Электросхема светильника светодиодного ску 02

Разработка источников питания для уличного светодиодного освещения

Texas Instruments UCC28810

Павел Ильин, Андрей Соколов

В статье рассмотрен пример построения однокаскадного источника питания для уличных светодиодных светильников общего назначения. Этот импульсный преобразователь напряжения, построенный по топологии SEPIC на базе микросхемы UCC28810 компании Texas Instruments, предназначен для применения в составе уличного светильника. Его максимальная выходная мощность около 80 Вт. Он вырабатывает стабильный выходной ток 350 мА и питается от сети переменного тока с номинальным напряжением 220 В.
В данном материале описан один из возможных подходов к вопросу питания светодиодных источников света общего назначения. Источник такого типа часто называют светодиодной лампой или светодиодным светильником.

К такому источнику предъявляется ряд требований. Чаще других применяют следующие: непосредственное питание светодиодов, минимальная себестоимость источника, совместимость с питающими сетями, защита от аварийных режимов работы. Данный список может быть расширен, однако, перечисленные требования применимы в большинстве случаев. Рассмотрим эти требования подробнее.

Непосредственное питание светодиодов. Для источника питания полезной нагрузкой является массив светодиодов. Как известно, светодиоды обладают относительно низким дифференциальным сопротивлением, или, как иногда говорят, жесткой вольтамперной характеристикой. Питать их рекомендуется от источника постоянного тока. Ток должен быть стабилен, и источник должен иметь соответствующую максимальную мощность или максимальное выходное напряжение. Такой источник может питать светодиоды при непосредственном подключении без применения какого-либо пассивного, активного или реактивного балласта.

Минимальная себестоимость источника. Это требование очевидно. Отметим, что одной из слабых сторон современных светодиодных светильников является их относительно высокая себестоимость, поэтому, производители стремятся снизить ее всеми доступными средствами, в том числе, снижая стоимость источника питания.

Совместимость с питающими сетями. Как известно, имеющиеся электрические сети наиболее эффективны при использовании с резистивной нагрузкой. Например, электронагревательные приборы, лампы накаливания. Другие типы нагрузки, такие как электронное оборудование, газоразрядные лампы, требуют применения специальных источников питания. Одной из основных характеристик источника, наравне с максимальной выходной мощностью и КПД, является коэффициент мощности. Фактически этот коэффициент показывает степень подобия потребителя обычному резистору с точки зрения поставщика электроэнергии. Коэффициент мощности, равный единице, означает, что поставщик энергии не отличит данного потребителя от обычной резистивной нагрузки, например, лампы накаливания.

Защита от аварийных режимов. Такое требование применимо практически к любым источникам питания. Однако в нашем случае оно имеет определенную специфику. Обычно предполагается, что источник питания может работать на холостом ходу и на нагрузку до максимального допустимого тока включительно. Источник надо защищать теми или иными средствами от работы на низкоомную нагрузку и от работы на короткое замыкание. Особенность источника с токовым выходом состоит в том, что он может работать относительно безболезненно на короткое замыкание и на нагрузку с импедансом до максимально допустимого значения. От работы на высокоомную нагрузку и от обрыва нагрузки такой источник также надо защищать. Действительно, источник тока с обрывом в цепи нагрузки должен выработать бесконечно большую мощность, чтобы поддерживать заданный ток при неограниченно высоком напряжении на выходе. Что, очевидно, невозможно и приведет к той или иной аварии в системе питания, если только не применены специальные средства защиты, ограничивающие выходное напряжение источника и, следовательно, его мощность в аварийном режиме.

Топология источника питания

Как обычно, при построении источника питания одной из первых решается задача выбора архитектуры устройства. Поскольку перед разработчиком стоит сразу несколько задач, логично выбрать архитектуру с несколькими этапами преобразования энергии и распределить решаемые задачи по отдельным каскадам. Один из наиболее распространенных подходов предполагает использование двух силовых контуров (рис. 1).

Рис. 1. Структура двухкаскадного преобразователя

Первый силовой контур обеспечивает повышение напряжения выше мгновенного входного напряжения, при этом на него возложена функция корректора коэффициента мощности (ККМ). ККМ охвачен отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. Дополнительно реализована защита от перенапряжения, которая отключает повышающий преобразователь, если напряжение на его выходе достигло максимального разрешенного уровня. Напряжение после ККМ фильтруется на главном и практически единственном накопительном конденсаторе большой емкости. Далее высокое постоянное напряжение подается на понижающий преобразователь. Особенность этого преобразователя — его обратная связь. Благодаря ООС по току, а не по напряжению, как в большинстве преобразователей, он стабилизирует на своем выходе именно ток, которым питаются светодиоды.

Такая архитектура двухкаскадного источника питания с корректором коэффициента мощности и токовым выходом хорошо известна, часто и успешно применяется. При ряде положительных свойств она обладает относительной сложностью, так как содержит два силовых каскада. Второй ее недостаток — относительно низкий КПД, так при типичном КПД каждого каскада 90% результирующий КПД устройства составит только 81%, что не всегда приемлемо.

Альтернативную архитектуру однокаскадного корректора коэффициента мощности с токовым выходом рассмотрим на практическом примере.

Пример построения источника питания для светодиодных светильников общего назначения

Рассмотрим источник питания для уличного светодиодного светильника на примере проекта PMP3976. Принципиальная схема источника приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Электрическая схема источника питания для уличного светодиодного светильника

Как следует из названия, этот источник питания предназначен для применения в составе уличного светильника. Его максимальная выходная мощность около 80 Вт. Он вырабатывает стабильный выходной ток 350 мА и питается от сети переменного тока с номинальным напряжением 220 В. Как видно из схемы, это импульсный преобразователь напряжения, он построен по топологии SEPIC и, следовательно, не имеет гальванической изоляции между входом и выходом. Это вполне допустимо для уличных светильников, но требует исключительной осторожности при лабораторных испытаниях. Несмотря на очевидную простоту схемы, данный источник содержит корректор коэффициента мощности. Его работа видна на рисунке 3, где представлены следующие эпюры: входное синусоидальное напряжение питания источника и почти синусоидальный потребляемый ток.

Рис. 3. Входное напряжение и потребляемый ток

Как видно из рисунка, форма тока несколько отличается от идеальной синусоиды, поэтому коэффициент мощности меньше единицы, что, впрочем, характерно для любого реального корректора коэффициента мощности. В таблице 1 приведены результаты лабораторных испытаний, которые проводились в диапазоне входных напряжений и при фиксированной нагрузке.

Таблица 1. Результаты лабораторных исследований

Ток нагрузки, А

Выходное
напряжение, В

Входное
напряжение, В

Коэффициент
мощности,

Источник

Электрические схемы настольных светильников. Диагностика — электрических соединений

Каждый из нас отдает свое предпочтение в выборе той или иной модели настольной лампы. Необходимо так же задумываться: Каким образом мы в последствии будем заниматься ремонтом настольной лампы? Отдавать в ремонт при ее неисправности либо заниматься ремонтом самому?

Настольная лампа Mantra 1314

Чтобы проводить ремонт самому, — непременно необходимы определенные знания в физике и электротехнике с дополнительными знаниями основ электроники .

Тема на первый взгляд может показаться простой, — но не совсем. Почему именно? — Потому что имеется в настоящее время разнообразие таких электрических схем для различных моделей настольных ламп.

Электрические схемы настольных ламп

Наиболее простая электрическая схема \рис.1\ как для настольных ламп так и для различных моделей светильников бра, — имеет сравнение с данной электрической схемой:

Данная электрическая схема больше подходит к электрической схеме светильников бра, но так же имеет место и для электрической схемы настольных ламп.

Возьмем к примеру электрическую схему справа, — такая схема вполне подходит как к настольной лампе так и к светильнику бра, состоящей из:

Соединения настольной лампы

Рассмотрим контактные соединения для настольных ламп:

Каких либо полных объяснений \рис.2\ схематическое изображение \устройство\ настольной лампы, — не требует. На рисунке наглядно показаны контактные соединения:

• лампочки с электрическим патроном;
• выключателя;
• штепсельной вилки с сетевым кабелем.

Необходимые электроинструменты которые могут понадобиться, — следующие:

• пассатижи;
• две отвертки \крестовая и плоская\;
• прибор «Мультиметр»;
• кембрик;
• паяльник;
• паяльное олово;
• паяльная кислота.

Лампа настольная с регулировкой яркости

Рассмотрим следующую электрическую схему для настольных ламп. Схема ступенчатого регулятора яркости освещения \рис.3\ состоит из:

• ключа \выключателя\ — S1;
• предохранителя — F1 0,5 А;
• двух конденсаторов — С1 и С2;
• ступенчатого регулятора яркости освещения — S2, S3, S4;
• двух резисторов — R1, R2 \сопротивление 510 кОм, мощность 0,12 Вт \;
• двух конденсаторов — С1, С2;
• электрической лампочки — HL1 мощность 60 Вт.

Соединение в электрической цепи для:

• предохранителя;
• двух конденсаторов;
• двух резисторов;
• ключей \S1, S2, S3, S4\,

— последовательное. Соединение с контактами электрического патрона лампочки — параллельное. Электрическая цепь замыкается на спирали лампочки HL1.

Принцип работы ступенчатого регулятора яркости освещения будем прослеживать при подключении данного прибора \электрической схемы\ к внешнему источнику переменного напряжения.

При замыкании контактов ключа S2, для участка электрической цепи: F1-C1-R1, — яркость освещения лампочки будет средней.

При замыкании контактов ключей S2 и S4, для двух участков электрической цепи:

— яркость освещения лампочки будет самой низкой.

При замыкании контактов одного ключа S4, — напряжение подаваемое на лампочку будет соответствовать напряжению внешнего источника переменного напряжения, то есть яркость освещения будет наибольшей.

Электрическая схема настольной лампы может состоять из следующих схем. Данные две схемы \рис.4\ настольного светильника имеют как одну так и две люминесцентные лампы.

Соответственно, схема для подобных настольных светильников будет выглядеть следующим образом:

Схемы в своем исполнении простые. Подобные схемы могут включать в свое содержание конденсатор, соединенный в электрической цепи — параллельно.

Участок электрической цепи для одного потенциала имеет последовательное соединение для:

• двух люминесцентных ламп;
• двух стартеров;
• одного дросселя,

• одной люминесцентной лампы;
• одного стартера;
• одного дросселя.

Дроссель, представляющий из себя катушку, — проверяется на наличие сопротивления прибором Омметр либо прибором Мультиметр — предварительно выставленным в позицию измерения сопротивления.

Диагностику для линейной люминесцентной лампы можно провести пробником, — для двух штырьков с одной и с другой стороны лампы \лампа имеет спираль с одной и с другой стороны\.

Стартер на наличие сопротивления — проверить невозможно, так как стартер состоит из двух электродов между которыми имеется разрыв. Целесообразней его просто заменить.

Конденсатор предназначен в электрической цепи как сглаживающий фильтр \сглаживание пульсаций переменного или синусоидального напряжения\. Настольная лампа к этим схемам может работать \светиться\ и без конденсатора.

Выбор освещения и типы ламп для настольных светильников показаны на рисунке 5

Типы ламп для настольного светильника

Типы ламп для контакта с электрическим патроном имеют следующие названия:

• лампа светодиодная — LED;
• энергосберегающая полуспиральная лампа — CFL;
• обыкновенная лампа \со спиралью\ — GLS.

Данный рисунок также указывает, что замену лампы следует проводить при разъединении штепсельной вилки от электрической розетки.

энергосберегающая лампа CFL

Рассмотрим электрические схемы регуляторов яркости \мощности\ для настольных ламп.

Электрическая схема \рис.6\ регулятора яркости, состоит из следующих элементов электроники:

• потенциометра;
• пяти резисторов;
• двух транзисторов;
• диодного моста;
• конденсатора;
• одностороннего стабилитрона;
• тиристора триодного \запираемого в обратном направлении с управлением по катоду\.

Транзистор VT1 имеет p-n-p переход, транзистор VT2 — n-p-n переход. Одна диагональ диодного моста соединена с электрической схемой регулятора мощности, другая диагональ диодного моста соединена с нагрузкой \лампой\.

Электрическая схема \рис. 7\ регулятора яркости в общем то состоит из таких же элементов электроники, что и в электрической схеме рисунка 6. В дополнение, здесь имеет параллельное соединение — триодный симметричный симистор. Регулировка яркостью лампы осуществляется поворотом ручки потенциометра.

настольная светодиодная лампа с регулятором яркости

Для остальных незначительных причин неисправности данных настольных ламп могут быть такие причины как:

• разрыв провода сетевого кабеля в месте соединения со штепсельной вилкой;
• разрыв провода сетевого кабеля по его длине;
• перегорание лампы.

Подробное описание проведения диагностики для всех типов светильников, — Вы сможете найти в этом блоге.

Источник