Светодиодные светильники с конденсатором

Расчет конденсатора для светодиодов

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.

Подключение одного светодиода

Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:

• Максимальный ток диода – 0,15А;
• напряжение питания диода – 3,5В;
• амплитудное напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

Подключение нескольких светодиодов

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

• Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
• сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

• R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
• R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
• C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
• R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Источник

Драйвер на балластном конденсаторе для Led лампы 220В.Какие плюсы и минусы есть у такой лампы

Сегодня,светодиодные лампы на 220 Вольт лидируют в освещении,они быстро заменили энергосберегающие лампы и лампы накаливания и должны по заявленным данным работать еще дольше и экономичнее.То что они экономичней,это действительно так,но порой бывает выходят из строя через полгода-год,хотя должны прослужить дольше.В чем причина,почему led лампы выходят из строя так рано ? Одна из причин-драйвер,который выполнен на балластном конденсаторе.Простота и дешевизна-это плюс этих ламп,а вот минусы. вот о них и поговорим.

На фото приведена классическая схема драйвера на конденсаторе.Конденсатор емкостью 1.2мкФ ограничивает переменный ток,поступающий из сети 220 Вольт.Далее,переменный ток выпрямляется в постоянный и поступает на светодиоды.Светодиоды светят и вроде все нормально.Но ток светодиодов не стабилизирован,их работа полностью зависит от того,что происходит в сети 220 Вольт.Если напряжение в сети повысится до 270 Вольт,то и ток,который ограничивает конденсатор тоже повысится и поступит на светодиоды,что может привести к их порче.Также при такой схеме происходят броски тока,еще есть пульсации на светодиодах,которые могут приводить к стробоэффекту. Лампы с конденсатором выпускают на небольшую мощность.Если надо увеличить ток для светодиодов еще больше,то тогда придется увеличивать емкость конденсатора и соответственно увеличатся и его размеры.Еще конденсатор сдвигает фазу в сети 220 Вольт,что не очень хорошо.Нет никакой защиты от перегрева светодиодов.Вот столько минусов у этой лампы.В итоге,светодиоды быстро выходят из строя и лампа не отрабатывает заявленные часы.

Источник

Falconist. Мемуары

Ещё один конденсаторный балласт для LED-ламп

Запись опубликовал Falconist · 18 сентября, 2018

Описываемое ниже техническое решение, в принципе, составляет предмет изобретения, т.к. его аналоги мне не встречались. Однако, по зрелому размышлению, поскольку оно не устраняет всех недостатков конденсаторных балластов для светодиодных ламп, то и не заслуживает оформления в виде отдельной статьи. В то же время, сам принцип представляется достаточно оригинальным и может быть основой для дальнейших разработок в этом направлении.

Балласты для светодиодных ламп на гасящем конденсаторе, имеют существенный недостаток, перечеркивающий их положительные качества (простота и дешевизна). Он заключается в протекании экстра-токов через нагрузку (светодиоды) при подаче питающего напряжения в произвольный момент сетевой синусоиды. Результатом этого является сгорание светодиодов и выход лампы из строя. Типичная схема такого балласта приведена ниже:

Известны способы коррекции этой проблемы путем встраивания стабилизатора тока между гасящим конденсатором и светодиодами ( http://forum.cxem.net/index.php?/topic/144027-модернизация-светодиодной-лампы/ ; http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=107959 ). Решение само по себе неплохое, поэтому по сути своей критике не подвергается, а вместо него предлагается альтернативный вариант, заключающийся в принципиальном устранении возможности подачи напряжения питания в любой другой момент сетевой синусоиды, кроме момента ее перехода через ноль.

Обеспечивается это применением оптоизолятора серии MOC30xx со встроенным детектором нуля сетевого напряжения. Схема приведена ниже:

При сравнении ее с приведенной выше «типичной» схемой, видно, что добавлены три детали: оптоизолятор U1, резистор R4 и конденсатор C3.

Работает эта схема следующим образом. Сразу же после подачи напряжения питания оптосимистор оптрона (выводы 4-6) закрыт и конденсатор С2 начитает заряжаться через дополнительный конденсатор С3 относительно малой емкости. Когда напряжение на нем достигнет порога открывания светодиода оптрона (выводы 1-2), оптотиристор откроется в начале следующей полуволны сетевого напряжения и напряжение питания начнет поступать на нагрузку (светодиоды) через «основной» конденсатор С1.

Для данной схемы совершенно спокойно подходят также оптроны MOC3043 и MOC3083. Важно только, чтобы в конце маркировки стояла «тройка», означающая, что для полного открывания достаточно всего 5 мА тока через светодиод. Хотя в настоящее время оптроны MOC304х, позиционируются, как для применения при напряжении питания 120. 127 В, но в начале 2000-х предназначались для сетей с напряжением 220. 240 В. А оптроны MOC308х, очевидно, избыточны. Аналогично дело обстоит и с оптронами MOC302х В сценических осветителях для галогенных ламп 500 Вт моей разработки уже почти 15 лет успешно работают оптроны MOC3023 без единого «вылета».

Схема апробирована «в железе» на подопытной «кошке» — светодиодной лампе «кукуруза» с вышедшим из строя и перемкнутым одним светодиодом (фото выполнено в процессе переделки):

Запитывалась она от сетевого напряжения через реле, управляемое импульсным коммутатором, работающим с частотой около 0,5 Гц, в течение всего воскресного дня (около 10 часов). По поводу мигания на балконе пришлось выдержать войнушку с женой , но консенсус (помещение в светонепроницаемую коробку) был достигнут и эксперимент завершился успешно, а именно, лампа выдержала более 15000 включений/выключений, не выйдя при этом из строя. Что и требовалось доказать.

Я прекрасно понимаю недостатки этой схемы, а именно, повышенный уровень пульсаций светового потока (с конденсатором С2 емкостью 10 мкф):

а также недостаточную защиту от импульсных помех, накладывающихся на сетевую синусоиду. В то же время, дребезг сухих контактов для нее не страшен — оптосимистор при прекращении протекания тока через него запирается и открывается снова только в начале следующего полупериода.

Естественно, лампы с подобным уровнем пульсаций светового потока крайне не рекомендую для применения в жилых и рабочих помещениях, если важны здоровые глаза (жилые комнаты, кухня, рабочий стол и т.п.), однако, вполне приемлемы в подсобных помещениях (прихожая, туалет, ванная, лестничная клетка и т.п.).

Источник

LED светильники своими руками

Постепенно приборы освещения переходят на светодиодные лампы. Произошло это не сразу, был затяжной переходный период с применением так называемых экономок – компактных газоразрядных лампочек со встроенным блоком питания (драйвером) и стандартным патроном Е27 или Е14.

Такие лампы широко применяются и сегодня, поскольку их стоимость в сравнение с LED источниками света не такая «кусачая».

При неплохом балансе цены и экономичности (разница в цене с обычными лампами накаливания со временем окупается за счет экономии электроэнергии), газоразрядные источники света имеют ряд недостатков:

• Срок службы ниже, чем у ламп накаливания.
• Высокочастотные помехи от блока питания.
• Лампы, не любят частого включения – выключения.
• Постепенное снижение яркости.
• Влияние на расположенные рядом поверхности: на поверхности потолка (над лампой) со временем появляется темное пятно.
• Да и вообще, иметь в доме колбу с некоторым количеством ртути как-то не очень хочется.

Прекрасная альтернатива – светодиодные светильники. Список достоинств весомый:

Потрясающая экономичность (до 10 раз в сравнение с лампами накаливания).

Огромный срок службы.

Совершенные и безопасные блоки питания (драйверы).

Абсолютно не зависят от количества включений.

При нормальном охлаждении не теряют яркости практически весь период эксплуатации.

Полная механическая безопасность (даже если разбить декоративный рассеиватель, никаких вредных веществ в помещение не попадет).

• Направленность светового потока предъявляет высокие требования при конструировании рассеивателя.
• Все-таки они дорого стоят (речь идет о качественных брендах, безымянные изделия среднего уровня вполне доступны).

Если ценовой вопрос регулируется подбором производителя, то конструктивные особенности не всегда позволяют просто заменить лампу в любимой люстре. Разумеется, есть богатый выбор классических грушевидных LED ламп, которые подходят под любой размер.

Но именно в этой конструкции кроется «засада».

Перед нами качественная (при этом относительно недорогая) лампа с яркостью свечения 1000 Lm (эквивалент 100 ваттной лампы накаливания), и потребляемой мощностью 13 Вт. У меня такие LED источники света работают по много лет, светят приятным теплым светом (температура 2700 K), и никакой деградации яркости со временем не наблюдается.

Но для мощного света, требуется серьезное охлаждение. Поэтому корпус у этой лампы на 2/3 состоит из радиатора. Он пластиковый, не портит внешний вид, и достаточно эффективен. Из конструкции следует главный недостаток – реальным источником света является полусфера в верхней части лампы. Это затрудняет подбор светильника – не в каждой рожковой люстре такая лампа будет выглядеть гармонично.

Есть лишь один выход – покупать готовые LED светильники, конфигурация которых изначально рассчитана под конкретные источники света.

Ключевое слово – покупать. А куда девать любимые торшеры, люстры и прочие светильники в квартире?

Поэтому было принято решение конструировать LED лампы самостоятельно

Основной критерий – минимизация стоимости.

Есть два основных направления при разработке светодиодных источников света:

1. Применение маломощных (до 0.5 Вт) светодиодов. Их требуется много, можно сконфигурировать любую форму. Не нужен мощный радиатор (мало греются). Существенный недостаток – более кропотливая сборка.

2. Использование мощных (1 Вт – 5 Вт) LED элементов. Эффективность высокая, трудозатраты в разы меньше. Но точечное излучение требует подбора рассеивателя, и для реализации проекта нужны хорошие радиаторы.

Для экспериментальных конструкций я выбрал первый вариант. Самое недорогое «сырье»: 5 мм светодиоды с рассеиванием 120° в прозрачном корпусе. Их называют «соломенная шляпа».

Такое добро продается по 3 рубля пучок на любом радиорынке.

Я купил несколько упаковок по 100 шт. на aliexpress (ссылка на покупку). Обошлось чуть меньше, чем по 1 р. за штуку.

В качестве блоков питания (точнее сказать источников тока), я решил использовать проверенную схему с гасящим (балластным) конденсатором. Достоинства такого драйвера – экстремальная дешевизна, и минимальное потребление энергии. Поскольку нет ШИМ контроллера, или линейного стабилизатора тока – лишняя энергия в атмосферу не уходит: в этой схеме нет элементов с рассеивающим тепло радиатором.

Недостаток – отсутствие стабилизации тока. То есть, при нестабильном напряжении электросети, яркость свечения будет меняться. У меня в розетке ровно 220 (+/- 2 вольта), поэтому такая схема в самый раз.

Элементная база тоже не из дорогих.

• диодные мосты серии КЦ405А (можно любые диоды, хоть Шоттки)
• пленочные конденсаторы с напряжением 630 вольт (с запасом)
• 1-2 ваттные резисторы
• электролитические конденсаторы 47 mF на 400 вольт (можно взять емкость побольше, но это выходит за рамки экономности)
• такие мелочи, как макетная плата и предохранители, обычно есть в арсенале любого радиолюбителя

Чтобы не изобретать корпус с патроном Е27, используем сгоревшие (еще один повод от них отказаться) экономки.

После аккуратного (на улице!) извлечения колбы со ртутными парами, остается прекрасная заготовка для творчества.

Основа основ – расчет и принцип работы токового драйвера с гасящим конденсатором

Типовая схема изображена на иллюстрации:

Как работает схема:

Резистор R1 ограничивает скачок тока при подаче питания, пока схема не стабилизируется (около 1 секунды). Значение от 50 до 150 Ом. Мощность 2 Вт.

Резистор R2 обеспечивает работу балластного конденсатора. Во-первых, он его разряжает при отключении питания. Как минимум для того, чтобы вас не тряхнуло током при выкручивании лампочки. Вторая задача – не допустить токового броска в случае, когда полярность заряженного конденсатора и первой полуволны 220 вольт не совпадают.

Собственно, гасящий конденсатор С1 – основа схемы. Он является своеобразным фильтром тока. Подбирая емкость, можно установить любой ток в цепи. Для наших диодов он не должен превышать 20 мА в пиковых значениях напряжения сети.

Далее работает диодный мост (все-таки светодиоды – это элементы с полярностью).

Электролитический конденсатор C2 нужен для предотвращения мерцания лампы. Светодиоды не имеют инертности при включении-выключении. Поэтому глаз будет видеть мерцание с частотой 50 Гц. Кстати, этим грешат дешевые китайские лампы. Проверяется качество конденсатора с помощью любого цифрового фотоаппарата, хоть смартфона. Посмотрев на горящие диоды через цифровую матрицу, можно увидеть моргание, неразличимое для человеческого глаза.

Кроме того, этот электролит дает неожиданный бонус: светильники выключаются не сразу, а с благородным медленным затуханием, пока емкость не разрядится.

Расчет гасящего конденсатора производится по формуле: I = 200*C*(1.41*U cети — U led) I – полученный ток цепи в амперах

200 – это константа (частота сети 50Гц * 4)

С – емкость конденсатора С1 (гасящего) в фарадах

U сети – предполагаемое напряжение сети (в идеале – 220 вольт) U led – суммарное падение напряжения на светодиодах (в нашем случае – 3,3 вольта, помноженное на количество LED элементов)

Подбирая количество светодиодов (с известным падением напряжения) и емкость гасящего конденсатора, надо добиться требуемого тока. Он должен быть не выше указанного в характеристиках светодиодов. Именно силой тока вы регулируете яркость свечения, и обратно пропорционально – срок жизни светодиодов.

Для удобства можно создать формулу в Exel.

Схема проверена неоднократно, первый экземпляр собран почти 3 года назад, трудится в светильнике на кухне, сбоев в работе не было.

Переходим к практической реализации проектов. Количество LED элементов и емкость конденсатора в отдельных схемах обсуждать нет смысла: проекты индивидуальные для каждого светильника. Рассчитывались строго по формуле. Приведенная выше схема на 60 светодиодов с конденсатором на 68 микрофарад – не просто пример, а реальный расчет для тока в цепи 15 мА (для продления жизни светикам).

LED лампа в рожковую люстру

Выпотрошенный патрон от экономки используем в качестве корпуса для схемы и несущей конструкции. В этом проекте я не использовал макетную плату, собрал драйвер на кругляше из ПВХ толщиной 1 мм. Получилось как раз в размер. Два конденсатора – по причине подбора емкости: не нашлось нужного количества микрофарад в одном элементе.

В качестве корпуса для размещения LED элементов использована баночка от йогурта. В конструкции также использовал обрезки листов вспененного ПВХ 3 мм.

После сборки получилось аккуратно и даже красиво. Такое расположение патрона связано с формой люстры: рожки направлены вверх, на потолок.

Далее размещаем светодиоды: по схеме 150 шт. Протыкаем пластик шилом, трудозатраты: один полноценный вечер.

Забегая вперед, скажу: материал корпуса себя не оправдал, слишком тонкий. Следующий светильник был изготовлен из листового ПВХ 1 мм. Для придания формы рассчитал развертку конуса на те же 150 диодов.

Получилось не так изящно, но надежно, и отлично держит форму. Лампа полностью скрыта в рожке люстры, поэтому внешность не столь важна.

Светит равномерно, в глаза не бьёт.

Люмены не мерял, по ощущениям – ярче, чем лампа накаливания 40 Вт, немного слабее 60 Вт.

LED лампа в плоский потолочный светильник на кухню

Идеальный донор для подобного проекта. Все светодиоды буду расположены в одной плоскости.

Рисуем шаблон, вырезаем матрицу для размещения LED элементов. При таком диаметре плоский лист ПВХ будет деформироваться. Поэтому я использовал донышко от пластикового ведра из-под строительных смесей. По внешнему контуру есть ребро жесткости.

Диоды устанавливаются с помощью привычного шила: 2 дырки по разметке.

Светильник рассчитан на 120 LED элементов, разбитых на 2 группы по 60 шт., для надежности схемы. Изготавливаем 2 одинаковых драйвера.

Монтируем их на диэлектрических проставках с обратной стороны.

Для крепления диска, в центре устанавливаем подиум из ПВХ.

Вешаем светильник на потолок, включаем – все работает.

Для оценки яркости: по углам расположены 4 фирменных LED лампы от IKEA, со светоотдачей по 400 Lm.

LED светильник для санузла

Тоже легко реализуемый проект. Извлекаем содержимое светильника, устанавливаем матрицу на 30 светодиодов, и соответствующий драйвер.

Свет мягкий, равномерный, для данной «комнаты» более чем достаточно.

Настольная лампа

В качестве корпуса использован колпачок от дезодоранта.

Патрон Е27 традиционно от сгоревшей экономки.

В корпус вместилось 55 светодиодов.

Получилось компактно и аккуратно.

В настольной лампе «инсталляция» смотрится, как родная.

Ребенок, вдохновленный успехами папы, попросил подсветку для компьютерного стола. Была найдена какая-то изящная коробочка, в которую поместился драйвер.

В качестве корпуса я применил короб для прокладки кабеля. Размер профиля: 10*10 мм.

Чтобы свет не бил в глаза, а был направлен сверху вниз, конструкция разместилась на уголке со стороной 25 мм, из белого ПВХ.

Все работы выполнены из компонентов, которые практически ничего не стоят. Кроме того, это прекрасный повод попрактиковаться в радиоделе.

Источник