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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Lâmpada LED de rede com fonte de alimentação em um chip VIPer22A. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Recentemente, as lâmpadas incandescentes, que têm um recurso muito limitado de cerca de 1000 horas, e as lâmpadas de descarga de gás com um recurso de aproximadamente 20 horas, estão sendo substituídas vigorosamente por equivalentes de LED que podem operar sem substituição por muito mais tempo - 000 horas. Eles têm a mais alta eficiência entre as fontes de luz artificial para converter energia elétrica em luz, o que força os governos de muitos países, incluindo a Rússia, a introduzir com mais vigor tecnologias de economia de energia na tecnologia de iluminação. Isso também é facilitado pelo declínio constante no custo dos LEDs superbrilhantes devido à concorrência de seus fabricantes globais. Infelizmente, a maioria das lâmpadas LED domésticas usa as fontes de alimentação mais simples com um capacitor de lastro. E isso apesar do fato de que as deficiências bem conhecidas deste último (pico de corrente quando ligado, uma faixa estreita de tensão da rede correspondente aos limites de corrente permitidos através dos LEDs, bem como a possibilidade de danos durante interrupções na carga ) levam à falha prematura dos acessórios. Isso significa que tal solução de circuito, em princípio, não pode garantir a operação efetiva a longo prazo de fontes de luz LED com um recurso estimado de 100 horas.
O projeto proposto de uma rede SMPS simples de pequeno porte para uma lâmpada LED (Fig. 1) está livre de tais deficiências e, apesar da alta confiabilidade de operação, é muito barata (cerca de 50 rublos sem LEDs). O uso de ferramentas de projeto auxiliadas por computador para este dispositivo permite que o radioamador varie de forma independente e flexível o alcance e o número de LEDs conectados. A operação de tal estabilizador de tensão pulsado e os princípios físicos de sua operação são descritos em [1] (Fig. 1, ce Fig. 2,6, 17). Portanto, vamos considerar com mais detalhes a sequência de projeto de um conversor de rede para alimentar 1 LEDs ultrabrilhantes usados no dispositivo descrito (Fig. 1). Entre eles, EL8-EL5 são LEDs padrão de 503 mm LC1TWN15-9G e EL11-EL5060 são LEDs de chip ARL-3WYC, 6 peças cada. em um pacote PLCC5 retangular com dimensões de 5x40 mm com uma corrente direta permitida de até 3,2 mA e uma queda de tensão direta de aproximadamente 15 V por diodo. Essa escolha de LEDs no exemplar do autor se deve à necessidade de iluminar o teclado do computador. Os primeiros LEDs têm um pequeno ângulo de radiação - 120° com meia potência, o segundo - um grande - XNUMX°. Como resultado, não haverá limites nítidos no ponto de luz total e a iluminação no centro é maior do que na periferia. A tonalidade da cor dessa fonte de luz está entre o branco frio e o quente, devido aos parâmetros dos LEDs usados. Por motivos de projeto, os LEDs do mesmo tipo são conectados em série e os LEDs mostrados na Fig. 1 dois circuitos (de 8 e 9 LEDs, respectivamente), que são ligados em paralelo através de resistores limitadores de corrente R2 e R3. A tensão de saída do conversor para ambos os circuitos é de 32 V a uma corrente de carga de 40 mA. Para o projeto do conversor foi utilizado o programa Non-Isolated VIPer Design Software v.2.3 (NIVDS), descrito no artigo [2]. O intervalo de tensão da rede é deixado selecionado pelo programa por padrão 88 ... 264 V. Um controlador SHI é usado - um chip VIPer22A com uma frequência de conversão de 60 kHz, modo de conversão descontínua (DCM - Discontinuous Current Mode), tensão de saída - 32 V a uma corrente de 40 mA. A indutância do indutor de armazenamento L1, calculada pelo programa, foi de 2,2 mH. Outros parâmetros do conversor: eficiência - 74%, amplitude máxima de corrente do transistor de comutação do microcircuito DA1 - 169 mA, sua temperatura máxima - 47 ° C, valor efetivo da corrente consumida - 17 mA a uma tensão máxima de rede de 264 V.
Na fig. 1, e sua aparência é mostrada na Fig. 1,2. O capacitor C2 é soldado com uma folga de 3 ... 1 mm à placa, pois deve ser inclinado para o centro da placa para que se encaixe na base usada de uma lâmpada economizadora queimada.
Capacitores de óxido importados com temperatura máxima de operação de 105 °C podem ser usados no conversor. Capacitores C2 e C5 - filme ou cerâmica com tensão nominal de pelo menos 50 V. Fusível jumper FU1 - fio de um fusível com corrente nominal de 1 A. O slot protege a placa quando FU1 queima. Mas o slot não é necessário se o jumper for substituído por um fusível em uma caixa de cerâmica (das séries VP1-1, VP1-2) ou um resistor de segurança P1-25 (ou uma resistência importada semelhante 8 ... 10 Ohm). No caso de usar um resistor de segurança, a resistência do resistor R1 é reduzida para 10 ... 12 ohms.
A carga de LED R2R3EL1 - EL11 é montada em outra placa de circuito impresso feita de fibra de vidro dupla face com espessura de 0,5 ... 1 mm (Fig. 4). A seção de folha poligonal no centro da placa é projetada para remover o calor dos LEDs de montagem em superfície EL9-EL11. Resistores limitadores de corrente R2 e R3 - RN1-12, tamanho 1206. Duas placas são conectadas por solda nas almofadas de contato correspondentes de três pedaços de fio de cobre com diâmetro de 0,7 mm e comprimento de aproximadamente 7 mm, nos quais, conforme caixas de eixo restritivas, são colocados pedaços de hastes plásticas ocas de rolamentos de esferas. Dois fios fornecem energia à placa com LEDs e o terceiro fornece a rigidez estrutural necessária. Quando conectados, os lados livres de elementos em ambas as placas são adjacentes. Pequenos pedaços de fio são inseridos nos orifícios das almofadas de contato marcados com asteriscos e soldados em ambos os lados. Primeiro, usando LATR, é desejável garantir que a tensão de saída de 32 V seja estável em toda a faixa de mudanças de tensão da rede (88 ... 264 V), enquanto resistores com uma resistência total de 800 Ohms são conectados em vez de LEDs. Aparadores de solda temporários R2 com resistência de 3 ohms. Ao medir, deve-se ter cuidado com choques elétricos, pois todos os elementos do dispositivo estão conectados galvanicamente à rede elétrica. Todas as alterações são feitas apenas no estado desativado. Os resistores do trimmer são ajustados com uma chave de fenda dielétrica. A corrente através de cada circuito de LED é controlada com um miliamperímetro. Embora os LEDs usados sejam capazes de corrente contínua de até 150 mA com um aumento correspondente no brilho, para alcançar a durabilidade declarada dos LEDs, a corrente é definida para 40 mA ajustando os resistores. Aproximadamente 20 minutos após a ativação, o regime térmico dos LEDs se estabiliza, portanto, é necessário um ajuste de corrente adicional. Com um miliamperímetro, a corrente em cada circuito de LED é regulada por sua vez. Finalmente, os resistores de sintonia são substituídos pelas constantes da resistência encontrada.
Usando a ferramenta Waveforms, o programa NIVDS permite simular os modos do controlador PWM. Na fig. A Figura 5 mostra um diagrama da corrente pulsada no controlador em uma tensão de rede de 220 V, que praticamente coincidiu com os resultados das medições de controle. O intervalo O ... 1,5 μs corresponde ao estado aberto do transistor de comutação do microcircuito DA1 (operação direta do conversor). A cor azul mostra o gráfico da corrente na bobina de armazenamento durante a operação reversa do conversor. O intervalo 1,5 ... 13 µs corresponde à etapa de transferência da energia acumulada pelo acelerador durante o avanço para a carga. Um intervalo de 13...16,6 µs é o chamado tempo morto na operação do conversor, quando ocorrem oscilações de tensão e corrente amortecidas livres no circuito de saída. Mais claramente, essas flutuações são ilustradas pelo diagrama obtido da tensão na fonte do transistor em relação ao fio de alimentação comum (Fig. 6), onde é claramente visto que ocorrem flutuações de tensão amortecidas em relação ao nível de 32 V, correspondente à tensão de saída do conversor. O filtro de saída C4C5 reduz a ondulação da tensão de saída para 300 mV.
Como pode ser visto a partir da fig. 5 e 6, a corrente de pico do transistor de comutação do microcircuito (169 mA) é várias vezes menor que o valor máximo permitido de 700 mA, a tensão de dreno deste transistor (300 V) também é menor que o valor máximo permitido de 730 V . Isso garante a operação do conversor com uma grande margem de segurança elétrica, que, juntamente com a proteção térmica incorporada ao microcircuito, bem como a proteção contra curtos-circuitos e interrupções na carga, garante muitos anos de operação confiável do dispositivo descrito .
A aparência da lâmpada LED é mostrada na fig. 7. Ele usa um refletor de uma lanterna defeituosa. Literatura 1. Kosenko S. Características da operação de elementos indutivos em conversores de ciclo único. - Rádio. 2005. Nº 7. p. 30-32.
Autor: S. Kosenko, Voronezh; Publicação: radioradar.net
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