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.
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
- 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