فئات: الالكترونيات العملية, مصادر الضوء, كل شيء عن المصابيح, كيف يعمل؟
مرات المشاهدة: 440310
تعليقات على المقال: 52
كيف هي مصابيح LED
يتحدث المقال عن تصميم مصابيح LED. يتم النظر في العديد من المخططات ذات التعقيد المختلفة ويتم تقديم توصيات بشأن التصنيع المستقل لمصادر ضوء LED المتصلة بشبكة 220 فولت.
فوائد المصابيح الموفرة للطاقة
مزايا المصابيح الموفرة للطاقة معروفة على نطاق واسع. بادئ ذي بدء ، هو في الواقع انخفاض استهلاك الطاقة ، بالإضافة إلى موثوقية عالية. حاليا ، مصابيح الفلورسنت الأكثر انتشارا. مثل هذا المصباح استهلاك الطاقة 20 واط، يعطي نفس الإضاءة مثل مصباح وهاج مائة واط. من السهل حساب أن توفير الطاقة خمس مرات.
في الآونة الأخيرة ، يتم إتقان مصابيح LED في الإنتاج. مؤشرات الكفاءة والمتانة أعلى بكثير من مصابيح الفلورسنت. في هذه الحالة ، يتم استهلاك الكهرباء أقل بعشر مرات من المصابيح المتوهجة. يمكن أن تصل متانة مصابيح LED إلى 50 أو أكثر من ألف ساعة.
مصادر ضوء الجيل الجديد ، بالطبع ، أغلى من المصابيح المتوهجة البسيطة ، ولكنها تستهلك طاقة أقل بكثير وتزيد من المتانة. تم تصميم المؤشرين الأخيرين للتعويض عن التكلفة العالية لأنواع المصابيح الجديدة.
الدوائر العملية للمصابيح LED
كمثال أول ، يمكننا النظر في جهاز مصباح LED الذي طورته شركة "SEA Electronics" باستخدام الدوائر الدقيقة المتخصصة. يوضح الشكل 1 الدائرة الكهربائية لمصباح كهذا.
الشكل 1. مخطط مصباح LED لشركة "SEA Electronics"
منذ عشر سنوات ، لا يمكن استخدام مصابيح LED إلا كمؤشرات: لم تكن شدة الإضاءة أكثر من 1.5 ... 2 من المنتجات المصغرة. ظهرت الآن مؤشرات LED فائقة السطوع ، تصل فيها طاقة الإشعاع إلى عشرات الشموع.
عند استخدام مصابيح LED عالية الطاقة جنبًا إلى جنب مع محولات أشباه الموصلات ، أصبح من الممكن إنشاء مصادر ضوئية يمكنها مقاومة المنافسة مع المصابيح المتوهجة. يظهر محول مماثل في الشكل 1. الدائرة بسيطة للغاية وتحتوي على عدد صغير من الأجزاء. ويتحقق ذلك من خلال استخدام الدوائر الدقيقة المتخصصة.
أول رقاقة IC1 BP5041 عبارة عن محول AC / DC. يظهر المخطط الهيكلي في الشكل 2.
الشكل 2. مخطط كتلة BP5041.
يرصد الدائرة في حالة نوع SIP هو مبين في الشكل 3.
الشكل 3
يوفر المحول المتصل بشبكة إضاءة بجهد 220 فولت جهد إخراج بجهد 5 فولت بتيار يبلغ حوالي 100 مللي أمبير. يتم الاتصال بالشبكة من خلال مقوم مصنوع على الصمام الثنائي D1 (من حيث المبدأ ، من الممكن استخدام دائرة جسر للمقوم) ومكثف C3. المقاوم R1 والمكثف C2 القضاء على الضوضاء الدافع. انظر أيضا - كيفية توصيل مصباح LED بشبكة 220 فولت.
الجهاز بأكمله محمي بواسطة فتيل F1 ، يجب ألا يتجاوز تصنيفه التصنيف الموضح في الرسم التخطيطي. تم تصميم Capacitor C3 لتسهيل تموج الجهد الناتج للمحول. تجدر الإشارة إلى أن جهد الخرج لا يحتوي على عزل كلفاني عن الشبكة ، وهو أمر غير ضروري تمامًا في هذه الدائرة ، ولكنه يتطلب عناية خاصة ومراعاة لقواعد السلامة أثناء التصنيع والتشغيل.
يجب أن لا يقل الجهد التشغيلي عن المكثفات C3 و C2 عن 450 فولت ، ويجب أن تكون المكثفات C2 غشاء أو سيراميك. يمكن أن يكون للمقاومة R1 مقاومة في حدود 10 ... 20 أوم ، وهو ما يكفي للتشغيل الطبيعي للمحول.
استخدام هذا المحول يلغي الحاجة إلى محول تنحي ، مما يقلل بشكل كبير من الأبعاد الكلية للجهاز.
الميزة المميزة لشريحة BP5041 هي وجود محث مدمج كما هو موضح في الشكل 2 ، مما يقلل من عدد الملحقات والحجم الكلي للوحة الدائرة.
كديود D1 ، أي الصمام الثنائي مع الجهد العكسي لا يقل عن 800 فولت والتيار تصحيح ما لا يقل عن 500 مللي أمبير مناسب. يفي ثنائي استيراد واسع النطاق 1N4007 تمامًا بمثل هذه الشروط. يتم تثبيت varistor VAR1 من نوع FNR-10K391 عند إدخال المعدل. والغرض منه هو حماية الجهاز بأكمله من الضوضاء الدافعة والكهرباء الساكنة.
رقاقة IC الثانية ، نوع HV9910 ، هي مثبت التيار PWM للمصابيح LED فائقة السطوع. باستخدام ترانزستور MOSFET خارجي ، يمكن ضبط التيار في النطاق من عدة مللي أمبير إلى 1A. يتم تعيين هذا التيار بواسطة المقاوم R3 في دائرة التغذية المرتدة. الشريحة متوفرة في SO-8 (LG) و SO-16 (NG). يظهر الشكل في الشكل 4 ، وفي الشكل 5 مخطط كتلة.
الشكل 4. رقاقة HV9910.
الشكل 5. مخطط كتلة من رقاقة HV9910.
باستخدام المقاوم R2 ، يمكن أن يختلف تردد المذبذب الداخلي في حدود 20 ... 120 كيلو هرتز. مع مقاومة المقاوم R2 المشار إليها في الرسم البياني ، سيكون حوالي 50 كيلو هرتز.
تم تصميم المحاث L1 لتخزين الطاقة أثناء فتح الترانزستور VT1. عندما يغلق الترانزستور ، تنتقل الطاقة المخزنة في دواسة الوقود من خلال الصمام الثنائي عالي السرعة Schottky D2 إلى المصابيح D3 ... D6.
هنا هو الوقت المناسب لتذكر الاستقراء الذاتي وحكم لينز. وفقًا لهذه القاعدة ، يكون للتيار التعريفي دائمًا مثل هذا الاتجاه الذي يعوضه التدفق المغناطيسي عن التغيرات في التدفق المغناطيسي الخارجي ، والتي تسببت (هذا التغيير) في هذا التيار. لذلك ، فإن اتجاه EMF للتحريض الذاتي له اتجاه معاكس لاتجاه EMF لمصدر الطاقة. لهذا السبب يتم تشغيل المصابيح في الاتجاه المعاكس فيما يتعلق بجهد الإمداد (الرقم 1 من IC2 ، المشار إليه في الرسم البياني باسم VIN) وبالتالي ، فإن المصابيح تنبعث منها ضوء بسبب EMF لفائف التعريفي الذاتي L1.
في هذا التصميم ، يتم استخدام 4 مصابيح LED رائعة من النوع TWW9600 ، على الرغم من أنه من الممكن استخدام أنواع أخرى من LEDs المصنعة من قبل شركات أخرى.
للتحكم في سطوع LEDs في الشريحة ، هناك إدخال PWM_D ، PWM - تعديل من مولد خارجي. في هذا المخطط ، لا يتم استخدام هذه الوظيفة.
إذا كنت تُصنع مصباح LED بنفسك ، فيجب عليك استخدام غطاء به حجم قاعدة لولبية E27 من مصباح موفر للطاقة غير قابل للاستخدام مع طاقة لا تقل عن 20 واط. يظهر مظهر الهيكل في الشكل 6.
الشكل 6. مصباح LED محلية الصنع.
على الرغم من أن المخطط الموضح بسيط للغاية ، إلا أنه ليس من الممكن دائمًا التوصية به للإنتاج الذاتي: إما أنك لن تكون قادرًا على شراء الأجزاء المشار إليها في المخطط أو التأهيل غير الكافي للمجمع. قد يخاف البعض فقط: "ماذا لو لم تنجح؟". لمثل هذه الحالات ، يمكنك تقديم عدة خيارات أكثر بساطة في الدوائر وفي الحصول على قطع الغيار.
مصباح المنزل LED بسيط
يوضح الشكل 7 مخططًا أبسط لمصباح LED.
الشكل 7
يوضح هذا الرسم البياني أن مقوم الجسر المزود بصابورة سعوية يستخدم لتشغيل المصابيح ، مما يحد من خرج التيار. هذه الإمداد بالطاقة اقتصادية وبسيطة ، ولا تخشى من دوائر كهربائية قصيرة ، فإن إنتاجها الحالي محدود بسبب سعة المكثف. وغالبا ما تسمى هذه المقومات المثبتات الحالية.
يتم تنفيذ دور الصابورة بالسعة في الدائرة بواسطة مكثف C1. مع سعة 0.47 فهرنهايت ، يجب أن يكون جهد التشغيل للمكثف على الأقل 630 فولت. تم تصميم سعتها بحيث يصل التيار عبر المصابيح إلى حوالي 20 مللي أمبير ، وهي القيمة المثلى للمصابيح.
تم تمويج الجهد المعدل للجسر بتموج مكثف كهربائيا C2. للحد من تيار الشحن في وقت التشغيل ، يتم استخدام المقاوم R1 ، والذي يعمل أيضًا بمثابة فتيل في حالات الطوارئ.تم تصميم المقاومات R2 و R3 لتفريغ المكثفات C1 و C2 بعد فصل الجهاز عن الشبكة.
لتقليل الأبعاد ، تم اختيار الجهد التشغيلي للمكثف C2 ليكون 100 فولت فقط. في حالة انهيار (الاحتراق) لواحد على الأقل من المصابيح ، سيتم شحن المكثف C2 إلى جهد 310 فولت ، مما سيؤدي حتماً إلى انفجاره. للحماية ضد هذا الموقف ، يتم تحويل هذا المكثف بواسطة الثنائيات zener VD2 ، VD3. يمكن تحديد الجهد استقرار على النحو التالي.
عند تيار مقنن من خلال مؤشر LED يبلغ 20 مللي أمبير ، يتم إنشاء انخفاض في الجهد عليه ، اعتمادًا على النوع ، ضمن 3.2 ... 3.8 V. (خاصية مماثلة في بعض الحالات تسمح باستخدام LEDs كصمامات ثنائية زينر). لذلك ، من السهل حساب أنه إذا تم استخدام 20 مؤشرًا ضوئيًا في الدائرة ، فسيكون انخفاض الجهد عبرها 65 ... 75 فولت. وعند هذا المستوى ، سيتم تقييد الجهد عبر المكثف C2.
يجب اختيار ثنائيات زينر بحيث يكون الجهد الكلي لتثبيت أعلى قليلاً من انخفاض الجهد عبر المصابيح. في هذه الحالة ، أثناء التشغيل العادي ، سيتم إغلاق ثنائيات زينر ، ولن تؤثر على تشغيل الدائرة. الثنائيات 1N4754A زينر المشار إليها على الدائرة لديها الجهد استقرار 39 فولت ، ومتصلة في سلسلة - 78 فولت.
في حالة تعطل أحد LEDs على الأقل ، سيتم فتح ثنائيات zener وسيتم تثبيت الجهد على المكثف C2 عند 78 V ، وهو أقل بوضوح من الجهد التشغيلي للمكثف C2 ، لذلك لن يحدث أي انفجار.
يوضح الشكل 8. تصميم مصباح LED محلي الصنع. كما يتضح من الشكل ، يتم تجميعه في غلاف من مصباح موفر للطاقة غير قابل للاستخدام مع قاعدة E-27.
الشكل 8
إن لوحة الدوائر المطبوعة التي توضع عليها جميع الأجزاء مصنوعة من رقائق الألياف الزجاجية بأي من الطرق المتاحة في المنزل. لتثبيت المصابيح ، تم حفر ثقوب قطرها 0.8 مم على اللوحة ، و 1.0 مم للأجزاء المتبقية. يظهر رسم لوحة الدوائر في الشكل 9.
الشكل 9. لوحة الدوائر المطبوعة وموقع الأجزاء على ذلك.
يظهر موقع الأجزاء على السبورة في الشكل 9 ج. يتم تثبيت جميع الأجزاء باستثناء المصابيح على جانب اللوحة ، حيث لا توجد مسارات مطبوعة. كما يتم تثبيت العبور على نفس الجانب ، كما هو موضح في الشكل.
بعد تثبيت جميع الأجزاء الموجودة على جانب الرقاقة ، يتم تثبيت المصابيح. يجب أن يبدأ تثبيت مصابيح LED من منتصف اللوحة ، مع الانتقال تدريجياً إلى الأطراف. يجب أن تكون مصابيح LED مختومة في سلسلة ، أي أن الطرف الموجب لإحدى LED متصل بالطرف السالب في الآخر.
يمكن أن يكون قطر LED في غضون 3 ... 10 مم. في هذه الحالة ، يجب أن تترك استنتاجات مصابيح LED بطول 5 مم على الأقل من اللوحة. خلاف ذلك ، يمكن ببساطة محمى المصابيح عند لحام. يجب ألا تتجاوز مدة اللحام ، على النحو الموصى به في جميع الأدلة ، 3 ثوانٍ.
بعد تجميع اللوحة وتعديلها ، يجب أن تكون ملحومة استنتاجاتها إلى القاعدة ، ويتم إدراج اللوحة نفسها في القضية. بالإضافة إلى الحالة المشار إليها ، من الممكن استخدام علبة مصغرة ، ومع ذلك ، سيكون من الضروري تقليل حجم لوحة الدوائر المطبوعة ، دون أن ننسى أبعاد المكثفات C1 و C2.
انظر أيضا: تاريخ إصلاح مصباح LED
أبسط تصميم مصباح LED
تظهر هذه الدائرة في الشكل 10.
الشكل 10. أبسط تصميم مصباح LED.
تحتوي الدائرة على الحد الأدنى لعدد الأجزاء: فقط 2 المصابيح و تبريد المقاوم. يوضح الرسم البياني أن مصابيح LED قيد التشغيل بالتوازي - بالتوازي. مع هذا التضمين ، يحمي كل منهما الآخر من الجهد العكسي ، وهو صغير بالنسبة لمصابيح LED ، ومن الواضح أن جهد التيار الكهربائي لا يمكن أن يقف عليه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذا الإدراج المزدوج سيزيد من تردد وميض المصباح LED إلى 100 هرتز ، والذي لن يكون ملحوظًا للعين ولن يتحمل البصر. يكفي أن نتذكر هنا كيف ، من أجل توفير المال ، تم توصيل المصابيح المتوهجة العادية من خلال الصمام الثنائي ، على سبيل المثال ، في المداخل. لقد تصرفوا بشكل غير سار على الرؤية.
في حالة عدم توفر مصباحين ، يمكن استبدال أحدهما بصمام ديود المعدل التقليدي ، مما يحمي الصمام الثنائي الباعث للضوء من الجهد العكسي للشبكة. يجب أن يكون اتجاه إدراجه هو نفسه اتجاه LED المفقود. مع هذا التضمين ، سيكون تردد وميض LED 25 هرتز ، مما سيكون ملحوظًا للعين ، كما هو موضح أعلاه.
للحد من التيار من خلال المصابيح على مستوى 20 مللي أمبير ، يجب أن يكون للمقاومة R1 مقاومة في حدود 10 ... 11 KOhm. في الوقت نفسه ، يجب أن تكون قوتها 5 واط على الأقل. لتقليل التسخين ، يمكن أن يتكون من عدة ، أفضل من جميع المقاومات الثلاثة ، 2 واط.
يمكن استخدام مصابيح LED نفسها كما هو مذكور في المخططات السابقة أو التي يمكن شراؤها. عند الشراء ، يجب أن تعرف بدقة العلامة التجارية لمصباح LED لتحديد التيار المباشر المقدر. بناءً على حجم هذا التيار ، يتم تحديد مقاومة المقاوم R1.
يختلف تصميم المصباح الذي تم تجميعه وفقًا لهذا المخطط قليلاً عن المصباحين السابقين: يمكن صنعه أيضًا في الهيكل من مصباح الفلورسنت الموفر للطاقة غير القابل للاستخدام. لا تعني بساطة الدائرة وجود لوحة دوائر مطبوعة: يمكن توصيل الأجزاء بالتركيب على الحائط ، لذلك ، كما يقولون في مثل هذه الحالات ، التصميم تعسفي.
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: