LED-Notbeleuchtungslampen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Bei einem Ausfall der Netzspannung in Wirtschafts- oder Serviceräumen empfiehlt es sich, zumindest eine Mindestbeleuchtungsstärke aufrechtzuerhalten, um Maßnahmen zur Störungsbeseitigung zu ergreifen oder den Raum zu verlassen. In diesem Fall helfen Lampen, die nach dem Abschalten der Netzspannung noch einige Zeit leuchten können. Sie benötigen eine autonome Stromquelle oder einen Energiespeicher, beispielsweise einen großen Kondensator oder eine Batterie. Als Notbeleuchtung empfiehlt sich der Einsatz von LED-Lampen, da diese am wirtschaftlichsten sind.

Damit die Lampe auch nach einem Stromausfall leuchtet, muss sie natürlich über eine eingebaute Energiequelle verfügen. Im einfachsten Fall kann es sich um einen Oxidkondensator mit relativ großer Kapazität handeln, der im Standby-Modus ausreichend Energie ansammeln kann, um mehrere zehn Sekunden lang eine schwache Raumbeleuchtung aufrechtzuerhalten.

Fig. 1

Das Diagramm einer solchen Notbeleuchtungslampe ist in Abb. dargestellt. 1. Es kann auf Basis einer kommerziell hergestellten LED-Lampe oder unabhängig auf Basis von Elementen einer LED-Taschenlampe oder einzelnen LEDs hergestellt werden (siehe Artikel „Netzwerklampe aus Taschenlampen-LEDs“ in „Radio“, 2013, Nr . 2, S. 26). Im Standby-Modus werden in Reihe geschaltete LEDs von einer Quelle gespeist, die aus einem Ballastkondensator C1, einer Diodenbrücke VD1-VD4 und einem Glättungskondensator C2 besteht. Der Kondensator C3 ist ein Speicherkondensator; er wird unmittelbar nach Anlegen der Netzspannung vom Brückengleichrichter über die VD6-Diode und bei Beginn des Leuchtens der LEDs über den Widerstand R3 vom Einweggleichrichter über die VD5-Diode aufgeladen. Auf den Transistoren VT1, VT2 ist ein Stromstabilisator montiert, der eine gleichmäßige Entladung des Kondensators C3 gewährleistet und im Notbetrieb eine konstante Helligkeit der LEDs aufrechterhält.

Im Standby-Modus hängt der Strom durch die LEDs hauptsächlich von der Kapazität des Kondensators C1, dem Stabilisatorstrom (in diesem Fall etwa 1 mA) und der Anzahl der LEDs N (z. B. mit N = 21 und der angegebenen Kapazität des Kondensators) ab Im Diagramm beträgt dieser Strom etwa 20 mA. Der Widerstand R2 begrenzt den Ladestromstoß beim Einschalten der Lampe und über den Widerstand R1 wird der Kondensator C1 beim Ausschalten entladen. Im Notfall, wenn die Netzspannung ausfällt, werden die LEDs über einen Stromstabilisator vom Speicherkondensator C3 mit Strom versorgt. Für ca. 20 s wird eine konstante Mindestbeleuchtung aufrechterhalten, danach nimmt die Helligkeit der LEDs über ca. 30 s allmählich ab. Die Dauer der Notbeleuchtung kann durch Erhöhen der Kapazität des Kondensators C3 verlängert werden.

Fig. 2

Alle Teile außer LEDs sind auf einer Leiterplatte montiert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 2. Widerstände – C2-33, P1-4, Kondensatoren C2, C3 – importiertes Oxid, C1 – von einer ausgefallenen energiesparenden Kompaktleuchtstofflampe (CFL) oder importiert, ausgelegt für den Betrieb bei einer Wechselspannung von 250...400 V. Von 1N4007 wurden auch Dioden daraus entfernt. Bipolartransistor – einer der Serien KT315, KT3012. Die montierte Platine wird in ein Kunststoffgehäuse der Kompaktleuchtstofflampe gelegt, wobei die Teile zur Basis zeigen.

Aufgrund der geringen Kapazität des Speicherkondensators C3 kann die Lampe im Notbetrieb nicht über einen längeren Zeitraum eingeschaltet bleiben. Eine Erhöhung der Kapazität führt zu einer deutlichen Vergrößerung der Abmessungen. Ein Ausweg aus dieser Situation könnte die Verwendung eines Ionistors sein – eines Kondensators mit hoher Kapazität (bis zu mehreren Farad). Allerdings überschreitet die Nennspannung des Ionistors in der Regel 5 V nicht, sodass er eine oder mehrere parallel geschaltete LEDs mit Strom versorgen kann.

Fig. 3

Das Diagramm einer solchen Lampe ist in Abb. dargestellt. 3. Im Standby-Modus werden die LEDs von einem Gleichrichter mit den Dioden VD1-VD4 gespeist, die über den Ballastkondensator C1 mit dem Netzwerk verbunden sind. In diesem Fall fließt ein Strom von etwa 1 mA durch die in Reihe geschalteten EL3-ELN-20-LEDs und dreimal weniger durch jede der parallel geschalteten ELN-2-ELN. Um den Strom durch sie auszugleichen, werden strombegrenzende Widerstände R3-R5 verwendet, die beim Einrichten so ausgewählt werden, dass der Gesamtspannungsabfall an ihnen und den ELN-2-ELN-LEDs 4,5...5 nicht überschreitet V. Der Ionistor wird auf diese Spannung C3 aufgeladen. Zum ersten Mal nach dem Einschalten der Lampe an das Netzwerk (bis sie auf eine Spannung von 3...3.3 V aufgeladen ist) leuchten die ELN-2-ELN-LEDs nicht.

Bei Ausfall der Netzspannung beginnt sich der Ionistor über diese LEDs zu entladen und in der Lampe leuchten nur noch diese. Die Dauer des Leuchtens hängt von der Kapazität des Ionistors und der Anzahl der daran angeschlossenen LEDs ab. Eine Erhöhung ihrer Anzahl erfordert eine proportionale Erhöhung des Widerstandswerts der mit ihnen in Reihe geschalteten Widerstände, und da der Entladestrom des Ionistors zunimmt, verkürzt sich die Dauer der Notbeleuchtung.

Sie können das Leuchten der Lampe im Notbetrieb erheblich verlängern, indem Sie den Ionisator durch einen kleinen Li-Ionen-Akku (oder einen Akku mit Ni-Cd-Akkus) aus einem Mobiltelefon oder Funktelefon ersetzen. Über eine Auswahl von Widerständen R3-R5 (bei abgeklemmter Batterie) wird an ihnen eine Spannung von 2...4 V angelegt und bei Verwendung einer Li-Ionen-Batterie die ELN-4,1-ELN-LEDs in Reihe geschaltet, bzw 4,3...4,4 V, wenn ein Akku aus drei Ni-Cd- oder Ni-MH-Akkus verwendet wird (auf diese Spannungswerte werden sie im Standby-Modus geladen). Bei Ausfall der Netzspannung werden die ELN-2-ELN LEDs über die Batterie mit Strom versorgt. Seine Energiereserve reicht für mehrere Stunden Dauerbetrieb. Beim Entladen nehmen die Spannung und der Strom durch die LEDs ab, aber aufgrund ihrer nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie kommt es nicht zu einer vollständigen Entladung. Der Schalter SA1 kann in Reihe mit der Batterie eingebaut werden, um diese beispielsweise beim Transport der Lampe auszuschalten.

Um die Helligkeit von Lampen zu erhöhen, die gemäß dem Diagramm in Abb. 3, Im Notbetrieb sollte die Anzahl der parallel geschalteten LEDs erhöht werden. Grundsätzlich können Sie alle LEDs der Lampe parallel einschalten. Um jedoch im Standby-Modus eine normale Helligkeit zu gewährleisten, müssen Sie in diesem Fall die Kapazität des Ballastkondensators C1 deutlich erhöhen, was zu einer unerwünschten Erhöhung führt (bis zu mehreren hundert Milliampere) des vom Netzwerk verbrauchten Stroms. Wenn der Akku außerdem entladen ist, kann die Helligkeit der Lampe nach dem Einschalten zunächst gering sein, da ein erheblicher Teil des Stroms zum Laden des Akkus verwendet wird.

Fig. 4

Ein möglicher Ausweg ist eine Reihenschaltung mehrerer Gruppen parallel geschalteter LEDs (Abb. 4). Zur Herstellung einer solchen Lampe wurde eine Leiterplatte aus einer Taschenlampe mit 32 parallel geschalteten LEDs verwendet. Auf der Tafel sind sie wie folgt angeordnet: 4 – in der Mitte, 17 – entlang des Außenumfangs, 11 – entlang des Zwischenumfangs. Letztere sind einer Gruppe (EL12-EL22) zugeordnet, die im Notbetrieb über eine Batterie betrieben wird, und der Rest ist in zwei Gruppen unterteilt, von denen eine ebenfalls 11 LEDs (EL1-EL11) und die zweite zehn (EL23) enthält -EL32). Diese Gruppen und der Strombegrenzungswiderstand R3 werden in Reihe geschaltet, wofür die entsprechenden Leiterbahnen auf der Platine durchtrennt und die notwendigen Verbindungen mit isolierten Drahtstücken hergestellt werden.

Der von dieser Lampe verbrauchte Strom wird durch die Kapazität der Vorschaltkondensatoren C1, C2 bestimmt und beträgt ca. 100 mA, d. h. durch jede LED fließt ein Strom von ca. 9 mA. Der Kondensator C3 glättet die Wellen der gleichgerichteten Spannung, wodurch die LEDs gleichmäßiger leuchten. Im Standby-Modus sinkt die Spannung an den LEDs EL12-EL22 und dem Widerstand R3 (während der Einrichtung ausgewählt) auf etwa 4,1 V, auf die der Li-Ionen-Akku G1 geladen wird. Wenn ein Akku mit drei Ni-Cd- oder Ni-MH-Akkus verwendet wird, sollte diese Spannung auf 4,4 V erhöht werden. Der Schalter SA1 erfüllt die gleiche Funktion wie im vorherigen Design.

Fig. 5

Alle Teile, mit Ausnahme der LEDs und des Widerstands R3, sind auf einer Leiterplatte aus Glasfaserfolie montiert, hergestellt gemäß der Zeichnung in Abb. 5. Die montierte Platine und die Batterie werden in einem Gehäuse mit einem Durchmesser von 57 mm aus einer 35-W-CFL platziert, sodass sich die mit Isolierband vorumwickelten Kondensatoren C1 und C2 im Basisteil befinden. Der Schalter ist an seiner Seitenwand montiert. Das Aussehen der Lampe ist in Abb. dargestellt. 6.

Fig. 6

Damit die Helligkeit einer Lampe mit in Reihe geschalteten LEDs im Notbetrieb wie im Standby-Betrieb gleich bleibt, muss sie mit einem batteriebetriebenen Spannungsaufwärtswandler ergänzt werden. Das Diagramm einer solchen Lampe ist in Abb. dargestellt. 7. Im Standby-Modus werden die LEDs EL1-ELN mit einem Strom von 15...20 mA von einem Netzteil versorgt, das aus einem Ballastkondensator C1, einer Diodenbrücke VD1 - VD4 und einem Glättungskondensator C2 besteht. Die Spannung, auf die die Batterie G1 geladen wird, wird durch Auswahl des Widerstands R3 eingestellt.

Reis. 7 (zum Vergrößern anklicken)

Der Spannungswandler enthält eine DD1-Mikroschaltung, einen VT1-Transistor, einen Aufwärtsimpulstransformator T1 und einen Diodengleichrichter VD6-VD9. Das DD1.1-Element enthält einen Impulsgenerator mit einer Folgefrequenz von etwa 30 kHz, und das DD1.2-Element enthält einen Steuerimpulsformer. Die parallel geschalteten Elemente DD1.3, DD1.4 übernehmen die Funktionen einer invertierenden Pufferstufe. Von seinem Ausgang werden Impulse an das Gate des schaltenden Feldeffekttransistors VT1 gesendet. Bei Stromversorgung über das Stromnetz und geschlossenen Kontakten des Schalters SA1 wird die Batterie G1 über die LEDs EL1 -ELN-1 und die Zenerdiode VD5 geladen. Einer der Eingänge des Elements DD1.1 (Pin 5) wird über den Widerstand R4 mit einer Spannung positiver Polarität (ca. 4 V) und über den Widerstand R5 von der Zenerdiode VD6 mit negativer Polarität (ca. 5 V) versorgt.

Dadurch ist die Spannung an diesem Eingang niedrig, der Generator wird gesperrt und der Umrichter arbeitet nicht. Bei Ausfall der Netzspannung erhält der Eingang des Elements DD1.1 eine Hochspannung von der Batterie G1, der Generator schaltet ein und die LEDs werden über die Dioden VD6-VD9 vom Gleichrichter mit Versorgungsspannung versorgt. Mit dem Trimmwiderstand R7 können Sie die Dauer der Steuerimpulse und damit die Helligkeit der Lampe im Notbetrieb in einem weiten Bereich variieren. Die Funktionalität des Wandlers bleibt erhalten, wenn die Versorgungsspannung auf 2,8 V reduziert wird.

Fig. 8

Widerstände R1, R2 (MLT), Kondensatoren C1 (K73-17 oder von CFL), C2 (Oxid importiert) und Dioden VD1-VD4 (ebenfalls von CFL) sind auf einer doppelseitigen Leiterplatte platziert, deren Zeichnung ist in Abb. dargestellt. 8. Die Installation erfolgt hauptsächlich oberflächlich. Der Kondensator C2 wird parallel zur Platine installiert und mit Moment-Kleber darauf geklebt. Vier Löcher auf der rechten Seite der Platine sind für den Durchgang der Leitungen der Dioden VD1-VD4 vorgesehen (sie sind auf beiden Seiten mit den Leiterbahnen verlötet). Nach der Überprüfung wird die montierte Platine mit zwei Lagen Isolierband umwickelt und in den Sockel des CFL-Gehäuses gelegt.

Fig. 9

Der Konverter ist auf einer Leiterplatte montiert, die gemäß der Zeichnung in Abb. hergestellt wurde. 9. Installation – Oberfläche. Die Kondensatoren C5-C7 und die Dioden VD6-VD9 stammen von CFLs, der Trimmwiderstand R7 ist SPZ-19a.

Für die Herstellung des Transformators T1 wurde eine Vorschaltdrossel aus einer 10-W-CFL verwendet. Es ist notwendig, eine Drossel auszuwählen, deren Design das Aufwickeln einer zusätzlichen Wicklung ohne Demontage ermöglicht - 10 Windungen MGTF-0,2-Draht. Im Transformator dient sie als Primärwicklung (I) und die Sekundärwicklung (II) wird zur Induktorwicklung.

Auf der elementefreien Seite wird ein Li-Ionen-Akku eines Mobiltelefons auf die Platine geklebt. Schalter SA1 - Schieber PD9-1 oder ähnlich importiert. Das Aussehen des Konverters zusammen mit der LED-Platine (von einer Netzwerklampe mit einer Reihenschaltung von 21 LEDs) ist in Abb. dargestellt. 10.

Fig. 10

Abschließend ist anzumerken, dass der Aufwärtswandler auch auf einer speziellen Mikroschaltung montiert werden kann, was übrigens seine Größe verringert. Als Handtaschenlampe kann eine Lampe mit Konverter verwendet werden, in diesem Fall empfiehlt es sich jedoch, als Stromquelle einen Akku bestehend aus drei Ni-MH-Akkus zu verwenden.

Autor: I. Nechaev

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