Архив метки: светодиодный светильник

Светодиод как «кирпичик» «конструктора» светильников. Часть 1

Светодиоды уже прочно вошли в нашу жизнь. Все фирмы производящие световую продукцию перешли на производство изделий из светодиодов. На прилавках магазинов уже почти невозможно найти люминисцентых ламп, а порой и ламп накаливания. В глазах рябит от различных моделей светильников, и некоторые выглядят как произведения искусства, правда и стоят они примерно так же. На полках магазинов лежат светодиодные лампы разной мощности, начиная от 3 ватт. И цены на такую продукцию всё снижаются, что, по своему — радует. В связи с этим уже появились и откровенные подделки, которые, так сказать — светят, но не греют. А ведь должны греть! Как в прямом, так и в переносном смысле. Подделки — это такие лампочки, которые выглядят, как настоящие, но КПД — очень низкое (до 20%), и соответственно не нагреваются. А настоящие лампочки греются, и очень сильно. И ничего не помогает, ни специальные алюминиевые стаканы — радиаторы, ни цельнометалические корпуса. Все производители, пытаются «втиснуть» в габариты лампочки накаливания, светодиоды с большими мощностями. Ведь во всех домах светильники рассчитаны на такой тип корпуса лампочки. Но, при норме — 27 см2/Вт мощности полупроводника, получается, что светодиодам лампочки в 3 Вт, нужен радиатор — 81 см2, а при мощности в 7 Вт — 189 см2. Это только в прожекторах, получается, рассеять такую мощность, так как корпус делается цельнометаллическим с рёбрами охлаждения. Если производители придумают миниатюрный кулер, то думаю, что с ним можно будет сделать хорошие, миниатюрные и главное долговечные светодиодные лампочки. На мой взгляд, самыми правильными, сейчас, являются светодиодные лампы, “имитирующие” люминисцентные в трубочном стеклянном корпусе. Внутри находится плата со светодиодами, длиной 600 (1200) и шириной 5 мм. Температура корпуса такой лампы не превышает даже средней.

Я так же предлагаю радиолюбителям делать светильники из 60 мВт светодиодов. Давайте рассмотрим схему светодиодной ленты — основной поставщик дешёвых 60 мВт светодиодов белого свечения. На рисунке 1 представлена схема одного метра ленты, с заявленной мощностью 4,8 Вт. На этом, одном метре, установлено 60 светодиодов и 20 резисторов по 150 Ом. То есть двадцать кусочков по 5 сантиметров. Если подключить такую ленту к стабилизированному блоку питания с выходным напряжением 12 вольт и потом промерять напряжения на каждом элементе, то окажется, что на каждом из них «падает» 3 вольта. По 3 вольта на светодиодах, и по 3 вольта на резисторах. Вот и получились своеобразные «кубики» для  «конструктора». Почему на светодиодах «падает» по 3 вольта, да потому, что каждый светодиод — это стабилитрон! Светодиоды давно используют в некоторых схемах, как источники стабильного напряжения. У любого светодиода своё напряжение стабилизации и оно зависит от цвета свечения. У белых и синих оно в среднем 3..3,3 вольта.

Рис.1 Схема метра светодиодной ленты
Рис.1 Метр светодиодной ленты. Схема

В радиолюбительской литературе, да и в схемах некоторых промышленных светодиодных ламп, в качестве гасящего резистора используют конденсатор. Мотивируется это тем, что конденсатор в таком включении не греется, и это правда. Любители ставить в этой цепи конденсатор уверяют, что при этом увеличивается экономичность. Но в чём выражается эта экономия. Да только в том, что конденсатор не греется … и всё. А что при этом не в выигрыше, это, прежде всего габариты конденсатора, пониженный КПД, и не возможность работы лампочки в сетях с другими частотами и постоянном напряжении. Давайте рассмотрим, почему уменьшается КПД. К примеру, в схемах [1] и [2] нужно посчитать количество светодиодов, умножить их сумму на 3 вольта и получить напряжение полезного действия — Uпд. А потом от напряжения питания (Uп) отнять сумму Uпд и получить напряжение не полезного действия, которое нужно погасить. Вот и ставят конденсатор. Но сопротивление конденсатора на частоте сети одно, а при уменьшении частоты, упадёт выходной ток, а при увеличении частоты ток возрастёт, что приведёт к выходу из строя устройства. Если же, вместо конденсатора, поставить резистор соответствующей мощности то, этот резистор будет конечно греться, но изменения частоты не дадут каких-то ощутимых потерь. Тем более, если увеличить количество светодиодов, то КПД будет повышаться.

2 рисунок
Рис. 2

Вот теперь можно и приступить к изготовлению нашего светильника. Схема, которую я использую в своих конструкциях, проста и надёжна (рис. 2). Она изображена на двух платах: плата выпрямителя — ПВ1 и плата светодиодов — ПС1. Для изготовления ПС1 требуется 1,25 метра светодиодной ленты белого свечения, а это 25 «кусочков». Я считаю это количество оптимальным, так как: 25 х 12 В = 300 В. И хотя, по теории, расчёт нужно вести на напряжение 310 вольт, но на практике оно ниже. Напряжение полезного действия: 75 х 3 = 225 В, и остаётся погасить 75 вольт. Это напряжение гасится теми 25 резисторами — «кубиками». Произведём расчёт далее: какая мощность выделится светодиодами: 225 В х 0,018 А = 4,05 Вт, какая мощность упадёт на гасяших резисторах: 75 В х 0,018 А = 1,35 Вт. Общая мощность: 4,05 + 1,35 = 5,4 Вт. КПД=4,05/5,4х100 = 75%.

Почему в расчётах я указываю ток через светодиоды — 18 мА? Да потому, что максимальный ток для них — 20..23 мА. Это, мой, личный компромис, между яркостью и долговечностью. В некоторых статьях предлагается ток через светодиоды устанавливать до 10 мА (чтобы уж действительно выработать ресурс). Но, вы вольны  в своих понятиях на эту тему, и можете выставить интересующий ток. При измении тока светодиодов, изменяется и потребляемая мощность.

Остаётся описать ПВ1: VD1..VD4 — диодный мост, возможно установить практически любые диоды с Uобр. ≥400 В; C1 — сглаживающий, его ёмкость можно увеличить и до 100 микрофарад, при этом улучшится сглаживание постоянного тока и увеличится время плавного выключения до 2..3 секунд; R1 — защитный резистор, его мощность должна быть как можно высокой, так как во время включения на нём выделяется значительная мощность на время зарядки конденсатора C1, номинал может быть в пределах 75-150 Ом; R2 — разрядный резистор, разряжает конденсатор C1 после выключения светильника, если его не устанавливать, то напряжение на конденсаторе будет разряжаться до напряжения стабилизации светодиодов — 225 В, что чревато неприятным «уколом» тока, на схеме указан минимальный номинал; R3 — нужен, для установки тока светодиодов до требуемой величины. Подбирая номинал этого резистора, и/или убирая резисторы — «кубики» с ПС1, можно точно установить требуемый ток через светодиоды.

3 рисунок
Рис. 3

Иногда, при «съёме» светодиодов с ленты, не хочется устанавливать резисторы, к примеру, по эстетическим соображениям. Тогда можно вместо них установить один резистор с суммарным номиналом и мощностью. На рисунке 3 изображён такой вариант. Этим резистором является — R3.

Но резистор R3 трудно подобрать по нужному номиналу, чтобы установить точно требуемый ток через светодиоды. И он будет установлен «на глазок» с примерно удовлетворяющим результатом. Правда, как и в предыдущей схеме, при изменениях напряжения сети, будет меняться и ток через светодиоды.

Иногда проще сделать светильник, вклеивая меньшее количество 12 вольтовых кусочков, погасив излишки напряжения и тока, увеличивая соответственно номинал и мощность резистора R3. При этом конечно упадет КПД, но упростится конструкция. Такая конструкция изображена на фотографии 5, здесь использовано 19 «кусочков».

4 рисунок
Рис. 4

Если требуется увеличить в светильнике мощность, то в данной схеме это можно сделать, лишь удваивая (или увеличивая на целое число N) количество светодиодов. При этом  к плате выпрямителя ПВ1 нужно присоединить две абсолютно идентичных платы светодиодов ПС1 или одну ПС3, к примеру при удвоении мощности, такая конструкция изображена на фотографии 7, а схема на рис. 4. Или сделать схему (рис.5) с платой ПС4. При этом резисторы в ветвях должны быть подобраны так, что бы через них шёл одинаковый ток.

5 рисунок
Рис. 5

Внимание! Все эти конструкции находятся в гальванической связи с сетью, а также работают с высоким напряжением! Будьте предельно осторожны при макетировании и испытаниях! Обеспечивайте этим конструкциям хорошую изоляцию, с целью безопасной эксплуатации!

Вот фотографии некоторых моих конструкций:

ПВ1 и ПС1 на Фото 1
Фото 1. ПВ1 и ПС1 в настольной лампе

На фото №1 настольный светильник, который был раньше с U-образной люминисцентной лампой. Кусочки ленты приклеены к пластику и припаиваются друг к другу через проводники-скобы проходящие через пластик. Это сделано для того, чтобы кусочки ленты со временем не отпали.

ПВ1 и ПС1 на фото 2
Фото 2. ПВ1 и ПС1 в лампе «Апполон»

На этом фото №2 лампа в виде лампы накаливания, сделана из двух укороченных (под размер) экономок.

ПВ1 и ПС1 на фото 3
Фото 3. ПВ1 и ПС1 в неудачной лампе

На фото №3 неудачная конструкция. Хотелось сделать не большую лампочку и светодиоды поставил очень близко, поэтому сильно греется. Тело лампочки из кусочка пластиковой водопроводной трубы. Правда, пока работает в кладовке.

ПВ1 и ПС2 на фото4
Фото 4. ПВ1 и ПС2 в светильниках в туалете

На фото №4 два светильника, заменивших собой глазки встроенных светильников. Патроны взяты от лампочек накаливания — думал припаяю, но не удалось…. Прикрутил, как смог. По периметру платы конструкции припаяны бортики: со стороны светодиодов, для того чтобы сравнять высоту со светодиодами; со стороны патрона — чтобы тело светильника плотно прижималось к потолку. Светильник полностью обтянут прозрачной плёнкой как в сенсорном светильнике.

ПВ1 и ПС1 укороченный на фото 5.
Фото 5. ПВ1 и ПС1 укороченный светильник над столом

На фото №5 светильник из 19 кусочков светодиодной ленты.

ПВ1 и ПС1 на фото 6.
Фото 6. ПВ1 и ПС1 в кухонной вытяжке

На фото №6 красивая конструкция. Светит ярко и оригинально. Кусочек пластика вырезан под размеры защитного стекла и хорошо лежит на нём. К сети подключается через переходник, сделанный из негодной экономки, в которой собрана схема ПВ1. На среднем изображении видно как подбирался ток выпайкой резисторов.

ПВ1 и ПС3 Светильник в прихожей на фото 7.
Фото 7. ПВ1 и ПС3 Светильник в прихожей

На фото №7 светильник в котором ранее была О-образная люминисцентная лампа. Чтобы придать светильнику оригинальность и простоту монтажа 10 сантиметровых кусочков светодиодной ленты был сделан «скелет» из кусочка алюминиевого проката толщиной около 1 мм. Размеры приведены на рисунке в фото. После вырезания этой «расчёски» ей была придана форма «скелета» (точки А и А’ должны быть соединены) и затем была проклёпана до однородной толщины.  Кусочки ленты приклеены к «рёбрам» и для верности прихвачены колечками белой термоусадкой в трёх местах.

Литература:

  1. Светодиодная лента в настольной лампе. К.Мороз. Радио №6, 2014 г.
  2. Светильник на SMD светодиодах. О.Белоусов. РадиоМир №8, 2013 г.