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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Электрический летающий автомобиль eVTOL 06.01.2023 Компания Aska представила электрический летающий автомобиль eVTOL с запасом хода 400 км. Aska A5 размером примерно с типичный внедорожник и был описан как первый четырехместный электромобиль, который может проехать по дороге и до 250 миль (402 км) по воздуху на одном заряде. Хотя A5 больше похож на самолет/вертолет, чем на традиционный автомобиль, он имеет крылья и винты, которые можно сложить, когда его нужно использовать как автомобиль. Автомобиль питается от собственной системы, сочетающей литий-ионные аккумуляторы с бензиновым двигателем, действующим как бортовой удлинитель запаса хода. Непонятно, сколько мощности имеет A5, но Aska отмечает, что у него четыре электродвигателя в колесах, которые создают тягу с полным приводом, а также улучшают аэродинамику и максимизируют внутреннее пространство. Хотя A5 может взлетать как вертолет, или с помощью взлетно-посадочной полосы, как традиционный самолет. Во время полета крылья и шесть роторов разворачиваются. Аска отмечает, что крыло было оптимизировано для "скольжения, плавных посадок и эффективного потребления энергии". "Наше открытие на выставке CES представляет то, чего никогда не было достигнуто в мире, но о чем люди мечтали десятилетиями: полностью функциональный, полномасштабный прототип электрического вертикального взлета и посадки Drive&Fly, настоящего летающего автомобиля", описал соучредитель и исполнительный директор Гай Каплински. "Мы творим историю из ASKA и определяем следующие 100 лет транспорта. ASKA позиционируется как транспортное средство нового поколения, сочетающее удобство автомобиля с легкостью и эффективностью полета VTOL и STOL. ASKA - это транспортное средство, предназначенное не только для потребителей, оно также имеет значительный бизнес-потенциал в использовании для реагирования на чрезвычайные ситуации, в военных целях, а также в услугах мобильности совместного использования по требованию". Кроме частных продаж A5, Aska планирует запустить услугу поездок на заказ в 2026 году с парком своих eVTOL.

Другие интересные новости:

▪ Коврик для эффективной сердечно-легочной реанимации

▪ Расшифрован язык орангутангов

▪ Обнаружен двойник Солнечной системы

▪ Шоколадный перец

▪ Храп вредит сердцу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Сковорода Григорий Саввич. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какие одноклеточные организмы являются потомками медуз? Подробный ответ

▪ статья Швея (портной). Должностная инструкция

▪ статья Расчет АЧХ узкополосных фильтров СВЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Системы питания и электропривода современных камкордеров - диагностика неисправностей, ремонт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025