Categories: Electrònica pràctica, Fonts de llum, Tot sobre els LED, Com funciona
Nombre de visualitzacions: 440310
Comentaris sobre l'article: 52
Com són les làmpades LED
L’article parla del disseny de làmpades LED. Es consideren diversos esquemes de diferent complexitat i es fan recomanacions per a la fabricació independent de fonts de llum LED connectades a una xarxa de 220 V.
Beneficis de les làmpades d’estalvi d’energia
Els avantatges de les làmpades d’estalvi d’energia són molt conegudes. En primer lloc, és en realitat un baix consum energètic i, a més, una alta fiabilitat. Actualment, les làmpades fluorescents més esteses. Tal làmpada consum energètic 20 watts, dóna la mateixa il·luminació que una làmpada incandescent de cent watts. És fàcil calcular que l’estalvi d’energia és cinc vegades.
Recentment, les làmpades LED estan dominant la producció. Els indicadors d'eficiència i durabilitat són molt superiors als de les làmpades fluorescents. En aquest cas, l’electricitat es consumeix deu vegades menys que les làmpades incandescents. La durabilitat de les llums LED pot arribar a 50 o més mil hores.
Les fonts de llum de nova generació, per descomptat, són més cares que les llums incandescents simples, però consumeixen força menys energia i tenen una major durabilitat. Els dos últims indicadors estan dissenyats per compensar l’alt cost dels nous tipus de làmpades.
Circuits pràctics de làmpades LED
Com a primer exemple, podem considerar el dispositiu de la làmpada LED desenvolupat per l'empresa "SEA Electronics" mitjançant microcircuits especialitzats. A la figura 1 es mostra el circuit elèctric d’una tal làmpada.
Figura 1. Esquema de la làmpada LED de l'empresa "SEA Electronics"
Fa deu anys, els LED només es podien fer servir com a indicadors: la intensitat de la llum no era més que d’1,5 ... 2 microcanals. Ara han aparegut leds súper brillants, en què la potència de radiació arriba a diverses desenes de candeles.
Quan s'utilitzen leds d'alta potència conjuntament amb convertidors de semiconductors, es va poder crear fonts de llum que suportin la competència amb làmpades incandescents. A la figura 1. es mostra un convertidor similar. El circuit és força senzill i conté un nombre reduït de peces. Això s’aconsegueix mitjançant l’ús de microcircuits especialitzats.
El primer xip IC1 BP5041 és un convertidor AC / DC. El seu esquema estructural es mostra a la figura 2.
Figura 2. Diagrama de blocs de BP5041.
El microcircuit es realitza en el cas del tipus SIP que es mostra a la figura 3.
Figura 3
Un convertidor connectat a una xarxa d’il·luminació de 220V proporciona una tensió de sortida de 5V a un corrent d’uns 100 mil·límetres. La connexió a la xarxa es fa mitjançant un rectificador realitzat al díode D1 (en principi, és possible utilitzar un circuit pont del rectificador) i un condensador C3. La resistència R1 i el condensador C2 eliminen el soroll dels impulsos. Vegeu també Com connectar una làmpada LED a una xarxa de 220 V.
Tot el dispositiu està protegit per un fusible F1, el qual no ha de superar el indicat al diagrama. El condensador C3 està dissenyat per suavitzar la ondulació de la tensió de sortida del convertidor. Cal tenir en compte que la tensió de sortida no té aïllament galvànic de la xarxa, la qual cosa és completament innecessari en aquest circuit, però requereix una cura especial i el compliment de les normes de seguretat durant la fabricació i posada en servei.
Els condensadors C3 i C2 han de tenir almenys una tensió de funcionament de 450 V. El condensador C2 ha de ser film o ceràmic. El resistor R1 pot tenir una resistència en el rang de 10 ... 20 ohms, que és suficient per al funcionament normal del convertidor.
L'ús d'aquest convertidor elimina la necessitat d'un transformador reduït, la qual cosa redueix significativament les dimensions generals del dispositiu.
Una característica distintiva del xip BP5041 és la presència d’un inductor integrat, tal com es mostra a la figura 2, que redueix el nombre d’adjunts i la mida global de la placa de circuit.
Com a díode D1 és adequat qualsevol díode amb tensió inversa d'almenys 800 V i corrent rectificat d'almenys 500 mA. El diode d'importació generalitzat 1N4007 compleix plenament aquestes condicions. a l'entrada del rectificador s'ha instal·lat un varistor VAR1 del tipus FNR-10K391. El seu propòsit és protegir tot l’aparell del soroll impuls i l’electricitat estàtica.
El segon xip IC, tipus HV9910, és un estabilitzador de corrent PWM per a leds super brillants. Utilitzant un transistor MOSFET extern, el corrent es pot configurar en un rang des d’uns quants mil·límetres a 1A. Aquest corrent el fixa la resistència R3 del circuit de retroalimentació. El xip està disponible en SO-8 (LG) i SO-16 (NG). El seu aspecte es mostra a la figura 4, i a la figura 5 un esquema de blocs.
Figura 4. Xip HV9910.
Figura 5. Diagrama de blocs del xip HV9910.
Utilitzant la resistència R2, la freqüència de l’oscil·lador intern es pot variar en un rang de 20 ... 120 KHz. Amb la resistència de la resistència R2 indicada al diagrama, serà d’uns 50 KHz.
L’inductor L1 està dissenyat per emmagatzemar energia mentre el transistor VT1 està obert. Quan el transistor es tanca, l’energia emmagatzemada a l’accelerador es transmet a través del díode Schottky d’alta velocitat D2 als LED D3 ... D6.
Aquí és el moment per recordar l’autoinducció i la regla de Lenz. Segons aquesta regla, el corrent d’inducció sempre té una direcció que el seu flux magnètic compensa els canvis en el flux magnètic extern, que (canvi) va provocar aquest corrent. Per tant, la direcció de l’EMF d’autoinducció té una direcció contrària a la direcció de l’EMF de la font d’energia. És per això que els LED s’encenen en sentit contrari respecte a la tensió d’alimentació (pin 1 d’IC2, indicat al diagrama com a VIN). Així, els LED emeten llum degut a l’EMF de la bobina d’autoinducció L1.
En aquest disseny s’utilitzen 4 LEDs superlluminosos del tipus TWW9600, tot i que és força possible utilitzar altres tipus de LED fabricats per altres empreses.
Per controlar la brillantor dels leds del xip hi ha una entrada PWM_D, modulació PWM - des d’un generador extern. En aquest esquema, aquesta funció no s'utilitza.
Si creeu vosaltres mateixos una làmpada LED, haureu d’utilitzar una carcassa amb una base de cargol E27 a partir d’una làmpada d’estalvi d’energia inutilitzable amb una potència d’almenys 20 watts. L’aparició de l’estructura es mostra a la figura 6.
Figura 6. Llum LED casolà.
Tot i que l’esquema descrit és força senzill, no sempre és possible recomanar-lo per a l’autoproducció: o bé, no podreu comprar les peces indicades a l’esquema ni una qualificació insuficient del muntador. Alguns només tenen por: "Què passa si no triomfaré?". Per a aquestes situacions, podeu oferir diverses opcions més simples, tant en circuits com en l'adquisició de peces.
Llum de llum senzill LED
A la figura 7 es mostra un esquema més senzill de la làmpada LED.
Figura 7
Aquest diagrama mostra que s’utilitza un rectificador de pont amb llast capacitiu per alimentar els LED, cosa que limita el corrent de sortida. Aquestes fonts d’alimentació són econòmiques i senzilles, sense por als curtcircuits, el seu corrent de sortida està limitat per la capacitança del condensador. Aquests rectificadors solen anomenar-se estabilitzadors actuals.
El paper del llast capacitiu al circuit el realitza el condensador C1. Amb una capacitança de 0,47 μF, la tensió de funcionament del condensador ha de ser com a mínim de 630 V. La seva capacitat està dissenyada de manera que el corrent a través dels LED sigui d’uns 20 mA, que és el valor òptim per als LED.
El ondulador de la tensió rectificada del pont es suavitza amb el condensador electrolític C2. Per limitar el corrent de càrrega en el moment d’encendre’s, s’utilitza una resistència R1, que també serveix de fusible en situacions d’emergència.Les resistències R2 i R3 estan dissenyades per descarregar condensadors C1 i C2 després de desconnectar el dispositiu de la xarxa.
Per reduir les dimensions, es va seleccionar que el voltatge de funcionament del condensador C2 fos només de 100 V. En cas d’avaria (cremada) d’almenys un dels LED, el condensador C2 es carregarà a una tensió de 310 V, que inevitablement provocarà la seva explosió. Per protegir-se contra aquesta situació, aquest condensador es veu assotat pels díodes zener VD2, VD3. El seu voltatge d’estabilització es pot determinar de la manera següent.
A un corrent nominal mitjançant el LED de 20 mA, es crea una caiguda de tensió, segons el tipus, dins de 3,2 ... 3,8 V. (Una propietat similar en alguns casos permet l'ús de LED com a díodes zener). Per tant, és fàcil calcular que si s’utilitzen 20 LED al circuit, la caiguda de tensió a través d’ells serà de 65 ... 75 V. És en aquest nivell que la tensió a través del condensador C2 serà limitada.
Els diodes Zener s’han de triar de manera que el voltatge d’estabilització total sigui lleugerament superior a la caiguda de tensió entre els LED. En aquest cas, durant el funcionament normal, els díodes zener es tancaran i no afectaran el funcionament del circuit. Els díodes zener 1N4754A indicats al circuit tenen una tensió d’estabilització de 39 V i connectats en sèrie - 78 V.
Si almenys un dels LED es trenca, els diodes zener s’obriran i la tensió del condensador C2 s’estabilitzarà a 78 V, que és clarament inferior a la tensió de funcionament del condensador C2, de manera que no hi haurà explosió.
A la figura 8. El disseny d’una làmpada LED casolana es mostra a la figura 8. Com es pot observar a la figura, s’assembla en una carcassa a partir d’una làmpada d’estalvi d’energia inutilitzable amb base E-27.
Figura 8
La placa de circuit imprès en la qual es col·loquen totes les peces està feta de fibra de vidre de qualsevol manera disponible a casa. Per instal·lar els LED, es van perforar forats de diàmetre de 0,8 mm a la pissarra i 1,0 mm per a les parts restants. A la figura 9 es mostra un dibuix de la placa de circuit.
Figura 9. La placa de circuit imprès i la ubicació de les peces en ella.
La ubicació de les peces a la pissarra es mostra a la figura 9c. Totes les parts, excepte els LED, estan instal·lades al lateral de la placa, on no hi ha pistes impreses. També hi ha instal·lat un pont al mateix costat, que també es mostra a la figura.
Després d’instal·lar totes les parts del costat de la làmina, s’instal·laran leds. La instal·lació de leds hauria de començar des de la meitat de la placa, passant gradualment a la perifèria. Els LED s’han de segellar en sèrie, és a dir, el terminal positiu d’un LED està connectat al terminal negatiu de l’altre.
El diàmetre del LED pot estar entre 3 i 10 mm. En aquest cas, les conclusions dels LED han de quedar com a mínim de 5 mm de longitud de la placa. En cas contrari, els LED simplement es poden sobreescalfar quan es solda. La durada de la soldadura, tal com es recomana a tots els manuals, no hauria de superar els 3 segons.
Després que el tauler s'ha muntat i ajustat, les seves conclusions s'han de soldar a la base i s'ha d'inserir el tauler en el cas. A més del cas indicat, és possible utilitzar un estoig més en miniatura, però, caldrà reduir la mida de la placa de circuit imprès, sense oblidar, però, les dimensions dels condensadors C1 i C2.
Vegeu també Historial de reparacions de làmpades LED
El disseny més senzill de les làmpades LED
Aquest circuit es mostra a la figura 10.
Figura 10. El disseny més senzill de llums LED.
El circuit conté un nombre mínim de peces: només 2 leds i resistència apagant. El diagrama mostra que els LED s’encenen paral·lelament - en paral·lel. Amb aquesta inclusió, cadascun d’ells protegeix l’altre de la tensió inversa, que és petita per als LED, i la tensió de xarxa clarament no pot aguantar-la. A més, aquesta doble inclusió augmentarà la freqüència de parpelleig de la làmpada LED a 100 Hz, cosa que no serà perceptible per a la vista i no molestarà la vista. Ja n’hi ha prou de recordar com, per estalviar diners, es connectaven les làmpades incandescents ordinàries mitjançant un díode, per exemple, a les entrades. Van actuar molt desagradablement per la visió.
Si no hi ha dos LED disponibles, es pot substituir un d'ells per un díode rectificador convencional, que protegirà el díode emissor del voltatge invers de la xarxa. La direcció de la seva inclusió ha de ser la mateixa que la del LED que falta. Amb aquesta inclusió, la freqüència de parpelleig del LED serà de 25 Hz, cosa que serà perceptible per a la vista, tal com ja s’ha descrit anteriorment.
Per limitar el corrent mitjançant els LED al nivell de 20 mA, la resistència R1 ha de tenir una resistència en el rang de 10 ... 11 KOhm. Al mateix temps, la seva potència hauria de ser com a mínim de 5 watts. Per reduir la calefacció, es pot compondre per diverses, les millors tres resistències de 2 W.
Els LED es poden utilitzar igual als esmentats en esquemes anteriors o que es poden comprar. En comprar, haureu de conèixer amb precisió la marca del LED per determinar la seva corrent directa nominal. Segons la magnitud d’aquest corrent, es selecciona la resistència de la resistència R1.
El disseny de la làmpada muntada segons aquest esquema no difereix gaire de les dues anteriors: també es pot fer a la carcassa d’una làmpada fluorescent que no serveix d’estalvi d’energia. La simplicitat del circuit ni tan sols implica la presència d’una placa de circuit imprès: les peces es poden connectar mitjançant muntatge a la paret, per tant, tal com diuen en aquests casos, el disseny és arbitrari.
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com:
