امروزه منابع نوری مبتنی بر LED های نیمه هادی به دلیل تعدادی از مزیت ها نسبت به منابع "کلاسیک" مبتنی بر لامپ های رشته ای یا تخلیه گاز، روز به روز بیشتر و گسترده تر می شوند:
در همان سطح تابش، یک خط LED دو یا چند برابر کمتر از یک لامپ رشته ای انرژی مصرف می کند. به عنوان مثال، 6 ال ای دی فوق روشن با توان مصرفی کل 30 وات (6x5 = 30 وات) شار نوری 750 lm را فراهم می کنند، مانند یک لامپ رشته ای 75 وات.
همه این ویژگی ها استفاده ارجح از منابع نور LED را در پیشرفت های جدید تعیین می کند.
برای لامپ های رشته ای، تخلیه گاز یا پر شده از گاز، ویژگی ها به سطح و پایداری ولتاژ روی آنها بستگی دارد. برای LED ها، ویژگی های درخشندگی به سطح و پایداری جریانی که از آنها می گذرد بستگی دارد. بنابراین، دستگاه های برق LED (از این پس مبدل نامیده می شود) برای تنظیم جریان خروجی بسته به ویژگی های منبع تغذیه و بار، مشمول الزامات خاصی هستند.
انواع مبدل و برنامه های کاربردی
مطابق با کلاس وظایفی که باید حل شوند، سه موقعیت اولیه اصلی را می توان متمایز کرد که بسته به زمینه کاربرد، الزامات مبدل ها را تعیین می کند.
1. پایین بیایید.ولتاژ منبع تغذیه در تمامی حالت های کار قطعا کمتر از ولتاژ خروجی لازم برای کنترل ال ای دی ها نیست.
این وضعیت در هنگام طراحی سیستم های روشنایی، که منبع تغذیه آن یک شبکه AC 220 ولت یا مشابه است، معمول است. این می تواند روشنایی محل ها، خیابان ها، واگن های قطار، روشنایی تبلیغاتی و غیره باشد. همچنین می تواند شامل منابع نور در وسایل نقلیه با ولتاژ شبکه داخلی 12، 24 ولت باشد.
2. افزایش.ولتاژ منبع تغذیه در تمام حالت های عملکرد مطمئناً از ولتاژ خروجی لازم برای راه اندازی LED ها بیشتر نیست.
این وضعیت در طراحی سیستم‌های نور پس‌زمینه نمایشگر و سایر دستگاه‌های تجسم، که در آن منابع ولتاژ ثانویه پایین، باتری‌ها و باتری‌ها برای تغذیه یک ماتریس با تعداد زیادی LED در یک ستون استفاده می‌شوند، معمول است.
3. مبدل.ولتاژ منبع تغذیه می تواند بالاتر یا کمتر از ولتاژ خروجی مورد نیاز برای راه اندازی LED ها باشد.
این وضعیت اغلب در دستگاه های قابل حمل خود تغذیه رخ می دهد، جایی که ولتاژ یک باتری شارژ شده و دشارژ شده بسیار متفاوت است.
مبدل های گام به گام
برای اجرای آنها، Flyback، Buck ( پایین آمدن) طرح های تبدیل هستند. با حداکثر سادگی و کارایی بالا مشخص می شود.
یک مثال معمولی از استفاده از مبدل فلای بک مبتنی بر تنظیم کننده ON Semiconductor NCP1028 را در نظر بگیرید (شکل 1).
برنج. 1.
NCP1028 جدیدترین رگولاتور سوئیچینگ ONS با ماسفت داخلی است که به شما امکان می دهد بدون نیاز به ترانزیستور قدرت خارجی، منبع تغذیه تا 25 وات ایجاد کنید. مدار پردازش سیگنال بازخورد داخلی (FB) امکان اتصال مستقیم فوتوترانزیستور را بدون اجزای اضافی فراهم می کند. سیم پیچ اضافی ترانسفورماتور قدرت T1 و مدار منبع تغذیه خارجی NCP1028 فقط در مورد طراحی منبعی با محدودیت مصرف برق بالای 20 وات مورد نیاز است. با مصرف برق کم، NCP1028 می تواند توسط سیستم منبع تغذیه دینامیک داخلی ( خود تامین دینامیک) که فقط به یک خازن ذخیره سازی C8 نیاز دارد. بازخورد فعلی بر اساس سنسور مقاومتی R3 و تقویت کننده سیگنال مبتنی بر ترانزیستور Q1 انجام می شود.
در بسیاری از کاربردها که هیچ تماس مستقیمی بین کاربر و دستگاه وجود ندارد، مانند روشنایی خیابان، منبع تغذیه نیازی به ایزولاسیون گالوانیکی ندارد. در این حالت می توان مدار مبدل را تا حد زیادی ساده کرد. ادغام یک NCP1028 یا تنظیم کننده مشابه در یک مبدل باک استاندارد یک راه حل ساده و کم هزینه برای استفاده عمومی ارائه می دهد (شکل 2).
برنج. 2. کنترلر باک غیر ایزوله ساده مبتنی بر NCP1014
در اینجا NCP1014 (شبیه به NCP1028، اما با جریان ماسفت مجاز کمتر 450 میلی آمپر) سوئیچ، L3 سلف، D5 یکسو کننده است. سیستم‌های روشنایی به پایداری جریان بالایی نیاز ندارند، بنابراین می‌توان با اجرای تنظیم جریان از طریق سلف با استفاده از مقاومت R2 متصل به پایه 2 (ورودی سیگنال بازخورد) NCP1014، بازخورد حلقه بسته را حذف کرد. این راه حل دقت تنظیمی در حد 5±٪ را ارائه می دهد. البته در صورت نیاز به تنظیم دقیق تری می توان از مدار بازخورد حلقه بسته با سنسور جریان استفاده کرد (شکل 3).
برنج. 3.
با نسبت زیاد ولتاژ ورودی به ولتاژ خروجی، می توان به اصطلاح پمپاژ (تبدیل) جریان را از طریق استفاده از چوک تقسیم کرد (شکل 3). یکسو کننده D5 به بخشی از سیم پیچ L3 به نسبت 3:1 متصل می شود. چنین راه حلی امکان ارائه جریان باری را فراهم می کند که از جریان مجاز کلید، در این مورد، ترانزیستور قدرت داخلی NCP1014 فراتر رود. به عنوان مثال، با Vin = 220 V، Vout = 16…20 V (4…5 LED فوق العاده روشن با افت ولتاژ رو به جلو هر کدام 4…5 V)، نسبت Vin/Uout تقریباً 10:1 است. این نسبت به شما امکان می دهد ضریب تبدیل فعلی را حداقل 4 تنظیم کنید. در شکل. شکل 4 شکل موج سیگنال ها را برای چنین گونه ای از مدار اسپلیت چوک نشان می دهد.
برنج. 4.
همانطور که از نمودار CH2 (آبی) مشاهده می شود، مقدار جریان عبوری از ترانزیستور NCP1014 (باز) از 250 میلی آمپر تجاوز نمی کند و هنگامی که ترانزیستور بسته می شود، جریان در قسمت تقسیم شده سیم پیچ L3 تقریبا به 1 آمپر افزایش می یابد.
برای ساده سازی بیشتر و کاهش هزینه مبدل، بسته به الزامات مشخص شده برای سطح تداخل تابشی، فیلتر روی L2 را می توان از مدار خارج کرد. در صورت وجود این فیلتر، سطح نویز بیش از 45 دسی بل نیست (شکل 5).
برنج. 5. طیف تداخل تابشی در مدارهای قدرت برای مدار نشان داده شده در شکل. 2
برای تغذیه منابع نور LED در تجهیزات الکتریکی وسایل نقلیه، که در آن ولتاژ شبکه داخلی ده ها ولت است، استفاده از مبدل هایی با ولتاژ ورودی مجاز حدود 40 ... 60 ولت راحت تر است.
بسته به مشکلی که حل می شود، می توان از روش جبران کلاسیک تنظیم و مبدل پالس استفاده کرد. نیمه هادی روشن به طور خاص برای کاربردهای خودرو، درایور NUD4001 - تثبیت کننده جریان LED را منتشر می کند (شکل 6).
برنج. 6.
بر اساس آن، به عنوان مثال، می توانید پروژه های چراغ های عقب خودرو، روشنایی تجهیزات، کنترل ها و غیره را به راحتی اجرا کنید. مزیت NUD4001 سهولت استفاده از آن است، به لطف اصل جبران تنظیم، تنها جزء خارجی برای تنظیم جریان نامی استفاده می شود - مقاومت Rext.
برای به دست آوردن راندمان بالاتر، نه کمتر از 80٪، توصیه می شود از مبدل های DC/DC با بازخورد جریان استفاده کنید. برای این منظور، ON Semiconductor یک رگولاتور سوئیچینگ یکپارچه جهانی NCP3065 را توسعه داده و تولید می کند که به شما امکان می دهد مبدل هایی از هر نوع ایجاد کنید: Buck، Boost، Buck-Boost، Cuk، SEPIC. از مزایای NCP3065 نسبت به آنالوگ ها می توان به ترانزیستور قدرت داخلی با جریان جمع کننده مجاز تا 1.5 آمپر و همچنین ولتاژ مرجع پایین سیستم عامل 235 میلی ولت اشاره کرد که امکان استفاده از سنسورهای جریان کم مقاومت را فراهم می کند و تقویت کننده سیگنال سیستم عامل را حذف می کند. فرکانس بالای مجاز تبدیل تا 250 کیلوهرتز امکان استفاده از خازن های سرامیکی کم ظرفیت را در مدار به جای خازن های الکترولیتی فراهم می کند که باعث کاهش ابعاد و وزن کلی مبدل می شود.
مدار سوئیچینگ NCV3065 (نوعی از NCP3065 برای کاربردهای خودرویی) در حالت مبدل باک Buck (Step-Down) در شکل نشان داده شده است. 7.
برنج. 7.
مبدل های تقویت کننده
وظیفه افزایش ولتاژ، به عنوان مثال، برای تغذیه یک خط LED های نور پس زمینه متصل به سری، اغلب هنگام طراحی دستگاه های قابل حمل با دستگاه های قابل شارژ یا باتری با ولتاژ 2 ... 4 V. Boost ( مرحله به بالا) - مدارهای تبدیل از نوع القایی یا خازنی. جذاب ترین توسعه ON Semiconductor در این زمینه، رگولاتورهای کاملاً یکپارچه NCP5008/5009 است (شکل 8).
برنج. 8.
رگولاتورها شامل یک سنسور جریان داخلی، یک سوئیچ برق ماسفت، یک رابط سریال برای ارتباط با میکروکنترلر، و NCP5009 همچنین دارای یک تقویت کننده سیگنال فتو ترانزیستور است که اجرای آن را آسان می کند، به عنوان مثال، کنترل خودکار روشنایی نور پس زمینه بسته به سطح نور محیط. برای جهت گیری فعالانه در حال توسعه نمایشگرهای AMOLED برای دستگاه های تلفن همراه ( دیود ساطع نور آلی ماتریس فعال) ON Semiconductor بهترین رگولاتورهای NCP5810D در کلاس خود را منتشر می کند که ولتاژ خروجی مثبت و منفی را برای تغذیه AMOLED فراهم می کند (شکل 9).
برنج. 9.
این پکیج دارای یک رگولاتور Boost با ولتاژ خروجی +4.6 ولت ثابت و مبدل Buck-Boost با ولتاژ خروجی منفی قابل تنظیم از 2- تا 15- ولت است. فرکانس تبدیل بالای 2 مگاهرتز بازدهی حداقل 85 درصد و اندازه های کوچک چوک ها و خازن های مدار را فراهم می کند. بازخورد بسیار کارآمد الزامات دقیق ولتاژ خروجی نمایشگرهای AMOLED را فراهم می کند.
مبدل های مبدل
برای اجرای آنها، بیشتر از طرح های تبدیل مبدل Buck-Boost، Cuk، SEPIC استفاده می شود. ویژگی اصلی آنها این است که ولتاژ خروجی مبدل می تواند کمتر یا بیشتر از ورودی باشد.
مزیت SEPIC نسبت به آنالوگ ها این است که این مبدل قطبیت ولتاژ خروجی را تغییر نمی دهد، که برای مثال هنگام استفاده از کنترل ریزپردازنده مبدل مفید است.
اجازه دهید به طور خلاصه عملکرد مدار اصلی SEPIC را در نظر بگیریم ( مبدل اندوکتانس اولیه تک پایانی) مبدل (شکل 10).
برنج. 10.
هنگامی که سوئیچ SW بسته می شود، انرژی منبع تغذیه Vin در L1 ذخیره می شود. در همان زمان، انرژی از Cp، متصل در آن لحظه به موازات L2، به L2 جریان می یابد، D1 بسته می شود و بار Vout توسط انرژی ذخیره شده در Cout تغذیه می شود.
هنگامی که SW باز می شود، جریان L1 از طریق Cp و باز D1 به بار می گذرد، بنابراین Cp برای چرخه بعدی شارژ می شود. علاوه بر این، جریان L2 نیز از طریق D1 باز به Cout و بار می‌رود و در نتیجه Cout را برای چرخه بعدی شارژ می‌کند.
سپس چرخه ها تکرار می شوند. روی انجیر شکل 10 قطبیت متقابل سیم پیچ های L1 و L2 را در صورت داشتن هسته مشترک نشان می دهد. از نظر تئوری، چوک ها را می توان جدا کرد، اما در این مورد باید دو برابر اندوکتانس داشته باشند. علاوه بر این، ریپل جریان ورودی در مقایسه با گزینه مرتبط به طور قابل توجهی بزرگتر خواهد بود.
نمونه ای از مبدل SEPIC بر اساس رگولاتور جهانی NCP3065 که قبلاً در نظر گرفته شده بود در شکل نشان داده شده است. 11. در جدول. 1 ویژگی های اصلی آن را نشان می دهد.
برنج. یازده
میز 1. ویژگی های کلیدی رگولاتور NCP3065
برای ارائه توان خروجی حداقل 20 وات، جریان سوئیچینگ L1 باید حداقل 2.5 آمپر باشد. ترانزیستور توان داخلی NCP3065 نمی تواند بیش از 1.5 آمپر را ارائه دهد. بنابراین، یک کلید برق خارجی Q3 به مدار وارد می شود. مدار تطبیق در عناصر C2، D2، R6، Q2 تلفات دینامیکی هنگام سوئیچ Q3 را کاهش می دهد و در نتیجه راندمان تبدیل را افزایش می دهد. Q1 برای کنترل PWM مقدار جریان خروجی استفاده می شود. وابستگی جریان خروجی به سطح PWM خطی در محدوده 5…90٪ است.
ظاهر ماژول مبدل در شکل نشان داده شده است. 12، ابعاد 57x31 میلی متر.
برنج. 12.
ادبیات
1. سوئیچر ولتاژ بالا NCP1028 برای SMPS آفلاین با توان متوسط با قدرت آماده به کار کم، برگه داده، rev. 2، دسامبر 2007، ON Semiconductor.
2. منبع تغذیه LED 700 میلی آمپری AND8328 با استفاده از کنترل کننده یکپارچه و جریان آفلاین تقویت شده (سلف ضربه خورده)، یادداشت های کاربردی، نسخه 0، آوریل 2008، نیمه هادی روشن.
3.AN3321 High — رابط کنترل LED روشنایی، یادداشت کاربردی، rev. 0 اکتبر 2007 نیمه هادی مقیاس آزاد.
4. NCP3065 تنظیم کننده سوئیچینگ جریان ثابت تا 1.5 A برای LED ها، برگه داده، rev. P0، ژوئن، 2007، ON Semiconductor.
5. آینده روشنایی، راه حل های LED روشنایی بالا، rev. 1، 2007، نیمه هادی مقیاس آزاد.
مسئول کارگردانی در COMPEL - والری کولیکوف
پارامتر اصلی الکتریکی دیودهای ساطع کننده نور (LED) جریان عملکرد آنها است. هنگامی که ما ولتاژ کاری را در جدول مشخصه های LED ملاقات می کنیم، باید درک کنیم که در مورد افت ولتاژ در LED زمانی که جریان عملیاتی جریان دارد صحبت می کنیم. یعنی جریان عملیاتی ولتاژ کار LED را تعیین می کند. بنابراین، تنها یک تثبیت کننده جریان برای LED ها می تواند عملکرد قابل اعتماد آنها را تضمین کند.
هنگامی که منبع تغذیه با انحراف ولتاژ از حد معمول مشکل دارد، تثبیت کننده ها باید جریان کار ثابت LED ها را ارائه دهند (شما علاقه مند خواهید بود بدانید). یک جریان عملیاتی پایدار در درجه اول برای محافظت از LED از گرمای بیش از حد مورد نیاز است. پس از همه، اگر از حداکثر جریان مجاز فراتر رود، LED ها از کار می افتند. همچنین، پایداری جریان عملیاتی، پایداری شار نوری دستگاه را تضمین می کند، به عنوان مثال، هنگام تخلیه باتری ها یا نوسانات ولتاژ در شبکه تغذیه.
تثبیت کننده های فعلی برای LED ها انواع مختلفی از عملکرد دارند و فراوانی گزینه های طراحی چشم را خوشحال می کند. شکل سه مدار تثبیت کننده نیمه هادی محبوب را نشان می دهد.
در مدارهای a) و b)، جریان تثبیت با مقدار مقاومت R تعیین می شود. با استفاده از یک زیرنویس به جای یک مقاومت ثابت، می توانید جریان خروجی تثبیت کننده ها را تنظیم کنید.
سازندگان قطعات الکترونیکی انواع آی سی های رگولاتور LED را تولید می کنند. بنابراین، در حال حاضر، تثبیت کننده های یکپارچه بیشتر در محصولات صنعتی و در طراحی های رادیویی آماتور استفاده می شوند. شما می توانید در مورد تمام راه های ممکن برای اتصال LED ها مطالعه کنید.
اکثر ریز مدارها برای تغذیه LED ها به شکل مبدل های ولتاژ پالس ساخته می شوند. مبدل هایی که در آنها نقش یک وسیله ذخیره انرژی الکتریکی توسط سلف (چوک) انجام می شود، تقویت کننده نامیده می شوند. در بوسترها تبدیل ولتاژ به دلیل پدیده خود القایی اتفاق می افتد. یکی از مدارهای بوستر معمولی در شکل نشان داده شده است.
مدار تثبیت کننده جریان به شرح زیر عمل می کند. کلید ترانزیستوری که در داخل ریزمدار قرار دارد به صورت دوره ای سلف را به یک سیم مشترک می بندد. در لحظه باز کردن کلید، یک EMF خود القایی در سلف رخ می دهد که توسط یک دیود اصلاح می شود. مشخص است که EMF خود القایی می تواند به طور قابل توجهی از ولتاژ منبع تغذیه تجاوز کند.
همانطور که از نمودار مشخص است، برای ساخت یک تقویت کننده در TPS61160 ساخت شرکت Texas Instruments، قطعات بسیار کمی مورد نیاز است. اتصالات اصلی عبارتند از سلف L1، دیود شاتکی D1 که ولتاژ پالسی را در خروجی مبدل تصحیح می کند و Rset.
مقاومت دو عملکرد دارد. اولاً مقاومت جریان عبوری از LED ها را محدود می کند و ثانیاً مقاومت به عنوان یک عنصر بازخورد (نوعی سنسور) عمل می کند. ولتاژ اندازه گیری از آن حذف می شود و مدارهای داخلی تراشه جریان عبوری از LED را در یک سطح معین تثبیت می کند. با تغییر مقدار مقاومت می توانید جریان ال ای دی ها را تغییر دهید.
مبدل در TPS61160 با فرکانس 1.2 مگاهرتز کار می کند، حداکثر جریان خروجی می تواند 1.2 A باشد. با استفاده از یک میکرو مدار، می توانید تا ده LED متصل به سری را تغذیه کنید. روشنایی LED ها را می توان با اعمال یک سیگنال PWM چرخه کاری متغیر به ورودی "کنترل روشنایی" تغییر داد. بازده طرح فوق حدود 80 درصد است.
لازم به ذکر است که بوسترها معمولا زمانی استفاده می شوند که ولتاژ LED از ولتاژ منبع تغذیه بیشتر باشد. در مواردی که نیاز به کاهش ولتاژ باشد، بیشتر از تثبیت کننده های خطی استفاده می شود. مجموعه کاملی از تثبیت کننده های MAX16xxx توسط MAXIM ارائه شده است. یک مدار کلیدزنی معمولی و ساختار داخلی چنین ریز مدارهایی در شکل نشان داده شده است.
همانطور که از بلوک دیاگرام مشاهده می شود، جریان LED توسط یک ترانزیستور اثر میدانی کانال P تثبیت می شود. ولتاژ خطا از مقاومت R sens حذف شده و به مدار کنترل میدان تغذیه می شود. از آنجایی که ترانزیستور اثر میدان در حالت خطی عمل می کند، بازده چنین مدارهایی به طور قابل توجهی کمتر از مدارهای مبدل پالس است.
خط تراشه MAX16xxx اغلب در برنامه های خودرو استفاده می شود. حداکثر ولتاژ ورودی تراشه ها 40 ولت، جریان خروجی 350 میلی آمپر است. آنها، مانند رگولاتورهای سوئیچینگ، به کاهش نور PWM اجازه می دهند.
به عنوان تثبیت کننده جریان برای LED ها، می توانید نه تنها از ریز مدارهای تخصصی استفاده کنید. مدار LM317 در بین آماتورهای رادیویی بسیار محبوب است.
LM317 یک تنظیم کننده ولتاژ خطی کلاسیک با آنالوگ های زیادی است. در کشور ما این تراشه با نام KR142EN12A شناخته می شود. یک مدار معمولی برای روشن کردن LM317 به عنوان تنظیم کننده ولتاژ در شکل نشان داده شده است.
برای تبدیل این مدار به تثبیت کننده جریان، کافی است مقاومت R1 را از مدار خارج کنید. روشن کردن LM317 به عنوان یک تنظیم کننده جریان خطی به شرح زیر است.
محاسبه این تثبیت کننده بسیار آسان است. کافی است مقدار مقاومت R1 را با جایگزین کردن مقدار جریان به فرمول زیر محاسبه کنید:
توان تلف شده در مقاومت عبارت است از:
مدار قبلی به راحتی به یک تثبیت کننده قابل تنظیم تبدیل می شود. برای انجام این کار، باید مقاومت ثابت R1 را با یک پتانسیومتر جایگزین کنید. این طرح به شکل زیر خواهد بود:
در تمام طرح های داده شده از تثبیت کننده ها، حداقل تعداد قطعات استفاده می شود. بنابراین، حتی یک آماتور رادیویی تازه کار که مهارت های کار با آهن لحیم کاری را به دست آورده است، می تواند به طور مستقل چنین سازه هایی را جمع آوری کند. طراحی های LM317 به خصوص ساده است. برای ساخت آنها حتی نیازی به طراحی برد مدار چاپی ندارید. کافی است یک مقاومت مناسب بین پین مرجع ریز مدار و خروجی آن لحیم کنید.
همچنین دو هادی انعطاف پذیر باید به ورودی و خروجی ریزگرد لحیم شده و طرح آماده شود. اگر قرار است یک LED قدرتمند را با استفاده از تثبیت کننده جریان در LM317 تغذیه کند، ریز مدار باید مجهز به رادیاتوری باشد که اتلاف گرما را تضمین کند. به عنوان رادیاتور می توانید از یک صفحه آلومینیومی کوچک به مساحت 15-20 سانتی متر مربع استفاده کنید.
هنگام ساخت طرح های تقویت کننده، می توان از کویل های فیلتر منابع تغذیه مختلف به عنوان چوک استفاده کرد. به عنوان مثال، حلقه های فریت از منابع تغذیه رایانه برای این اهداف مناسب هستند، که باید چندین ده دور سیم لعابی با قطر 0.3 میلی متر بر روی آنها پیچیده شود.
اکنون رانندگان اغلب درگیر ارتقاء تجهیزات روشنایی خودروهای خود هستند و برای این منظور از LED یا نوارهای LED استفاده می کنند (بخوانید). مشخص است که ولتاژ شبکه داخلی خودرو بسته به حالت عملکرد موتور و ژنراتور می تواند بسیار متفاوت باشد. بنابراین، در مورد خودرو، استفاده از تثبیت کننده 12 ولتی، بلکه برای نوع خاصی از LED بسیار مهم است.
برای خودرو می توان طرح های مبتنی بر LM317 را توصیه کرد. همچنین می توانید از یکی از اصلاحات تثبیت کننده خطی روی دو ترانزیستور استفاده کنید که در آن از یک ترانزیستور اثر میدان قدرتمند کانال N به عنوان عنصر قدرت استفاده شده است. در زیر گزینه هایی برای چنین طرح هایی، از جمله طرح وجود دارد.
به طور خلاصه، می توان گفت که برای عملکرد قابل اعتماد سازه های LED، آنها باید توسط تثبیت کننده های فعلی تغذیه شوند. بسیاری از مدارهای تثبیت کننده برای DIY ساده و مقرون به صرفه هستند. امیدواریم اطلاعات ارائه شده در مطالب برای همه علاقمندان به این موضوع مفید باشد.
بدون شک، ال ای دی ها مقرون به صرفه ترین و بادوام ترین منابع نور هستند. دستگاه های جدید این کلاس که در سال های اخیر به وجود آمده اند، نوعی انقلاب در زمینه نورپردازی و روشنایی به وجود آورده اند. لامپ‌های ال‌ای‌دی در زندگی روزمره رایج شده‌اند، که همراه با لامپ‌های فلورسنت فشرده (CFL) جایگزین لامپ‌های رشته‌ای غیراقتصادی و کوتاه‌مدت شدند و امروزه به طور فزاینده‌ای جایگزین لامپ‌های فلورسنت می‌شوند.
متأسفانه، علیرغم اطمینان تولیدکنندگان در مورد دوام، که ده ها هزار ساعت تخمین زده می شود، لامپ های LED گاهی اوقات از کار می افتند و خیلی زودتر از برنامه. و دلیل آن اغلب کیفیت ال ای دی ها نیست، بلکه به احتمال زیاد خساست تولید کنندگان است: برای صرفه جویی در هزینه لامپ ها، LED های موجود در آنها مجبور به کار در شرایط شدید، در مقادیر فعلی نزدیک به حداکثر مجاز هستند، که تأثیر قابل توجهی بر میزان تخریب کریستال و فسفر، و همچنین بر روی لامپ دارد. و اگر در نظر بگیریم که به دلیل ابعاد کوچک لامپ ها، شرایط سرمایشی نامناسب برای ال ای دی ها نیز به موارد فوق اضافه می شود، جای تعجب نیست که گاهی چنین لامپ هایی پس از چند ساعت کارکرد از کار بیفتند.
تجزیه و تحلیل خطاهای لامپ های سوخته نشان می دهد که در 90٪ موارد یکی از LED ها از کار می افتد، در حالی که راننده، به عنوان یک قاعده، قابل استفاده است. تعمیر چنین لامپ هایی دشوار نیست، اما بدون انجام اقداماتی برای کاهش جریان از طریق LED های باقی مانده، اغلب بی فایده است: پس از مدتی، لامپ دوباره از کار می افتد. بیایید امکان بازیابی یک لامپ الکترواستاندارد 7 واتی را در نظر بگیریم. ظاهر آن و نمای برد درایور از کنار هادی های چاپ شده در وب سایت Radiochip نشان داده شده است. ابتدا باید LED سوخته را به هر نحوی پیدا کنید و با جامپر ببندید. در مرحله بعد، باید جریان را از طریق LED ها کاهش دهید. برای کنترل جریان، از یک سنسور استفاده می شود که از دو مقاومت SMD به صورت موازی متصل شده اند (که در شکل 1 با دایره قرمز دایره شده اند).
برای کاهش جریان، باید آنها را لحیم کاری نکنید و به جای هر یک از آنها یک لحیم کاری جدید با مقاومت 2 اهم لحیم کنید. پس از چنین تعمیری، قدرت و نور خروجی لامپ تا حدودی کاهش می یابد، اما می تواند برای مدت طولانی کار کند. موارد فوق برای لامپ های مشابه با توان 15 وات کاملاً قابل استفاده است (شکل 2). روی برد آنها، برای کاهش جریان از طریق LED ها، باید یکی از مقاومت های 5.6 اهم (همچنین به رنگ قرمز دایره شده) را لحیم کنید. اما گاهی اوقات به دلیل خرابی کنترلر امکان بازیابی لامپ وجود ندارد. در این حالت، LED ها می توانند از منبع دیگری تغذیه شوند.
در زیر گزینه ای برای اتصال یک برد لامپ ال ای دی با توان 5 یا 7 وات به یک منبع دوازده ولتی (مثلاً باتری ماشین) وجود دارد. بسته به توان نامی، به ترتیب 12 یا 16 LED در این لامپ ها نصب می شود. چنین لامپی می تواند برای لامپ اضطراری یا ماشین مفید باشد. از آنجایی که ال ای دی ها به صورت سری روی برد متصل می شوند و تغییر طرح اتصال با برش هادی های چاپ شده و نصب جامپرهای سیم مطلوب نبود، تصمیم گرفته شد مبدلی ساخته شود که ولتاژ باتری را به سطح لازم برای درخشش LED ها با روشنایی معمولی (در این مورد، به ترتیب تا 35 یا 48 ولت) افزایش دهد.
نمودار یک مبدل ساده مونتاژ شده از قطعات پرکاربرد و ارزان قیمت در شکل نشان داده شده است. 3 یک اسیلاتور اصلی که در فرکانس حدود 25 کیلوهرتز کار می کند بر اساس یک طرح معمولی بر روی یک ماشه اشمیت DD 1.1 ساخته شده است. اتصال موازی عناصر DD1.2-DD1.6 سیگنال ژنراتور را معکوس می کند و ظرفیت بار آن را افزایش می دهد و باعث شارژ سریع و تخلیه ظرفیت ترانزیستور اثر میدان VT2 می شود. ریز مدار توسط یک منبع تغذیه لامپ از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ خطی 0A1 تغذیه می شود که مطابق یک مدار معمولی متصل شده است. سنسور جریان، مقاومت R5 است.
مدار تثبیت به شرح زیر عمل می کند.
اگر جریان ال ای دی ها بیش از حد لازم شود. ترانزیستور VT1 باز می شود و ورودی تریگر اشمیت DD1.1 را با مقاومت R1 تغییر می دهد. در این مورد، مدت زمان پالس های کنترل اعمال شده به دروازه ترانزیستور اثر میدان VT2. کاهش می یابد و مدت مکث بین آنها، برعکس، افزایش می یابد. در نتیجه جریان عبوری از LED ها کاهش می یابد. تثبیت جریان در محدوده ولتاژ ورودی از 9 تا 15 ولت انجام می شود که برای باتری و لامپ ماشین کاملاً کافی است. مقاومت R3 پس از خاموش کردن مبدل خازن C4 را تخلیه می کند (بدون آن، درخشش ضعیف LED ها برای مدت طولانی پس از خاموش کردن برق مشاهده می شد).
تمام قسمت های دستگاه بر روی یک برد مدار چاپی (شکل 4) که از یک طرف فایبر گلاس چند لایه ساخته شده است، قرار می گیرد. ترانزیستور VT2 نیازی به هیت سینک ندارد، اما اگر در حین کار بدنه آن به طور محسوسی گرم شود، می توان علاوه بر صفحه تماس روی برد که به عنوان هیت سینک استفاده می شود و خروجی تخلیه آن به آن لحیم شده است، یک هیت سینک کوچک U شکل ساخته شده از یک تکه سیم مسی مسطح به طول 20 میلی متر و طول 20 میلی متر و طول 20 میلی متر در اختیار آن قرار داد. می توانید آن را هم به قسمت مشخص شده روی برد (در کنار ترانزیستور) و هم به فلنج حذف کننده حرارت خود ترانزیستور لحیم کنید.
ظاهر گره تمام شده در شکل نشان داده شده است. 5. یک هیت سینک اضافی از ورق آلیاژ آلومینیوم برای پنل ال ای دی ساخته شده است و ظاهر آن نیز در این شکل نشان داده شده است. چند کلمه در مورد جزئیات. علاوه بر آنچه در نمودار نشان داده شده است، هر ترانزیستور کم مصرف ساختار p-r-p برای نصب سطحی می تواند به عنوان VT1 استفاده شود. ترانزیستور اثر میدانی (VT2) - هر ترانزیستور با جریان تخلیه حداقل 2 آمپر و ولتاژ منبع تخلیه حداقل 80 ولت، طراحی شده برای کنترل سطوح منطقی. جایگزینی احتمالی برای ریز مدار 74NST14 (DD1) از سری 74NS14 یا 74AC14 است. به جای دیود RGP10J (VD1)، می توانید از 1N4007 استفاده کنید، اما به طور محسوسی گرم می شود و راندمان کاهش می یابد. دیودهای سری KD226 عملاً بدون گرم کردن کار می کنند. دریچه گاز L1 - تولید صنعتی در بدنه استوانه ای، نوع آن ناشناخته است و ظاهر آن در شکل نشان داده شده است. 5 (سیلندر سیاه در گوشه سمت چپ پایین تخته).
اگر نمی توانید یک تثبیت کننده یکپارچه برای 5 ولت نسخه SMD، 8 مدار منبع تغذیه ریز مدار DD1 پیدا کنید، می توانید یک تثبیت کننده پارامتری را روی دیود زنر تعبیه کنید. می توانید آن را و یک مقاومت بالاست با مقاومت 1 کیلو اهم روی نشیمن ریز مدار قرار دهید.
دستگاه مونتاژ شده از قطعات قابل تعمیر عملاً نیازی به تنظیم ندارد. هنگامی که مبدل را برای اولین بار روشن می کنید، مطلوب است که آن را از یک واحد آزمایشگاهی با ولتاژ خروجی قابل تنظیم تغذیه کنید، به تدریج آن را افزایش دهید، از 5 ولت شروع کنید. اگر LED ها روشن نشدند، قطبیت اتصال آنها، قابلیت سرویس دهی قطعات را بررسی کنید.
هنگام استفاده از ریزمدارهای جایگزین به جای موارد نشان داده شده در نمودار (DD1)، ممکن است لازم باشد خازن C1 یا سلف L1 را برای حداکثر بازده انتخاب کنید. ممکن است لازم باشد مقاومت R5 را انتخاب کنید تا جریانی از طریق LEDهای 100 میلی آمپر به دست آورید. اگر مقاومت مورد نیاز در بین مقاومت های موجود موجود نیست، می توانید R5 را با مقاومت کمی بالاتر نصب کنید و یک مقاومت اضافی R5 متصل به موازات آن را انتخاب کنید (در نمودار به صورت خطوط چین نشان داده شده است)، جایی برای آن روی برد وجود دارد.
در مرحله بعد، باید فاصله زمانی علائم ولتاژ ورودی را بررسی کنید، که در آن جریان از طریق LED ها تثبیت می شود. می توانید با انتخاب اندوکتانس سلف L1 سعی کنید بازده مبدل را افزایش دهید. هنگام تنظیم، باید به خاطر داشت که مدار باز LED ها می تواند منجر به خرابی ترانزیستور اثر میدانی شود، بنابراین باید بسیار مراقب باشید. در نهایت، برد مبدل باید با دو لایه لاک XB-784 پوشانده شود، این کار آن را از رطوبت محافظت می کند. هنگام کار با چنین لامپی، به یاد داشته باشید که هنگام اتصال آن به منبع برق، قطبیت باید رعایت شود.
مبدل برای LED
لامپ های رشته ای با ال ای دی جایگزین شده اند که در بسیاری از موارد با موفقیت جایگزین می شوند. اما به دلیل مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی، مبدل های ولتاژ مختلفی برای تغذیه LED های روشنایی از باتری استفاده می شود. همانطور که می دانید LED با ولتاژ حداقل 2 ولت و بسته به نوع آن تا 3.5 ولت تغذیه می شود، علاوه بر این حداقل به ساده ترین تثبیت کننده جریان نیاز است، زیرا در روند کاهش ظرفیت باتری، روشنایی LED نیز کاهش می یابد. بنابراین، یک مقاومت منبع تغذیه ساده، از یک باتری با ولتاژ افزایش یافته، بدتر از یک مبدل کار خواهد کرد. در زیر نمودارهایی از مبدل های ساده است که برای مونتاژ حتی برای مبتدیان در دسترس هستند.
مدار توسط یک باتری تک انگشتی تغذیه می شود و یک ژنراتور مسدود کننده است. پالس های ولتاژ بالا روی کلکتور ظاهر می شوند، توسط دیود شاتکی اصلاح می شوند و خازن را شارژ می کنند. ترانسفورماتور T1 با دست روی یک هسته حلقه پیچیده می شود. برای این، یک حلقه فریت K10x6x4 گرفته می شود و دو سیم پیچ 20 دور هر کدام با یک سیم PEL 0.3 پیچیده می شود. به طور کلی تعداد دورها می تواند 6:10 و 10:10 و 10:15 باشد. برای بهترین کارایی و روشنایی، باید به صورت تجربی انتخاب شوند. برای قاب از هر چیزی که هست استفاده می شود.
مدار از یک ترانزیستور افت کم برای حداکثر بازده استفاده می کند. جریان خروجی را می توان با مقاومت R1 تنظیم کرد.
در مرحله بعد، ما شاهد یک طرح تا حدودی پیچیده با تولید پایدارتر هستیم. مصرف جریان 15 میلی آمپر. مبدل ولتاژ نیز طبق طرح یک ژنراتور تک سیکل با بازخورد القایی در ترانزیستور و ترانسفورماتور ساخته شده است. داده های سیم پیچی یکسان است.
ارتقاء بعدی این مبدل یک مدار از یک فانوس LED چینی بود:
در اینجا و در مدارهای دیگر، یک دیود شاتکی با یک افت ولتاژ کوچک به عنوان دیود استفاده می شود (در نهایت، هر نیم ولت حساب می شود). دیودهای IN5817، 1GWJ43، 1SS319، یا در موارد شدید از D311 شوروی استفاده می شود. این دیودها را می توان از برد کنترل کننده قدرت یک باتری لیتیوم یونی غیرفعال از تلفن همراه گرفت.مدارهای مبدل زیر بر روی دو ترانزیستور ساخته شده اند و با افزایش جریان خروجی - تا 25 میلی آمپر - متمایز می شوند. اگر سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور معکوس نشده باشند، مبدلی که به‌درستی مونتاژ شده است، نیازی به تنظیم ندارد، در غیر این صورت آنها را تعویض کنید.
ترانسفورماتور مشابه است، اما تعداد چرخش در سیم پیچ ها هر کدام 40 است. ترانزیستورها C2458 و C3279 قیمت دارند. به لطف بازخورد ترانزیستور C2458، تثبیت ساده جریان و بر این اساس، روشنایی LED به دست می آید.
نسخه دیگری از مبدل در دو ترانزیستور:
در اینجا نیازی به باد کردن ترانسفورماتور نیست، زیرا از یک چوک آماده 300 - 1000 μH استفاده می شود.
آخرین مدار مبدل نیز از یک فانوس ال ای دی چینی کشیده شده است و هنگام مونتاژ عالی عمل می کند.
اولین روشن کردن دستگاهی که به درستی مونتاژ شده است باید در حالت تست انجام شود، که در آن نیروی باتری از طریق یک مقاومت 10 اهم تامین می شود تا در صورت اتصال نادرست سیم های ترانزیستور، ترانزیستورها نسوزند. اگر LED روشن نشد، لازم است سیم پیچ اولیه یا ثانویه ترانسفورماتور تعویض شود. اگر این کمکی نکرد، قابلیت سرویس دهی همه عناصر و نصب را بررسی کنید.
از تجربه شخصی، می توانم متوجه شوم که در تمام طرح های فوق، ترانزیستورهای داخلی KT315 - KT3102 اغلب با موفقیت راه اندازی می شوند. تعداد سیم پیچ های ترانسفورماتور باید با توجه به حداکثر روشنایی و کارایی انتخاب شود. «هر چیزی که به دستش می رسید» از تجهیزات مختلف به عنوان چوک استفاده می شد. نصب ارزان ترین ال ای دی های 5 میلی متری (0.1 وات) توصیه نمی شود. بهتر است هزینه اضافی پرداخت کنید و یک LED 10 میلی متری را با 0.5 سال خریداری کنید. روشنایی به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت. نتایج حتی بهتر بعد از نصب ویژه خواهد بود
یک بار، در اینترنت، با یک مدار مبدل نسبتاً ساده برای تغذیه LED از یک باتری AA برخوردم. بعد از مونتاژ، من ناراحت شدم زیرا مدار غیرفعال بود. در مدت نیم ساعت، مدار به حالت کار درآمد، درجه بندی اجزای رادیویی تغییر کرد و قطعات اضافی حذف شدند و در نتیجه یک مبدل با کیفیت کافی به دست آمد که قادر به تغذیه LED های تا توان 1 وات است.
خود مدار از 4 قسمت و یک چوک تشکیل شده است. خوشبختانه یک چوک SMD آماده (لحیم شده از روی برد تلفن رادیویی) پیدا شد، اما ساخت آن نیز مشکلی ندارد. سلف را می توان بر روی یک حلقه از لامپ های فلورسنت (موجود در تمام تخته های صرفه جویی در انرژی) ساخت، شامل 15 پیچ سیم 0.15 - 0.2 میلی متر است.
متأسفانه در نسخه smd ترانزیستور رسانش مستقیم پیدا نکردم و از ترانزیستور دوقطبی قدرتمند سری KT818 استفاده شده است، اما برای فشردگی استفاده از ترانزیستورهای smd را به شدت توصیه می کنم. دومین ترانزیستور رسانایی معکوس، به معنای واقعی کلمه هر کسی انجام می دهد، به عنوان مثال، KT315 شناخته شده.
یک مقاومت پایه 1 کیلو اهم نیز برای استفاده در نسخه smd مطلوب است.
خازن 1000 پیکوفاراد حیاتی نیست، می تواند 50٪ در یک جهت یا دیگری منحرف شود (برای من حتی با خازن 0.1 میکروفاراد کار می کرد، اما LED ضعیف تر می درخشد).
برای نمایش، مدار روی تخته نان مونتاژ شد. مصرف جریان 35 - 40 میلی آمپر است، اما اگر LED ها با 1 وات تغذیه شوند، به شدت افزایش می یابد، مدار اجازه نمی دهد بیشتر شود، زیرا حداکثر جریان خروجی در اوج 300 میلی آمپر است.
مدار از ولتاژ 0.7 ولت شروع می شود. حداکثر ولتاژ تغذیه بیش از 2.5 ولت نیست، اگر بیشتر اعمال کنید، مدار به سادگی کار نخواهد کرد. ولتاژ خروجی در پارامترهای سلف مشخص شده 3.8 ولت است.
| تعیین | تایپ کنید | فرقه | تعداد | توجه داشته باشید | خرید کنید | دفترچه یادداشت من |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ترانزیستور دوقطبی | KT315A | 1 | به دفترچه یادداشت | |||
| ترانزیستور دوقطبی | KT818A | 1 | به دفترچه یادداشت | |||
| C1 | خازن | 1 nF | 1 | به دفترچه یادداشت | ||
| مقاومت | 1 کیلو اهم | 1 | به دفترچه یادداشت | |||
| L1 | القاگر | 1 | به دفترچه یادداشت | |||
| HL1 | دیود ساطع نور | 1 |
