Перетворювач напруги для світлодіодної лампи
Без сумніву, світлодіоди на сьогоднішній день є найбільш економічними і довговічними джерелами світла. Нові прилади цього класу, що з'явилися в останні роки, зробили свого роду революцію у сфері освітлення та ілюмінації. Широке поширення в побуті набули світлодіодні лампи, що прийшли разом із компактними люмінесцентними лампами (КЛЛ) на зміну неекономічним і недовговічним лампам розжарювання, а сьогодні ними все частіше замінюють і КЛЛ. На жаль, незважаючи на запевнення виробників про довговічність, яку обчислюють багато десятків тисяч годин, і світлодіодні лампи іноді виходять з ладу, причому набагато раніше терміну. І причина нерідко не як світлодіоди, а, швидше за все, у скупості виробників: щоб заощадити на вартості ламп, світлодіоди в них змушують працювати в екстремальних умовах, при значеннях струму, близьких до гранично допустимих, що помітно впливає на швидкість деградації кристала і люмінофорів, а також на надійність лампи. А якщо врахувати, що через малі габарити ламп до вищесказаного додаються незадовільні умови охолодження світлодіодів, не дивно, що іноді такі лампи виходять з ладу вже через кілька годин роботи.
Аналіз несправностей ламп, що перегоріли, показує, що в 90% випадків виходить з ладу один зі світлодіодів, при цьому драйвер, як правило, залишається справним. Ремонт таких ламп нескладний, але без вживання заходів щодо зменшення струму через світлодіоди, що залишилися, найчастіше марний: через деякий час лампа знову виходить з ладу.
Розглянемо можливість поновлення лампи Elektrostandard потужністю 7 Вт. Її зовнішній вигляд та вид на плату драйвера з боку друкованих провідників показані на рис. 1. Спочатку слід у будь-який спосіб знайти згорілий світлодіод і замкнути йогоперемичкою. Далі необхідно зменшити струм через світлодіоди. Для контролю струму служить датчик, що складається з двох з'єднаних паралельно резисторів SMD (обведені на рис. 1 червоним кружком). Щоб зменшити струм, їх потрібно випаяти і на місце будь-якого з них упаяти новий опором 2 Ом. Після такого ремонту потужність та світловіддача лампи дещо знизяться, але вона буде здатна працювати ще тривалий час. Сказане повністю застосовується і до аналогічних ламп потужністю 15 Вт (рис. 2). На їх платі для зменшення струму через світлодіоди необхідно випаяти один із резисторів опором 5,6 Ом (також обведені червоним кружком).
Мал. 1. Лампа Elektrostandard
Мал. 2. Лампа Elektrostandard
Але іноді відновити лампу неможливо через виходу з ладу контролера. У цьому випадку світлодіоди можна живити з іншого джерела. Нижче розглянуто варіант підключення плати світлодіодів ламп потужністю 5 або 7 Вт до дванадцятивольтного джерела (наприклад, автомобільного акумулятора). Залежно від номінальної потужності у цих лампах встановлено відповідно 12 або 16 світлодіодів. Така лампа може стати в нагоді для аварійного або автомобільного світильника. Оскільки світлодіоди включені на платі послідовно, а змінювати схему з'єднань шляхом перерізання друкованих провідників та встановленням дротяних перемичок не хотілося, було вирішено виготовити перетворювач, що підвищує напругу акумулятора до рівня, необхідного для свічення світлодіодів з нормальною яскравістю (у цьому випадку відповідно до 85 ).
Схема простого перетворювача, зібраного з широко поширених і недорогих деталей, представлена на рис. 3. На тригері Шмітта DD1.1 за типовою схемою побудований генератор, що задає, працює на частоті близько 25 кГц.Включені паралельно елементи DD1.2-DD1.6 інвертують сигнал генератора і збільшують його здатність навантаження, забезпечуючи швидку зарядку і розрядку ємності польового транзистора VT2. Живиться мікросхема від джерела живлення лампи через лінійний стабілізатор напруги DA1, включений за типовою схемою. Датчик струму є резистор R5.
Мал. 3. Схема простого перетворювача
Працює ланцюг стабілізації в такий спосіб. Якщо струм через світлодіоди стає більш необхідним, транзистор VT1 відкривається, шунтуючи резистором R1 вхід тригера Шмітта DD1.1. При цьому тривалість імпульсів керування, що подаються на затвор польового транзистора VT2, зменшується, а тривалість пауз між ними, навпаки, збільшується. В результаті струм через світлодіоди зменшується. Стабілізація струму здійснюється в інтервалі значень вхідної напруги від 9 до 15 В, що для акумуляторного та автомобільного світильника цілком достатньо. Резистор R3 служить для розрядки конденсатора С4 після вимкнення перетворювача (без нього протягом тривалого часу після вимкнення живлення спостерігалося слабке світіння світлодіодів).
Усі деталі пристрою розміщені на друкованій платі (рис. 4), виготовленій з фольгованого з одного боку склотекстоліту. Транзистор VT2 тепловідведення не потребує, але якщо при експлуатації його корпус буде помітно нагріватися, можна на додаток до контактного майданчика на платі, що використовується як тепловідведення, до якої припаяний виведення його стоку, забезпечити його невеликим П-подібним тепловідведенням, виготовленим з розплющеного відрізка мідного. дроти перерізом 2,5 мм 2 і довжиною 20 мм. Припаяти його можна як до зазначеної площадки на платі (поруч із транзистором), так і до самого тепловідвідного фланця транзистора. Зовнішній виглядготового вузла показано на рис. 5. Для світлодіодної панелі виготовлено додаткове тепловідведення з листового алюмінієвого сплаву, його зовнішній вигляд також показано на цьому малюнку.
Мал. 4. Друкована плата та деталі на ній
Мал. 5. Зовнішній вигляд готового вузла
Декілька слів про деталі. Крім зазначеного на схемі, як VT1 можна застосувати будь-який малопотужний транзистор структури n-p-n для поверхневого монтажу. Польовий транзистор (VT2) - будь-який зі струмом стоку не менше 2 А і напругою сток-виток не нижче 80 В, розрахований на керування логічними рівнями. Можлива заміна мікросхеми 74НСТ14 (DD1) - із серії 74НС14 або 74АС14. Замість діода RGP10J (VD1) можна застосувати 1N4007, проте він помітно нагріватиметься і знизиться ККД. Практично без нагрівання працюють діоди серії КД226. Дросель L1 - промислового виготовлення в циліндричному корпусі, його тип невідомий, а зовнішній вигляд показаний на рис. 5 (чорний циліндр у лівому нижньому кутку плати).
Якщо не вдасться знайти інтегральний стабілізатор на 5 виконання SMD, в ланцюг живлення мікросхеми DD1 можна вбудувати параметричний стабілізатор на стабілітроні. Розмістити його і баластовий резистор опором 1 ком можна на посадковому місці мікросхеми.
Налагодження пристрій, зібраний із справних деталей, практично не вимагає. При першому включенні перетворювач бажано живити від лабораторного блоку з регульованою вихідною напругою, поступово підвищуючи його, починаючи з 5 В. Якщо світлодіоди не світять, перевірте полярність їх підключення, справність деталей.
При використанні замість зазначеної на схемі (DD1) мікросхем, що замінюють, можливо, буде потрібно підбір конденсатора С1 або дроселя L1 по максимальному ККД. Можливо, буде потрібно підбір резистора R5 доотримання струму через світлодіоди, що дорівнює 100 мА. Якщо потрібного резистора серед наявних не знайдеться, можна встановити R5 свідомо дещо більшого опору і підібрати включений паралельно додатковий резистор R5' (зображений на схемі штриховими лініями), місце для нього на платі передбачено.
Далі слід перевірити інтервал значень вхідної напруги, за яких здійснюється стабілізація струму через світлодіоди. Можна спробувати підвищити ККД перетворювача, підбираючи індуктивність дроселя L1. При налагодженні слід пам'ятати, що урвище ланцюга світлодіодів може призвести до пробою польового транзистора, тому необхідно бути дуже уважним.
На завершення плату перетворювача слід покрити двома шарами лаку ХВ-784, це захистить його від вологи. При експлуатації такого світильника слід пам'ятати, що при підключенні його до джерела живлення слід дотримуватися полярності.
Автор: Є. Герасимов, ст. Висілки Краснодарського краю