Сетевая светодиодная лампа с блоком питания на микросхеме VIPer22A. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

В последнее время лампы накаливания, имеющие весьма ограниченный ресурс около 1000 часов, и газоразрядные осветительные лампы с ресурсом примерно 20 000 часов энергично вытесняются светодиодными аналогами, способными функционировать без замены гораздо дольше - 100 000 часов. Они имеют наивысший среди искусственных источников света КПД преобразования электрической энергии в световую, что вынуждает правительства многих стран, в том числе и России, энергичнее внедрять энергосберегающие технологии в светотехнике. Этому также способствует неуклонное снижение стоимости сверхъярких светодиодов из-за конкуренции их мировых производителей.

К сожалению, в большинстве бытовых светодиодных ламп использованы простейшие сетевые блоки питания с балластным конденсатором. И это несмотря на то, что общеизвестные недостатки последних (бросок тока при включении, узкий интервал сетевого напряжения, соответствующий допустимым пределам тока через светодиоды, а также возможность повреждения при обрывах в нагрузке) приводят к преждевременному выходу светильников из строя. Это значит, что подобное схемотехническое решение в принципе не может обеспечить эффективную долговременную работу светодиодных источников света с предполагаемым ресурсом в 100 000 часов.

Рис. 1

Предлагаемая конструкция простого малогабаритного сетевого ИИП для светодиодной лампы (рис. 1) свободна от таких недостатков и, несмотря на высокую надежность эксплуатации, очень дешева (примерно 50 руб без светодиодов). Использование средств автоматизированного проектирования данного устройства предоставляет возможность радиолюбителю самостоятельно гибко варьировать номенклатуру и число подключаемых светодиодов.

Работа подобного импульсного понижающего стабилизатора напряжения и физические принципы его функционирования описаны в [1] (рис.1,в и рис. 2,6). Поэтому более подробно рассмотрим последовательность проектирования сетевого преобразователя для питания 17 ультраярких светодиодов, используемых в описываемом устройстве (рис. 1). Среди них EL1- EL8 - стандартные 5-миллиметровые светодиоды LC503TWN1-15G и EL9-EL11 - чип-светодиоды ARL-5060WYC по 3 шт. в прямоугольном корпусе PLCC6 размерами 5x5 мм с допустимым прямым током до 40 мА и прямым падением напряжения примерно 3,2 В на каждом диоде. Такой выбор светодиодов в экземпляре автора обусловлен необходимостью освещения компьютерной клавиатуры. Первые светодиоды обладают малым углом излучения - 15° по уровню половинной мощности, вторые - большим - 120°. В результате в суммарном световом пятне будут отсутствовать резкие границы, причем освещенность в центре больше, чем на периферии. Цветовой оттенок такого источника света - средний между холодным и теплым белым, что обусловлено параметрами использованных светодиодов.

Из конструктивных соображений однотипные светодиоды соединены последовательно, при этом получены показанные на рис. 1 две цепи (из 8 и 9 светодиодов соответственно), которые соединены параллельно через токо-ограничивающие резисторы R2 и R3 Выходное напряжение преобразователя для обеих цепей выбрано 32 В при токе нагрузки 40 мА.

Для проектирования преобразователя использована программа Non-Isolated VIPer Design Software v.2.3 (NIVDS), о которой рассказано в статье [2]. Интервал напряжения сети оставлен выбранный программой по умолчанию 88...264 В. Использован ШИ контроллер - микросхема VIPer22A с частотой преобразования 60 кГц, режим преобразования прерывистый (DCM - Discontinuous Current Mode), выходное напряжение - 32 В при токе 40 мА. Индуктивность накопительного дросселя L1, рассчитанная программой, составила 2,2 мГн. Другие параметры преобразователя: КПД - 74 %, максимальная амплитуда тока коммутирующего транзистора микросхемы DA1 - 169 мА, ее максимальная температура - 47 °С, эффективное значение потребляемого тока - 17 мА при максимальном сетевом напряжении 264 В.
Дроссель L1 - доработанный высокочастотный ДМ-0,1 500 мкГн. Для увеличения его индуктивности до 2,2 мГн к имеющейся обмотке добавляют, не изменяя направление намотки, 2 слоя по 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм. Изоляцию между добавляемыми слоями, а также общее покрытие дросселя выполняют клейкой лентой (скотчем). Отгибание выводов дросселя для монтажа на печатной плате производят не ближе 5 мм от ферритового корпуса, иначе заводские выводы обмотки будут повреждены. Вместо доработанного дросселя ДМ-0,1 можно применить катушки индуктивности КИГ-0,2-2200 или SDR1006-2200.

Рис. 2

Чертеж печатной платы преобразователя, выполненной из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,2 мм, показан на рис. 2, а ее внешний вид - на рис. 3. Конденсатор С1 впаивают с зазором 7...8 мм до платы, так как его надо наклонить к центру платы, чтобы он разместился в примененном цоколе от сгоревшей энергосберегающей лампы.

Рис. 3

В преобразователе могут быть использованы импортные оксидные конденсаторы с предельной рабочей температурой 105 °С. Конденсаторы С2 и С5 - пленочные или керамические с номинальным напряжением не менее 50 В. Плавкая перемычка FU1 - проволока от предохранителя с номинальным током 1 А. Прорезь защищает плату при перегорании FU1. Но прорезь не нужна, если перемычку заменить плавкой вставкой в керамическом корпусе (из серий ВП1-1, ВП1-2) или предохранительным резистором Р1-25 (или аналогичным импортным сопротивлением 8... 10 Ом). В случае использования предохранительного резистора сопротивление резистора R1 уменьшают до 10...12 Ом.

Рис. 4

Светодиодная нагрузка R2R3EL1 - EL11 смонтирована на другой печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5... 1 мм (рис. 4). Участок фольги многоугольной формы в центре платы предназначен для отвода тепла от светодиодов поверхностного монтажа EL9-EL11. Токоограничивающие резисторы R2 и R3 - РН1-12 типоразмера 1206. Две платы соединяют между собой пайкой в соответствующих контактных площадках трех отрезков медного провода диаметром 0,7 мм и длиной примерно 7 мм, на которые в качестве ограничительных букс надеты отрезки пустотелых пластиковых стержней от шариковых ручек. Два провода подают питание на плату со светодиодами, а третий обеспечивает необходимую жесткость конструкции. При соединении смежными являются стороны, свободные от элементов на обеих платах. В отверстия контактных площадок, отмеченных звездочками, вставляют и с двух сторон пропаивают короткие отрезки провода.

Вначале с помощью ЛАТР желательно убедиться в стабильности выходного напряжения 32 В во всем интервале изменения сетевого напряжения (88...264 В), при этом вместо светодиодов подключают резисторы общим сопротивлением 800 Ом Затем светодиоды устанавливают на место, а вместо постоянных токоограничивающих резисторов R2 и R3 временно спаивают подстроечные сопротивлением 150 Ом При измерениях следует остерегаться электрического удара током, поскольку все элементы устройства гальванически связаны с питающей электросетью. Все изменения выполняют только в отключенном состоянии. Подстроечные резисторы регулируют диэлектрической отверткой. Ток через каждую цепь светодиодов контролируют миллиамперметром Хотя использованные светодиоды допускают прямой ток до 40 мА с соответствующим увеличением яркости свечения, в целях достижения заявленной долговечности светодиодов подстройкой резисторов ток устанавливают равным 20 мА. Примерно через 5 мин после включения стабилизируется тепловой режим светодиодов, поэтому необходима дополнительная подстройка тока. При наличии одного миллиамперметра ток в каждой светодиодной цепи регулируют по очереди. В завершение подстроечные резисторы заменяют постоянными найденного сопротивления.

Рис. 5

С помощью инструмента Waveforms программа NIVDS позволяет смоделировать режимы ШИ контроллера. На рис. 5 показана диаграмма импульсного тока в контроллере при сетевом напряжении 220 В, практически совпавшая с результатами контрольных измерений. Интервал О...1,5мкс соответствует открытому состоянию коммутирующего транзистора микросхемы DA1 (прямой ход преобразователя). Синим цветом показан график тока в накопительном дросселе во время обратного хода преобразователя. Интервал 1,5... 13 мкс соответствует этапу передачи в нагрузку энергии, накопленной дросселем во время прямого хода. Интервал 13...16,6 мкс - так называемая бестоковая пауза в работе преобразователя, когда возникают свободные затухающие колебания напряжения и тока в выходной цепи. Более наглядно эти колебания иллюстрирует снятая диаграмма напряжения на истоке транзистора относительно общего провода питания (рис. 6), где хорошо заметно, что затухающие колебания напряжения происходят относительно уровня 32 В, соответствующего выходному напряжению преобразователя. Выходной фильтр С4С5 снижает пульсации выходного напряжения до 300 мВ.

Рис. 6

Как видно из рис. 5 и 6, пиковый ток коммутирующего транзистора микросхемы (169 мА) в несколько раз меньше максимально допустимого значения 700 мА, напряжение на стоке этого транзистора (300 В) также меньше максимально допустимого 730 В Это обеспечивает работу преобразователя с большим запасом электрической прочности, что наряду со встроенной в микросхему тепловой защитой, а также защитой от замыканий и обрывов в нагрузке гарантирует многолетнюю надежную работу описанного устройства.

Внешний вид светодиодной лампы показан на рис. 7. В ней использован отражатель от неисправного карманного фонаря.

Литература

1. Косенко С. Особенности работы индуктивных элементов в однотактных преобразователях. - Радио. 2005. № 7. с. 30-32.
2. Косенко С. Автоматизированное проектирование малогабаритных ИИП на микросхемах VIPer - Радио, 2008, № 5, с. 32. 33.

Автор: С. Косенко, г. Воронеж; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Мышечный тонус без физической активности 25.03.2020 Ученые Бирмингемского университета и Университета Данди провели исследования, которые помогут пожилым людям сохранить мышечную массу в тонусе. Один из лучших способов сохранить с возрастом крепость мышц - конечно же, постоянная физическая активность и упражнения. Однако не каждый стареющий человек в состоянии выдерживать такие нагрузки. Ученые задались целью выяснить на клеточном уровне, что же именно делает мышцы упругими. В составе клеток имеются своеобразные энергетические станции. Их роль выполняют митохондрии, именно они вырабатывают энергию, при этом разрушаясь и синтезируясь заново. Чем старше организм, тем с большим трудом идет процесс обновления митохондрий, и в клетках скапливается все больше продуктов их распада без обновления либо старых митохондрий, которые уже не работают. Поэтому снижается мышечная функция, и вместе с тем физические возможности человека. С помощью флуоресцентных меток ученые проследили за развитием митохондрий в мышечных клетках. Сначала они имели золотистый цвет, а при разрушении становились красными. Выяснилось, что стимулируют процесс разрушения отработавших митохондрий молекулы АМФ-активируемой протеинкиназы (АМФК), активность которых возрастают при занятиях спортом. Ученые пришли к выводу, что на обновление митохондрий физические упражнения влияют не прямо, а косвенно - благодаря АМФК. Следовательно, если применить препарат, активирующий АМФК химическим путем, то можно добиться того же результата - вернуть мышцам силу и упругость. Поэтому новая разработка поможет созданию новых препаратов для поддержания мышечного тонуса вплоть до глубокой старости, а значит, пожилые люди дольше смогут оставаться физически активными.

Другие интересные новости:

▪ Рыба из 3D-печати

▪ Экологически чистый катализатор пропилена

▪ Самодельная субмарина

▪ Влияние микробов на геологические процессы Земли

▪ Квантовые точки - светильники будущего

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Тщетная предосторожность. Крылатое выражение

▪ статья Что такое огни святого Эльма? Подробный ответ

▪ статья Измерение расстояний по карте. Советы туристу

▪ статья Схема электрооборудования автомобиля ВАЗ-2105. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Пассивная система защиты громкоговорителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026