Преобразователь напряжения для светодиодной лампы

Вне всякого сомнения, светодиоды на сегодняшний день являются самыми экономичными и долговечны­ми источниками света. Появившиеся в последние годы новые приборы этого класса произвели своего рода револю­цию в сфере освещения и иллюмина­ции Широкое распространение в быту получили светодиодные лампы, при­шедшие вместе с компактными люми­несцентными лампами (КЛЛ) на смену неэкономичным и недолговечным лам­пам накаливания, а сегодня ими всё чаще заменяют и КЛЛ. К сожалению, несмотря на заверения производите­лей о долговечности, исчисляемой многими десятками тысяч часов, и све­тодиодные лампы иногда выходят из строя, причем гораздо раньше срока. И причина нередко не в качестве свето­диодов, а. скорее всего, в скупости производителей: чтобы сэкономить на стоимости ламп, светодиоды в них заставляют работать в экстремальных условиях, при значениях тока, близких к предельно допустимым, что оказывает заметное влияние на скорость деградации кристалла и люминофоров, а также на надёжность лампы. А если учесть, что из-за малых габаритов ламп к вышесказанному добавляются неудов­летворительные условия охлаждения светодиодов, неудивительно, что иног­да такие лампы выходят из строя уже через несколько часов работы.

Анализ неисправностей перегорев­ших ламп показывает, что в 90 % случа­ен выходит из строя один из светодио­дов, при этом драйвер, как правило, остаётся исправным. Ремонт таких ламп несложен, но без принятия мер по уменьшению тока через оставшиеся светодиоды зачастую бесполезен: че­рез некоторое время лампа снова выхо­дит из строя.

Рассмотрим возможность восста­новления лампы Elektrostandard мощ­ностью 7 Вт. Её внешний вид и вид на плату драйвера со стороны печатных проводников показаны на рис. 1.

Рис. 1

Сна­чала следует любым способом найти сгоревший светодиод и замкнуть его перемычкой. Далее необходимо умень­шить ток через светодиоды. Для конт­роля тока служит датчик, состоящий из двух соединённых параллельно рези­сторов SMD (обведены на рис. 1 крас­ным кружком). Чтобы уменьшить ток. их нужно выпаять и на место любого ИЗ НИХ впаять новый сопротивлением 2 Ом. После такого ремонта мощность и све­тоотдача пампы несколько снизятся, но она будет способна работать ещё дли­тельное время. Сказанное полностью применимо и к аналогичным лампам мощностью 15 Вт (рис. 2). На их плате для уменьшения тока через светодиоды необходимо выпаять один из резисто­ров сопротивлением 5,6 Ом (также обведены красным кружком).

Рис. 2

Но иногда восстановить лампу не­возможно из-за выхода из строя конт­роллера. В этом случае светодиоды можно питать от другого источника Ниже рассмотрен вариант подключения платы светодиодов ламп мощностью 5 или 7 Вт к двенадцативольтовому источ­нику (например, автомобильному акку­мулятору). В зависимости от номиналь­ной мощности в этих лампах установле­ны соответственно 12 или 16 светодио­дов. Такая лампа может пригодиться для аварийного или автомобильного светильника. Поскольку светодиоды включены на плате последовательно, а изменять схему соединений путём перерезания печатных проводников и установкой проволочных перемычек не хотелось, было решено изготовить пре­образователь, повышающий напряже­ние аккумулятора до уровня, необходи­мого для свечения светодиодов с нор­мальной яркостью (в данном случае соответственно до 35 или 48 В).

Схема простого преобразователя, собранного из широко распространён­ных и недорогих деталей, представлена на рис. 3. На триггере Шмитта DD1.1 по типовой схеме построен задающий генератор, работающий на частоте около 25 кГц. Включенные параллельно элементы DD1.2—DD1.6 инвертируют сигнал генератора и увеличивают его нагрузочную способность, обеспечивая быструю зарядку и разрядку ёмкости полевого транзистора VT2. Питается микросхема от источника питания лам­пы через линейный стабилизатор на­пряжения DA1, включённый по типовой схеме. Датчиком тока является резис­тор R5.

Рис. 3

Работает цепь стабилизации сле­дующим образом. Если ток через све­тодиоды становится больше требуемо­го, транзистор VT1 открывается, шунти­руя резистором R1 вход триггера Шмитта DD1.1. При этом длительность импульсов управления, подаваемых на затвор полевого транзистора VT2, уменьшается, а длительность пауз меж­ду ними, наоборот, увеличивается, В ре­зультате ток через светодиоды умень­шается. Стабилизация тока осуществ­ляется в интервале значений входного напряжения от 9 до 15 В, что для акку­муляторного и автомобильного све­тильника вполне достаточно. Резистор R3 служит для разрядки конденсатора С4 после выключения преобразователя (без него в течение длительного време­ни после выключения питания наблюда­лось бы слабое свечение светодиодов).

Рис. 4

Все детали устройства размещены на печатной плате (рис. 4), изготов­ленной из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Транзистор VT2 в теплоотводе не нуждается, но если при эксплуатации его корпус будет заметно нагреваться. можно в дополне­ние к используемой в качестве тепло­отвода контактной площадке на плате, к которой припаян вывод его стока, снаб­дить его небольшим П-образным теп­лоотводом, изготовленным из расплю­щенного отрезка медного провода сечением 2,5 мм² и длиной 20 мм. Припаять его можно как к указанной площадке на плате (рядом с транзисто­ром), так и к самому теплоотводящему фланцу транзистора. Внешний вид го­тового узла показан на рис. 5. Для све­тодиодной панели изготовлен дополни­тельный теплоотвод из листового алю­миниевого сплава, его внешний вид также показан на этом рисунке.

Рис. 5

Несколько слов о деталях. Кроме указанного на схеме, в качестве VT можно применить любой маломощный транзистор структуры n-p-n для по­верхностного монтажа. Полевой тран­зистор (VT2) — любой с током стока не менее 2 А и напряжением сток-исток не ниже 80 В, рассчитанный на управле­ние логическими уровнями. Возможная замена микросхемы 74HCT14 (DD1) — из серии 74HC14 или 74AC14. Вместо диода RGP10J (VD1) можно применить 1N4007, однако он будет заметно нагреваться и снизится КПД. Прак­тически без нагрева работают диоды серии КД226. Дроссель L1 — промыш­ленного изготовления в цилиндри­ческом корпусе, тип его неизвестен, а внешний вид показан на рис. 5 (чёрный цилиндр в левом нижнем углу платы).

Если не удастся найти интегральный стабилизатор на 5 В исполнения SMD, в цепь питания микросхемы DD1 можно встроить параметрический стабилиза­тор на стабилитроне. Разместить его и балластный резистор сопротивлением 1 кОм можно на посадочном месте мик­росхемы.

Налаживания устройство, собранное из исправных деталей, практически не требует. При первом включении пре­образователь желательно питать от лабораторного блока с регулируемым выходным напряжением, постепен­но повышая его, начиная с 5 В. Если светодиоды не светят, следует про­верить полярность их подключения, исправность деталей.

При использовании вместо ука­занной на схеме (DD1) заменяющих микросхем, возможно, потребуется подбор конденсатора С1 или дрос­селя L1 по максимальному КПД. Возможно, потребуется подбор ре­зистора R5 до получения тока через светодиоды, равного 100 мА. Если нужного резистора среди имеющих­ся я наличии не найдётся, можно установить R5 заведомо несколько большего сопротивления и подо­брать включённый параллельно ему дополнительный резистор R5′ (изоб­ражён на схеме штриховыми линия­ми), место для него на плате пре­дусмотрено.

Далее следует проверить интервал значений входного напряжения, при которых осуществляется стабилизация тока через светодиоды. Можно попро­бовать повысить КПД преобразователя, подбирая индуктивность дросселя L1. При налаживании следует помнить, что обрыв цепи светодиодов может привес­ти к пробою полевого транзистора, поэтому необходимо быть очень внима­тельным.

В завершение плату преобразовате­ля следует покрыть двумя слоями лака ХВ-784, это защитит его от влаги. При эксплуатации такого светильника сле­дует помнить, что при подключении его к источнику питания следует соблюдать полярность.

Автор: Е. ГЕРАСИМОВ, ст. Выселки Краснодарского края
Источник: Радио №3/2017