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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Lampada LED potente. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione Durante lo sviluppo del dispositivo proposto, l'obiettivo era creare una lampada a LED che consumasse meno di 220 W da una rete a 10 V, con una luminosità più brillante rispetto a una lampada a incandescenza da 100 W. Come base per il convertitore di tensione dell'alimentatore LED è stato scelto il chip HVLED805 [1]. Consente di stabilizzare la corrente del carico LED senza l'uso di optoaccoppiatori, sensori di tensione e corrente nel circuito di carico, per cui l'alimentazione è notevolmente semplificata. La progettazione è stata facilitata dal programma per il calcolo automatizzato del convertitore, descritto in dettaglio nell'articolo [2].
La corrente stabile attraverso il LED SPHCWTHDD803WHROJC utilizzato a 9 W di consumo energetico dovrebbe essere pari a 0,51 A (vedere Tabella 2 in [3]), ovvero circa il 10% in più rispetto alla corrente massima di 0,45 A calcolata dal programma. Considerata la dimensione proposta dal programma del circuito magnetico da EE13 a EE16, è necessario verificare che il convertitore possa fornire la modalità LED richiesta. È possibile verificarlo monitorando i parametri del dispositivo prodotto. Per regolare la modalità del convertitore, sarà necessario ricalcolare la resistenza dei resistori nel partitore di tensione a impulsi fornito al pin DMG del microcircuito, nonché al sensore di corrente. Per fare ciò è necessario utilizzare le formule di calcolo del foglio di riferimento [1] o la descrizione tecnica del microcircuito [4]. Puoi anche utilizzare il foglio di calcolo Iamp805.xls allegato all'articolo, sviluppato dall'autore. Questo risultato corretto della progettazione di un convertitore per alimentare il LED SPHCWTHDD803WHROJC con una corrente stabilizzata di 0,51 A è illustrato dallo schema elettrico mostrato in Fig. 1. Il termistore RK1 riduce l'impulso di corrente al momento della connessione alla rete. Il ponte a diodi VD1 rettifica la tensione di rete, i condensatori C1 e C2 attenuano le ondulazioni della tensione raddrizzata. Questi condensatori e l'induttore L1 formano un filtro che sopprime il rumore impulsivo dalla rete di alimentazione e impedisce anche la penetrazione delle ondulazioni ad alta frequenza create dal convertitore al suo interno. Il trasformatore di impulsi T1 ha un avvolgimento primario (I) e due avvolgimenti secondari (II e III). Il primario (I) è deviato da un circuito di diodo protettivo VD2 collegato in serie controcorrente e un VD3 convenzionale, che limita la tensione su questo avvolgimento e protegge quindi il potente transistor ad effetto di campo di uscita del microcircuito HVLED805 (DA1) dalla rottura . La sorgente di questo transistor (pin 1 e 2) è collegata al filo comune del microcircuito (pin 4) tramite il resistore R4, che funge da sensore di corrente. L'avvolgimento II del trasformatore T1 viene utilizzato per alimentare il microcircuito DA1. La tensione raddrizzata dal diodo VD4 e livellata dal condensatore C6 viene applicata al pin di alimentazione VCC. Il resistore R5 limita l'ampiezza degli impulsi di corrente attraverso il diodo VD4. Inoltre, il segnale dall'avvolgimento II attraverso il partitore resistivo R1R2 viene fornito al pin 6 del chip DA1. Elaborando questo segnale, il microcircuito può controllare la tensione sul LED EL1 e la corrente che lo attraversa, come descritto nell'articolo [1]. L'avvolgimento III viene utilizzato per alimentare il LED EL1. La tensione di questo avvolgimento viene raddrizzata dal diodo VD5, le ondulazioni ad alta frequenza vengono soppresse dal condensatore C8, le ondulazioni a bassa frequenza vengono soppresse dal condensatore C9. Il resistore R6 è il carico minimo dell'alimentatore. Il circuito di compensazione della frequenza R3C3C4 impedisce la generazione parassita del convertitore a frequenze superiori a quella principale. Il condensatore C5, collegato al pin 5 del chip DA1, viene utilizzato per stabilizzare la corrente attraverso il LED EL1, descritto anche nell'articolo [1].
Il convertitore è montato su un circuito stampato (Fig. 2) in fibra di vetro rivestita con pellicola su un lato con uno spessore di 1,2 mm. La scheda è progettata per elementi a montaggio superficiale della dimensione 0805 ed elementi a foro passante. Si fissa alla lampada con tre viti su montanti isolanti. Durante lo sviluppo della scheda si è tenuto conto del fatto che il conduttore stampato collegato al terminale di drain di un potente transistor di commutazione nel chip (DRAIN) funge da dissipatore di calore. Il trasformatore di impulsi T1 è avvolto su un nucleo magnetico EE16/8/5. L'avvolgimento I contiene 120 giri di filo PETV-2 con un diametro di 0,21 mm (induttanza dell'avvolgimento - 2 mH), avvolgimento II - 17 giri di PETV-2 con un diametro di 0,1 mm, avvolgimento III - 20 giri di filo Litz 10x0,12. 60 mm. Quando si avvolge su un telaio utilizzando l'avvolgimento intermedio e l'isolamento interstrato, la prima sezione dell'avvolgimento I di 60 giri viene posizionata in sequenza, quindi l'avvolgimento III e la seconda sezione dell'avvolgimento I di 0,17 giri, e l'ultima è l'avvolgimento II. Le sezioni dell'avvolgimento I sono collegate al terminale libero del trasformatore; questo terminale non è saldato sulla scheda. Per ottenere l'induttanza richiesta dell'avvolgimento primario, è stato necessario accorciare il nucleo centrale con una lima ad ago diamantata per formare uno spazio non magnetico di XNUMX mm. L'induttanza L1 con un'induttanza di 0,47...1 mH è stata prelevata da una lampada a risparmio energetico difettosa. I diodi VD2 e VD3 sono collegati in un punto comune mediante montaggio superficiale. Il resistore R4 (sensore di corrente) è costituito da due resistori R4.1 e R4.2 collegati in parallelo da 2,2 Ohm, 0,125 W.
Strutturalmente la lampada a LED è realizzata sulla base di una lampada fluorescente compatta da 26 W difettosa, dalla quale sono stati rimossi l'alimentatore elettronico e il cilindro a spirale. Nella restante custodia in plastica, sul lato dove è fissato il dissipatore, viene ritagliata una finestra larga 25 mm, dove viene posizionata la scheda del convertitore in modo che i conduttori stampati e gli elementi a montaggio superficiale siano rivolti verso il dissipatore, come mostrato in Fig. . 3. I bordi del circuito stampato largo 24 mm sono incollati con colla nitro nel punto di contatto con il corpo lampada. Al corpo è avvitato un dissipatore di calore con un diametro di 60 mm e un'altezza di 43 mm, sul quale viene pressato il LED EL8 utilizzando pasta termoconduttiva KPT-2 con quattro viti M1. La superficie di raffreddamento effettiva del dissipatore di calore è di circa 300 cm2. Durante il test è stata testata la modalità del LED EL1: la tensione continua su di esso era di 18 V con una corrente di 0,52 A. Questa modalità è rimasta stabile quando la tensione di alimentazione variava utilizzando un autotrasformatore da laboratorio nell'intervallo 176...254 V. Se necessario, la corrente del LED può essere regolata selezionando i resistori R4.1 e R4.2, formando il sensore di corrente R4. Alla prima accensione, il valore di picco e la forma della corrente del transistor di commutazione sono stati monitorati dalla caduta di tensione sul sensore di corrente - resistore R4. La forma degli impulsi di corrente è a dente di sega. Il valore di picco misurato di 0,28 A è inferiore al valore massimo simulato dal programma di 0,303 A. Di conseguenza è stata confermata l'assenza di saturazione del circuito magnetico. È stato testato il funzionamento del convertitore in modalità cortocircuito e interruzione del carico. I risultati di questi test coincidevano con i calcoli secondo il programma. Con una corrente di carico di 0,2 A, il convertitore funziona in modalità salto valle singola ad una frequenza di 132 kHz. Quando la corrente di carico aumenta a 0,4 A, la commutazione avviene sulla prima valle, la frequenza aumenta a 140 kHz. Con un ulteriore aumento della corrente di carico a 0,53 A, la frequenza diminuisce a 105 kHz. Nella modalità di chiusura del carico il convertitore genera brevi impulsi con una durata di poco inferiore a 13,5 μs ad una frequenza di 2 kHz. Senza carico (LED), il convertitore mantiene una tensione di uscita di circa 20 V, generando raffiche di impulsi con una frequenza di 2,17 kHz. L'efficienza misurata del convertitore è dell'82% con una tensione di rete di 220 V. Le misurazioni hanno dimostrato che la temperatura del microcircuito in condizioni termiche stazionarie non supera i 54 °C. In una lampada a LED (Fig. 3), la temperatura dell'alloggiamento del LED in condizioni stazionarie non supera i 62 °C. Tenendo conto della resistenza termica della transizione del cristallo di 2,24 °C/W, possiamo stimare la temperatura del cristallo 62 + 9-2,24 = 82 °C, che è molto inferiore al valore massimo consentito di 150 “C [3 ] ed è abbastanza accettabile dal punto di vista della durata del dispositivo.
Per confrontare una lampada a LED con una lampada a incandescenza da 100 W, la luce di entrambe le lampade viene diretta dalla stessa distanza su una lastra di plexiglass lattiginoso. Come visibile in fig. 4, il punto luminoso della lampada LED situata a destra è notevolmente più luminoso di quello della lampada a incandescenza. Letteratura
Autore: S. Kosenko
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