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:

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 Новая линейка помехозащитных фильтров TDK-Lambda 31.03.2009 Новые низкопрофильные помехоподавляющие фильтры TDKLambda серии R для однофазных и трехфазных сетей позволяют проектировщикам избежать проблем механической совместимости и электрических характеристик при разработке конструкций ОЕМ-оборудования. Однофазные модели фильтров выпускаются с номинальными значениями тока в диапазоне от 0,5 до 300 А для напряжения 250 В переменного тока или 250 В постоянного тока, ток утечки на землю равен 1 мА. Низкий ток утечки 1 мкА доступен при напряжении 250 В переменного тока и частоте 60 Гц. Трехфазные модели серии В выпускаются с номинальными значениями тока в диапазоне от 6 до 1000 А для работы с напряжениями 500 В переменного тока или 500 В постоянного тока. Максимальный ток утечки на землю составляет 2,5 мА при напряжении 250 В переменного тока и частоте 60 Гц или 5 мА при напряжении 500 В и частоте 60 Гц. Существуют различные варианты монтажа: проволочные выводы, терминал с лепестковыми выводами, терминал с невыпадающими винтами. Предусмотрен монтаж моделей с током до 30 А как на шасси, так и на DIN-рейку. Изделия сертифицированы на соответствие международным стандартам. Диапазон рабочих температур составляет от -25 до 85°С. В составе серии R имеются фильтры как первого, так и второго порядков с эффективным подавлением низкочастотных и импульсных помех, с различной шириной полосы подавления помех и шумов.

Другие интересные новости:

▪ Водная замена литий-ионным аккумуляторам

▪ Процессоры MD Elite A-серии Richland

▪ Медицинский нано-гель

▪ Новая мембрана удешевит фильтрацию воды

▪ Выведен негорький цикорий

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Альтернативные источники энергии. Подборка статей

▪ статья Мы пскопские. Крылатое выражение

▪ статья Что такое лейкемия? Подробный ответ

▪ статья Настольный универсал. Домашняя мастерская

▪ статья Светодиодное устройство Солнышко. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный блок питания УЗЧ, 200 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025