Několik jednoduchých napájecích obvodů LED » Informace pro elektrikáře

Přes široký výběr LED svítilen různých provedení v obchodech radioamatéři vyvíjejí vlastní verze obvodů pro napájení bílých supersvítivých LED. V podstatě jde o to, jak napájet LED z jedné baterie nebo akumulátoru, a provést praktický výzkum.

Po pozitivním výsledku je obvod rozebrán, díly jsou vloženy do krabice, experiment je dokončen a nastává morální uspokojení. Tím se výzkum často zastaví, ale někdy se zkušenost s montáží konkrétní jednotky na prkénko změní ve skutečný design, vyrobený podle všech pravidel umění. Níže jsou uvedeny některé jednoduché obvody vyvinuté radioamatéry.

V některých případech je velmi obtížné určit, kdo je autorem schématu, protože stejné schéma se objevuje na různých webových stránkách a v různých článcích. Autoři článků často upřímně píší, že tento článek našli na internetu, ale kdo publikoval tento diagram jako první, není známo. Mnoho obvodů je jednoduše zkopírováno z desek stejných čínských baterek.

Autor článku, který právě čtete, se také netvrdí, že je autorem obvodů; toto je jednoduše malý výběr obvodů na téma „LED“.

Proč jsou potřeba převodníky?

Celá věc je v tom, že propustný úbytek napětí na LED není obvykle menší než 2,4. 3,4V, takže je prostě nemožné rozsvítit LED z jedné baterie s napětím 1,5V a ještě více z baterie s napětím 1,2V. Jsou zde dvě cesty ven. Buď použijte baterii o třech a více galvanických článcích, nebo postavte alespoň nejjednodušší DC-DC měnič.

Právě převodník vám umožní napájet svítilnu pouze z jedné baterie. Toto řešení snižuje náklady na napájecí zdroje a také umožňuje úplnější využití galvanického nabíjení článku: mnoho konvertorů pracuje s hlubokým vybitím baterie až 0,7 V! Použití převodníku také umožňuje zmenšit velikost svítilny.

Nejjednodušší obvod pro napájení LED

Obvod je blokovací generátor. Jedná se o jeden z klasických elektronických obvodů, takže při správném sestavení a s dobrými díly začne okamžitě fungovat. Hlavní věcí v tomto obvodu je správně navinout transformátor Tr1 a nezaměnit fázování vinutí.

Jako jádro transformátoru lze použít feritový kroužek z obvodové desky bezcenné energeticky úsporné zářivky. Stačí navinout několik závitů izolovaného drátu a připojit vinutí, jak je znázorněno na obrázku níže.

Transformátor lze navinout navíjecím drátem typu PEV nebo PEL o průměru nejvýše 0,3 mm, což vám umožní položit na kroužek o něco větší počet závitů, nejméně 10. 15, což poněkud zlepší provoz obvodu.

Vinutí by měla být navinuta do dvou vodičů, po kterých by měly být konce vinutí připojeny, jak je znázorněno na obrázku. Začátek vinutí na schématu je znázorněn tečkou. Jako tranzistor lze použít jakýkoli nízkovýkonový npn tranzistor: KT315, KT503 a podobně. V dnešní době je jednodušší najít importovaný tranzistor, například BC547.

Pokud nemáte po ruce tranzistor npn, můžete použít tranzistor pnp, například KT361 nebo KT502. V tomto případě však budete muset změnit polaritu připojení baterie.

Rezistor R1 je vybrán na základě nejlepšího svitu LED, ačkoli obvod funguje, i když je nahrazen pouze propojkou. Výše uvedené schéma je určeno jednoduše „pro duši“, pro provádění experimentů. Takže po osmi hodinách nepřetržitého provozu na jedné LED se baterie z 1,5V „pouští“ na 1,42V. Dá se říci, že se téměř nevybíjí.

Chcete-li prozkoumat nosnost obvodu, můžete zkusit paralelně zapojit několik dalších LED. Například se čtyřmi LED diodami obvod funguje dál celkem stabilně, u šesti LED se tranzistor začne zahřívat, u osmi LED jas znatelně klesne, tranzistor se poměrně hodně zahřívá. Ale schéma stále funguje. Ale to je pouze pro účely vědeckého výzkumu, protože tranzistor v tomto režimu nebude fungovat dlouho.

Převodník s usměrňovačem

Pokud plánujete vytvořit jednoduchou svítilnu založenou na tomto obvodu, budete muset přidat několik dalších dílů, které zajistí jasnější záři LED.

Je snadné vidět, že v tomto obvodu není LED napájena pulzujícím proudem, ale konstantním proudem. Přirozeně v tomto případě bude jas záře poněkud vyšší a úroveň pulzace vyzařovaného světla bude mnohem nižší. Jakákoliv vysokofrekvenční dioda postačí např. KD521 (princip činnosti polovodičové diody).

Měniče s tlumivkou

Další jednoduchý obvod je znázorněn na obrázku níže. Je poněkud složitější než zapojení na obrázku 1, obsahuje 2 tranzistory, ale místo transformátoru se dvěma vinutími má pouze tlumivku L1. Takovou tlumivku lze navinout na kroužek ze stejné energeticky úsporné žárovky, pro kterou budete muset navinout pouze 15 závitů navíjecího drátu o průměru 0,3 . 0,5 mm.

Se zadaným parametrem tlumivky může LED přijímat napětí až 3,8V (úbytek napětí v propustném směru na LED 5730 je 3,4V), což je dostatečné pro napájení 1W LED. Úprava obvodu spočívá ve volbě kapacity kondenzátoru C1 v rozsahu ±50% podle maximálního jasu LED. Obvod pracuje s napájecím napětím sníženým na 0,7V, což zajišťuje maximální využití kapacity baterie.

Doplníme-li výše uvedený obvod o usměrňovač na diodě D1, filtr na kondenzátoru C1 a zenerovu diodu D2, získáme nízkopříkonový napájecí zdroj, který lze použít k napájení obvodů operačních zesilovačů nebo jiných elektronických součástek. Indukčnost tlumivky se v tomto případě volí v rozsahu 200. 350 μH, dioda D1 se Schottkyho bariérou, zenerova dioda D2 se volí podle napětí napájeného obvodu.

Pokud vše půjde dobře, pomocí takového převodníku můžete získat výstupní napětí 7. 12V. Pokud hodláte použít převodník pouze pro napájení LED, lze zenerovu diodu D2 z obvodu vyloučit.

Všechny uvažované obvody jsou nejjednoduššími zdroji napětí: omezení proudu přes LED se provádí přibližně stejným způsobem jako u různých klíčenek nebo u zapalovačů s LED.

LED je napájena 3. 4 malými diskovými bateriemi přes zapínací tlačítko, bez jakéhokoliv omezovacího rezistoru, jehož vnitřní odpor omezuje proud skrz LED na bezpečnou úroveň.

Obvody proudové zpětné vazby

Ale LED je konec konců aktuální zařízení. Ne nadarmo je v dokumentaci k LED uveden stejnosměrný proud. Proto skutečné napájecí obvody LED obsahují proudovou zpětnou vazbu: jakmile proud procházející LED dosáhne určité hodnoty, koncový stupeň se odpojí od zdroje energie.

Stabilizátory napětí fungují úplně stejně, jen mají napěťovou zpětnou vazbu. Níže je obvod pro řízení LED s proudovou zpětnou vazbou.

Při bližším zkoumání můžete vidět, že základem obvodu je stejný blokovací generátor, namontovaný na tranzistoru VT2. Tranzistor VT1 je řídicí tranzistor ve zpětnovazebním obvodu. Zpětná vazba v tomto obvodu funguje následovně.

LED diody jsou napájeny napětím, které se akumuluje na elektrolytickém kondenzátoru. Kondenzátor je nabíjen přes diodu pulzním napětím z kolektoru tranzistoru VT2. Usměrněné napětí se používá k napájení LED diod.

Proud LED prochází následující cestou: kladná deska kondenzátoru, diody LED s omezovacími odpory, rezistor s proudovou zpětnou vazbou (senzor) Roc, záporná deska elektrolytického kondenzátoru.

V tomto případě se na zpětnovazebním rezistoru vytvoří úbytek napětí Uoc=I*Roc, kde I je proud procházející LED diodami. S rostoucím napětím na elektrolytickém kondenzátoru (generátor stále pracuje a nabíjí kondenzátor) se zvyšuje proud přes LED a následně se zvyšuje i napětí na zpětnovazebním rezistoru Roc.

Když Uoc dosáhne 0,6 V, otevře se tranzistor VT1 a uzavře spojení báze-emitor tranzistoru VT2. Tranzistor VT2 se uzavře, blokovací generátor se zastaví a přestane nabíjet elektrolytický kondenzátor. Vlivem zátěže se kondenzátor vybije a napětí na kondenzátoru klesne.

Snížení napětí na kondenzátoru vede ke snížení proudu procházejícího LED a v důsledku toho ke snížení zpětnovazebního napětí Uoc. Tranzistor VT1 se proto uzavře a neruší činnost blokovacího generátoru. Generátor se spustí a celý cyklus se opakuje znovu a znovu.

Změnou odporu zpětnovazebního odporu lze proud procházející LED diodami měnit v širokých mezích. Takové obvody se nazývají stabilizátory pulzního proudu.

Integrované stabilizátory proudu

V současné době se stabilizátory proudu pro LED vyrábějí v integrovaném provedení. Příklady zahrnují specializované mikroobvody ZXLD381, ZXSC300. Níže uvedená schémata jsou převzata z DataSheet těchto čipů.

Obrázek ukazuje zařízení mikroobvodu ZXLD381. Obsahuje generátor PWM (Pulse Control), snímač proudu (Rsense) a výstupní tranzistor. Závěsné části jsou pouze dvě. Toto je LED a induktor L1. Typické schéma zapojení je znázorněno na následujícím obrázku. Mikroobvod se vyrábí v pouzdře SOT23. Generační frekvence 350 kHz je nastavena vnitřními kondenzátory a nelze ji měnit. Účinnost zařízení je 85%, start pod zátěží je možný již při napájecím napětí 0,8V.

Propustné napětí LED by nemělo být větší než 3,5 V, jak je uvedeno ve spodním řádku pod obrázkem. Proud procházející LED je řízen změnou indukčnosti tlumivky, jak je znázorněno v tabulce na pravé straně obrázku. Prostřední sloupec ukazuje špičkový proud, poslední sloupec ukazuje průměrný proud procházející LED. Pro snížení úrovně pulzace a zvýšení jasu záře je možné použít usměrňovač s filtrem.

Zde používáme LED s propustným napětím 3,5 V, vysokofrekvenční Schottkyho bariérovou diodu D1 a kondenzátor C1 nejlépe s nízkým ekvivalentním sériovým odporem (nízký ESR). Tyto požadavky jsou nutné proto, aby se zvýšila celková účinnost zařízení a co nejméně zahřívaly diodu a kondenzátor. Výstupní proud se volí volbou indukčnosti tlumivky v závislosti na výkonu LED.

Mikroobvod ZXSC300

Od ZXLD381 se liší tím, že nemá vnitřní výstupní tranzistor a odpor snímající proud. Toto řešení umožňuje výrazně zvýšit výstupní proud zařízení a tím pádem použít LED s vyšším výkonem.

Jako proudový snímač je použit externí rezistor R1; změnou jeho hodnoty lze nastavit požadovaný proud v závislosti na typu LED. Výpočet tohoto odporu se provádí podle vzorců uvedených v datovém listu pro mikroobvod ZXSC300. Tyto vzorce zde nebudeme poskytovat; v případě potřeby je snadné najít datový list a podívat se na vzorce odtud. Výstupní proud je omezen pouze parametry výstupního tranzistoru.

Při prvním zapnutí všech popsaných obvodů je vhodné zapojit baterii přes odpor 10 Ohm. To pomůže zabránit zničení tranzistoru, pokud jsou například nesprávně připojena vinutí transformátoru. Pokud se LED s tímto rezistorem rozsvítí, pak lze rezistor vyjmout a provést další úpravy.

• Oprava LED lampy – výměna LED ve vadné lampě
• Měření pomocí osciloskopu
• Jak používat osciloskop

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Praktická elektronika, Vše o LED

Přihlaste se k odběru kanálu Telegram o elektronice pro profesionály i amatéry: Praktická elektronika pro každý den

Sdílejte tento článek se svými přáteli:

LED světelné zdroje si rychle získávají oblibu a nahrazují nehospodárné žárovky a nebezpečné analogy zářivek. Využívají energii efektivně, vydrží dlouho a některé z nich lze po poruše opravit.

Chcete-li správně vyměnit nebo opravit poškozený prvek, budete potřebovat schéma LED lampy a znalost jejích konstrukčních prvků. Tyto informace jsme podrobně prozkoumali v našem článku a věnovali jsme pozornost typům lamp a jejich designu. Poskytli jsme také stručný přehled nejoblíbenějších LED modelů od známých výrobců.

Jak funguje LED lampa?

Důkladné seznámení s designem LED lampy může být vyžadováno pouze v jednom případě – pokud je nutné opravit nebo zlepšit světelný zdroj.

Domácí řemeslníci, kteří mají po ruce sadu prvků, mohou samostatně sestavit lampu s LED, ale to je nad síly začátečníka.

Vzhledem k tomu, že LED zařízení se stala základem osvětlovacích systémů v moderních bytech, schopnost porozumět struktuře svítidel a opravit je může ušetřit významnou část rodinného rozpočtu.

Po prostudování schématu a základních dovednostech v práci s elektronikou však i začátečník bude schopen lampu rozebrat, vyměnit rozbité díly a obnovit funkčnost zařízení. Chcete-li si přečíst podrobné pokyny, jak sami identifikovat poruchu a opravit LED lampu, klikněte na tento odkaz.

Má smysl opravovat LED lampu? Nepochybně. Na rozdíl od analogů se žhavícími vlákny za 10 rublů za kus jsou LED zařízení drahá.

Předpokládejme, že „hruška“ GAUSS stojí asi 80 rublů a kvalitnější alternativa od OSRAM stojí 120 rublů. Výměna kondenzátoru, rezistoru nebo diody bude levnější a její včasnou výměnou lze prodloužit životnost lampy.

Existuje mnoho modifikací LED lamp: svíčky, hrušky, koule, reflektory, kapsle, proužky atd. Liší se tvarem, velikostí a designem. Abychom jasně viděli rozdíl od žárovky, podívejme se na běžný model ve tvaru hrušky.

Místo skleněné baňky je matný difuzor, vlákno je na desce nahrazeno diodami s dlouhou životností, přebytečné teplo je odváděno zářičem a stabilitu napětí zajišťuje driver

Pokud odhlédnete od obvyklé formy, můžete si všimnout pouze jednoho známého prvku – základny. Velikostní rozsah podstavců zůstal stejný, pasují tedy na tradiční zásuvky a nevyžadují změnu v elektrickém systému. Tím ale podobnosti končí: vnitřní struktura LED zařízení je mnohem složitější než u žárovek.

LED svítilny nejsou určeny pro přímý provoz ze sítě 220 V, proto zařízení obsahuje driver, který je zároveň napájecím zdrojem a řídící jednotkou. Skládá se z mnoha malých prvků, jejichž hlavním úkolem je usměrnit proud a snížit napětí.

Typy schémat a jejich vlastnosti

Pro vytvoření optimálního napětí pro provoz zařízení na diodách je ovladač sestaven na základě obvodu s kondenzátorem nebo snižovacím transformátorem. První možnost je levnější, druhá se používá k vybavení výkonných lamp.

Existuje ještě třetí typ – invertorové obvody, které se realizují buď pro montáž stmívatelných svítidel nebo pro zařízení s velkým počtem diod.

Možnost #1 – s kondenzátory pro snížení napětí

Uvažujme příklad zahrnující kondenzátor, protože takové obvody jsou běžné v domácích lampách.

Schéma elementárního zapojení ovladače LED lampy. Hlavními prvky, které tlumí napětí, jsou kondenzátory (C2, C3), ale stejnou funkci plní rezistor R1.

Kondenzátor C1 chrání před rušením ze sítě a C4 vyhlazuje pulsace. Při přívodu proudu jej dva odpory – R2 a R3 – omezují a zároveň chrání proti zkratu a prvek VD1 převádí střídavé napětí.

Při zastavení dodávky proudu je kondenzátor vybit rezistorem R4. Mimochodem, R2, R3 a R4 nepoužívají všichni výrobci LED produktů.

Ke kontrole kondenzátoru se často používá multimetr.

Nevýhody obvodu s kondenzátory:

1. Mohou se spálit diody, protože v současné dodávce není žádná stabilita. Napětí na zátěži zcela závisí na napájecím napětí.
2. Neexistuje žádné galvanické oddělení, takže hrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Při demontáži žárovek se nedoporučuje dotýkat se prvků vedoucích proud, protože jsou ve fázi.
3. Je téměř nemožné dosáhnout vysokých doutnavých proudů, protože to bude vyžadovat zvýšení kapacity kondenzátorů.

Existuje však také mnoho výhod a právě díky nim zůstávají kondenzátory oblíbené. Výhodou je snadná montáž, široký rozsah výstupních napětí a nízká cena.

S jeho výrobou můžete bezpečně experimentovat sami, zejména proto, že některé díly lze nalézt ve starých přijímačích nebo televizorech.

Možnost #2 – s pulzním ovladačem

Na rozdíl od lineárního ovladače s kondenzátorem, pulzní ovladač účinně chrání LED před napěťovými rázy a rušením sítě.

Příkladem pulzního zařízení je oblíbený elektronický model CPC9909. Pojďme se blíže podívat na jeho vlastnosti. Jeho účinnost dosahuje 98 % – úroveň, při které můžeme skutečně mluvit o úsporách energie a úsporách.

Mikroobvod CPC9909 vyvinutý společností Clare se často používá pro vlastní montáž LED žárovek, včetně těch se zvýšeným výkonem. Ovladač je umístěn v kompaktním plastovém pouzdře.

Zařízení lze napájet přímo z vysokého napětí – až 550 V, protože driver je vybaven vestavěným stabilizátorem. Díky stejnému stabilizátoru se okruh zjednodušil a náklady byly nižší.

Obvod ovladače LED založený na čipu CPC9909. Výhody obvodu: schopnost pracovat v teplotním rozsahu od -55 °C do +85 °C a napájení ze střídavého proudu

Mikroobvod se úspěšně používá pro rozvoj sítí nouzového a záložního osvětlení, protože je vhodný pro obvody step-up měničů.

Doma se CPC9909 nejčastěji používá k montáži bateriových svítilen nebo ovladačů s výkonem nepřesahujícím 25 V.

Možnost #3 – se stmívatelným ovladačem

Nastavení jasu svítidel umožňuje nastavit požadovanou úroveň osvětlení v místnosti. To je výhodné při vytváření oddělených zón, snižování jasu světla během dne nebo pro zvýraznění interiérových předmětů.

Pomocí stmívače se využívání elektřiny stává racionálnějším a zvyšuje se životnost elektrického spotřebiče.

Ukázka lampy v retro stylu se stmívačem. Stolní lampa svým vzhledem připomíná petrolejovou lampu a má na boku knoflík pro regulaci jasu.

Existují dva typy stmívatelných ovladačů, z nichž každý má své výhody. První z nich pracují s PWM řízením.

Instalují se mezi lampu a napájecí zdroj. Energie je dodávána ve formě pulzů s různou dobou trvání. Příkladem použití driveru s PWM řízením je průběžná linka.

Testování 40W stmívatelného ovladače. Je určeno pro kancelářská svítidla, stejně jako zařízení pro parkoviště a veřejné budovy, kde je vyžadován režim úspory energie.

Stmívatelné budiče druhého typu působí přímo na napájecí zdroj a používají se pro zařízení se stabilizovaným proudem.

Při regulaci proudu se může změnit odstín záře: bílé diody začnou vydávat lehce žluté světlo při poklesu proudu a modré při jeho zvýšení.

Stručný přehled a testování oblíbených LED svítidel

Ačkoli jsou principy konstrukce budicích obvodů pro různá osvětlovací zařízení podobné, existují mezi nimi rozdíly v pořadí připojení prvků a v jejich výběru.

Podívejme se na schémata zapojení 4 lamp, které jsou volně dostupné. V případě potřeby je můžete opravit sami.

Lampa je snadno demontovatelná. Na hliníkové desce je namontováno 32 diod, z nichž každá je dimenzována na 1,54 V. Deska kolem LED se zahřívá až na +53 ºС

Zařízení má kompaktní rozměry a nelze jej rozložit. Pokud se potřebujete dostat k řidiči, musíte se nejprve pokusit odstranit sklo nalepené na okrajích chladiče.

Pro vyzařování světelného toku jsou použity pouze 3 diody. Zářič plní dvě role – reflektor a pouzdro. Tříčočkové sklo je upevněno šroubem

Chcete-li získat ovladač, musíte opatrně odšroubovat několik šroubů, odpájet vodiče a odstranit desku. K radiátoru je připevněna plastová základna a v ní je ovladač.