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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leistungsstarke LED-Lampe. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Bei der Entwicklung des vorgeschlagenen Geräts bestand die Aufgabe darin, eine LED-Lampe zu schaffen, die weniger als 220 W aus einem 10-V-Netz verbraucht und im Vergleich zu einer 100-W-Glühlampe heller leuchtet. Als Basis für den Spannungswandler des LED-Netzteils wurde der HVLED805-Chip [1] gewählt. Es ermöglicht Ihnen, den Strom der LED-Last ohne den Einsatz von Optokopplern, Spannungs- und Stromsensoren im Lastkreis zu stabilisieren, wodurch die Stromversorgung deutlich vereinfacht wird. Der Entwurf wurde durch das Programm zur automatisierten Berechnung des Wandlers erleichtert, das im Artikel [2] ausführlich beschrieben wird.
Der stabile Strom durch die verwendete LED SPHCWTHDD803WHROJC bei 9 W Leistungsaufnahme sollte 0,51 A betragen (siehe Tabelle 2 in [3]), was etwa 10 % mehr ist als der vom Programm berechnete maximale Strom von 0,45 A. Nach Erhöhung Um die vom Programm vorgeschlagene Größe des Magnetkreises von EE13 auf EE16 zu ändern, muss überprüft werden, ob der Konverter den erforderlichen LED-Modus bereitstellen kann. Sie können dies überprüfen, indem Sie die Parameter des hergestellten Geräts überwachen. Um den Wandlermodus anzupassen, müssen Sie den Widerstand der Widerstände im Impulsspannungsteiler, der dem DMG-Pin der Mikroschaltung zugeführt wird, sowie den Stromsensor neu berechnen. Dazu müssen Sie die Berechnungsformeln aus dem Referenzblatt [1] oder der technischen Beschreibung der Mikroschaltung [4] verwenden. Sie können auch die vom Autor entwickelte Tabelle Iamp805.xls verwenden, die dem Artikel beigefügt ist. Dieses korrigierte Ergebnis des Entwurfs eines Konverters zur Versorgung der LED SPHCWTHDD803WHROJC mit einem stabilisierten Strom von 0,51 A wird durch den Schaltplan in Abb. veranschaulicht. 1. Der Thermistor RK1 reduziert den Stromimpuls beim Anschluss an das Netzwerk. Die Diodenbrücke VD1 richtet die Netzspannung gleich. Die Kondensatoren C1 und C2 glätten die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung. Diese Kondensatoren und die Induktivität L1 bilden einen Filter, der Impulsstörungen aus dem Versorgungsnetz unterdrückt und außerdem das Eindringen hochfrequenter Wellen verhindert, die vom Wandler erzeugt werden. Der Impulstransformator T1 hat eine Primärwicklung (I) und zwei Sekundärwicklungen (II und III). Die Primärwicklung (I) wird durch einen Stromkreis aus in Reihe geschalteter Schutzdiode VD2 und einem konventionellen VD3 überbrückt, der die Spannung an dieser Wicklung begrenzt und dadurch den ausgangsstarken Feldeffekttransistor der Mikroschaltung HVLED805 (DA1) vor einem Ausfall schützt . Die Source dieses Transistors (Pins 1 und 2) ist über den Widerstand R4, der als Stromsensor fungiert, mit dem gemeinsamen Draht der Mikroschaltung (Pin 4) verbunden. Die Wicklung II des Transformators T1 dient zur Stromversorgung der DA1-Mikroschaltung. Die durch die Diode VD4 gleichgerichtete und durch den Kondensator C6 geglättete Spannung wird an den Stromversorgungspin VCC angelegt. Der Widerstand R5 begrenzt die Amplitude der Stromimpulse durch die Diode VD4. Außerdem wird das Signal von Wicklung II über den Widerstandsteiler R1R2 an Pin 6 des DA1-Chips geliefert. Durch die Verarbeitung dieses Signals kann die Mikroschaltung die Spannung an der EL1-LED und den durch sie fließenden Strom steuern, wie in Artikel [1] beschrieben. Wicklung III dient zur Stromversorgung der LED EL1. Die Spannung dieser Wicklung wird durch die Diode VD5 gleichgerichtet, hochfrequente Welligkeiten werden durch den Kondensator C8 unterdrückt, niederfrequente Welligkeiten werden durch den Kondensator C9 unterdrückt. Widerstand R6 ist die Mindestlast des Netzteils. Die Frequenzkompensationsschaltung R3C3C4 verhindert eine parasitäre Erzeugung des Wandlers bei Frequenzen oberhalb der Hauptfrequenz. Der Kondensator C5, verbunden mit Pin 5 des DA1-Chips, dient zur Stabilisierung des Stroms durch die EL1-LED, was auch in Artikel [1] beschrieben wird.
Der Konverter ist auf einer Leiterplatte (Abb. 2) aus einseitig folienbeschichtetem Fiberglas mit einer Dicke von 1,2 mm montiert. Die Platine ist für oberflächenmontierte Elemente der Größe 0805 und Durchsteckelemente ausgelegt. Die Befestigung in der Leuchte erfolgt mit drei Schrauben an Isolierpfosten. Bei der Entwicklung der Platine wurde berücksichtigt, dass die mit dem Drain-Anschluss eines leistungsstarken Schalttransistors im Chip (DRAIN) verbundene Leiterbahn als Kühlkörper dafür dient. Der Impulstransformator T1 ist auf einen Magnetkern EE16/8/5 gewickelt. Wicklung I enthält 120 Windungen PETV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,21 mm (Wicklungsinduktivität - 2 mH), Wicklung II - 17 Windungen PETV-2 mit einem Durchmesser von 0,1 mm, Wicklung III - 20 Windungen Litzendraht 10x0,12. 60 mm. Beim Wickeln auf einem Rahmen mit Zwischenwicklung und Zwischenschichtisolierung wird der erste Abschnitt der Wicklung I mit 60 Windungen nacheinander angeordnet, dann Wicklung III und der zweite Abschnitt der Wicklung I mit 0,17 Windungen und der letzte Abschnitt ist Wicklung II. Abschnitte der Wicklung I werden an den freien Anschluss des Transformators angeschlossen; dieser Anschluss ist nicht in die Platine eingelötet. Um die erforderliche Induktivität der Primärwicklung zu erhalten, war es notwendig, den zentralen Kern mit einer Diamant-Nadelfeile zu kürzen, um einen nichtmagnetischen Spalt von XNUMX mm zu bilden. Drossel L1 mit einer Induktivität von 0,47... 1 mH wurde einer defekten Energiesparlampe entnommen. Die Dioden VD2 und VD3 sind durch Oberflächenmontage an einem gemeinsamen Punkt verbunden. Der Widerstand R4 (Stromsensor) besteht aus zwei parallel geschalteten Widerständen R4.1 und R4.2 von 2,2 Ohm, 0,125 W.
Strukturell basiert die LED-Lampe auf einer defekten 26-W-Kompaktleuchtstofflampe, bei der das elektronische Vorschaltgerät und der Spiralzylinder entfernt wurden. Im verbleibenden Kunststoffgehäuse ist auf der Seite, auf der der Kühlkörper angebracht ist, ein 25 mm breites Fenster ausgeschnitten, in dem die Konverterplatine so platziert wird, dass die Leiterbahnen und Oberflächenmontageelemente zum Kühlkörper zeigen, wie in Abb . 3. Die Kanten der 24 mm breiten Leiterplatte werden an der Kontaktstelle zum Lampenkörper mit Nitrokleber verklebt. Mit dem Gehäuse ist ein Kühlkörper mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Höhe von 43 mm verschraubt, auf den die EL8-LED mittels Wärmeleitpaste KPT-2 mit vier M1-Schrauben gepresst wird. Die effektive Kühlfläche des Kühlkörpers beträgt ca. 300 cm2. Während des Tests wurde der Modus der LED EL1 getestet: Die Gleichspannung betrug 18 V bei einem Strom von 0,52 A. Dieser Modus blieb stabil, als die Versorgungsspannung mit einem Labor-Spartransformator im Bereich von 176...254 V variierte. Bei Bedarf kann der LED-Strom durch Auswahl der Widerstände R4.1 und R4.2 angepasst werden, die den Stromsensor R4 bilden. Beim ersten Einschalten wurden Spitzenwert und Form des Schalttransistorstroms anhand des Spannungsabfalls am Stromsensor – Widerstand R4 – überwacht. Die Form der Stromimpulse ist sägezahnförmig. Der gemessene Spitzenwert von 0,28 A liegt unter dem vom Programm simulierten Maximalwert von 0,303 A. Dadurch wurde bestätigt, dass keine Sättigung des Magnetkreises vorliegt. Der Betrieb des Wandlers im Kurzschluss- und Lasttrennmodus wurde getestet. Die Ergebnisse dieser Tests stimmten mit den Berechnungen gemäß dem Programm überein. Bei einem Laststrom von 0,2 A arbeitet der Wandler im Single-Valley-Skip-Modus mit einer Frequenz von 132 kHz. Wenn der Laststrom auf 0,4 A ansteigt, erfolgt die Umschaltung im ersten Tal, die Frequenz steigt auf 140 kHz. Bei einer weiteren Erhöhung des Laststroms auf 0,53 A sinkt die Frequenz auf 105 kHz. Im Lastschlussbetrieb erzeugt der Wandler kurze Impulse mit einer Dauer von knapp 13,5 μs bei einer Frequenz von 2 kHz. Ohne Last (LED) hält der Konverter eine Ausgangsspannung von etwa 20 V aufrecht und erzeugt Impulsstöße mit einer Frequenz von 2,17 kHz. Der gemessene Wirkungsgrad des Wandlers beträgt 82 % bei einer Netzspannung von 220 V. Messungen haben gezeigt, dass die Temperatur der Mikroschaltung im stationären thermischen Zustand 54 °C nicht überschreitet. Bei einer LED-Lampe (Abb. 3) überschreitet die Temperatur des LED-Gehäuses im eingeschwungenen Zustand 62 °C nicht. Unter Berücksichtigung des thermischen Widerstands des Kristall-Gehäuse-Übergangs von 2,24 °C/W können wir die Kristalltemperatur auf 62 + 9-2,24 = 82 °C schätzen, was deutlich unter dem maximal zulässigen Wert von 150 °C liegt [3 ] und ist im Hinblick auf die Gewährleistung der Haltbarkeit des Geräts durchaus akzeptabel.
Um eine LED-Lampe mit einer 100-W-Glühlampe zu vergleichen, wird das Licht beider Lampen aus der gleichen Entfernung auf eine Platte aus milchigem Plexiglas gerichtet. Wie in Abb. zu sehen ist. In Abb. 4 ist der Lichtfleck der rechts angeordneten LED-Lampe deutlich heller als der der Glühlampe. Literatur
Autor: S. Kosenko
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