Verfeinerung der LED-Lampe. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung

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Im Dunkeln ist eine Taschenlampe unverzichtbar. Allerdings sind kommerziell erhältliche batteriebetriebene Designs enttäuschend. Einige Zeit nach dem Kauf funktionieren sie immer noch, aber dann wird die Gel-Blei-Säure-Batterie schwächer und eine Ladung reicht nur noch für ein paar Dutzend Minuten Glühen aus. Und oft brennen beim Laden mit eingeschalteter Taschenlampe die LEDs nacheinander durch.

Angesichts des niedrigen Preises der Taschenlampe können Sie natürlich jedes Mal eine neue kaufen, aber es ist sinnvoller, die Fehlerursachen einmal herauszufinden, sie in der vorhandenen Taschenlampe zu beseitigen und das Problem für viele Jahre zu vergessen.

Fig. 1

Betrachten wir im Detail die in Abb. 1 Schema einer der ausgefallenen Lampen und bestimmen Sie deren Hauptmängel. Links neben der GB1-Batterie befindet sich hier der Knoten, der für deren Aufladung verantwortlich ist. Der Ladestrom wird durch die Kapazität des Kondensators C1 eingestellt. Der parallel zum Kondensator geschaltete Widerstand R1 entlädt diesen, nachdem die Lampe vom Netz getrennt wurde. Die rote LED HL1 ist über einen Begrenzungswiderstand R2 parallel zur unteren linken Diode der Gleichrichterbrücke VD1-VD4 in umgekehrter Polarität geschaltet. Der Strom fließt durch die LED während derjenigen Halbwellen der Netzspannung, in denen die obere linke Diode der Brücke geöffnet ist. Somit zeigt das Leuchten der HL1-LED nur an, dass die Taschenlampe mit dem Netzwerk verbunden ist, und nicht über den laufenden Ladevorgang. Sie leuchtet auch dann, wenn die Batterie fehlt oder defekt ist.

Der von der Lampe aus dem Netz aufgenommene Strom wird durch die Kapazität des Kondensators C1 auf ca. 60 mA begrenzt. Da ein Teil davon in die HL1-LED abzweigt, beträgt der Ladestrom der GB1-Akkus etwa 50 mA. Die Buchsen XS1 und XS2 dienen zur Messung der Batteriespannung.

Der Widerstand R3 begrenzt den Batterieentladestrom durch die parallel geschalteten LEDs EL1-EL5, sein Widerstand ist jedoch zu niedrig und es fließt ein Strom über den Nennstrom durch die LEDs. Dadurch erhöht sich die Helligkeit leicht und die Degradationsrate der LED-Kristalle nimmt deutlich zu.

Nun zu den Ursachen des LED-Burnouts. Wie Sie wissen, kommt es beim Laden eines alten Bleiakkus, dessen Platten sulfatiert wurden, zu einem zusätzlichen Spannungsabfall aufgrund seines erhöhten Innenwiderstands. Dadurch kann während des laufenden Ladevorgangs die Spannung an den Anschlüssen einer solchen Batterie bzw. deren Batterie 1,5 ... 2-mal höher sein als die Nennspannung. Wenn Sie in diesem Moment, ohne den Ladevorgang zu stoppen, den Schalter SA1 schließen, um die Helligkeit der LEDs zu überprüfen, reicht die erhöhte Spannung aus, um den durch sie fließenden Strom deutlich über den zulässigen Wert hinaus zu steigern. Die LEDs fallen nacheinander aus. Dadurch werden durchgebrannte LEDs in die Batterie aufgenommen und sind für die weitere Verwendung unbrauchbar. Es ist unmöglich, eine solche Taschenlampe zu reparieren – Ersatzbatterien sind nicht im Handel erhältlich.

Fig. 2

Das vorgeschlagene Schema zur Verfeinerung der Laterne, dargestellt in Abb. 2 ermöglicht es Ihnen, die beschriebenen Mängel zu beseitigen und die Möglichkeit eines Ausfalls seiner Elemente im Falle fehlerhafter Handlungen auszuschließen. Es besteht in einer solchen Änderung des Schemas zum Anschließen von LEDs an die Batterie, sodass der Ladevorgang automatisch unterbrochen wird. Dies wird durch den Austausch des Schalters SA1 durch einen Schalter gewährleistet. Der Begrenzungswiderstand R5 ist so gewählt, dass der Gesamtstrom durch die LEDs EL1-EL5 bei einer Batteriespannung GB1 von 4,2 V 100 mA beträgt. Da der SA1-Schalter drei Stellungen hatte, war es möglich, durch Hinzufügen des Widerstands R4 einen sparsamen Modus mit reduzierter Helligkeit der Taschenlampe zu implementieren.

Auch die Anzeige auf der HL1-LED wurde überarbeitet. Widerstand R2 ist in Reihe mit der Batterie geschaltet. Die während des Ladestromflusses an ihr abfallende Spannung wird an die HL1-LED und den Begrenzungswiderstand R3 angelegt. Jetzt gibt es eine Anzeige über den Ladestrom, der durch den GB1-Akku fließt, und nicht nur über das Vorhandensein von Netzspannung.

Der unbrauchbare Gel-Akku wurde durch einen 600 mAh Ni-Cd-Akku ersetzt. Die Dauer der vollständigen Aufladung beträgt etwa 16 Stunden, und es ist unmöglich, den Akku zu beschädigen, ohne den Ladevorgang rechtzeitig zu stoppen, da der Ladestrom einen sicheren Wert nicht überschreitet, der numerisch 0,1 der Nennkapazität des Akkus entspricht.

Fig. 3

Anstelle der durchgebrannten LEDs sind HL-508H238WC mit einem Durchmesser von 5 mm verbaut, die weiß leuchten und eine Nennhelligkeit von 8 cd bei einem Strom von 20 mA (maximaler Strom - 100 mA) und einem Abstrahlwinkel von 15° aufweisen. Auf Abb. Abbildung 3 zeigt die experimentelle Abhängigkeit des Spannungsabfalls an einer solchen LED vom durch sie fließenden Strom. Sein Wert von 5 mA entspricht einem fast vollständig entladenen GB1-Akku. Dennoch blieb die Helligkeit der Laterne in diesem Fall ausreichend.

Die nach dem betrachteten Schema umgebaute Laterne ist seit mehreren Jahren erfolgreich in Betrieb. Ein merklicher Rückgang der Leuchthelligkeit tritt erst dann auf, wenn der Akku fast vollständig entladen ist. Dies dient lediglich als Signal für die Notwendigkeit, es aufzuladen. Wie Sie wissen, erhöht das vollständige Entladen von Ni-Cd-Akkus vor dem Laden ihre Lebensdauer.

Zu den Mängeln der betrachteten Verbesserungsmethode zählen die recht hohen Kosten einer Batterie mit drei Ni-Cd-Batterien und die Schwierigkeit, sie anstelle einer Standard-Blei-Säure-Batterie in das Taschenlampengehäuse einzubauen. Der Autor musste die äußere Folienhülle der neuen Batterie aufschneiden, um die Batterien kompakter unterzubringen.

Daher wurde bei der Fertigstellung einer weiteren Taschenlampe mit vier LEDs beschlossen, nur einen Ni-Cd-Akku und einen LED-Treiber auf einem ZXLD381-Chip in einem SOT23-3-Gehäuse zu verwenden diodes.com/datasheets/ZXLD381.pdf. Bei einer Eingangsspannung von 0,9 ... 2,2 V versorgt er LEDs mit einem Strom von bis zu 70 mA.

Fig. 4

Auf Abb. In Abb. 4 zeigt die Stromversorgungsschaltung für HL1-HL4-LEDs unter Verwendung dieser Mikroschaltung. Ein Diagramm der typischen Abhängigkeit ihres Gesamtstroms von der Induktivität der Induktivität L1 ist in Abb. dargestellt. 5. Mit ihrer Induktivität von 2,2 μH (unter Verwendung einer DLJ4018-2.2-Drossel) hat jede der vier parallel geschalteten EL1-EL4-LEDs einen Strom von 69/4 = 17,25 mA, was für ihr helles Leuchten völlig ausreicht.

Fig. 5

Von den anderen Anhängen sind für den Betrieb der Mikroschaltung im geglätteten Ausgangsstrommodus nur die Schottky-Diode VD1 und der Kondensator C1 erforderlich. Interessanterweise zeigt das typische Anwendungsdiagramm für den ZXLD381-Chip, dass die Kapazität dieses Kondensators 1 F beträgt. Die Batterieladeeinheit G1 ist die gleiche wie in Abb. 2. Die dort vorhandenen Begrenzungswiderstände R4 und R5 werden nicht mehr benötigt und für den Schalter SA1 genügen zwei Stellungen.

Aufgrund der geringen Teileanzahl erfolgte der Umbau der Laterne durch Aufputzmontage. Der Akku G1 (Ni-Cd Größe AA mit einer Kapazität von 600 mAh) wird in die entsprechende Halterung eingebaut. Im Vergleich zur Laterne, modifiziert nach dem Schema von Abb. 2 fällt die Helligkeit subjektiv zwar etwas geringer aus, aber durchaus ausreichend.

Autor: S. Samoilov

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