Сетевой светодиодный светильник

До недавнего времени наиболее популярными источниками света были лампы накаливания несмотря на их низкий КПД и ограниченный ресурс — всего 1000 ч. На смену им пришли энергосберегающие компактные люминесцентные лампы с заявленным ресурсом до 10 000 ч.

При ежесуточной, например, пятичасовой работе срок службы такой лампы должен быть не менее пяти лет, но на практике нередко оказывается значительно короче — выходит из строя ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат, называемый ещё электронным балластом), перегорают нити накаливания. В настоящее время всё чаще применяют светильники на основе сверхъярких светодиодов белого цвета свечения, ресурс которых достигает 100 000 ч (расчётный срок службы при той же ежесуточной работе — свыше 50 лет). Иными словами, такой светильник практически вечен. Однако для реализации потенциального ресурса светодиодов необходим сетевой источник питания, не снижающий надёжность светодиодов, ведь, как известно, надёжность и долговечность системы определяются параметрами её наименее надёжного и долговечного элемента.

В последние годы в журнале «Радио» опубликованы описания нескольких светильников на основе светодиодов. Для питания некоторых из них [1, 2] применены сетевые источники с балластным конденсатором. Недостаток таких светильников — низкая надёжность. При включении в сеть через светодиоды могут протекать опасные импульсы тока, они не защищены от воздействия импульсных помех, ‘которые могут вывести их из строя.

Не лишены недостатков и светильники с импульсными источниками питания [3, 4]. Они содержат относительно большое число элементов и не обладают достаточной надёжностью. Как показывает практика, более половины всех отказов электронной аппаратуры происходит из-за выхода из строя импульсных блоков питания, а при сроках эксплуатации свыше пяти лет их отказы становятся преобладающими.

Общий недостаток названных светильников — небольшое число светодиодов, из-за чего невозможно организовать равномерное освещение достаточно большой площади.

Когда мне понадобился экономичный светильник для досвечивания рассады, я изготовил его по схеме, показанной на рис. 1. Устройство содержит мостовой выпрямитель VD2, сглаживающий конденсатор C2, стабилизатор тока на интегральном параллельном стабилизаторе DA1 и транзисторе VT1 и 90 сверхъярких светодиодов EL1—EL90. Резистор R1 выполняет несколько функций: ограничивает ток пробоя ограничительного диода (сапрессора) VD1 при его срабатывании от импульсной помехи и зарядный ток конденсаторов C1 и C2, образует совместно с первым из них фильтр, снижающий уровень высокочастотных и импульсных помех, и, наконец, служит своеобразным предохранителем (плавкой вставкой), перегорающим при возможных коротких замыканиях и пробое конденсаторов и диодного моста.

Конденсатор С2 снижает пульсации выпрямленного напряжения и повышает яркость свечения светодиодов. Сапрессор VD1 ограничивает импульсные помехи, существенно повышая надёжность устройства. Схема стабилизатора тока заимствована из [5] и перерассчитана для стабилизации коллекторного тока на уровне 20 мА. Это значение, согласно [6], оптимально для большинства белых сверхъярких светодиодов диаметром 3 и 5 мм. Прямое падение напряжения на них — 3…4 В, поэтому число светодиодов в светильнике необходимо подобрать экспериментально, контролируя напряжение на коллекторе транзистора VT1. Чем оно больше, тем в более широком интервале сетевого напряжения работоспособен светильник, но тем ниже КПД, и наоборот.

Резисторы R1, R2 (МЛТ-0,5) и R3 (МЛТ-0,25) желательно применить состарившиеся, 70—80-х годов выпуска (их сопротивление в процессе эксплуатации светодиодного светильника будет изменяться значительно меньше, чем изготовленных недавно). Конденсатор C1 — импортный плёночный помехоподавляющий ёмкостью 0,15…0,47 мкФ с номинальным переменным напряжением не ниже 250 В, C2 — оксидный импортный, способный работать при повышенной температуре (на корпусе такого конденсатора обычно есть надпись «105 °С»). Для повышения долговечности желательно герметизировать эпоксидным компаундом торец его корпуса и выводы. Это весьма действенная мера: доработанные таким образом конденсаторы К50-6, например, работают у меня с 70-х годов прошлого столетия, не теряя ёмкости.

Симметричный сапрессор 1.5KE400CA можно заменить двумя включёнными встречно-последовательно 1.5KE400 или 1.5KE400А фирмы SGS-Thomson или менее мощными P4KE400, P6KE400 других фирм.

Обратное напряжение диодного моста VD2 должно быть не менее 800 В, выпрямленный ток — не менее 1 А (кроме указанного на схеме RS107, подойдут, например, DB107, 2W10, DF10). Можно применить мост и из отдельных диодов с такими же параметрами (1N4007, FR107, КД257Г, КД247Д). Параллельный стабилизатор TL431CLP заменим отечественным КР142ЕН19А — в применённом режиме он работает вполне надёжно. Транзистор выбирают из следующих соображений: при заданном резистором R2 токе базы его статический коэффициент передачи тока h21э должен быть не менее 30 и, кроме того, он должен выдерживать без повреждения короткое замыкание нагрузки (т. е. напряжение на коллекторе 300 В) и рассеивать мощность не менее 300 В х 0,02 А = 6 Вт. Этим требованиям удовлетворяют, например, отечественные транзисторы КТ940А, КТ8108Б, КТ8127А1 и импортные 2SC1446, 2SC2241.

Сверхъяркие светодиоды белого свечения могут быть любого типа и диаметра, способные надёжно работать при токе 20 мА. Комбинируя светодиоды с различным углом излучения, добиваются необходимой равномерности освещения. Для придания свету желаемого оттенка часть из них заменяют светодиодами соответствующего цвета свечения.

Исходя из специфики применения, было изготовлено два светильника. В одном из них, предназначенном для освещения небольшой площади, все светодиоды и сетевой источник питания смонтированы в одном корпусе, изготовленном из отрезка электротехнического короба (кабель-канала) сечением 25×16 мм и длиной 400 мм. Источник питания второго светильника смонтирован в сетевой вилке, а светодиоды группами по 10 шт. размещены в девяти корпусах, изготовленных из отрезков кабель-канала сечением 16×16 мм. Такая конструкция позволяет оперативно изменять уровень и площадь освещения. При установке светильника корпусы соединяют один с другим и с блоком питания изолированными проводами.

Монтаж обоих устройств — навесной, детали в корпусах закреплены термоклеем.

Следует учесть, что сверхъяркие светодиоды очень чувствительны к перегреву, поэтому при пайке необходимо соблюдать осторожность. Не допустить перегрева поможет технологический приём: перед пайкой между выводами светодиодов помещают ватные тампоны, пропитанные дистиллированной водой, которые удаляют после пайки.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бутов А. Светодиодный светильник. — Радио, 2010, № 2, с. 33.
2. Сергеев А. Светодиодная сетевая лампа. — Радио, 2004, № 9, с. 40, 41.
3. Косенко С. Сетевая светодиодная лампа с блоком питания на микросхеме Viper22A. — Радио, 2010, № 4, с. 21—23.
4. Косенко С. Светодиодная лампа с ИИП-стабилизатором тока. — Радио, 2010, № 12, с. 17—19.
5. Нечаев И. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. — Радио, 2003, № 5, с. 53, 54.
6. Чуднов В. Сверхъяркие светодиоды белого свечения. — Радио, 2004, № 9, с. 47, 48.

Источник: Радио №3 2013
Автор: К. МОРОЗ, г. Белебей, Башкортостан