Сетевой светодиодный

светильник

Сегодня светодиодное освещение постепенно становится всё более обыденным явлением. Предлагаемый светодиодный светильник, питающийся непосредственно от сети переменного напряжения 220 В, отличается простотой и универсальностью. Он может использоваться для освещения помещений, уличного освещения, декоративной или рекламной подсветки. Имеется плавная или ступенчатая регулировка яркости света.

-

В последние годы на страницах журнала всё чаще стали появляться описания светодиодных светильников. Некоторые из них относительно сложны [1, 3], другие не имеют оперативной регулировки яркости [1—4], не обеспечивают стабильного тока через светодиоды [2,4] или предназначены только для аварийного освещения [4].

На рис. 1 изображена схема сетевого светодиодного светильника, который содержит небольшое число деталей, не требует налаживания и не имеет отмеченных выше недостатков. К его недостаткам следует отнести наличие гальванической связи светодиодов и узла их питания с сетью, а также полное прекращение работы светильника при обрыве всего одного светодиода. Но если неисправность светодиода выражается в замыкании его электродов, остальные светодиоды продолжат работать в прежнем режиме, так как система стабилизации поддерживает неизменным текущий через них ток.

Резисторы R2, R3, диодный мост VD4 и конденсатор С4 образуют выпрямитель сетевого напряжения. Его выходное постоянное напряжение (около 300 В) используется для питания светодиодов EL1—EL88.

Транзисторы VT2, VT3 образуют стабилизатор тока, текущего через светодиоды. Он поддерживается равным

Схемы источники питания

Сетевой светодиодный светильник

311 В, соответствующем номинальному напряжению сети 220 В, на регулирующем транзисторе VT3 и резисторах R2 и R3 придётся погасить 311-264=47 В. При этом на них будет рассеиваться мощность 47x0,015=0,7 Вт.

Резисторы R2 и R3 служат не только для ограничения амплитуды импульса зарядного тока конденсатора С4 в момент включения светильника в сеть, но и снижают долю подсчитанной выше мощности, рассеиваемой на транзисторе VT3. Необходимо учитывать, что чем больше напряжение, падающее на открытом транзисторе VT3, тем выше его способность поддерживать неизменным ток через светодиоды при колебаниях напряжения в сети. Но при этом больше и мощность, рассеиваемая этим транзистором.

В первом варианте светильника (рис. 2) монтаж был выполнен на макетной плате. В дальнейшем была разработана печатная плата, чертёж которой представлен на рис. 3. Её размеры — 105x198 мм. Находящийся под напряжением сети узел управления закрыт со стороны элементов пластмассовой крышкой корпуса G1020B. С той же целью обеспечения электробезопасности сторона печатных проводников платы закрыта листом изоляционного материала толщиной 2...4 мм. Не показанный на схеме выключатель светильника находится на сетевом кабеле.

Все светодиоды размещены на плате единообразно, что снижает вероятность их переполюсовки при монтаже. Транзистор VT3 установлен на П-образном теплоотводе размерами 20x22 мм с рёбрами высотой 10 мм. Подобный можно найти на платах старой телевизионной и видеоаппаратуры. Сетевой кабель, входящий внутрь корпуса, зафиксирован хомутом из отрезка медной проволоки, для которого на плате предусмотрены два отверстия. После сборки светильника желательно проверить правильность установки светодиодов. При отсутствии ошибок в монтаже и исправных элементах никакого налаживания не требуется.

Вместо транзисторов MJE13003 можно применить MJE13001, MJE1G005, а вместо КП501А — другой маломощный полевой транзистор с каналом типа п и изолированным затвором, например, BS170 или из серий КП504, КП505. Микросхема 4093 имеет много аналогов (CD4093, HEF4093, МС4093), названия

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика

Источник: Журнал Радио 2013 №5

Сетевой светодиодный светильник

Массовый ежемесячный научно-технический журнал

Издаётся с 1924 года

Числитель этой формулы зависит от температуры и от экземпляра транзистора VT2. У меня при резисторе R6 указанного на схеме номинала (39 Ом) и комнатной температуре ток получился приблизительно 15 мА. Это меньше допустимого для большинства маломощных светодиодов значения 20 мА, что с достаточным запасом обеспечивает их надёжную работу.

Резистор R4, стабилитрон VD1 и конденсаторы С2, СЗ образуют стабилизатор напряжения 10 В, которым питается генератор импульсов регулируемой скважности, собранный на элементах микросхемы DD1. При указанных на схеме номиналах конденсатора С1 и переменного резистора R1 частота генерируемых импульсов около 10 кГц. Это значение некритично, важно лишь, чтобы оно не было ниже 100 Гц, иначе становится заметным мигание светодиодов. А если понизить частоту до 0,5...2 Гц, светильник можно использовать в качестве маяка.

Импульсы генератора управляют транзистором VT1. В те моменты времени, когда этот транзистор закрыт, он не влияет на работу стабилизатора тока на транзисторах VT2 и VT3. Когда же VT1 открыт, напряжение между базой и эмиттером транзистора VT3 близко к нулю, он закрыт и ток через светодиоды не течёт. Изменяя переменным резистором R1 длительность генерируемых импульсов и пауз между ними, можно регулировать средний ток через светодиоды и, следовательно, их среднюю яркость.

В авторском варианте светильника установлены 88 светодиодов.

Их число, однако, можно варьировать в широких пределах.

При этом следует иметь в виду, что использование небольшого числа светодиодов приведёт к бесполезному выделению тепла на транзисторе VT3 и к снижению общего КПД устройства.

На каждом из применённых в светильнике светодиодов при токе 15 мА в среднем падает напряжение 3 В. Поскольку всего светодиодов 88, суммарное падение напряжения на них около 264 В. При выпрямленном напряжении

Сетевой светодиодный светильник
Сетевой светодиодный светильник
2Сетевой светодиодный светильник 3

которых различаются только префиксами, означающими производителя микросхемы. Её отечественный аналог — КР1561ТЛ1. Для замены стабилитрона КС210Ж желательно использовать отечественные КС175Ж—КС215Ж, обладающие низким минимальным током стабилизации — 0,5 мА. Можно применить и импортные аналоги, но у них, однако, этот параметр как минимум в два раза больше. Это приводит к необходимости уменьшать номинал резистора R4 и соответственно увеличивать рассеиваемую им мощность.

Заменить выпрямительный мост DB107 можно любым малогабаритным, рассчитанным на выпрямленное напряжение не менее 400 В и ток не менее 100 мА, например, КЦ402А— КЦ402В, КЦ405А—КЦ405В, КЦ407А, DB104— DB106, RS204—RS207. Можно составить мост и из отдельных диодов, например, серии КД209 или 1N4004— 1N4007.

Использованные в конструкции светодиоды ARL2-10203UWC при минимальной стоимости и достаточно большой силе света (18...20 кд при токе 20 мА) имеют очень небольшой телесный угол излучения — 15°. Расположение всех их в одной плоскости делает светильник очень узконаправленным.

Если такая направленность нежелательна, можно применить светодиоды с более широким лучом, например, BL-L532UWC с телесным углом излучения 110°, или расположить в пространстве так, чтобы направления их максимального излучения не совпадали. Возможно использование плоской рассеивающей линзы, которую можно изготовить из светорассеивающего кожуха от потолочного люминесцентного светильника.

Вообще же в качестве замены светодиодов указанного на схеме типа подойдут практически любые другие, рассчитанные на максимальный ток 20 мА, независимо от цвета свечения и формы корпуса. Естественно, чем выше светоотдача используемых светодиодов, тем ярче светильник. Возможно применение и излучающих диодов И К диапазона, например, для подсветки объекта в системе охранной сигнализации.

Использование большого числа светодиодов позволяет располагать их так, как удобно для решения поставленной задачи — по окружности, по спирали, в линию, несколькими группами.

В процессе изготовления и эксплуатации светильника выяснилось, что нагреваются светодиоды незначительно. При указанных на схеме номиналах резисторов R2 и R3 транзистор VT3 тоже нагревается слабо. Суммарный световой поток светильника при яркости, близкой к максимальной, довольно велик, поэтому желательно не допускать попадания его прямого света в глаза.

При необходимости можно увеличить общее число светодиодов в светильнике в несколько раз, применив для каждой их группы отдельный стабилизатор тока. На схеме, показанной на рис. 4, такие стабилизаторы вместе с группами питаемых ими светодиодов обозначены А1— AN. Число этих узлов N ограничено лишь допустимым током нагрузки диодного моста VD4 (см. рис. 1).

От аналогичного узла, применённого в исходном варианте светильника, они отличаются только наличием диодов, устраняющих взаимное влияние стабилизаторов при управлении всеми одним транзистором VT1 (см. рис. 1). Резистор R5 обеспечивает надёжное закрывание диодов, когда этот транзистор закрыт. В таком светильнике ёмкость

конденсатора фильтра выпрямителя (С4 на рис. 1) желательно увеличить пропорционально числу N, а номиналы балластных резисторов R2 и R3 во столько же раз уменьшить, одновременно увеличив их мощность.

Если для светильника достаточно всего двух уровней яркости, собрать его можно по изображённой на рис. 5 упрощённой схеме. При замкнутых контактах выключателя SA1 ток через светодиоды и яркость их свечения максимальны, такие же, как в варианте, показанном на рис. 1.

Но когда контакты разомкнуты ток ограничивает резистор R4, уменьшая его приблизительно до 60 мкА. Практика показывает, что при условии применения сверхъярких светодиодов этого вполне достаточно для работы светильника в режиме ночника.

При необходимости можно заменить выключатель SA1 многопозиционным переключателем резисторов и получить нужное число фиксированных значений яркости.

К сожалению, достичь её достаточно плавной регулировки с помощью переменного резистора таким способом не удаётся, что и послужило причиной разработки рассмотренного первым варианта светильника с импульсной регулировкой яркости.

Изготавливая и эксплуатируя описанные светильники, необходимо помнить, что их элементы находятся под напряжением сети 220 В, что требует соблюдения соответствующих мер электробезопасности.

-

В. ОЛЕЙНИК, г. Королёв Московской обл.

-

ЛИТЕРАТУРА

1.  Косенко С. Сетевая светодиодная лампа с блоком питания на микросхеме VIPer22A. — Радио, 2010, № 4, с. 21—23.

2.  Бутов А. Светодиодный светильник. — Радио, 2010, №2, с. 33.

3.  Косенко С. Светодиодная лампа с ИИП — стабилизатором тока. — Радио, 2010, № 12, с. 17—19.

4.  Бутов А. Аварийный светодиодный светильник с ионистором. — Радио, 2011, № 4, с. 39, 40.

Сетевой светодиодный светильник 4

Сетевой светодиодный светильник 5