Светодиодный светильник с регулируемой яркостью. Светодиодные регулируемые лампы
Характеристики светодиодных ламп: описание
На первый взгляд кажется, что светодиодная лампа – это обычный источник света. Чтобы она работала, ее достаточно вкрутить в патрон и готово. На самом деле это не так. Такие лампы имеют сложное устройство и бывают разных видов. Чтобы они бесперебойно работали, надо знать их технические характеристики и по ним подбирать подходящую модель.
Классификация LED ламп
Светодиодные лампы классифицируются по нескольким признакам, указывающим на их технические характеристики. В частности – это ее назначение, конструкция и тип цоколя. Чтобы иметь лучшее представление о разновидностях, давайте рассмотрим каждый признак отдельно.
Назначение
По назначению светодиодные лампы можно разделить на следующие виды:
- для освещения жилой постройки. Часто дома используется с цоколем E27, E14;
- модели, используемые в дизайнерской подсветке;
- для обустройства наружной освещенности. Это может быть подсветка архитектурных строений или элементов ландшафтного дизайна;
- для освещенности участка во взрывоопасной среде;
- модели уличного освещения;
- много светодиодных ламп используется в прожекторах. Они применяются для освещенности промышленных территорий и зданий.
Конструкция
По типу конструкции светодиодные лампы разделяют на следующие виды:
- модели общего назначения используются для освещенности офисных и жилых помещений;
- светодиодная лампа с направленным потоком света устанавливается в прожекторах. Их используют для подсветки элементов архитектурных строений и освещения ландшафта;
- заменить люминесцентные источники света призваны линейные модели. Эти светодиодные лампы изготовлены в форме трубки и подходят по типу цоколя, что дает возможность быстро заменить один источник света на другой.
Цоколь
У светодиодных ламп, в зависимости от их назначения, существуют разные типы цоколей. В основном встречаются такие разновидности:
- Стандартные цоколи с буквенным обозначением «Е» указывают на резьбовой тип. Цифры обозначают диаметр цоколя, например, Е27. Резьбовой цоколь светодиодных ламп идентичен цоколю традиционных источников света с нитью накала. Это легко позволяет их заменять дома в люстрах, настольных моделях, а также в приборах уличного освещения, установленных на столбах. В использовании дома распространены лампы со стандартным цоколем, имеющим обозначение Е27 или Е14. Другое название у Е14 – миньон. Уличное освещение с опор требует использование более мощных светодиодных ламп. Большой размер колбы естественно имеет больший цоколь – Е40.
- Разъем GU10 состоит из 2 штырьков с утолщением на концах. Конструкция цоколя идентична разъемам стартеров, используемых в старых источниках дневного света (газоразрядных). Светодиодная лампа с таким цоколем имеет поворотный тип крепления в патроне. Буквенное обозначение разъема указывает, что G – штырьковый тип, U – наличие утолщения концов. Цифра обозначает расстояние между штырьками. В данном случае – это 10 мм. Штырьковый цоколь отличается электробезопасностью и простотой установки. Лампа со штырьковым разъемом в основном предназначена для потолочных светильников с рефлектором.
- Аналогичный разъем GU5.3 имеет тот же штырьковый тип с расстоянием между элементами 5,3 мм. Этот тип разъема для светодиодных ламп запустили в производство с увеличением спроса на галогенные источники света с таким же разъемом, устанавливаемые в потолочных приборах освещения. Модели с таким цоколем подходят для точечного освещения, устанавливаемого в подвесные потолки. Цоколь легко вставляется в патрон и является таким же электробезопасным.
- У линейных светодиодных изделий в форме трубы установлен цоколь G13. Это тот же штырьковый тип с расстоянием между элементами 13 мм. Такие модели трубчатой формы применяют для замены люминесцентных источников света. Их используют для улучшения освещенности больших площадей, а также устанавливают в помещениях с высокими потолками большой протяженности.
- Цоколь GX53 имеет расстояние между штыревыми элементами 53 мм. Лампы с таким разъемом применяют в накладных и встраиваемых светильниках для мебели и потолка.
Таблица типов цоколей
Излучаемый свет
Свет, который излучает светодиодная лампа, также относится к признакам классификации изделия и указывает его технические характеристики.
Световой поток
Одним из важных параметров, который определяет технические характеристики источника света, является световой поток, то есть мощность его излучения и эффективность. Единицей измерения потока света служит люмен. Второй параметр – эффективность, определяет отношение мощности первого параметра к потребляемой мощности источника света Лм/Вт. В принципе, этот показатель отражает экономичность.
Чтобы сравнить светимость светодиодов с обычной нитью накала надо учесть, что источник света мощностью, например, 40 Вт создает световой поток около 400 Лм. Существуют таблицы для сравнения светового потока разных источников света. Из них можно выяснить, что у светодиодных ламп световой поток в десять раз мощнее, чем у обычного источника света.
Покупая для дома лампу, надо изучать маркировку. Добросовестные производители указывают светоотдачу или мощность светового потока. Но, чаще всего, в маркировке встречаются сравнительные характеристики светодиодного источника света по отношению к аналогу с нитью накала. Особенно такие обозначения больше всего присутствуют на упаковке китайских изделий. Вообще, такую маркировку тоже можно считать верной, хотя она больше несет рекламный характер.
Надо подытожить, что со временем светодиоды вырабатывают свой ресурс, уменьшая мощность светового потока. Это указывает на их недостатки, хотя вечного ничего нет.
Цветовая температура
Светодиодные лампы отличаются от традиционных источников света с нитью накала цветопередачей. Нить накала создает один цвет теплого оттенка – желтый. Светодиоды способны излучать свет широкого диапазона цветовой гаммы, который определяется шкалой температуры цвета.
За основу при построении шкалы взят цвет раскаленного металла. Единицей измерения служат градусы Кельвина. Например, желтый цвет раскаленного металла имеет температуру 2700оК. Температура дневного освещения колеблется в пределах от 4500 до 6000оК. Хотя белый свет у нижней границы имеет желтоватый оттенок. Все цвета с температурой выше 6500оК относятся к холодному свету с голубым оттенком. Выбирая для помещения светодиодный источник света, на такие характеристики надо обращать особое внимание. Кроме того, что при освещенности помещения в разном цвете показывается внутренний вид его убранства, некоторые оттенки могут негативно влиять на зрение человека. Усталость глаз подчеркивает недостатки LED освещения, но это легко исправить правильным подбором цветопередачи.
Светораспределение
Если обычные источники света создают максимум освещенности пространства вокруг себя, то светодиоды имеют направление светового потока в одну сторону. Они излучают свет впереди себя. Такое светораспределение подойдет для ночника или другого прибора освещения, от которого требуется направленный пучок света.
Чтобы светодиоды производили равномерную освещенность пространства, их комплектуют рассеивателем. Также равномерного распределения света добиваются путем установки светодиодов на плоскости под разными углами. Все эти методы позволяют создать равномерное распределение света на определенную площадь. Например, светодиодные лампы могут иметь распространение светового потока под углом 60 или 120о.
Цветопередача
Существует индекс цветопередачи, обозначаемый Ra. Показатель отвечает за естественность цвета предмета, попадающего в поле освещенности определенного источника света. Эталоном индекса является солнечный свет, приравниваемый к показателю 100. Светодиодные лампы имеют индекс 80-90 Ra. Для сравнения, обычная лампа накаливания обладает показателем не менее 90 Ra. Принято считать, что индекс, превышающий 80 Ra, является высоким.
Регулируемые лампы
Светодиодные лампы, так же как и источники света с нитью накала, поддаются регулировке яркости свечения. Управляет свечением светодиодов регулирующий прибор – диммер. Это указывает на достоинства светодиодных ламп, в отличие от их экономных собратьев – люминесцентных источников света. С помощью регулятора можно добиться освещенности помещения, наиболее благоприятного для зрения.
Работа регулятора заключается в формировании импульсов. От их частоты зависит яркость свечения светодиода. Но не все светодиодные лампы являются диммируемыми. Ограничить регулировку может встроенный в лампу драйвер для светодиода, работающий на определенной частоте. Выбирая источник света для дома, надо тщательно прочитать технические характеристики изделия, где на упаковке будет указано, является ли светодиодная лампа диммируемой.
Мощность и рабочее напряжение ламп
Читая технические характеристики на упаковке изделия, многие в первую очередь обращают внимание на такие показатели, как потребляемая мощность и рабочее напряжение. Другими словами, человек желает узнать, какой ток необходим лампе для нормальной ее работы и сколько при этом она израсходует электроэнергии.
Показатель потребляемой мощности играет важную роль в расчете общего потребления освещения дома или улицы. Светодиодные лампы производят разной мощности, в зависимости от их назначения. Например, для дома достаточно будет приобрести изделия мощностью от 3 до 20 Вт. Для обустройства уличного освещения понадобятся более мощные лампы, например, около 25 Вт. Но главное то, что по потребляемой мощности определить яркость свечения не удастся.
Данные для замены ламп накаливания на светодиодные
Другим важным показателем является рабочее напряжение. Источник тока бывает постоянный или переменный. Светодиодам требуется постоянное напряжение 12 V. За их работу отвечает драйвер, который преобразует напряжение сети до необходимых норм. С их помощью светодиодные лампы могут работать от переменного тока напряжением 220 V. Существуют модели, работающие от постоянного и переменного тока напряжением 12–24V. Эти показатели надо учитывать при выборе ламп. Иначе изделие с несоответствующими показателями при подключении к сети откажется работать или просто перегорит.
Маркировка LED ламп
Если взять упаковку любого изделия, то на ней есть маркировка, отражающая все его технические данные. Она схожа с маркировкой экономок и включает следующие параметры:
- основной параметр – мощность источника света, например, 10 или 25 Вт;
- срок эксплуатации изделия. У разных брендов показатель может немного отличаться, но основной срок эксплуатации лампы рассчитан на 50 тыс. часов;
- класс экономичности указан буквенным обозначением. Раньше высоким показателем считали обозначение «А». Сейчас появились «А+» и «А++», что указывает на высокую экономичность;
- тип колбы указан буквенным и цифровым обозначением. Например, модель А55 имеет стандартную колбу как лампа накаливания. Другая маркировка указывает на зеркальные колбы, в форме свечи, матовые, прозрачные и так далее;
- обязательно указан тип цоколя, например, Е27 или другой;
- цветовая температура указана для выбора необходимого цвета свечения;
- световой поток указывает яркость источника света;
- на упаковке также отражен индекс цветопередачи;
- параметры потребления указывают, на какое напряжение рассчитана светодиодная лампа. Например, переменное напряжение 150-220 V частотой 50/60 Гц. Указан диапазон допустимых температур для нормальной работы изделия. Светодиодные лампы стабильно работают при температуре от -40 до +40оС, что опять-таки указывает на их достоинства.
Правильно подобранный по всем параметрам светодиодный источник света при соблюдении всех требований завода-изготовителя гарантированно прослужит долгие годы. Сейчас основные недостатки изделий заключаются только в высокой стоимости, но со временем они станут доступны всем потребителям.
Вконтакте
Google+
Одноклассники
sarstroyka.ru
 Проблемы и перспективы уличного освещения стали темой интервью, которое профессор Дармштадтского института микротехнологии и электромеханических систем Тран Куок Ханх (Tran Quoc Khanh) дал корреспондентам журнала LED professional Review. Актуальность темы стала причиной публикации перевода на страницах нашего журнала. Благодаря достижениям в технологии ЖК-дисплеев и более глубокому пониманию модуляции плотности появились новые способы цифрового управления изображением. Они менее затратны с экономической точки зрения и применимы для любого уровня миниатюризации. В данной статье рассматриваются два цифровых способа управления ЖК-дисплеем в сравнении с классическим. В статье рассматриваются светодиоды с высоким индексом цветопередачи, виды биннинга по цветовой температуре, технология изготовления EasyWhite компании CREE. Обсуждаются также вопросы о том, какие светодиоды оптимальны для внутреннего или наружного освещения и почему; как подбирать светодиоды, чтобы не была заметна разница в цветности. |
5 декабря В статье сравниваются 60-Вт лампы накаливания и две светодиодные лампы с сетевым регулятором яркости с отсечкой фазы по такой характеристике как зависимость светового потока от потребляемой мощности. Кроме того, в статье рассматривается вклад высших гармоник тока при регулировке ламп с помощью диммеров в рассеяние мощности всей системы в целом.С ветотехническая отрасль быстро преобразуется благодаря развитию и совершенствованию светодиодных технологий. У этих технологий наступает этап зрелости, на котором светоотдача и срок службы светодиодных ламп достигают сравнимых или более высоких показателей, чем у люминесцентных ламп. Одним из главных преимуществ применения светодиодов является возможность регулировки их яркости. В этой публикации обсуждаются результаты небольшого исследования, цель которого состояла в сравнении эффективности регулируемых светодиодных ламп с эффективностью 60-Вт лампы накаливания. На рынке предлагается немало регулируемых светодиодных ламп со стандартным регулятором (диммером) с отсечкой фазы. В исследовании измерялся световой поток двух ламп (с номинальной мощностью 6 и 12 Вт) с разными диммерами. Кроме того, рассматривается не только светоотдача самих ламп, но и системы в целом, в т.ч. потери в диммере и электросети при различных нагрузках. Сначала измерялись параметры системы без диммеров (см. табл. 1). На данном этапе исследования применялся стабилизированный лабораторный источник питания на 230 В АС, 50 Гц. Таблица 1. Исходные результаты измерения
Как видно, измеренная мощность светодиодных ламп превышает указанную на них номинальную мощность. Результирующая эффективность в 3–6 раз больше, чем у лампы накаливания. Однако у светодиодных ламп достаточно высокий суммарный коэффициент гармоник (THD), что приводит к снижению коэффициента мощности и увеличению кажущейся мощности. THD и коэффициент мощнос- ти математически определялись в соответствии со стандартом IEEE 1459. В следующих измерениях яркость лампы регулировалась с помощью диммеров с отсечкой фазы. Измерения осуществлялись в трех режимах: нерегулируемом, частично регулируемом и регулируемом на минимальном уровне яркости, при котором свет еще был виден. В эксперименте использовались 13 стандартных европейских диммеров с отсечкой фазы по заднему и переднему фронтам. Измерялись входная (Pin) и выходная (Pout) электрическая мощность диммера, после чего рассчитывалась разностная мощность (dP). Для расчета дополнительно рассеиваемой мощности в сети электропитания вычислялась неактивная мощность (Pnact) (см. табл. 2). Таблица 2. Характеристики ламп в разных режимах регулирования яркости
В последнем ряду значений для каждой из ламп указана расчетная эффективность. Эти данные были получены путем измерения светового потока с помощью люксметра в изолированной среде на определенном расстоянии. Количество светового потока рассчитывалось на основе данных измерения освещенности и значения номинального светового потока, указанного в спецификации изделия. Уровень затемнения (см. табл. 2) — это относительное уменьшение светового потока в определенном положении диммера. Вторая цифра в этой строке является значением эффективного светового потока (лм) лампы, приходящегося на единицу средней выходной мощности (Вт) диммера. Последняя цифра получается путем деления расчетного светового потока (лм) лампы на кажущуюся мощность. Одним из неожиданных результатов измерения являются очень большие значения THD, полученные в условиях регулировки яркостью. Даже если в качестве нагрузки используется лампа накаливания, гармоники имеют большую амплитуду, что увеличивает нагрузку на электросеть и вызывает ее загрязнение. Полученные данные можно проанализировать с помощью нескольких графиков. На первом из них (см. рис. 1) показана зависимость эффективности ламп от их уровня яркости. Следует заметить, что на рисунке 1 значения по вертикальной оси даны в логарифмическом масштабе. На графике представлены кривые светодиодных ламп, которые описывают не только поведение кажущейся мощности, но и действительной мощности от светового потока. Потери на диммере в данных этого графика не учтены. Из рисунка отчетливо видно, что показатели эффективности и потребляемой мощности светодиодных ламп превосходят показатели ламп накаливания. Светоотдача светодиодных ламп в условиях регулирования яркости в 40–80 раз выше, чем у ламп накаливания. На минимальном уровне яркости параметры 6-Вт светодиодной лампы, которая питается с помощью драйвера SSL2101 от NXP, лучше, чем у 12-Вт лампы.
До сих пор существует лишь ограниченное число светодиодных драйверов для регулировки в диапазоне до 10 Вт. Для оптимального решения требуется обеспечить совместимость драйверов, предусмотреть размеры системы и ее стоимость, коэффициент мощности и эффективность. С точки зрения экономии расхода энергии, применение светодиодных ламп с регулируемой яркостью в приложениях с малым уровнем освещения намного эффективнее, чем использование ламп накаливания. Главная причина этого различия в том, что при регулировке яркости лампы накаливания температура вольфрамовой нити уменьшается, в результате чего не только уменьшается рассеиваемая мощность, но и спектр излучаемого света. При этом большее количество энергии преобразуется в тепло, а не в видимый свет. Светодиоды, в отличие от ламп накаливания, не страдают таким недостатком. Напротив, эффективность светодиодов увеличивается при низких токах, т.к. их рабочая температура понижается, а яркость уменьшается в меньшей мере. На рисунке 2 представлена диаграмма рассеяния мощности в диммере.
Мощность рассеивания одного из тестируемых диммеров составила 3,9 Вт. Это значение было получено для электронного диммера 60-Вт лампы накаливания в режиме нерегулируемой яркости. Из графика видно, что совместная работа светодиодной лампы и диммера не приводит к увеличению рассеиваемой на нем мощности. На самом деле, ее величина уменьшается. В среднем рассеиваемая мощность на диммере у 60-Вт лампы накаливания составляет 0,67 Вт, у 12-Вт светодиодной лампы — 0,4 Вт, а у 6-Вт светодиодной лампы — 0,31 Вт. Неактивная (пассивная) мощность численно определяется как квадратный корень из разности квадратов полной и активной мощностей. В импульсных источниках питания для светодиодных ламп эта мощность почти целиком определяется гармониками тока высших порядков, которые появляются в результате использования драйвера и диммера с отсечкой фазы. Лампа накаливания в нерегулируемом режиме работает как идеальный резистор, у которого очень малый ток гармонической составляющей, а коэффициент мощности приближается к единице. Категория «нерегулируемый режим» означает, что сетевой диммер включен, но световой поток лампы имеет максимальную величину. На горизонтальной оси графика (см. рис. 3) данные представлены в нелинейном масштабе. Пассивная мощность нерегулируемой лампы накаливания ниже, чем у нерегулируемых светодиодных ламп. Однако диммер с отсечкой фазы, регулирующий яркость лампы накаливания, создает гармонические токи, величина которых превышает амплитуду этих составляющих в случае со светодиодными лампами с регулируемой яркостью. Замена лампы накаливания с диммером одной из светодиодных ламп, принявших участие в эксперименте, позволяет снизить не только загрязнение электросети, но и дополнительные потери мощности.
На диаграмме рисунка 4 показаны относительные амплитуды 2–20-й гармоник тока в режиме регулирования потока света. Эти значения были получены с помощью одного диммера с отсечкой фазы. На этой диаграмме видна разница между светодиодными лампами и лампой накаливания. Амплитуда гармоник высших порядков у лампы накаливания уменьшается по мере увеличения порядкового номера, тогда как про светодиодные лампы этого не скажешь. Следует заметить, что на диаграмме приводятся относительные цифры.
Наконец, давайте обсудим, в какой степени гармонические токи вызывают потери мощности в сети электропитания. Такой анализ сам по себе сложен и определяется многими факторами. Качество электроэнергии — один из них. Кроме того, в сети электроснабжения при определенных условиях может возникнуть резонанс. Сеть электропитания характеризуется некоторым импедансом оконечного устройства, который зависит от частоты гармоник (см. рис. 5).
Возведенное в квадрат среднеквадратичное значение полного тока, умноженное на значение суммарного импеданса (с учетом импеданса оконечного устройства), позволяет оценить рассеяние мощности в реальной электросети. При составлении таблицы 3 с результатами расчетов предполагалось, что во всех низковольтных сетях потребителей находится по 60 светодиодных ламп (равное распределение). Благодаря меньшему потреблению светодиодных ламп (при том же световом потоке) суммарные потери мощности этих источников света меньше, чем у регулируемых ламп накаливания, даже с учетом относительно больших потерь из-за гармонических составляющих тока. Светодиодные лампы позволяют сэкономить на рассеиваемой в электросети мощности 30–50 Вт. Таблица 3. Расчетные значения потерь в сети электропитания для 60 ламп
Наконец, рассмотрим случай, когда светодиодные лампы применяются не в качестве замены ламп накаливания, т.е. активная мощность всех этих источников света — максимально допустимая. В таком случае при мощности 3680 Вт (230 В ∙ 16 А) потребуется 306 12-Вт или 613 6-Вт светодиодных ламп. При этом кажущаяся мощность может превзойти номинальную емкость инфраструктуры, а рассеиваемая мощность увеличивается настолько, что возникает риск перегрева системы и возникновения пожара. Чтобы предотвратить такую ситуацию, разработчики должны принимать в расчет кажущуюся мощность светодиодных источников света.
Таблица 4. Расчетные значения потерь в электросети при критической нагрузке
Светодиодные лампы потребляют в 4–8 раз меньше энергии, чем лампы накаливания с тем же световым потоком. В условиях регулирования яркости излучения этот показатель вырастает до 40–80. Хотя гармонические составляющие тока при эксплуатации регулируемых светодиодных ламп увеличивают потери, суммарный расход энергии намного ниже, чем у ламп накаливания, яркость которых регулируется диммером с отсечкой фазы. При замене ламп накаливания светодиодными лампами абсолютное снижение полного тока электросети позволяет значительно уменьшить рассеиваемую мощность. В том случае, если светодиодная система освещения используется самостоятельно, а не для замены устаревших технологий, во избежание перегрузок следует принимать во внимание кажущуюся мощность источника света. 1. IEEE Std 1459-2010. 2. Costs and benefits of harmonic current reduction for switch-mode power supplies in a commercial office building. Key, Thomas , Lai, Jih-Sheng . IEEE October 1995. 3. Bhattacharyya, S., Cobben, J.F.G. & Kling, W.L. Harmonic current pollution in a low voltage network. Proceedings of the 2010 IEEE Power and Energy Society General Meeting, Minneapolis, Minnesota, 25-29 July 2010.Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь. Оцените материал:Автор: Виктор Цваненберг (Victor Zwanenberg), ст. инженер по применению, NXP Рекомендовать |
||||||||||||||||||||
www.russianelectronics.ru
Cветодиодная лампа с регулировкой яркости / Хабр
Самодельная светодиодная лампа снабжена увеличительным стеклом, и предназначена для комфортного мелкого монтажа и разборок с миниатюрными радиодеталями — многие радиолюбители знают, что на некоторых SMD-деталях трудно разглядеть маркировку даже под увеличительным стеклом. Наличие качественно рассеянной подсветки значительно улучшает чтение маркировки, и упрощает визуальный поиск дефектов в электронных приборах. Коротко характеристики лампы: — напряжение питания 12 вольт постоянного тока, максимальная потребляемая мощность около 6..7 Вт, количество светодиодов — 20 шт. — встроенный режим автоматической калибровки под напряжение источника питания. — плавное включение и выключение лампы. — плавная регулировка яркости от нуля до заранее запрограммированного предела — с помощью ручки энкодера. Метод регулировки мощности — ШИМ (широтно-импульсная модуляция). — энергонезависимое запоминание всех параметров лампы и последней установленной яркости. — встроенное сервисное меню, доступное через подключение по USB. Меню позволяет настраивать рабочие параметры лампы и просматривать её текущее состояние.Увеличительная линза на штативе, которая в будущем получит подсветку.
На обод линзы по замыслу должны быть установлены светодиоды.
Для изготовления лампы использовались одноваттные светодиоды компании ARL (Arlight), тип OS-1W WarmWhite (75 Lm, 3000K, максимально допустимый ток 0.35 А), цвет свечения — белый теплый. На максимальном токе требуется эффективное охлаждение светодиодов, чтобы не произошло их перегрева свыше 85 градусов Цельсия. Для этого обычно используются специальные радиаторы. Однако я упростил себе задачу — установил светодиоды на простое текстолитовое кольцо, и ограничил максимальный ток до 0.1 А, чем автоматически снималась проблема охлаждения.
Внешний вид одного светодиода. «Толстый» вывод — анод.
Итак, для крепления светодиодов из двухстороннего фольгированного текстолита было вырезано кольцо. На кольце дремелем сделана разводка на 5 секций светодиодов, по 4 светодиода и резистору в каждой секции. Резистор и светодиоды в каждой секции включены последовательно, а все секции — параллельно друг другу, благодаря чему массив из светодиодов оказался рассчитанным на 12 вольт напряжения питания (см. принципиальную схему далее).
На кольцо были припаяны светодиоды и SMD-резисторы. Получилось довольно симпатично.
На обратной стороне кольца дремелем была сделана специальная канавка, разделяющее кольцо меди вдоль — получились две шины питания, которые соединяют 5 секций светодиодов параллельно.
Теплопроводным клеем «Радиал» кольцо было приклеено к ободу линзы. Хотя теплопроводность тут не особенно помогла — обод линзы все равно пластмассовый.
В качестве контроллера и драйвера для управления светодиодами использовалась макетная плата AVR-USB-MEGA16, у которой есть очень удобная возможность обновления программного обеспечения через прошитый в плату USB-бутлоадер. На макетном поле платы был допаян контроллер. Благодаря тому, что на макетной плате было почти все готово, схема получилась очень простая. Допаять нужно было только силовую часть — управление ключевым транзистором, стабилизатор напряжения 5 вольт и RC-цепочку фильтра напряжения с выхода датчика тока.
Вид на готовое смонтированное устройство с обратной и верхней стороны. Силовой транзистор используется без радиатора, так как на нем рассеивается маленькая мощность (он работает в ключевом режиме на частоте порядка 400 Гц).
Написание и отладка программы заняла немного времени, потому что алгоритм работы очень простой, и были использованы готовые куски из других проектов — ledlight, usb-console, encoder.
Консоль управления лампой сделана на основе проекта «USB консоль для управления радиолюбительскими приборами» (см. ссылки [2]). Правки были сделаны минимальные, и все сразу заработало, отладки не потребовалось.
Краткое описание алгоритма — при включении питания считываются настройки из EEPROM, и лампа зажигается с той яркостью, на которой она была ранее выключена. Вращение ручки энкодера влево плавно уменьшает яркость, вращение вправо — яркость увеличивает. Энкодер также имеет кнопку, нажатие на которую включает и выключает лампу. Включение и выключение происходит с плавным изменением яркости — смотрится довольно красиво. Если при подключении внешнего питания была нажата кнопка энкодера, то все настройки EEPROM сбрасываются, и программа перекалибровывает максимальный предел тока регулирования — основываясь на сопротивлении датчика тока и максимально допустимом токе.
Ток через светодиоды измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП (см. ссылки [3]). ШИМ для управления мощностью генерируется благодаря встроенному в микроконтроллер узлу PWM (см. ссылки 4).
Провода от лампы были собраны в кембрик, а контроллер был прикреплен к ножке линзы.
В результате получилась удобная лампа, которую можно применять при точном радиомонтаже.
Несмотря на то, что максимальный ток через светодиоды был уменьшен в три раза (с целью защиты от перегрева), лампа получилась очень яркой.
Скучные технические подробности см. по ссылке [1].
[Что можно улучшить в конструкции лампы]
1. Для светодиодов можно использовать радиатор. Это позволит в 2..3 раза уменьшить количество используемых светодиодов при той же яркости лампы.2. Для светодиодов нужен какой-нибудь светорассеиватель, потому что каждый светодиод по отдельности светится очень ярко, что некомфортно для глаза — даже если смотреть на светодиод сбоку.3. Можно точнее подобрать сопротивление датчика тока, чтобы падение напряжения на нем лучше подходило к интервалу опорного напряжения — это позволит повысить точность измерения тока. Для низкоомных датчиков тока (1 Ом и менее) можно включить АЦП в режим дифференциального входа с коэффициентом умножения X10.4. Для сглаживания пульсаций тока через светодиоды увеличить частоту ШИМ и поставить последовательно с ними дроссель (так делается в схемах с аппаратным драйвером). Эта доработка позволит увеличить максимально допустимое напряжение питания схемы (сейчас оно 12 вольт). Еще один канал АЦП можно использовать для измерения напряжения питания светодиодов — это позволит автоматически стабилизировать ток через светодиоды при изменении напряжения питания.
[Ссылки]
1. AVR-USB-MEGA16: контроллер/драйвер светодиодов с регулировкой яркости свечения. Исходники, принципиальная схема, документация, фото.2. USB консоль для управления радиолюбительскими приборами.3. ATmega16 (32): аналогово-цифровой преобразователь (ADC).4. ATmega16 — PWM с помощью T/C0, T/C1, T/C2.5. Особенности схемотехники драйверов сверхярких светодиодов.6. Драйвера накачки белых светодиодов фирмы National Semiconductor.7. HV9910 — ШИМ-драйвер для сверхярких светодиодов (даташит на английском).8. LT3474/LT3474-1 — Step-Down 1A LED Driver (описание на английском).
habr.com
Светодиодные лампы с регулированием яркости
09.09.2016
Применение: Основное освещение Технология: Светодиоды Целевая группа: Розничная торговля, Частные магазины, Широкая публика, Установщик
Лампы, производящие свет при помощи светоизлучающих диодов (светодиоды), не всегда совместимы с регуляторами силы света. Возможность регулирования яркости для каждой конкретной светодиодной лампы указана на ее упаковке. Однако с регулируемыми версиями также могут возникать проблемы, особенно если они используются с уже установленными регуляторами яркости для классических ламп. Это связано, с одной стороны, с особенностями электронных компонентов, с другой стороны — с низкой мощностью светодиодных ламп, для которой требуются особые характеристики регулятора. У тех, кто учитывает изложенную ниже информацию при выборе регулятора яркости, все же есть возможность получить необходимый свет с помощью современных энергосберегающих ламп.
Энергоэффективные, экономичные светодиодные лампы с отражателем OSRAM служат отличной альтернативой вольфрамовым галогенным лампам высокого напряжения с отражателем, которые с 1 сентября 2016 года запрещено выпускать в обращение в рамках запрета на неэффективные источники света на территории ЕС. Галогенные лампы потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, но принцип работы у них почти одинаковый: если нажать выключатель освещения, ток пройдет по проводу в лампу, которая нагреется до достаточной степени, чтобы испускать тепло и свет. Таким образом, управлять яркостью относительно просто — для этого нужен подходящий регулятор, который пропустит меньше тока через провод, что приведет к меньшему нагреванию и свечению лампы.
Светодиоды (светоизлучающие диоды) работают совершенно по-другому — они представляют собой электронные полупроводники. Вот почему светодиодные лампы имеют электронные компоненты, сравнимые с небольшим компьютером, которые переключаются в восходящем направлении от светодиода и контролируют, среди прочего, соответствие типа тока и его постоянную подачу. Эти сложные электронные функции в светодиодных лампах должны приниматься во внимание при выборе регулятора.
Еще одна трудность для некоторых регуляторов — низкая мощность светодиодных ламп. Ранее регуляторы разрабатывались для ламп накаливания. В этих лампах нужная яркость обычно достигалась с помощью поворотного переключателя на стене. А светодиодной лампе, сравнимой, например, с 60-ваттной лампой накаливания, требуется для такой же яркости намного меньше подключенной нагрузки — всего лишь около девяти ватт, что означает гораздо меньшие возможности для управления светом. Следовательно, нужен регулятор яркости, способный справиться с этой сложностью. При других регуляторах лампа может мигать, производить шум или хуже того — выйти из строя или вывести из строя регулятор.
Прежде чем заменять вольфрамовую галогенную лампу светодиодной в светильнике с регулированием яркости, следует учесть приведенные ниже сведения.
- Используйте с регуляторами только те светодиодные лампы, на упаковке которых четко указана возможность регулирования яркости.
- Регулятор яркости должен подходить конкретной светодиодной лампе. Информация о совместимых регуляторах приводится на веб-сайтах производителей ламп, например на сайте www.ledvance.com/dim.
- На веб-сайтах производителей регуляторов яркости (например, Merten, Gira, Jung) также указываются сведения о совместимости или полезные онлайн-инструменты для помощи в этом вопросе. Если вы не знаете точно, какие регуляторы у вас установлены, обратитесь к владельцу здания или электрику.
- Избегайте дешевых систем управления светом и светодиодных ламп, которые часто предлагаются в Интернете. Качество таких предположительно «бюджетных» изделий часто оставляет желать лучшего и может привести к низкой производительности или даже поломкам.
- Если иное не предусмотрено производителем регулятора яркости, используйте в одной цепи регулятора только лампы одинакового типа. Разные производители по-разному конструируют свои светодиодные лампы, и это может вызвать проблемы.
- Используйте регулятор яркости в тех случаях, когда яркость требуется уменьшать время от времени. Если же вам постоянно нужен неяркий свет, выберите лампу с более низкой мощностью. Это связано с тем, что для постоянного регулирования яркости высокопроизводительной лампы требуется больше энергии, чем для работы лампы с более низкой номинальной мощностью.
www.ledvance.com.ru
Светодиодный светильник с регулируемой яркостью
Читать все новости ➔
В больших квартирах и частных домах в вечернее и ночное время трудно проследовать по темным коридорам или лестницам. Для собственной безопасности, чтобы не передвигаться, что называется, на ощупь, приходится включать освещение. Многие так и поступают, но есть и альтернативный вариант - светильники мягкого света, которые можно устанавливать автономно в любом месте на усмотрение хозяина.
Кроме безусловных «плюсов» такие автономные светильники имеют несколько существенных недостатков.
Во-первых, автономность - питание от батарей или аккумуляторов, которые со временем приходят в негодность или нуждаются в зарядке.
Во-вторых, в качестве освещающего элементов в таких устройствах задействованы лампы накаливания, имеющие (как и все лампы накаливания) низкий КПД, малый ресурс работы и потребляющие относительно большой ток. В качестве альтернативного экономичного варианта предлагается простое электронное устройство, схема которого показана на рис.1. В нем в качестве осветительных элементов применены мощные светодиоды.
Устройство представляет собой импульсный низковольтный регулятор мощности постоянного тока, позволяющий изменять яркость свечения мощных светодиодов или значение тока в другой активной нагрузке. По сравнению со светильниками на основе ламп накаливания такое устройство лишено главных недостатков - ресурс работы светодиодов соответствует нескольким десяткам тысяч часов, предусмотрена возможность плавной регулировки мощности освещения, устройство предназначено для питания как от автономных источников тока (батареек или аккумуляторов), так и от стационарного стабилизированного источника питания с напряжением 6...15 В. Кроме того, оно просто в повторении, так как содержит всего одну КМОП-микросхему.
Применение в схеме светодиодов позволяет широко расширить область его применения.
Так, если вместо указанных на схеме светодиодов установить светодиоды другого цвета свечения (синего, желтого, красного, зеленого и других), кроме того, установить даже мигающие светодиоды, тогда данное устройство можно с успехом применять в качестве аварийной индикации каких-либо процессов. При этом яркость его свечения не уступает яркости нескольких миниатюрных ламп накаливания (на напряжения 6,3...13,5 В) но, по сравнению с ними, такое устройство потребляет гораздо меньшую мощность.
Устройство можно использовать для плавной регулировки освещенности в салоне автомобиля, а также для регулировки яркости подсветки его приборной панели и для многих других целях.
Работа устройства
В устройстве (рис.1) применена микросхема К561ЛЕ5, три элемента которой включены по схеме инверторов. В каждой микросхеме К561ЛЕ5 имеется четыре однотипных элемента. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью.
Рис. 1
Импульсы с выхода второго элемента, DD1.2 через DD1.3 поступают на затвор мощного полевого транзистора VT1, в цепь истока которого через ограничительные резисторы R3 и R4 включена нагрузка - две цепи по четыре светодиода HL1-HL8. Транзистор VT1 при отсутствии сигнала на затворе имеет большое сопротивление (порядка нескольких МОм) перехода сток-исток, поэтому ток потребления устройства ничтожно мал - всего несколько мкА (когда светодиоды не светятся), и, при включенном VT1 может доходить до 200 мА (в зависимости от режима работы устройства и типа примененных мощных светодиодов).
Когда на выходе инвертора DD1.3 присутствуют импульсы с преобладающим высоким уровнем напряжения, транзистор VT1 находится в открытом состоянии большую часть периода импульса, генерируемого ИМС DD1. Когда на входе транзисторного ключа будут прямоугольные импульсы с преобладающим низким уровнем напряжения (это зависит от положения движка переменного резистора R2, регулирующего скважность импульсов), транзистор находится в открытом состоянии меньшую часть периода импульсов генератора на DD1. При этом ток через светодиоды уменьшается вплоть до почти полного его отсутствия.
Яркость светодиодов HL1-HL8 изменяется в зависимости от уменьшения или увеличения скважности положительных импульсов на выходе элемента DD1.3.
Все неиспользованные входы микросхемы DD1 (выводы 12,13) желательно объединить между собой и подключить к «+» питания.
Транзистор VT1 следует установить на теплоотвод, он потребуется в случае длительного использования устройства во включенном состоянии (в режиме 24 часа).
Переключение транзистора происходит с почти постоянной частотой около 100 Гц. С помощью переменного резистора R2 скважность импульсов можно изменять так, что мощность, подводимая к нагрузке, варьируется в пределах от 5 до 95% от предельного значения. Свечение светодиодов получается мягким, мерцания не заметно.
Конструкция и детали
Печатная плата устройства для экономии времени не разрабатывалась. Элементы закрепляют на монтажной плате. Выводы соединяют перемычками проводами МГТФ сечением 0,2...0,35 мм. Промышленный корпус светильника с регулятором внутри крепят в удобном месте и соединяют проводниками со стационарным источником питания через компактный разъем, например РП10-5.
Ручка регулировки переменного резистора должна быть доступна для изменения яркости светодиодов в случае необходимости.
Полевой транзистор КП743Б можно заменить КП743А, КП510 с любым буквенным индексом или зарубежным аналогом IRF511.
Все постоянные резисторы типа МЛТ или С2-23. При длительной эксплуатации устройства резисторы R3, R4 будут нагреваться до температуры 40...50°С. Если предполагается работа в режиме 24 часа - R3 и R4 лучше заменить более мощными, с мощностью рассеяния 1 Вт.
Переменный резистор R2 (кроме рекомендуемого СПО-1БВ) может быть типа СПЗ-12В, СП3-3ОВ и аналогичного. Желательно, чтобы он имел линейную характеристику изменения сопротивления - букву «А» в индексе.
Конденсатор С1 типа КМ-6 или К73-17, что предпочтительней. Оксидный конденсатор С2 фильтрует пульсации напряжения источника питания по низкой частоте. Он может быть любого типа, например К50-29.
Диоды VD1, VD2 можно заменить КД521, КД522, Д311 и аналогичными с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD3 служит в качестве защитного элемента при перенапряжении от источника питания (к примеру, при установке устройства в автомобиль). Если использовать устройство в квартире с питанием от стабилизированного источника, то VD3 можно исключить из схемы.
Вместо микросхемы К561ЛЕ5 можно применить микросхему К561ЛА7. Кроме того, допустима замена микросхемой К561ЛН2 с учетом того, что у нее другая цоколевка выводов.
Светодиоды, кроме указанных на схеме, могут быть типа RS276-143 и аналогичные. Если указанные на схеме светодиоды (8 шт.) окажутся слишком яркими, их количество можно сократить до 6 шт. При этом надо увеличить номинал R3 и R4 до 91 Ом и установить их мощностью 1 Вт.
Настройка
Настройки устройство не требует.
В точке соединения выводов 1, 2, 4 микросхемы DD1 осциллографом удобно контролировать наличие импульсов и, при изменении положения движка переменного резистора R2, их скважность.
Мощные светодиоды L793SRC-E имеют силу света 2,8 кандел. Она несравнима с силой свечения популярного некогда индикаторного светодиода АЛ307БМ (не более 10 милликандел), поэтому по величине светового потока, а также из-за возможности регулировки силы свечения, предлагаемое устройство, на мой взгляд, останется актуальным еще долго.
Автор: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Возможно, Вам это будет интересно:
meandr.org
