Netzwerk-LED-Lampe mit einer Stromversorgung auf einem VIPer22A-Chip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung

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In letzter Zeit werden Glühlampen mit einer sehr begrenzten Lebensdauer von etwa 1000 Stunden und Gasentladungslampen mit einer Lebensdauer von etwa 20 Stunden aktiv durch LED-Gegenstücke ersetzt, die viel länger ohne Ersatz betrieben werden können - 000 Stunden. Sie haben unter den künstlichen Lichtquellen die höchste Effizienz bei der Umwandlung elektrischer Energie in Licht, was die Regierungen vieler Länder, darunter auch Russlands, dazu zwingt, energiesparende Technologien in der Beleuchtungstechnik stärker einzuführen. Dies wird auch durch den stetigen Rückgang der Kosten für superhelle LEDs aufgrund der Konkurrenz durch ihre globalen Hersteller erleichtert.

Leider verwenden die meisten LED-Haushaltslampen die einfachsten Netzstromversorgungen mit einem Ballastkondensator. Und dies trotz der Tatsache, dass die bekannten Mängel der letzteren (Stromstoß beim Einschalten, ein enger Bereich der Netzspannung, der den zulässigen Stromgrenzen durch die LEDs entspricht, sowie die Möglichkeit einer Beschädigung bei Unterbrechungen der Last ) führen zum vorzeitigen Ausfall der Armaturen. Das bedeutet, dass eine solche Schaltungslösung den effektiven Langzeitbetrieb von LED-Lichtquellen mit einer geschätzten Ressource von 100 Stunden prinzipiell nicht gewährleisten kann.

Fig. 1

Das vorgeschlagene Design eines einfachen kleinen Netzwerk-SMPS für eine LED-Lampe (Abb. 1) ist frei von solchen Mängeln und trotz der hohen Betriebszuverlässigkeit sehr billig (etwa 50 Rubel ohne LEDs). Durch den Einsatz von Computer Aided Design Tools für dieses Gerät kann der Funkamateur die Reichweite und Anzahl der angeschlossenen LEDs selbstständig flexibel variieren.

Die Funktionsweise eines solchen gepulsten Spannungsstabilisators und die physikalischen Prinzipien seiner Funktionsweise sind in [1] beschrieben (Abb. 1, c und Abb. 2,6, 17). Betrachten wir daher die Abfolge des Entwurfs eines Netzwerkkonverters zur Stromversorgung von 1 ultrahellen LEDs, die in dem beschriebenen Gerät verwendet werden, genauer (Abb. 1). Darunter sind EL8-EL5 standardmäßige 503-mm-LC1TWN15-9G-LEDs und EL11-EL5060 ARL-3WYC-Chip-LEDs, jeweils 6 Stück. in einem rechteckigen PLCC5-Gehäuse mit Abmessungen von 5x40 mm mit einem zulässigen Durchlassstrom von bis zu 3,2 mA und einem Durchlassspannungsabfall von etwa 15 V pro Diode. Diese Wahl der LEDs im Autorenexemplar ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, die Computertastatur zu beleuchten. Die erste LED hat einen kleinen Abstrahlwinkel - 120° bei halber Leistung, die zweite - einen großen - XNUMX°. Dadurch gibt es im gesamten Lichtfleck keine scharfen Grenzen, und die Ausleuchtung in der Mitte ist größer als an der Peripherie. Der Farbton eines solchen Leuchtmittels liegt zwischen Kalt- und Warmweiß, was auf die Parameter der verwendeten LEDs zurückzuführen ist.

Aus konstruktiven Gründen werden LEDs des gleichen Typs in Reihe geschaltet und die in Abb. 1 zwei Stromkreise (aus 8 bzw. 9 LEDs), die über Strombegrenzungswiderstände R2 und R3 parallel geschaltet sind Die Ausgangsspannung des Konverters für beide Stromkreise beträgt 32 V bei einem Laststrom von 40 mA.

Zur Auslegung des Konverters wurde das Programm Non-Isolated VIPer Design Software v.2.3 (NIVDS) verwendet, das im Artikel [2] beschrieben wird. Das Netzspannungsintervall wird vom Programm standardmäßig auf 88 ... 264 V eingestellt belassen. Es wird ein SHI-Controller verwendet - ein VIPer22A-Chip mit einer Wandlungsfrequenz von 60 kHz, diskontinuierlicher Wandlungsmodus (DCM - Discontinuous Current Mode), Ausgangsspannung - 32 V bei einem Strom von 40 mA. Die vom Programm errechnete Induktivität der Speicherdrossel L1 betrug 2,2 mH. Weitere Wandlerparameter: Wirkungsgrad - 74%, maximale Stromamplitude des Schalttransistors der DA1-Mikroschaltung - 169 mA, seine maximale Temperatur - 47 ° C, effektive Stromaufnahme - 17 mA bei einer maximalen Netzspannung von 264 V.
Induktor L1 - modifizierter Hochfrequenz-DM-0,1 500 μH. Um die Induktivität auf 2,2 mH zu erhöhen, werden der vorhandenen Wicklung 2 Lagen mit 100 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,12 mm hinzugefügt, ohne die Wicklungsrichtung zu ändern. Die Isolierung zwischen den hinzugefügten Schichten sowie die Gesamtbeschichtung des Induktors erfolgt mit Klebeband (Klebeband). Das Biegen der Induktorleitungen für die Montage auf einer Leiterplatte wird nicht näher als 5 mm vom Ferritgehäuse durchgeführt, da sonst die werkseitigen Wicklungsleitungen beschädigt werden. Anstelle der modifizierten Drossel DM-0,1 können die Induktivitäten KIG-0,2-2200 oder SDR1006-2200 verwendet werden.

Fig. 2

Eine Zeichnung der Leiterplatte des Konverters aus einseitig foliertem Glasfaser mit einer Dicke von 1 ... 1,2 mm ist in Abb. 2 dargestellt. 3, und sein Aussehen ist in Abb. 1. Kondensator C7 wird mit einem Abstand von 8 ... XNUMX mm auf die Platine gelötet, da er zur Platinenmitte gekippt werden muss, damit er in den gebrauchten Sockel der ausgebrannten Energiesparlampe passt.

Fig. 3

Im Konverter können importierte Oxidkondensatoren mit einer maximalen Betriebstemperatur von 105 °C verwendet werden. Kondensatoren C2 und C5 - Folie oder Keramik mit einer Nennspannung von mindestens 50 V. Schmelzbrücke FU1 - Draht von einer Sicherung mit einem Nennstrom von 1 A. Der Schlitz schützt die Platine, wenn FU1 durchbrennt. Der Steckplatz wird jedoch nicht benötigt, wenn der Jumper durch einen Sicherungseinsatz in einem Keramikgehäuse (aus der Serie VP1-1, VP1-2) oder einen Sicherheitswiderstand P1-25 (oder einen ähnlichen importierten Widerstand 8 ... 10) ersetzt wird Ohm). Bei Verwendung eines Sicherheitswiderstands reduziert sich der Widerstandswert des Widerstands R1 auf 10 ... 12 Ohm.

Fig. 4

Die LED-Last R2R3EL1 - EL11 ist auf einer weiteren Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 0,5 ... 1 mm montiert (Abb. 4). Der polygonale Folienabschnitt in der Mitte der Platine dient dazu, Wärme von den oberflächenmontierten LEDs EL9-EL11 abzuführen. Strombegrenzungswiderstände R2 und R3 - RN1-12, Größe 1206. Zwei Platinen werden durch Löten in den entsprechenden Kontaktflächen aus drei Kupferdrahtstücken mit einem Durchmesser von 0,7 mm und einer Länge von ca. 7 mm verbunden, auf denen, wie einschränkende Achslager, Stücke von hohlen Kunststoffstäben aus Kugellagern werden aufgesetzt. Zwei Drähte versorgen die Platine mit LEDs mit Strom, der dritte sorgt für die notwendige strukturelle Steifigkeit. Im verbundenen Zustand liegen die elementfreien Seiten beider Bretter nebeneinander. In die mit Sternchen gekennzeichneten Löcher der Kontaktpads werden kurze Drahtstücke gesteckt und beidseitig verlötet.

Zunächst sollte mit LATR sichergestellt werden, dass die Ausgangsspannung von 32 V über den gesamten Bereich der Netzspannungsänderungen (88 ... 264 V) stabil ist, während anstelle von LEDs Widerstände mit einem Gesamtwiderstand von 800 Ohm verwendet werden angeschlossen R2 ist provisorisch mit 3 Ohm Trimmer verlötet Bei Messungen ist auf Stromschlag zu achten, da alle Elemente des Gerätes galvanisch mit dem Stromnetz verbunden sind. Alle Änderungen werden nur im deaktivierten Zustand vorgenommen. Trimmerwiderstände werden mit einem dielektrischen Schraubendreher eingestellt. Der Strom durch jeden LED-Kreis wird mit einem Milliamperemeter kontrolliert.Obwohl die verwendeten LEDs einen Gleichstrom von bis zu 150 mA mit entsprechender Helligkeitssteigerung des Glimmens zulassen, um die deklarierte Lebensdauer der LEDs zu erreichen, ist der Strom durch Einstellen der Widerstände auf 40 mA einstellen. Etwa 20 Minuten nach dem Einschalten stabilisiert sich das thermische Regime der LEDs, daher ist eine zusätzliche Stromanpassung erforderlich. Mit einem Milliamperemeter wird der Strom in jedem LED-Kreis der Reihe nach geregelt. Schließlich werden die Abstimmwiderstände durch die Konstanten des gefundenen Widerstands ersetzt.

Fig. 5

Mit dem Waveforms-Tool ermöglicht das NIVDS-Programm die Simulation der PWM-Controller-Modi. Auf Abb. Abbildung 5 zeigt ein Diagramm des Impulsstroms im Regler bei einer Netzspannung von 220 V, das praktisch mit den Ergebnissen von Kontrollmessungen übereinstimmt. Das Intervall O ... 1,5 μs entspricht dem offenen Zustand des Schalttransistors der DA1-Mikroschaltung (Vorwärtsbetrieb des Wandlers). Die blaue Farbe zeigt den Verlauf des Stroms in der Speicherdrossel während des Rückwärtslaufs des Umrichters. Das Intervall 1,5 ... 13 µs entspricht dem Stadium der Übertragung der vom Gashebel während des Vorwärtshubs angesammelten Energie auf die Last. Ein Intervall von 13...16,6 µs ist die sogenannte Totzeit im Betrieb des Wandlers, wenn im Ausgangskreis freie gedämpfte Spannungs- und Stromschwingungen auftreten. Deutlicher werden diese Schwankungen durch das aufgenommene Diagramm der Spannung an der Source des Transistors relativ zur gemeinsamen Stromleitung (Abb. 6), wo deutlich zu erkennen ist, dass gedämpfte Spannungsschwankungen relativ zum Niveau von 32 V auftreten. entsprechend der Ausgangsspannung des Wandlers. Der C4C5-Ausgangsfilter reduziert die Ausgangsspannungswelligkeit auf 300 mV.

Fig. 6

Wie aus Abb. 5 und 6, der Spitzenstrom des Schalttransistors der Mikroschaltung (169 mA) ist um ein Vielfaches geringer als der maximal zulässige Wert von 700 mA, die Drain-Spannung dieses Transistors (300 V) ist ebenfalls geringer als der maximal zulässige Wert von 730 V Dies gewährleistet den Betrieb des Konverters mit einem großen elektrischen Sicherheitsspielraum, der zusammen mit dem in den Mikroschaltkreis eingebauten Wärmeschutz sowie dem Schutz gegen Kurzschlüsse und Unterbrechungen der Last einen langjährigen zuverlässigen Betrieb des beschriebenen Geräts garantiert .

Das Aussehen der LED-Lampe ist in Abb. 7 dargestellt. XNUMX. Es verwendet einen Reflektor von einer fehlerhaften Taschenlampe.

Literatur

1. Kosenko S. Merkmale des Betriebs von induktiven Elementen in Eintaktwandlern. - Radio. 2005. Nr. 7. p. 30-32.
2. Kosenko S. Computergestütztes Design von kleinen SMPS auf VIPer-Chips - Radio, 2008, Nr. 5, p. 32. 33.

Autor: S. Kosenko, Woronesch; Veröffentlichung: radioradar.net

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