Сетевая светодиодная лампа с реактивным балластом

У электриков, обслуживающих офисные или торговые центры, часто накапливается большое количество вышедших из строя компактных люминесцентных ламп. О том, как собрать на их основе светодиодную лампу, рассказано в этой статье.Выход из строя цокольной компактной люминесцентной лампы (ЦКЛЛ) марки КЛС15/ПК-1 230В 4000К, которая ис­пользовалась для подсветки клавиатуры стационарного домашнего персонального компьютера, определил желание из­готовить более долговечную (и недорогую), вопреки имеюще­муся «гладкому на бумаге» глобальному прессингу по пово­ду добровольно-принудительного перевода «всех на ЦКЛП». Проще говоря, вопреки насаждаемому мифу об экономии средств потребителя в результате использования для осве­щения современных осветительных приборов.

В качестве источника света для такой лампы были вы­браны ультраяркие белые светодиоды. Поскольку светодиод­ные лампы промышленного изготовления при том же уров­не светового потока, что и вышедшая из строя ЦКЛЛ, стоят на данный момент намного дороже, для удешевления конст­рукции лампы было решено:

• оптимизировать световой поток лампы до уровня, кото­рый необходим для освещения клавиатуры;
• максимально использовать имеющиеся конструктивные элементы корпуса упомянутой выше ЦКЛЛ;
• в качестве излучателей использовать ультраяркие белые светодиоды от имеющихся излучателей светодиодных фо­нариков с неисправимыми дефектами корпуса.

Изучение схемотехники светодиодных ламп с питанием от сети 220 В / 50 Гц показали, что чаще всего в своей практике для питания светодиодов используются наиболее простые решения, а именно:

• реактивный балласт (конденсатор, ограничивающий ток в цепи лампы), к которому подключены включённые по­парно навстречу светодиоды;
• реактивный балласт, к которому подключён выпрямитель с фильтрующим конденсатором;
• реактивный балласт, к которому подключён выпрямитель с фильтрующим конденсатором, выходное напряжение ко­торого стабилизировано параметрическим стабилизато­ром напряжения;
• стабилизатор тока на высоковольтном транзисторе.

Следует отметить, что эксперименты, проведённые мной с целью изучения возможности использования штатных ком­понентов ЦКЛЛ для питания светодиодов в светодиодной лам­пе, показали нецелесообразность использования схемы полумостового преобразователя с трансформатором [1] в све­тодиодных лампах с мощностью потребления 1…10 Вт.

Причина заключается в том, что для устойчивости запу­ска и работы схемы при малых мощностях потребления в генераторе потребуется изменить вид ПОС, намоточные дан­ные индуктивных элементов, установить внутри цоколя ре­зистор, который входит в цепь ПОС, и на котором будет выделяться достаточно большая тепловая мощность. Эта мощ­ность примерно равна мощности потерь на перемагничивание трансформатора (около 1 Вт). Иначе говоря, в таком случае естественные потери мощности на перемагничивание сердечника будут соизмеримы с потребляемой мощно­стью лампы.

Очевидно, что при использовании лампы с реактивным балластом для подсветки клавиатуры ПК могут стать замет­ными продукты взаимной модуляции светового потока пам­пы с частотой 100 Гц и частоты кадровой развёртки мони­торов, которая имеет тот же порядок.

Использование стабилизатора тока в схеме светодиодной лампы, несомненно, обеспечивает высокую стабильность све­тового потока, однако усложняет схему.

С учётом анализа упомянутых выше схемотехнических решений, а также собственного опыта по защите светоизлучателей аккумуляторных фонариков [1] при возникновении нештатных ситуаций и оптимизации необходимой мощности светодиодной лампы была разработана простая схема, кото­рая показана на рис.1. Как видно из схемы, она также пред­ставляет собой сетевой выпрямитель на стабилитронах VD1 и VD3 и диодах VD2 и VD4 с реактивным балластом — кон­денсатором С1. Конденсаторы С2 и СЗ выполняют функцию сглаживающего фильтра.

Рис. 1

Стабилитроны VD1 и VD3 выполняют две функции — вы­прямителя переменного напряжения и параметрического ста­билизатора выходного постоянного напряжения, что повыша­ет защищённость светодиодов при возможном появлении им­пульсных помех в питающей сети. Это также благоприятно сказывается на стабильности светового потока лампы, по­скольку по сравнению с ЦКЛЛ, в которой пульсации с часто­той 100 Гц сглаживаются благодаря инертности люминофора, светодиоды являются малоинерционными элементами, и да­же небольшие кратковременные пульсации напряжения пи­тания становятся визуально достаточно различимыми.

Резистор R1 предназначен для разряда конденсатора С1 при отсоединении лампы от сети, а резистор R2 ограничи­вает ток при переходных процессах, заряда-разряда конден­сатора С1 при подключении к сети. Он также используется в качестве сгораемого предохранителя в случае пробоя или возникновения утечки у конденсатора С1.

В авторском экземпляре лампы диаметр печатной пла­ты равен 54 мм.

Вид смонтированных узлов светодиодной лампы показан на рис.2, а вид светодиодной лампы в сборе — на фото.

Рис. 2

Конструкция

С целью уменьшения объёма механических работ при из­готовлении ламы, отверстия под светодиоды просверлены в имеющихся конструктивных поверхностях верхней части кор­пуса ЦКЛЛ. Получившееся разнесение в пространстве от­дельных светодиодов также благоприятно сказалось на ус­реднении общей интенсивности излучения.

Светодиоды приклеены к верхней части корпуса ЦКЛЛ изнутри с помощью молекулярного клея. Между собой све­тодиоды соединены с помощью отрезков одножильного эма­лированного провода диаметром 0,22 мм.

Детали

Конденсатор С1 в авторском варианте составлен из двух по­следовательно соединённых плёночных конденсаторов К73-17 ёмкостью 1 мкФ 250 В и двух последовательно соединённых плёночных конденсаторов К73-17 ёмкостью 0,33 мкФ 250 В, которые имелись в распоряжении.

Цепочки конденсаторов соединены между собой парал­лельно и образуют конденсатор ёмкостью 0,65 мкФ 500 В, который обеспечивает ограничение тока в цепи лампы до 40 мА. Конденсатор С2 — КМ или другой, на рабочее напря­жение от 50 В, конденсатор С3 — оксидный.

Рекомендации

Из распространённых светодиодов с диаметром корпуса около 5 мм, для лампы лучше использовать светодиоды с вы­сотой корпуса около 4,5 мм, поскольку они имеют больший угол излучения, чем светодиоды с высотой корпуса 9 мм.

Чтобы добиться одинакового тока через цепочки свето­диодов, перед монтажом желательно предварительно отобрать на макете светодиоды для каждой цепочки с примерно оди­наковыми падениями напряжения.

Для проведения измерений нужно подать от стабилизи­рованного источника питания и последовательно включённые миллиамперметр и ограничительный резистор 1 кОм на це­почку из 8 последовательно включённых светодиодов испы­тательное напряжение 27 В. При этом ток в цепи должен быть около 20 мА.

Падение напряжения на каждом светодиоде при токе 20 мА у большинства светодиодов (б/у и новых), которые имелись в моём распоряжении, находилось в интервале 3,1…3,4 В. Хотя попадались и экземпляры с падением напряжения 4,02 В и 4,37 В. Рекомендую использовать светодиоды с падением напряжения 3,1…3,4 В, поскольку исходя из опыта, на мой взгляд, повышенное падение напряжения — это признак вырождения полупроводника светодиода, который достаточно скоро выйдет из строя.

Также следует проверить напряжение стабилизации ста­билитронов КС527 (максимальная мощность 1 Вт) и ото­брать пару с наиболее близким напряжением при токе че­рез стабилитрон 20 мА.

Литература

1. Ёлкин С.А. Ремонт и модернизация светодиодного акку­муляторного фонарика // Электрик. — 2012. — №9. — С.74.

Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир
Источник: журнал Электрик №11-12, 2014