Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Бестрансформаторный блок питания большой мощности для любительского передатчика

Схема подключение светодиодной лампы к сети 220в схема

Светодиодные элементы все чаще применяются в сферах деятельности человечества как осветительные приборы для помещений, в уличных фонарях, карманных фонариках, при освещении аквариума. В автомобильной индустрии группы светодиодов широко используются для подсветки габаритных огней, стоп сигналов и поворотов. Отдельными элементами с различными цветами обеспечивают подсветку приборной панели, индикацию понижения уровня охлаждающей жидкости радиатора. Невозможно перечислить все направления их использования: от украшения новогодней елки, подсветки аквариума до приборов ракетно-космической техники. Они постепенно вытесняют обычные лампы накаливания. Многочисленные Интернет магазины в режиме онлайн продают светодиодные ленты и другие осветительные приборы. Также можно найти калькулятор расчета схем драйверов для них, если появится необходимость их ремонта или изготовления своими руками. Такому бурному развитию есть целый ряд причин.

Другие причины мерцания

Вышеперечисленные способы устранения мерцания светильников со светодиодными лампами имеют отношение к выключателю. Но бывают исключения, когда свет мерцает, а выключатель соответствует требованиям.

  1. Некачественная энергосберегающая лампочка. Чаще отмечается у дешевой продукции китайского производства, когда светильник уже с завода имеет брак. Придется вновь потратиться и купить хорошую лампу.
  2. Закончился ресурс эксплуатации диодного прибора освещения. Возможно, вышел из строя элемент микросхемы. В результате лампа светится, но моргает и потрескивает. Не нужно думать, что если заводом-изготовителем предусмотрен почти 10-ти летний срок эксплуатации продукции, лампа должна проработать все время. Ресурс даже качественного прибора значительно снижается, если в сети периодически появляются перепады напряжения или устройство работает в условиях температур, выходящих за нормы, определенные конструкторами.

В заключение нужно отметить, что если отложить поиск решения причины мерцания лампочки, энергосберегающий прибор скоро выйдет из строя.

LED-светильники устроены так, что каждое моргание — включение прибора. Эксплуатационный ресурс ламп привязан к количеству включений/выключений: чем чаще мерцание, тем быстрее она сгорит. На время ремонта осветительного прибора можно заменить светодиод лампой накаливания или временно установить обычный выключатель.

Наверное, любой человек не один раз сталкивался с такой житейской проблемой, когда возвратившись домой вечером, прежде чем войти в неосвещенную комнату, мы начинаем искать на ощупь выключатель, для того что бы включить свет.

Порой эта процедура занимает немало времени, и сопровождается падением предметов попавшихся по пути. С целью облегчения поиска выключателя, а так же экономии нервов и времени и был в свое время придуман выключатель с подсветкой.

По своей конструкции и внешнему виду выключатель с подсветкой ни чем не отличается от обычного выключателя, только тем, что оборудован световой индикацией, которая в темном помещении сразу бросается в глаза и точно указывает его месторасположение.

При этом световой индикатора выключателя, потребляет мало электроэнергии и работает только тогда, когда свет выключен. Поэтому беспокоится о том, что при использовании данного устройство расход электроэнергии станет больше не стоит — выключатель с подсветкой ее практически не потребляет.

Давайте поподробнее разберемся в принципе работы и схеме подсветки клавишных переключателей.

Как правило, в качестве источника света в системе подсветки выключателя используется неоновая лампа или светодиод с резистором, которые параллельно подключены к контактам выключателя. В то время когда выключатель находится в выключенном положении, питание светящего элемента осуществляется через нить накала осветительной лампы, имеющей маленькое сопротивление.

Реактивные балласты

Люминесцентная лампа , устройство с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Во время работы увеличение тока через люминесцентную лампу вызывает падение напряжения на ней. Если бы трубка была подключена непосредственно к линии электропередачи, падающее напряжение трубки привело бы к протеканию все большего и большего тока, пока она не разрушилась бы сама. Чтобы этого не произошло, люминесцентные лампы подключаются к линии электропередачи через балласт . Балласт добавляет к цепи положительный импеданс (сопротивление переменного тока), чтобы противодействовать отрицательному сопротивлению трубки, ограничивая ток.

Несколько магнитных балластов для люминесцентных ламп . Сверху — серийный балласт с высоким коэффициентом мощности для быстрого пуска для двух ламп мощностью 30–40 Вт. Средний балласт представляет собой пускорегулирующий аппарат с низким коэффициентом мощности для одиночной лампы мощностью 30–40 Вт, а нижний балласт представляет собой простой индуктор, используемый с лампой предварительного нагрева мощностью 15 Вт.

Балласт магнитного знака в алюминиевой рамке знака. Балласты Sign более тяжелые, чем другие балласты, потому что более низкие температуры наружного воздуха увеличивают энергию, необходимую для запуска люминесцентной лампы. Их размер зависит от того, сколько футов трубы используется.

Из-за потери мощности резисторы не используются в качестве балластов для ламп мощностью более двух ватт. Вместо этого используется реактивное сопротивление . Потери в балласте из-за его сопротивления и потери в его магнитопроводе могут быть значительными, порядка 5-25% входной электрической мощности лампы. Практические расчеты проекта освещения должны учитывать потери балласта при оценке эксплуатационных расходов осветительной установки.

Катушка индуктивности очень распространены в линии частоты балластов для обеспечения надлежащего запуска и эксплуатации электрического состояния для питания люминесцентной лампы, неоновые лампы или HID лампы. (Из-за использования индуктора такие балласты обычно называют магнитными балластами .) Катушка индуктивности имеет два преимущества:

  1. Его реактивное сопротивление ограничивает мощность, доступную лампе, с минимальными потерями мощности в индукторе.
  2. Всплеск напряжения производится , когда ток через катушку индуктивности прерывается быстро используется в некоторых схемах для первого удара дуги в лампе.

Недостатком индуктора является то, что ток сдвинут по фазе с напряжением, что приводит к низкому коэффициенту мощности . В более дорогих балластах конденсатор часто соединяется с катушкой индуктивности для корректировки коэффициента мощности. В балластах, которые управляют двумя или более лампами, балласты линейной частоты обычно используют разные фазовые соотношения между несколькими лампами. Это не только снижает мерцание отдельных ламп, но и помогает поддерживать высокий коэффициент мощности. Эти балласты часто называют балластами с опережением и запаздыванием, потому что ток в одной лампе опережает фазу сети, а ток в другой лампе отстает от фазы сети.

В большинстве балластов 220–240 В конденсатор не встроен в балласт, как в балластах Северной Америки, а подключен параллельно или последовательно к балласту.

В Европе и на большинстве территорий 220–240 В сетевого напряжения достаточно для запуска ламп мощностью более 20 Вт с последовательным индуктором. Однако в Северной Америке и Японии сетевого напряжения (120 В или 100 В соответственно) может быть недостаточно для запуска ламп мощностью более 20 Вт с последовательным индуктором, поэтому обмотка автотрансформатора включена в балласт для повышения напряжения. Автотрансформатор спроектирован с достаточной индуктивностью рассеяния ( индуктивностью короткого замыкания ), чтобы ток был соответствующим образом ограничен.

Из-за необходимости использования больших катушек индуктивности и конденсаторов реактивные балласты, работающие на частоте сети, имеют тенденцию быть большими и тяжелыми. Обычно они также производят акустический шум ( гул линейной частоты ).

До 1980 года в Соединенных Штатах масла на основе полихлорированных дифенилов (ПХБ) использовались в качестве изоляционного масла во многих балластах для обеспечения охлаждения и электрической изоляции (см. Трансформаторное масло ).

Маркировка светодиодных лент и их различия

Один из распространенных типов светодиодного освещения — лента. Ее мощность напрямую зависит от того, сколько подключено к сети питания рабочих диодов. В производстве допускаются диоды разных габаритов, отсюда и получилось две категории лент:

  • SMD 3028;
  • SMD 5050.

Теперь рассмотрим расшифровку маркировки. Цифры 30 и 28, к примеру, указывают на конкретный размер. То есть размер светодиода будет 3,0 мм на 2,8 мм. В случае с 5050, размер будет 5,0 на 5,0 миллиметров. Ленты с маркировкой SMD 3028 могут содержать 60, 120 и 240 световых диодов. На ленте SMD 5050 может располагаться 30, 60 и 120 диодов.

Устройство LED-диодов

Устройство светодиодной лампы на 220 вольт не отличается большой сложностью и вполне может быть рассмотрено даже на любительском уровне. Классическая светодиодная лампа на 220 вольт включает в свой состав следующие обязательные элементы:

  • Несущий корпус с цоколем;
  • Специальную рассеивающую линзу;
  • Отводящий тепло радиатор;
  • Модуль светодиодов LED;
  • Драйверы светодиодной лампы;
  • Блок питания.

Ознакомиться со строением LED-лампы на 220 вольт (технология СОВ) можно на размещённом ниже рисунке.

Строение светодиодного осветителя

Этот светодиодный прибор изготавливается как единое целое и содержит в своей конструкции большое количество однородных кристаллов, распаиваемых при сборке с образованием многочисленных контактов. Для его подключения к драйверу достаточно присоединить всего одну из контактных пар (остальные кристаллы подключены параллельно).

По своей форме эти изделия могут быть круглыми и цилиндрическими, а к сети они подсоединяются посредством специального резьбового или штырькового цоколя. Для светодиодной системы общего пользования, как правило, выбираются светильники, показатель цветовой температуры которых составляет 2700К, 3500К или 5000К (при этом градации спектра могут принимать любые значения). Такие приборы довольно часто применяются в декоративных целях и для освещения рекламных баннеров и щитов.

Рассмотрим отдельные модули светодиодной лампы более подробно.

Драйвер

В упрощённом виде схема драйвера, используемого для питания лампы от сети 220 Вольт, выглядит, как это изображено на рисунке ниже.

Схема простейшего драйвера

Количество деталей в этом устройстве, выполняющем согласовательную функцию, относительно невелико, что объясняется особенностями схемного решения. Его электрическая схема содержит в своём составе два гасящих резистора R1, R2 и подключённые к ним по встречно-параллельному принципу светодиоды HL1и HL2.

Дополнительная информация. Такое включение ограничительных элементов обеспечивает  защищённость схемы от обратных выбросов напряжения питания. Помимо этого, в результате такого включения частота поступающего на лампы сигнала возрастает вдвое (до 100 Гц).

Сетевое напряжение питания с действующим значением 220 Вольт подаётся в схему через ограничительный конденсатор С1, с которого оно поступает на выпрямительный мостик, а затем – непосредственно на лампу.

Источник питания

Типовая схема источника питания LED-лампы изображена на рисунке, представленном ниже.

Схема модуля питания с драйвером

Эта часть осветительного прибора выполнена в виде отдельного блока и поэтому может свободно извлекаться из корпуса (с целью её ремонта своими руками, например). На входе схемы имеется выпрямительный электролит (конденсатор), после которого пульсации с частотой 100 Герц частично исчезают.

Резистор R1 необходим для образования цепочки разряда конденсатора при отключении схемы от источника питания.

Самостоятельное изготовление светильника

Изготовить осветитель на основе светодиодов своими руками, как говорится, «с нуля» – дело хлопотливое и не для всех подходящее. Проще сделать это, воспользовавшись уже отработавшим свой ресурс старым светильником подобного типа.

В этом случае самодельная светодиодная лампа будет набрана из новых элементов, запаянных на демонтированную из старого устройства или отремонтированную плату. Если на ней остались рабочие диоды, нужно будет заменить сгоревшие элементы новыми (желательно того же типа и конструкции).

Обратите внимание! При изготовлении фирменных ламп из соображений выгодности продаж рабочий ток отдельных светодиодов выбирается с предельно большим значением. При переделке такого устройства желательно впаять последовательно с каждым элементом ограничительное сопротивление порядка 1 Ком

При необходимости для изготовления лампы своими руками можно использовать старую плату со схемой драйвера, заменив в ней все неисправные детали.

При отсутствии необходимых плат и деталей драйвер можно изготовить, ориентируясь на рассмотренную выше схему блока питания, совмещённого с преобразователем (смотрите рисунок выше). При доработке к ней следует добавить ещё один резистор (обозначим его как R3), используемый для разрядки конденсатора С2. В результате получится приведённая ниже схема.

Схема самодельного драйвера

Помимо резистора, в неё добавлены два типовых стабилитрона (VD2,VD3), обеспечивающих его шунтирование при обрыве цепи нагрузки.

Данная схема драйверного устройства рассчитана для подключения 20-ти бесцветных светодиодов определённого типа. Если их класс или общее количество будет иным, следует изменить номинал конденсатора С1 таким образом, чтобы нагрузочный ток в диодной цепочке был не менее 20-ти мА. Указанное его значение гарантирует достаточную яркость свечения этих приборов.

В качестве питающей драйвер схемы, как правило, используется узел, в состав которого не входит громоздкий трансформаторный элемент (такое включение называется «прямым»). Отсутствие трансформатора существенно упрощает сборку модуля и сокращает его размеры.

Важно! Но в этом случае реальна угроза попадания высокого напряжения на выход схемы (в случае пробоя ряда последовательно включённых элементов, например). Единственное утешение состоит в том, что такое случается крайне редко

В заключительной части обзора отметим, что принципиальные схемы большинства из поступающих в продажу светодиодных изделий почти не отличаются одна от другой. Определённые различия наблюдаются лишь в типе используемых в них компонентов, а также в способе формирования выходного напряжения, осуществляемого драйвером.

Добавим к этому, что лампы на светодиодах, оснащённые специальными драйверами, надёжно защищаются от колебаний напряжения в сети, а входящий в их состав радиатор обеспечивает защиту изделия от перегрева. Применение самостоятельно изготовленных модулей за счёт их дополнительной доработки может существенно продлить сроки эксплуатации осветительных устройств, собранных на их основе.

Как выровнять стену самостоятельно?

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

  • R1
    – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2,C2
    – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
  • C3
    – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
  • R3
    – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Впринципе то, что я здесь опишу, много раз уже цитировалось в разных местах.

  • Конденсаторный балласт использует реактивное сопротивление емкости для питания относительно низковольтной нагрузки непосредственно от сети переменного тока. То есть, если бы вместо конденсатора использовался подходящий резистор, то все было бы почти также, только на нем выделялось бы много тепла.
  • Специализированный драйвер представляет собой электронный AC-AC/DC преобразователь с гальванической развязкой от сети. Обычно он мало чем отличается от импульсного блока питания.
  • Конденсатор — максимально простое, дешевое и эффективное решение
    . Но оно означает гальваническую связь нагрузки с сетью, наличие низкочастотных сетевых пульсаций, наличие бросков тока, отсутствие стабилизации напряжения/тока. Есть явные ограничения по мощности и току. Так же конденсатор сдвигает фазу в сети переменного тока, увеличивая потери в проводах.
  • Драйвер — более дорогое и сложное решение. Работает на высокой частоте, легко обеспечивает стабилизация напряжения/тока, обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от сети. КПД драйверов обычно высок, но все же не настолько, чтобы его не учитывать.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

UпитILED
5 мА10 мА20 мА30 мА50 мА70 мА100 мА200 мА300 мА
5 вольт340 Ом170 Ом85 Ом57 Ом34 Ом24 Ом17 Ом8.5 Ом5.7 Ом
12 вольт1.74 кОм870 Ом435 Ом290 Ом174 Ом124 Ом87 Ом43 Ом29 Ом
24 вольта4.14 кОм2.07 кОм1.06 кОм690 Ом414 Ом296 Ом207 Ом103 Ом69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Для чего нужен балласт?

Ток в газовом разряде растет лавинообразно, что приводит к резкому падению сопротивления. Для того чтобы электроды люминесцентной лампы не вышли из строя от перегрева, последовательно включается дополнительная нагрузка, ограничивающая величину тока, так называемый балластник. Иногда для его обозначения употребляют термин дроссель.

Используются два вида балластников: электромагнитный и электронный. Электромагнитный балласт имеет классическую, трансформаторную комплектацию: медный провод, металлические пластины. В электронных балластниках (electronic ballast) применяются электронные компоненты: диоды, динисторы, транзисторы, микросхемы.

Лампы накаливания

Для первоначального поджига (пуска) разряда в лампе в электромагнитных устройствах дополнительно используется пусковое устройство – стартер. В электронном варианте балластника эта функция реализована в рамках единой электрической схемы. Устройство получается легким, компактным и объединяется единым термином – электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Массовое применение ЭПРА для люминесцентных ламп обусловлено следующими достоинствами:

  • эти аппараты компактны, имеют небольшой вес;
  • лампы включаются быстро, но при этом плавно;
  • отсутствие мерцания и шума от вибрации, поскольку ЭПРА работает на высокой частоте (десятки кГц) в отличие от электромагнитных, работающих от сетевого напряжения с частотой 50 Гц;
  • снижением тепловых потерь;
  • электронный балласт для люминесцентных ламп имеет значение коэффициента мощности до 0,95;
  • наличие нескольких, проверенных видов защиты, которые повышают безопасность использования и продлевают срок службы.

Как выровнять внешние углы при штукатурке — пошаговая схема

Общие сведения

Элемент питания

По сути, такая схема является практически готовым импульсным блоком питания. Не хватает в нём только разделительного трансформатора с выпрямителем. Поэтому, если колба цела, можно не боясь ртутных испарений, попытаться разобрать корпус. Кстати именно осветительные элементы лампочек чаще всего выходят из строя: из-за выгорания ресурса, нещадной эксплуатации, слишком низких (или высоких) температур и т.д. Внутренние платы более-менее защищены герметичным корпусом и деталями с запасом прочности. Советуем перед началом ремонтно-восстановительных работ поднакопить некоторое количество ламп (можете поспрашивать на работе или у знакомых – обычно такого добра везде хватает). Ведь не факт что все они будут ремонтопригодны. В данном случае нам важна именно работоспособность балласта (т.е. платы, встроенной внутри лампочки).

Возможно, в первый раз и придётся немного покопаться, но зато потом вы за час сможете собрать примитивный блок питания для устройств, подходящих по мощностям. Если Вы планируете создавать блок питания, выбирайте модели люминесцентных ламп помощнее, начиная от 20 Вт. Впрочем, менее яркие лампочки тоже пойдут в ход — они могут использоваться как доноры нужных деталей. И в результате из пары-тройки сгоревших экономок вполне можно создать одну вполне дееспособную модель, будь то рабочая лампочка, блок питания или зарядное устройство для аккумуляторов. Чаще всего мастера-самоучки используют балласт экономок для создания 12-ваттных блоков питания. Они могут подключаться к современным светодиодным системам, ведь 12 V – это рабочее напряжение большинства самых распространённых в быту приборов, в том числе и осветительных. Такие блоки обычно прячутся в мебели, поэтому внешний вид узла особого значения не имеет. И даже если внешне поделка получится неаккуратной – ничего страшного, главное позаботиться о максимальной электробезопасности. Для этого тщательно проверяйте созданную систему на работоспособность, оставляя поработать её в тестовом режиме на продолжительное время. Если скачков напряжения и перегрева не наблюдается – значит, Вы всё сделали правильно. Понятно, что намного жизнь обновлённой лампочке вы не продлите — всё равно рано или поздно ресурс исчерпывается (выгорает люминофор и нить накала). Но согласитесь, почему бы не попытаться восстановить вышедшую из строя лампу в течение полугода-года после покупки.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации