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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Lâmpadas LED de iluminação de emergência. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Se a tensão da rede falhar em salas de utilidades ou serviços, é aconselhável manter pelo menos um nível mínimo de iluminação para tomar algumas medidas para eliminar a falha ou sair da sala. Nesse caso, lâmpadas que podem brilhar por algum tempo após desligar a tensão da rede ajudarão. Eles exigirão uma fonte de energia autônoma ou um dispositivo de armazenamento de energia, por exemplo, um grande capacitor ou bateria. É aconselhável utilizar lâmpadas LED como iluminação de emergência, por serem as mais econômicas. Para que a lâmpada brilhe mesmo após uma falha de energia, ela deve, obviamente, conter uma fonte de energia embutida. No caso mais simples, pode ser um capacitor de óxido de capacidade relativamente grande, capaz de acumular energia em modo de espera suficiente para manter a iluminação baixa da sala por várias dezenas de segundos.
O diagrama de tal lâmpada de iluminação de emergência é mostrado na Fig. 1. Pode ser feito com base em uma lâmpada LED produzida comercialmente ou feito de forma independente com base em elementos de uma lanterna LED de bolso ou LEDs individuais (ver artigo “Lâmpada de rede de LEDs de lanterna” em “Rádio”, 2013, No. 2, pág. 26). No modo standby, os LEDs conectados em série são alimentados por uma fonte composta por um capacitor de reator C1, uma ponte de diodos VD1-VD4 e um capacitor de suavização C2. O capacitor C3 é um capacitor de armazenamento, imediatamente após a aplicação da tensão da rede ele é carregado da ponte retificadora através do diodo VD6, e quando os LEDs começam a brilhar, através do resistor R3 do retificador de meia onda do diodo VD5. Um estabilizador de corrente é montado nos transistores VT1, VT2, garantindo a descarga uniforme do capacitor C3 e mantendo o brilho constante dos LEDs em modo de emergência. No modo standby, a corrente através dos LEDs depende principalmente da capacitância do capacitor C1, da corrente do estabilizador (neste caso, cerca de 1 mA) e do número de LEDs N (por exemplo, com N = 21 e a capacidade do capacitor indicada em no diagrama, esta corrente é de cerca de 20 mA). O resistor R2 limita o pico de corrente de carga quando a lâmpada é ligada e, através do resistor R1, o capacitor C1 é descarregado quando é desligado. Em caso de emergência, quando há perda de tensão da rede, os LEDs são alimentados pelo capacitor de armazenamento C3 através de um estabilizador de corrente. Uma iluminação mínima constante é mantida por cerca de 20 s, após os quais o brilho dos LEDs diminui gradualmente ao longo de cerca de 30 s. A duração da iluminação de emergência pode ser aumentada aumentando a capacitância do capacitor C3.
Todas as peças, exceto os LEDs, são montadas em uma placa de circuito impresso, cujo desenho é mostrado na Fig. 2. Resistores - C2-33, P1-4, capacitores C2, C3 - óxido importado, C1 - de uma lâmpada fluorescente compacta economizadora de energia (CFL) com defeito ou importada, projetada para operar em uma tensão alternada de 250...400 V. Do 1N4007 também foram removidos diodos. Transistor bipolar - qualquer uma das séries KT315, KT3012. A placa montada é colocada em uma caixa plástica da CFL com as partes voltadas para a base. A pequena capacidade do capacitor de armazenamento C3 não permite que a lâmpada permaneça acesa por muito tempo em modo de emergência. Um aumento na sua capacidade leva a um aumento significativo nas dimensões. Uma saída para esta situação pode ser a utilização de um ionistor - um capacitor de alta capacidade (até vários farads). Porém, a tensão nominal do ionistor, via de regra, não ultrapassa 5 V, podendo alimentar um LED ou vários conectados em paralelo.
O diagrama de tal lâmpada é mostrado na Fig. 3. No modo standby, os LEDs são alimentados por um retificador utilizando diodos VD1-VD4, conectados à rede através do capacitor de reator C1. Neste caso, uma corrente de cerca de 1 mA flui através dos LEDs EL3-ELN-20 conectados em série, e três vezes menos através de cada um dos ELN-2-ELN conectados em paralelo. Para equalizar a corrente através deles, são utilizados resistores limitadores de corrente R3-R5, que, durante a configuração, são selecionados de forma que a queda total de tensão entre eles e os LEDs ELN-2-ELN não ultrapasse 4,5...5 V. O ionistor é carregado com esta tensão C3. Pela primeira vez depois de ligar a lâmpada (até que seja carregada com uma tensão de 3...3.3 V), os LEDs ELN-2-ELN não acendem. Quando a tensão da rede falha, o ionistor começa a descarregar através desses LEDs e somente eles acendem na lâmpada. A duração do brilho depende da capacitância do ionistor e do número de LEDs conectados a ele. Aumentar seu número requer um aumento proporcional na resistência dos resistores conectados em série com eles e, à medida que a corrente de descarga do ionistor aumenta, a duração da iluminação de emergência é reduzida. Você pode estender significativamente o brilho da lâmpada no modo de emergência substituindo o ionizador por uma bateria de íon-lítio de pequeno porte (ou uma bateria de baterias Ni-Cd) de um telefone celular ou radiotelefone. Usando uma seleção de resistores R3-R5 (com a bateria desconectada), uma tensão de 2...4 V é instalada neles e os LEDs ELN-4,1-ELN conectados em série com eles ao usar uma bateria de íon-lítio, ou 4,3...4,4 V, se for utilizada uma bateria de três baterias Ni-Cd ou Ni-MH (é para esses valores de tensão que elas são carregadas em modo standby). Quando a tensão da rede falha, os LEDs ELN-2-ELN são alimentados pela bateria. A sua reserva de energia é suficiente para várias horas de funcionamento contínuo. À medida que descarrega, sua tensão e corrente através dos LEDs diminuem, mas devido à sua característica não linear de corrente-tensão, a descarga completa não ocorrerá. O interruptor SA1 pode ser instalado em série com a bateria para desligá-la, por exemplo, durante o transporte da lâmpada. Para aumentar o brilho das lâmpadas montadas conforme o diagrama da Fig. 3, No modo de emergência, o número de LEDs conectados em paralelo deve ser aumentado. Em princípio, você pode ligar todos os LEDs da lâmpada em paralelo, mas neste caso, para garantir o brilho normal no modo standby, será necessário aumentar significativamente a capacidade do capacitor de reator C1, o que levará a um aumento indesejável (até várias centenas de miliamperes) da corrente consumida da rede. Além disso, se a bateria estiver descarregada, o brilho da lâmpada inicialmente após ser ligada pode ser baixo, pois uma parte significativa da corrente irá para carregar a bateria.
Uma possível saída para a situação é a conexão serial de vários grupos de LEDs conectados em paralelo (Fig. 4). Para fabricar tal lâmpada, foi utilizada uma placa de circuito impresso de uma lanterna com 32 LEDs conectados em paralelo. No tabuleiro eles estão localizados assim: 4 - no centro, 17 - ao longo da circunferência externa, 11 - ao longo da intermediária. Estes últimos são alocados em um grupo (EL12-EL22), alimentado em modo de emergência por bateria, e os demais são divididos em dois grupos, um dos quais também contém 11 LEDs (EL1-EL11), e o segundo - dez (EL23 -EL32). Esses grupos e o resistor limitador de corrente R3 são conectados em série, para o qual são cortados os condutores impressos correspondentes na placa e as conexões necessárias são feitas com pedaços de fio isolado. A corrente consumida por esta lâmpada é determinada pela capacitância dos capacitores de lastro C1, C2 e é de aproximadamente 100 mA, ou seja, uma corrente de cerca de 9 mA flui através de cada LED. O capacitor C3 suaviza as ondulações da tensão retificada, fazendo com que os LEDs brilhem de maneira mais uniforme. No modo de espera, a tensão nos LEDs EL12-EL22 e no resistor R3 (selecionado durante a configuração) cai para cerca de 4,1 V, para os quais a bateria de íons de lítio G1 é carregada. Se for utilizada uma bateria de três baterias Ni-Cd ou Ni-MH, esta tensão deve ser aumentada para 4,4 V. A chave SA1 desempenha a mesma função do projeto anterior.
Todas as peças, exceto os LEDs e o resistor R3, são montadas em uma placa de circuito impresso feita de folha de fibra de vidro, feita conforme desenho mostrado na Fig. 5. A placa montada e a bateria são colocadas em um alojamento com diâmetro de 57 mm de uma lâmpada fluorescente compacta de 35 W de forma que os capacitores C1 e C2, pré-envoltos com fita isolante, fiquem na parte base. O switch é instalado em sua parede lateral. A aparência da lâmpada é mostrada na Fig. 6.
Para que o brilho de uma lâmpada com LEDs conectados em série permaneça o mesmo no modo de emergência e no modo de espera, ela deve ser complementada com um conversor de tensão elevador alimentado por bateria. O diagrama de tal lâmpada é mostrado na Fig. 7. No modo standby, os LEDs EL1-ELN são alimentados por uma corrente de 15...20 mA de uma fonte de alimentação composta por um capacitor de lastro C1, uma ponte de diodos VD1 - VD4 e um capacitor de suavização C2. A tensão na qual a bateria G1 é carregada é definida selecionando o resistor R3.
O conversor de tensão contém um microcircuito DD1, um transistor VT1, um transformador elevador de pulso T1 e um retificador de diodo VD6-VD9. O elemento DD1.1 contém um gerador de pulso com uma frequência de repetição de cerca de 30 kHz, e o elemento DD1.2 contém um modelador de pulso de controle. Os elementos DD1.3, DD1.4 conectados em paralelo desempenham as funções de um estágio buffer inversor. De sua saída, os pulsos são enviados para a porta do transistor de efeito de campo chaveado VT1. Quando alimentado pela rede elétrica e os contatos da chave SA1 estão fechados, a bateria G1 é carregada através dos LEDs EL1 -ELN-1 e do diodo zener VD5. Uma das entradas do elemento DD1.1 (pino 5) é alimentada com uma tensão de polaridade positiva (cerca de 4 V) através do resistor R4, e a polaridade negativa (cerca de 5 V) é fornecida através do resistor R6 do diodo zener VD5. Como resultado, a tensão nesta entrada é baixa, o gerador é inibido e o conversor não funciona. Quando a tensão da rede falha, a entrada do elemento DD1.1 recebe uma tensão de alto nível da bateria G1, o gerador liga e os LEDs são alimentados com tensão de alimentação do retificador através dos diodos VD6-VD9. Usando o resistor de corte R7, você pode variar a duração dos pulsos de controle dentro de uma ampla faixa e, assim, o brilho da lâmpada no modo de emergência. A funcionalidade do conversor é mantida quando a tensão de alimentação é reduzida para 2,8 V.
Os resistores R1, R2 (MLT), os capacitores C1 (K73-17 ou da CFL), C2 (óxido importado) e os diodos VD1-VD4 (também da CFL) são colocados em uma placa de circuito impresso dupla face, cujo desenho é mostrado na Fig. 8. A instalação é principalmente superficial. O capacitor C2 é instalado paralelamente à placa e colado nela com cola Moment. Quatro furos no lado direito da placa são destinados à passagem dos condutores dos diodos VD1-VD4 (são soldados aos condutores impressos de ambos os lados). Após a verificação, a placa montada é envolvida em duas camadas de fita isolante e colocada na base da caixa da CFL.
O conversor é montado sobre uma placa de circuito impresso confeccionada conforme desenho da Fig. 9. Instalação - superfície. Os capacitores C5-C7 e os diodos VD6-VD9 são de lâmpadas fluorescentes compactas, o resistor de corte R7 é SPZ-19a. Para a fabricação do transformador T1 foi utilizado um indutor de lastro de uma lâmpada fluorescente compacta de 10 W. É necessário selecionar um indutor, cujo design permite enrolar um enrolamento adicional sem desmontar - 10 voltas de fio MGTF-0,2. No transformador, ele servirá como enrolamento primário (I), e o enrolamento secundário (II) se tornará o enrolamento indutor. Uma bateria de íon-lítio de um telefone celular é colada na placa na lateral livre de elementos. Switch SA1 - slide PD9-1 ou similar importado. A aparência do conversor junto com a placa de LED (de uma lâmpada de rede com conexão em série de 21 LEDs) é mostrada na Fig. 10.
Concluindo, deve-se destacar que o conversor boost também pode ser montado em um microcircuito especializado, o que, aliás, reduzirá seu tamanho. Uma lâmpada com conversor pode ser usada como lanterna portátil, mas neste caso é aconselhável usar uma bateria composta por três baterias Ni-MH como fonte de alimentação. Autor: I. Nechaev
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