и использованию более доступных элементов. Ведущий автор работы Райан Брук отметил, что ученым удалось добиться равномерной зернистой структуры металла, что положительно сказалось на механических характеристиках. Обычно при аддитивном производстве металлов возникает риск формирования так называемой столбчатой микроструктуры - дефекта, который снижает надежность материала. В новом сплаве эта проблема была успешно решена, и это делает его особенно перспективным для серийного производства деталей. Фактически речь идет о переходе к новой формуле металлических соединений, изначально рассчитанных под технологию 3D-печати, а не заимствованных из традиционной металлургии. Профессор Марк Истон из RMIT подчеркнул, что открытие важно не только с научной точки зрения, но и с промышленной. В университете уже подана предварительная патентная заявка, и команда активно ищет партнеров для внедрения сплава в производство. По словам ученых, без поддержки компаний по всей цепочке поставок вывести материал на рынок будет сложно, однако интерес со стороны индустрии уже проявляется. Применение нового титанового сплава может изменить правила игры в таких областях, как аэрокосмическая техника и медицина. Более доступное производство позволит создавать детали для ракетных двигателей, самолетов и медицинских имплантов с меньшими затратами, сохраняя при этом высокую надежность и долговечность. Любопытно, что работа RMIT совпадает с глобальными исследованиями в этой области. Например, в Университете Джона Хопкинса ученые применяют искусственный интеллект для поиска оптимальных условий лазерного сплавления титана. Это говорит о том, что конкуренция в сфере разработки новых материалов растет, и в ближайшие годы можно ожидать целый ряд открытий. Райан Брук образно сравнил нынешнее состояние дел с ситуацией, когда "у нас уже есть самолет, но мы продолжаем ездить на нем по улицам". Его слова отражают основную мысль: потенциал аддитивного производства огромен, и только появление сплавов, созданных специально для этой технологии, позволит раскрыть его полностью.

Другие интересные новости:

▪ Кусочек нейрона для обработки образцов

▪ Робот отыщет на Луне воду

▪ Ажурный металл

▪ Самолет с графеновым покрытием

▪ Лень полезна для человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья История культуры. Шпаргалка

▪ статья Как и за что персидский царь Ксеркс I приказал наказать морской пролив Геллеспонт? Подробный ответ

▪ статья Росичка стелющаяся. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Применение микросхем A277D (К1003ПП1). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Устройство переключения с автоматическим зарядным устройством. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025