Экономичный светильник на мощных светодиодных лампах для радиолюбительского рабочего места

Радиолюбитель 2007, 12
Ю. Садиков

В статье описан простой и очень эффективный светильник на основе матрицы из трех мощных светодиодных ламп белого свечения.

Если Вы когда-либо видели фонари на сверхъярких светодиодах - забудьте, мощные светодиодные лампы не имеют с ними ничего общего! Мощные светодиодные лампы построены на основе полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми изделиями: максимальное время наработки на отказ; низкое напряжение питания; мгновенное зажигание; полное гашение; отсутствие свинца и ртути; устойчивость к электростатическим воздействиям более 2 киловольт; встроенная в корпус линза, позволяющая легко сопрягать кристалл с любой оптической системой; малая площадь основания корпуса. Внешний вид светодиодной лампы приведен на рис. 1.

Внешний вид светодиодной лампы 1 Вт 
Рисунок 1. Внешний вид светодиодной лампы 1 Вт

Преимущества мощных светодиодных ламп по сравнению с традиционными лампами накаливания:

  • рекордная эффективность за счет максимального числа люменов светового потока на 1 Вт потребляемой мощности; что позволяет работать от аккумулятора несколько часов непрерывно с полным ощущением включенной лампы накаливания;
  • используется безопасное напряжение питания постоянного тока: 12...25 В;
  • создается ровный, немерцающий свет, успокаивающий глаза; при этом яркость можно плавно регулировать резистором от нуля до максимума.
  • беспрецедентный срок эксплуатации: до 10 лет непрерывной работы!

Области применения устройства

- на рабочих местах радиолюбителя, в качестве настольной лампы для освещения стола (рис.2 a,b,c,d);

Экономичный светильник на мощных светодиодных лампах для радиолюбительского рабочего места
на рабочих местах радиолюбителя, в качестве настольной лампы для освещения стола
Внешний вид светильника на мощных светодиодных лампах BM6120
светильник на мощных светодиодных лампах BM6120
Рис. 2 a,b,c,d. Внешний вид светильника на мощных светодиодных лампах BM6120

- в быту в качестве торшера для создания местного освещения;
- в салоне автомобиля в качестве надежного и экономичного источника освещения;
- в качестве декоративных и художественных элементов подсветки.

Технические характеристики

  • Применяемые светодиодные лампы: XR7090WT-L1-0001
  • Напряжение питания, постоянное: 12…25 В
  • Ток потребления, не более: 350 мА
  • Яркость свечения, регулируемая: 0…240 Лм
  • Размеры основной печатной платы: 40 x 30 мм
  • Размеры платы светодиодов: диаметр 32 мм

240 Лм по световым ощущениям соответствует свечению 40 ваттной лампе накаливания. Ваша настольная лампа будет потреблять всего 3 Ватта (вместо 40-60) и служить Вам практически вечно!

Принципиальная схема светильника 
Рис. 3. Принципиальная схема светильника

На таймере 555 собран генератор меняющейся скважности импульсов с частотой 200 Гц. С его помощью изменяют яркость свечения светодиодной лампы. Таймер формирует ШИМ-сигнал. На микросхеме LM3404 построен источник постоянного тока для светодиодной лампы, с помощью резистора в цепи обратной связи задается ток

I=Uref/R.

Uref - это образцовое напряжение внутри микросхемы, с которым компаратор микросхемы сравнивает напряжение на этом резисторе. У этой микросхемы имеется также вход диммирования, на который с микросхемы-таймера 555 подается ШИМ-сигнал для возможности регулирования тока светодиодной лампы.

Блок-схема микросхемы LM3404
Рис. 4. Блок-схема микросхемы LM3404

В крайнем левом положении потенциометра получается нулевое значение, когда надо совсем потушить светодиодную лампу, в другом крайнем положении потенциометра выдается «единица», при этом светодиодная лампа горит на полную мощность. В промежуточных положениях выдается ШИМ-сигнал с постоянной частотой, но меняющейся скважностью (от 0 до макс), обеспечивая плавную регулировку освещения светодиодного светильника.

В качестве VD1. VD2 используются диоды 10MQ100N, VD3 – BAV99/T1, VD4 – BZX84-C12/T, дроссель L1 – CDRH6D28NP-101NC, его индуктивность составляет 100 мкГн, конденсатор C1 – 1 мкФ х 50 В.

Внешний вид матрицы, состоящей из трех светодиодных светильников XR7090WT-L1-0001, приведен на рис.1a. Ввиду простоты повторения монтажная схема и чертежи печатных плат не приводятся. Устройство-регулятор конструктивно выполнено на печатной плате размером 40 х 30 мм.

Монтажная схема регулятора 
Рис 5. Монтажная схема регулятора

Включение устройства не должно вызвать никаких сложностей. Достаточно подключить к основной плате регулятора разъем с проводом от платы светодиодных ламп, разъем с проводом от переменного резистора и разъем с проводом питания. Все разъемы имеют разную конфигурацию, поэтому ошибочное подключение исключено.

Подайте питание (12…25 В), соблюдая полярность (красный провод - плюс). Вращая движок переменного резистора, установите наиболее комфортную яркость свечения светодиодных ламп.

Во избежание перегрева и выхода из строя светодиодной матрицы на максимальной мощности ее необходимо разместить на теплоотводящем радиаторе. Для улучшения теплового контакта при установке радиатора рекомендуется воспользоваться теплопроводящей пастой типа КПТ-8 или термопроводящей прокладкой (электрическая изоляция платы светодиодной матрицы от радиатора не требуется).

Для увеличения освещения рабочего места радиолюбителя конструкция позволяет подключение дополнительной светодиодной матрицы из трех светодиодных ламп, и включить ее последовательно с имеющейся (отпаяйте белый провод от одного из модулей и подпаяйте к нему черный провод от дополнительной матрицы, белый же провод от дополнительного провода подпаяйте к освободившемуся контакту штатной матрицы светодиодных ламп). В этом случае при напряжении питания 24 Вольт Вы получите удвоенный световой поток – до 500 Лм.

Литература

  1. Описание светодиодного светильника на мощных светодиодных лампах BM6120 МАСТЕР КИТ

МАСТЕР КИТ предлагает готовый блок BM6120 «Светильник на мощных светодиодных лампах» и дополнительный светодиодный модуль BM6020.

masterkit.ru

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

10BASE-T1L Ethernet по витой паре: реализация на основе микросхем Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Виноват не объяснил сразу. "две полосы" это 2*60см аллюминиевые печатная платы с СМД диодами. каждый из диодов 1 Вт. на 2-х полосках их набралось 24шт. каждая из полос была разрезана пополам ( что позволяет конструкция платы) и приклеяна к существующему светильнику. блок питания 220/12 спрятан.
  • Ну, видимо, не та фотка прицепилась? В упор не вижу ничего даже 30-сантиметрового...
  • [URL]http://fotki.yandex.ru/users/AEM-point/view/44398/?page=0[/URL] вот так выключенный светильник выглядит. а вот "сварка!" такой эффект дает вот такой светодиод. [URL]http://fotki.yandex.ru/users/AEM-point/view/41523/?page=0[/URL] на фото 10 ватт (8в 1,5А) параметры. есть в наличии такие 10 20 и 30 ватт скоро прийдет новая партия.
  • Я имел в виду лампы накаливания только маломощные (тонкий не инерционный волосок) и только через диод. А в люминисцентных почти всегда 100Гц, которых не видно, хоть и коэффициент пульсаций 100%. Только изредка встречается однополупериодный режим - дрожащий желтоватый свет.
  • mba1 В отношении пульсации 100% для люминисцентных ламп Вы не учитываете такой немаловажный фактор, как послесвечение люминофора. Люминофоры люминисцентных ламп имеют достаточно большое послесвечение, которое сглаживает пульсации светового потока. Убедиться в этом можно, как используя светодиод и осциллограф или выключить лампу в тёмном помещении предварительно закрыв глаза. Открыв их в момент выключения Вы какоето время будете видеть, как "гаснет " свечение.
  • Люминофоры люминисцентных ламп как-то сглаживают пульсации, но я бы не стал говорить о том, что они "имеют [B]достаточно большое [/B]послесвечение"! Говоря о "светодиоде", Вы, наверное, имеете ввиду тему "Реакция светодиода на свет" [URL="http://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?t=4458&page=5"]http://www.rlocman.ru/forum/showthread.php?t=4458&page=5[/URL]. Там, в сообщении 45, были обнародованы результаты измерений. По поводу пульсаций, могу уточнить. Люминисцентные лампы имеют 100 Герцовые пульсации, величиной около 50%, с чётко выраженными "острыми" провалами (как после диодного мостика с маленькой ёмкостью). Лампа накаливания 60Вт тоже имеет пульсации 100Гц, величиной около 20%, по форме, напоминающие синусоиду. Так что люминофор имеет послесвечение хуже, чем нить накаливания обычной лампочки. По поводу визуального наблюдения послесвечения, могу поделиться своими соображениями на этот счёт. Яркость послесвечения люминофора, после того, как отключено возбуждающее облучение, падает, в первом приближении, по экспоненте - сначала быстро, потом медленно. При работе лампы на частоте 50Гц, послесвечение успевает значительно "просесть" (на ~50%) по яркости (быстрый спад). Если же, наблюдать выключение лампы в темноте, то глаз видит сравнительно медленный "хвост" спада яркости, но сама яркость при этом, значительно ниже нормальной. То же самое можно увидеть и в случае лампы накаливания - сравнительно медленно гаснущая и краснеющая нить накала. Глаз имеет логарифмическую характеристику по яркости, поэтому маленькая яркость ("хвоста" послесвечения), хорошо видна. Кроме того, глаз имеет своё послесвечение - посмотрите на лампу и закройте глаза - свет ещё долго будет стоять перед глазами. Так что, по-моему, вклад люминофора, в сглаживание пульсаций, не такой уж и значительный.
  • YAA Полностью с Вами согласен. В ваших выкладках всё расписано чётко и доходчиво. Надо обратить внимание и обсудить (вожможно), то, что яркость измеряется линейной величиной, а чуствительность глаза имеет характеристику ближе к логарифмической. Как сочетать подобное?
  • Что значит "сочетать"? Честно говоря, я не очень понял Вашу мысль? Светодиод (фотодиод) имеет характеристику, близкую к линейной (грубо говоря, на каждый квант света приходится один электрон в фототоке). А у глаза, близкая к логарифмической, то есть - яркие светА плохо различимы, а тени, лучше. Или (как бы лучше сказать?...) - у глаза шире динамический диапазон! За счёт "сжатия" яркого, "вытягивается" тёмное. Эффект можно наблюдать, например, в "Фотошопе", при изменении коэффициента гамма-коррекции.
  • Свою мысль, в толичии от Вас, я изложил невнятно. Вот к чему я веду - 50% пульсация светового потока воспринемается не в два раза "чётче" чем 100%,а значительно меньше. Для читающих эту тему, возможно, будет небезполезно узнать - в двухлюминисцентных светильниках ставяться фазосдвигающие конденсаторы на одну из ламп. Это предотвращет заметные пульсации освещённости. СНиП ТРЕБУЕТ при поэктированиии освещения производственных помещений подключать светилиники на разные фазы питания. Подобное включение препотвращает стробэфект, за счёт ликвидации пульсаций освещённости.
  • Добрый день. замечал за люминисцентными лампами такую тенденцию: чем ниже напряжение в сети - тем сильнее пульсация. попробуйте использовать стабилизатор напряжения на вводе.
  • Правильно. Но когда лампа питается от преобразователя с частотой в килогерцы - вот тут люминофор сглаживает практически полностью.
  • А вы не путаете? Сейчас эти конденсаторы вообще ничтожно малы: только слабенькая фильтрация искрения стартеров. Раньше ставили 3,8мкф/40Вт. Но на КАЖДУЮ лампу и ПАРАЛЛЕЛЬНО сети: не для сдвига фаз, а для компенсации индуктивного характера нагрузки (борьба за "косинус фи").
  • mba1 Вот здесь позвольте с Вами несогласиться. В двухламповых светильниках одна из ламп включается через конденсатор ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО. Парралельно сети подключается конднсатор малой ёмкости, для подавления помех в момент зажигания лампы.
  • Ну, 100% пульсации редко, где можно встретить! :) Да, люминофор как-то сглаживает пульсации, а человеческий глаз сглаживает дополнительно. А в остальном - 100% с Вами согласен. Я бы только добавил, что для освещения, скажем токарных станков, рекомендуется рабочую зону [B]дополнительно[/B] освещать лампами накаливания, чтобы уменьшить травматизм из-за стробэффекта! Вращающаяся деталь может показаться НЕ вращающейся. Вы тоже абсолютно правы! Никакого противоречия тут нет. В своё время самым "ходовым" типом светильников был двухламповый. Рекомендовалось ставить пары ламп ЛБ40 (белые) и ЛД40 (дневного света) для расширения спектра. Так вот, если разобрать такой светильник, то можно было обнаружить два балластных дросселя. С виду они одинаковые, но на одном маркировка "УБИ", а на другом "УБЕ". Тот, который "УБЕ", был предназначен для работы с дополительным, включенным последовательно, конденсатором для дополнительного сдвига фазы тока на 90 градусов, относительно "УБИ". Так обеспечивалось уменьшение пульсаций в пределах одного светильника. Максимум свечения одной лампы приходился на минимум свечения другой. Если ещё подключать светильники к разным фазам трёхфазной сети (когда надо много светильников - освещение большого цеха), а каждая фаза сдвинута относительно другой на 120 градусов, то это позволяло ещё больше уменьшить пульсации, уже в пределах всего цеха. О COS(фи) тогда мало заботились, тем не менее в некоторых "навороченных" (и более дорогих) светильниках можно было встретить и те самые конденсаторы 3,8мкФ 400В (у Вас, [U]mba1[/U], скорее всего, "опечатка"), включенных параллельно сети и именно по той причине, которую Вы указали - компенсация индуктивного характера нагрузки. Вывод: на мой взгляд, Вы оба правы!
  • Ну, не знаю... Современные балласты, работающие на частотах в несколько десятков килогерц, обеспечивают практически постоянный ток через лампу. В пределе (и в идеале) - постоянный ток. А в этом случае (в идеале) послесвечение люминофора будет вообще "не при делах"! Какая разница, какое послесвечение люминофора, если ток постоянный и нет никаких пульсаций?! А вот в реалии, пульсации 30кГц в яркости свечения лампы, хоть и небольшие, но ВИДНО! Здесь, правда, есть нюансы... Понять в какой степени, именно люминофор, сглаживает пульсации не так просто. Для этого нужно сравнить осциллограммы пульсаций тока через лампу с пульсациями яркости свечения. Если, скажем, пульсации тока будут 90%, а пульсации яркости 1% - то да, вывод очевиден - люминофор "главный" гладильщик. Нужно ещё, при таких измерениях, убедиться, что фотодиод (которым измеряется яркость) достаточно "шустрый", чтобы работать на таких частотах. А это отдельная задача... Ещё нюанс - качество преобразователя! Была у меня на работе настольная лампа - люминисцентная, 11Вт. Всё бы ничего, да глаза к концу дня начинало "резать". А тут мне пришлось заниматься работой, связанной с фотодиодами. Навёл я фотодиод на лампу, и что же вижу!?... Пульсации!!!, 100Гц!!!, процентов 30!!!, правда, с высокочастотной "бородой"???!!! Вот Вам и электронный балласт! :) Кончилось тем, что эту лампу я сдал на склад, и заказал новую... Купили новую (внешне, точно такую-же, но производитель другой) - "Трансвит" (не сочтите за рекламу, хотя..., ладно - реклама! :)). Так вот - небо и земля! Есть и 100Гц и 30кГц, но всё такое манюсенькое-манюсенькое! И глаза перестали к вечеру болеть! Так что, плакат - красноармеец показывает на тебя пальцем: "Товарищ! А ты проверил свою лампу с помощью фотодиода?" :p
  • YAA По Вашей "наводке" и методике проверил энергосберегающую лампу. Результаты ещё более ужасающие, чем при Ваших измерениях. Высокочастотная составляющая присутствует, 10-15% от амлитуды, но с частотой 100Гц провылы 100% и составляют 10-12 гр. от периода. Проверил вторую такую-же лампу (незначительно оличаются только качеством маркировки) - картина совпадает стой, что вы описали. Вскрыл первую лампу - отключение сглаживающего конденсатора не изменило картины. Подключил сглаживающий конденсатор бОльшей ёмкости - картина координально изменилась, осталалсь только только ВЧ пульсация .Пульсация 100Гц менее 10%.
  • Пора плакат, о котором я говорил, выпускать массовым тиражём! :) А если видно ВЧ пульсации, то, следовательно, люминофор их не очень-то и сглаживает! PS. Для "чистоты эксперимента" необходимо обеспечить минимум наводок! На фотодиод - должен попадать [B][U]только свет[/U][/B] и ничего больше! Здесь все меры хороши - измерять "издалека", тщательная экранировка, использование дифференциального режима осциллографа, спецусилитель наконец, и т.д.
  • Такая-же, пульсация 10 - 15%, у ламп накаливания 60Вт. У 12 вольтовых галогенк ниже, возможно это связано с большей массой нити. Для измерения использовался P-I-N светодиод в режиме измерения обратного тока, от систем оптоволоконной связи.
  • Ну, не удержусь опять скромно процитировать то, что 10 лет назад писал:
  • Не опечатка. На сколько они вольт были, не помню. Может, и на 500. Когда я писал "3,8мкф/40Вт", я имел в виду "на каждую 40-ваттную лампу": тогда емкостное сопротивление как раз равно индуктивному дросселя. Специально и выпускался такой смешной номинал.
Полный вариант обсуждения »