Светодиодная тема

Индикаторные светодиоды появились относительно давно, в основном были распространены светодиоды красного и зеленого цвета свечения, цвет линзы, как правило, соответствовал цвету свечения. С развитием технологий появились светодиоды белого цвета свечения с достаточной яркостью свечения, которые стало возможно использовать в качестве источника света. В последнее время мода на светодиоды получила больше распространение, судя по различным публикациям, многие сами собирают светодиодные светильники различного назначения. Такое повышенное внимание к светодиодной теме считаю вполне оправданным, так как светодиоды обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными источниками света: большой ресурс, высокая экономичность, высокая прочность, устойчивость к вибрациям и ударам.

Меня также заинтересовал этот прогрессивный источник света, в связи с этим обстоятельством появилось желание, поделится своим опытом использования различных светодиодов. Светодиод как любой другой прибор имеет не только преимущества, но и недостатки. Основной недостаток высокие требования к качеству питания, точнее к току который протекает через светодиод, который в свою очередь зависит от напряжение его питание. Поскольку светодиод имеет нелинейную вольт-амперную характеристику незначительное превышение номинального напряжения питания (например, по меркам лампы накаливания) может привести к перегрузке по току разы, двойного превышения тока достаточно для выхода светодиода из строя в течении нескольких часов. Другим недостатком является значительный разброс напряжения падения, у белых от 3,0 до 3,8 вольт, так же светодиодами не приветствуется обратное напряжение. Выше перечисленные недостатки необходимо учитывать при выборе той или иной схемы включения светодиодов, некоторые решения приведены в данной статье.

Светодиодные кольца для противотуманных фар.

Поскольку с 20-го ноября 2010 года вступили в силу изменения в правилах дорожного движения, в том числе: пункт 19.5. В светлое время суток на всех движущихся транспортных средствах с целью их обозначения должны включаться фары ближнего света или дневные ходовые огни. В связи с этим фактом возникла необходимость установки ходовых огней, поскольку использовать фары ближнего света считал не целесообразно. На изменения в правилах рынок отреагировал оперативно, в продаже появилось большое количество различных моделей ходовых огней, но подходящих, которые бы хорошо монтировались с оптикой автомобиля, не нашлось. В связи с этим появилась идея встроить ходовые огни (светодиодные кольца) в штатные противотуманные фары. Светодиодные кольца так же имеются в продаже, мне встречались кольца трёх различных диаметров, насколько можно судить по конструкции и размерам, все они предназначены для установки в круглые автомобильные фары.

Для начало пришлось разобрать противотуманную фару и снять внутренние геометрические размеры. На основании полученных данных с помощью графической программы я построил модель кольца необходимых размеров и разместил на ней 24 светодиода, таким образом, внешний диаметр образованный линзами светодиодов соответствовал диаметру углубления в месте крепления стекла фары. Чертеж кольца приведен на (Рис.1). Два кольца изготавливается из двухстороннего текстолита, печатный монтаж не привожу, поскольку он достаточно прост, схема включения светодиодов приведена на (Рис.2). В конструкции использованы светодиоды белого цвета свечения ARL2-5213UWC-25cd, с яркостью 25 cd, светодиоды включены в цепочки (последовательно) через чип резистор 1206 “RC-06-820JN” по 3 светодиода в каждой, 8 цепочек подключаем параллельно. Резисторы предназначены для компенсации разброса номинальных напряжений светодиодов и частичного ограничения тока протекающего через светодиоды. Диод VD1 может быть любой I=0,6 – 1,0А, у меня 1N4007.

Рис.1	Рис.2

Рис.3	Рис.4

На рисунках (Рис.3 и Рис.4) приведены фото готового кольца. Остается установить кольцо в корпус противотуманной фары, закрепить с помощью клея и пластиковой полосы 248х12х2 или пластикового кольца с наружным диаметром 79 мм. При выборе способа крепления необходимо учитывать два момента, достаточно высокую температуру от штатной галогеновой лампы и необходимость сохранения герметичности конструкции фары. После крепления кольца, провод питания выводим через клапан, по возможности не нарушая его функциональности, произведем окончательную сборку противотуманной фары. Для второй фары все операции повторяем. И так фары собраны и могут быть установлены на автомобиль.

Но для начала необходимо решить вопрос питания встроенных ходовых огней. Из схемы включения (Рис.2) понятно, что светодиодные кольца подключаются не к бортовой сети автомобиля, а к стабилизатору тока. Назначение стабилизатора тока понятно из названия, в моём случае он собран на базе стабилизатора напряжения DA1 - LM317 с рабочим током до 1,5 А. C помощью резистора R1*, DA1 включаем по схеме стабилизатора тока, изменяя номинал резистора R1* можно менять ток стабилизации. Учитывая, что номинальный ток светодиода ARL2-5213UWC 0,02 А, соответственно у кольца он будет 0,16 А, а у двух колец 0,32 А соответственно. В сети есть статья «LM317 в стабилизаторе тока светодиодов» с подробным описанием расчетов всех параметров, приведена так же формула расчета резистора R1 и таблица на стандартные токи. В моём случае сопротивление R1* немного пришлось занизить, по причине применения резисторов R1-R8 немного завышенным номиналом (для снижения перепада напряжения на LM317), расчетный параметр R1* для тока 0,32 А составляет 3,9 Ом.

Рис.5

Наконец сборка противотуманных фар произведена (Рис.5), фары установлены на штатные места, стабилизатор тока в изолированном корпусе разместился под капотом, в районе аккумуляторной батареи. Учитывая что ток потребляемый встроенными ходовыми огнями незначительный, плюсовой провод питания я подключил к выводу «D+» генератора. При данной схеме включения ходовые огни светят только при работающем двигателе автомобиля. Минусовой провод питания посадил на корпус автомобиля, хотя его можно и подключить к плюсовому проводу галогеновой лампы противотуманной фары,

при такой схеме включения минусовой потенциал поступает по спирали галогеновой лампы, при включении противотуманных фар ходовые огни гаснут. Первый тест-драйв в ночное время показал достаточную яркость свечения, луч включенных ходовых огней светил на 40 - 50 м. В дневное время светящиеся кольца ходовых огней хорошо видно с 400 метров, дальше просто не проверял, думаю видно значительно дальше. Период эксплуатации встроенных ходовых огней пока не значительный около 3-х месяцев, нареканий на работу последних не возникало.

Светодиодные светильники.

Поскольку на сегодняшний день стали доступны в использовании мощные светодиоды (1 – 5 Вт), появилась возможность их применения в домашнем хозяйстве без особого материального ущерба, я решил воспользоваться данной доступностью и перевести пару небольших потолочных светильников на светодиодный источник света. В специализированных магазинах я приобрел десяток мощных светодиодов ARPL-Star-1W (39 р. за штуку) и пару драйверов постоянного тока JA - 12350Y (315 р. за штуку). Для начала решил переделать два потолочных светильника, оба светильника были оснащены стандартными патронами под цоколь Е27, в одном из них стояла 25 Вт энергосберегающая лампа, в другом обычная лампа накаливания. Около 5 лет назад во всех часто используемых светильниках своего дома я заменил лампы накаливания, на энергосберегающие (общее месячное энергопотребление снизилось в среднем на 110 кВт), по тому светильников с лампами накаливания осталось очень мало.

В первом светильнике 25 Ваттную энергосберегающую лампу было решено заменить сборкой из трёх одно ватных светодиодов ARPL-Star-1W запитанных от драйвера постоянного тока JA - 12350 Y согласно схеме «а» расположенной с лева. Драйвер, а по русскому блок питания, в частности модель JA - 12350Y предназначена для питания светодиодных систем с постоянным током, максимальной мощностью до 4,2 Ватт. Сила тока на выходе блока 320 - 370 мА. Блок питания состоит из пяти частей, каждая из которых выполняет следующую функцию:

• подавление электромагнитных помех;

• фильтрование и коррекция входящих сигналов;

• регулирование напряжения с помощью модуляции ширины импульса;

• передача энергии;

• корректирование выходных сигналов.

Так же блок питания имеет встроенную защиту от перегрузки и от короткого замыкания, обладает высокой производительностью. Из выше изложенного понятно, что данный блок питания полностью соответствует возложенным на него функциям, по сему, при применении специализированого блока питания не нужно не чего выдумывать, достаточно подключить цепочку светодиодов согласно схеме «а». Даже при грубой прикидке понятно, что сборка из трёх одно ватных светодиодов вряд ли может быть полноценной заменой 25 Вт энергосберегающей лампы. На практике это и подтвердилось, но со свои функционалом (освещение части коридора) модернизированный светильник вполне справился, при этом его энергопотребление снизилось на 20 Вт. Во втором светильнике 60 Ваттную лампу накаливания я заменил сборкой из шести одно ватных светодиодов ARPL-Star-1W запитанных от не специализированого блока питания согласно схеме «б». В данной схеме использован импульсный блок питания, выходное напряжение 12 В, номинальный ток 800 мА. Светодиоды включены в две параллельные цепочки, резисторы как и в случаи со светодиодными кольцами предназначены для компенсации разброса номинальных напряжений светодиодов и ограничения тока. Поскольку используемый блок питания поддерживает постоянное напряжение 12 В номиналы резисторов R1 и R2 рассчитываются с учетом номинального тока одно ватных светодиодов 350 мА. Расчёт производится по следующей формуле:

В данном случае номиналы резисторов R1 и R2 2 Ома. Применение не специализированого блока питания в схеме с двумя параллельными цепочками считаю вполне оправданным, поскольку обрыв цепи хотя бы в одном светодиоде приведет к снижению тока в нагрузке в 2 раза, но учитывая, что стабилизироваться напряжение, ток в оставшейся сети возрастет не значительно. Однако у большинства таких блоков, как правило, КПД хуже, чем у специализированых блоков питания. Тем не менее, суммарная потребляемая мощность светильника составила 14 Ватт по освещенности, шесть одно ватных светодиодов оказались вполне сопоставимы с 60 Ваттной лампой накаливания.

Теперь немного о конструкционной части модернизации светильников. Технологическая часть модернизации обоих светильников одинакова, разница лишь в количестве светодиодов и габаритах блоков питания. Технология переделки светильников следующая:

1. Демонтаж и разборка светильника;

2. Удаление штатного патрона с узлом крепления;

3. Изготовление радиатора согласно размерам плафона светильника;

4. Крепление светодиодов и блока питания к радиатору;

5. Соединение всех приборов согласно электрической схемы;

6. Установка радиатора в сборе в корпус светильника;

7. Проверка работоспособности светильника;

8. Монтаж и сборка светильника.

Радиатор проще всего изготовить из листового алюминия толщиной 1,2 – 2 мм, 3-D модель выкройки и самого радиатора приведены на (рис. 6) и (рис. 7) соответственно.

Рис.6

Рис.7

Размер данного радиатора подходит для большинства типо-размеров потолочных светильников, крепится радиатор на 3-и шпильки оснащенными втулками, в радиаторе сверлится 3-и крепежных отверстия диаметром 4 мм, распределенных от центра по окружности с радиусом 110 мм и углом 120°и два отверстия диаметром 3 мм под питающие провода. Площади данного радиатора вполне достаточно для отвода тепла от шести одно ватных светодиодов. Светодиоды крепятся с помощью винтов М3х8, для чего в радиаторе сверлится отверстия диаметром 2,5 мм, по два отверстия на каждый светодиод затем нарезается резьба М3 на приведенных моделях, отверстия условно не показаны.

Рис.8

Конструкция полностью собранного светильника в разрезе изображена на (рис. 8). Приведенный светильник оснащен шестью светодиодами с монтажными платами, на которые припаиваются перемычки, резисторы и провода питания (провода питания условно не показаны), блок питания можно крепить с помощью клея либо пластикового бандажа (как правило, проушины для крепления винтами на аналогичных блоках не предусматриваются). Светильник с шестью светодиодами, имеет матовый плафон молочного цвета, при включении светильник заливается ярким равномерно распределённым цветом, впечатление такое, как будто горит люминесцентная лампа в форме плафона. Другой светильник с тремя светодиодами, имеет прозрачный ребристый плафон, при его включении в светильнике заметны три источника света, местоположение которых меняется с зависимости от угла зрения на светильник. Свет от светодиодных светильников выделяется на фоне остальных светильников ярко белым светом, также модернизированные светильники отличаются ровным цветом, отсутствуют мерцание (как у люминесцентных ламп), мигание при периодическом изменением напряжения в сети (как у ламп накаливания).

В целом светодиодные светильники производят достаточно хорошее впечатление, альтернативой светодиодных светильников могут служить традиционные светильники, оснащенные светодиодными лампами. На сегодняшний день в продаже имеется светодиодные лампы различных конструкций и мощностей предназначенных для замены, как большинства ламп накаливания, так наиболее распространённых люминесцентных ламп, однако цены на некоторые экземпляры зашкаливают за 1000 рублей за штуку. Кроме дорогих экземпляров существуют и демократичные светодиодные лампы. Одной (на мой взгляд) наиболее демократичной моделью является светодиодная лампа серии NLL, потребляемая мощность 1,6 Вт, цветовая температура 3000 К, цоколь Е 14. Данная лампа хорошо подходит для замены ламп накаливания в точечных светильниках гипсокартонных потолков. Внешний вид лампы показан на (Рис.9). По освещенности, данная светодиодная лампа сопоставима с 25 Ваттной лампой накаливания на фоне 40 Ваттной лампы накаливания освещенность заметно слабее. С началом эксплуатации ламп серии NLL выявился один неожиданный эффект, дело в том, что лампы подлежащие замене, управлялись 3-х клавишным выключателем со штатной неоновой подцветкой клавиш, схема стандартная, неоновая лампа через резистор (как правило порядка 220 – 270 кОм) включена параллельно контактам выключателя. При разомкнутых контактах выключателя, ток, проходя через спираль лампы накаливания и резистор замыкается на неоновой лампе. Всё понятно, но как только я завернул светодиодную лампу в патрон, она сразу загорелась (Рис.10) примерно на 10-15% от номинальной яркости, что меня немного удивило, поскольку по всем данным ток, протекающий через резистор и неоновую лампу должен быть ничтожным.

Рис.9

Рис.10

До обнаружения данного эффекта замерить ток, потребляемый неоновой лампой, мне не приходило в голову. Через некоторое время после обнаружения выше приведенного эффекта ток был замерен, с 40 Ваттной лампой накаливания он составил 0,95 мА, со светодиодной лампой 1,6 Ватт ток составил 0,5 мА или 0,0005 А, в принципе 0,5 мА достаточно для свечения индикаторного светодиода, но схема питания светодиодной лампы рассчитана на напряжение питающей сети 220 - 240 В, и все таки она светится. После замены, светодиодная лампа стала выполнять функцию ночника, поскольку независимо от того горит лампа или нет ток всё равно потребляется неоновой лампой, как видно из результатов измерения светящая на 10% светодиодная лампа несколько снижает потребление электроэнергии, что вполне объяснимо. Большинство светодиодных ламп, включая представленный экземпляр, не допускают использование регуляторов яркости, что можно зачесть как недостаток, но рассмотренный эффект несколько подвергает сомнению данное утверждение инструкции, вопрос только в схематическом решении регулятора яркости.

2012-04-14

Переход Читать далее

Используются технологии uCoz