+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Онлайн расчет гасящего конденсатора для светодиодов. Радиолюбительские программы. Это нужно знать

Для чего я заказал эти конденсаторы? Ответ банален. Чтобы «колхозить» светодиодное освещение. А куда ещё их применить можно? Расскажу, как рассчитать ёмкость балласта для светодиодной лампочки. Обзор контрольный. Кто не боится пользоваться такими драйверами, заходим. Для тех, кто не уважает подобные схемы, заходить не обязательно.

Для начала, как обычно, посмотрим, что было в посылке

А в посылке – два пакета с кондёрами, ровно по 50шт. в каждом. Заказал ещё вот эти кондёры
$7.85 (50шт.) у этого же продавца.

Выбирал не только по напряжению и ёмкости, но и по размерам. Они должны быть минимальны, иначе не везде применишь.


А ещё я заказал диоды.


$8.21 (1000шт.)


С диодами я конечно перебрал. 1000штук – это много. Но разница в цене между 100 и 1000 просто смешная. Диоды 1N4007 (1A 1000V)имеют широчайшее применение в импортной бытовой технике.

Можно сказать, ни одно изделие без них не обходится. Можно и в нашей применить. Пусть лежат, если что, подарю часть своим знакомым.


Ну а теперь перейдём к делу.
Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная).


Добавил R4, будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды, и рассчитываем его ёмкость по формуле (1).


Для расчётов нам необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но ооочень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и т.д.). Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА.

Я не сторонник насилия. Поэтому рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. А запас, как говорится, карман не тянет.
По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2).
(220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети, от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. Кстати при помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек. Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения сети. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет).

И всё же, на сколько точны номиналы ёмкостей, проверим. Сначала 2,2мкФ.


Теперь 1мкФ.

Погрешности небольшие, не более 2%. Можно смело брать.
Перейдём к практическому применению. Кому интересно, посмотрите, куда применил. Это уже было в одном из предыдущих обзоров, поэтому спрятал под спойлер.

Вырезка из обзора панелей

В одном из моих обзоров подключал панели к драйверу на кондёрах. Вот такая лампочка получилась из энергосберегайки. Напомню, модуль состоит из пяти параллелей. В каждой параллели 18 светодиодов 2835smd. Падение напряжения 51В.

Посчитаем ток из формулы (2):
Получаем ток =(220-51)*2,2/3,18=117мА. 51В*117мА=6Вт светодиодной мощности (66,7мВт на каждый светодиод-33% от номинала) — расчётная мощность светильника. Собираем, включаем. РАБОТАЕТ!

Но без защитного стекла или пластикового рассеивателя подобные лампочки использовать нельзя. Все светодиоды под фазой, в рабочем режиме касаться нельзя. А теперь посмотрим, что показывают приборы. Куда ж я без них?


Прибор показал 5,95Вт.
Конечно, такую лампочку можно использовать разве что в сарае.
А у людей есть и сараи и гаражи. И туда тоже надо что-то вкручивать (деревенский вариант, объясню почему). Летом часто езжу в деревню. А в деревне напряжение больше 200В не поднимается, бывает и ниже. А теперь посчитаем мощность нашей лампочки при 180В в сети. Всё по той же формуле сначала найдём ток, который течёт через светодиоды. Только вместо 220В в формуле поставим 180В. Итого 110мА*51В=5,6Вт. Как видим, мощность почти не изменилась. А вот лампочки накаливания при таком напряжении ели коптят.

Вариант с гаражом. В гараже наоборот, лампочки не успеваю менять – минимум 240В. Посчитаем ток и мощность при 260В, всё по той же формуле. Имеем: 145мА*51В=7,4Вт (41% от максимальной мощности). До перегорания слишком далеко. Вывод: и при 180В будет светить и при260В не перегорит.
А теперь попробую оценить качественные характеристики света. Попробовал осветить стену

Светит очень ярко, тёплым приятным светом, ярче чем лампа накаливания на 60Вт (снимок ниже). Можете сравнить яркость и цветовой тон. Всё снималось в одинаковых условиях, на одном и том же расстоянии от стены.

Мощность лампы накаливания я тоже измерил для чистоты эксперимента, тем же прибором при тех же условиях.
Лампа накаливания – 56,5Вт.
Светодиодная лампа – 5, 95Вт.
Обе лампочки вставлял по очереди в настольный светильник с отражателем. Вы его видели.


Теперь вырезка из последнего моего обзора. Правда, добавил измерения.

Вырезка из обзора Про диоды 1W LED Bulbs High power

При помощи этих светодиодов решил переделать светильник.


Лампочки уже испортились, а новые идут невысокого качества.


Светильник решил подключить через кондёры, большАя мощность мне не нужна, а электронный драйвер приберегу для чего-нибудь более стоящего. А вот и схема.


Все диоды соединяю последовательно.


Плату для драйвера тоже изготовил из того, что было (по-быстрому)


Даже штырь для крепления был. Дроссель убирать не стал. Оставил для веса, иначе лампа будет падать.


Сделал по всем правилам электробезопасности. Ни одного элемента под напряжением наружу не выходит. Плата закреплена печатными проводниками внутрь.
Посчитаем мощность получившейся лампочки. Сначала по формуле (2) найдём ток через светодиоды при ёмкости балласта 3,2мкФ. (220-18)*3,2/3,18=203,2мА. 203,2мА*18В=3,66Вт – расчётная мощность (при напряжении в сети 220В).
Смотрим на прибор


Прибор показывает 3,78Вт. Но ведь и в розетке 232В, а не 220В. Погрешность минимальна.
И, как обычно, посмотрим как светит.

Это светит лампочка на 40Вт. Естественно, все лампочки в равных условиях (выдержка на ручнике, расстояние до стены одинаковое).

Это мой светодиодный светильник. Фотоэкспонометр подсказывает, что светит ярче сороковки.

Ну и наконец третий прибор, где их (кондёры) можно применить. Много лет пользовался самодельной зарядкой.

Дополнительная информация


В ней тоже стоит токовый драйвер на конденсаторах.


Сделана была задолго до того, как я получил кондёры и диоды из Китая. Поэтому все детали отечественные.


Схема стандартная, как в китайских лампочках.


Именно для этой зарядки я и вывел формулу для расчёта ёмкости балласта. Так что, если кто хочет, может сам рассчитать и ток и время заряда с другими конденсаторами в балласте.

А теперь попытаемся подытожить. Постараюсь выделить все плюсы и минусы подобных схем.
-Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой.
-Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к при этом необходимы конденсаторы больших размеров.
-Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.
+Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении.
+Не требует особых материальных затрат при изготовлении. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.).
+Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.


Я написал своё видение, свое отношение к подобным схемам, Оно может отличаться от вашего. Но я его высказал. А вывод как всегда делать вам.
На этом всё. Больше к подробному разбору подобных схем возвращаться не буду. Измусолил их от и до.
А в конце для тех, кто отслеживает треки.

Питать низковольтную электро- и радиоаппаратуру выгоднее и проще от сети. Для этого наиболее приемлемы трансформаторные блоки питания, поскольку они безопасны в эксплуатации. Однако интерес к бестрансформаторным блокам питания (БТБП) со стабилизированным выходным напряжением не ослабевает. Одна из причин — сложность изготовления трансформатора. А вот для БТБП он не нужен — необходим лишь правильный расчет, но как раз это и пугает малоопытных начинающих электриков. Эта статья поможет сделать расчет и облегчит конструирование бестрансформаторного блока питания.

Упрощенная схема БПТП приведена на рис. 1. Диодный мост VD1 подключен к сети через гасящий конденсатор С гас, включенный последовательно с одной из диагоналей моста. Другая диагональ моста работает на нагрузку блока — резистор R н. Параллельно нагрузке подключены фильтрующий конденсатор С ф и стабилитрон VD2.

Расчет блока питания начинают с задания напряжения U н на нагрузке и силы тока I н. потребляемого нагрузкой. Чем больше будет емкость конденсатора С гас, тем выше энергетические возможности БПТП.

Расчет емкостного сопротивления

В таблице приведены данные по емкостному сопротивлению Х с конденсатора С гас на частоте 50 Гц и среднему значению тока I ср, пропускаемого конденсатором С гас, вычисленные для случая, когда R н =0, то есть при коротком замыкании нагрузки. (Ведь к этому аномальному режиму работы БТБП не чувствителен, и в этом еще одно огромное преимущество перед трансформаторными блоками питания.)

Иные значения емкостного сопротивления Х с (в килоомах) и среднего значения тока I ср (в миллиамперах) можно вычислить по формулам:


С гас — емкость гасящего конденсатора в микрофарадах.

Если исключить стабилитрон VD2, то напряжение U н на нагрузке и ток I н через нее будет зависеть от нагрузки R н. Подсчитать эти параметры легко по формулам:



U н — в вольтах, R н и Х н — в килоомах, I н — в миллиамперах, С гас — в микрофарадах. (Далее в формулах используются те же единицы измерения.)

С уменьшением сопротивления нагрузки напряжение на ней тоже уменьшается, причем по нелинейной зависимости. А вот ток, проходящий через нагрузку возрастает, правда, весьма незначительно. Так, например, уменьшение R н с 1 до 0,1 кОм (ровно в 10 раз) ведет к тому, что U н снижается в 9,53 раза, а ток через нагрузку увеличивается всего лишь в 1,05 раза. Эта «автоматическая» стабилизация тока выгодно отличает БТБП.от трансформаторных источников питания.

Мощность Р н на нагрузке, вычисляемая по формуле:



с уменьшением R н снижается почти столь же интенсивно, как и U н. Для того же примера потребляемая нагрузкой мощность уменьшается в 9,1 раза.

Поскольку ток I н нагрузки при сравнительно небольших значениях сопротивления R н и напряжения U н на ней меняется крайне мало, на практике вполне допустимо пользоваться приближенными формулами:



Восстановив стабилитрон VD2, получим стабилизацию напряжения U н на уровне U ст — значения практически постоянного для каждого конкретного стабилитрона. И при небольшой нагрузке (большом сопротивлении R н) станет выполняться равенство U н =U ст.

Расчет сопротивления нагрузки

До каких же пределов можно уменьшать R н, чтобы равенство U н =U ст было справедливо? До тех, пока выполняется неравенство:



Следовательно, если сопротивление нагрузки окажется меньше рассчитанного R н, напряжение на нагрузке уже не будет равно напряжению стабилизации, а окажется несколько меньше, поскольку ток через стабилитрон VD2 прекратится.


Расчет допустимого тока через стабилитрон

А теперь определим, какой ток I н будет течь через нагрузку R н и какой ток — через стабилитрон VD2. Понятно, что



По мере уменьшения сопротивления нагрузки потребляемая ею мощность P н =I н U н =U 2 ст /R н возрастает. А вот средняя потребляемая БПТП мощность, равная



остается неизменной. Объясняется это тем, что ток I ср разветвляется на два — I н и I ст — и, в зависимости от сопротивления нагрузки, перераспределяется между R н и стабилитроном VD2, причем так, что чем меньше сопротивление нагрузки R н, тем меньший ток идет через стабилитрон, и наоборот. Значит, если нагрузка мала (или вовсе отсутствует), стабилитрон VD2 будет находиться в наиболее тяжелых условиях. Вот почему снимать нагрузку с БПТП не рекомендуется, иначе весь ток пойдет через стабилитрон, что может привести к выходу его из строя.

Амплитудное значение напряжения сети равно 220·√2=311(B). Импульсное значение тока в цепи, если условно пренебречь конденсатором С ф, может достигать



Соответственно, стабилитрон VD2 должен надежно выдерживать этот импульсный ток при случайном отключении нагрузки. Не следует забывать и о возможных перегрузках по напряжению в осветительной сети, составляющих 20…25% от номинала, и рассчитывать ток, проходящий через стабилитрон при отключенной нагрузке с учетом поправочного коэффициента 1,2…1,25.

Если нет мощного стабилитрона

Когда стабилитрона подходящей мощности нет, его полноценно удается заменить диодно-транзисторным аналогом. Но тогда БТБП следует строить по схеме, показанной на рис. 2. Здесь ток, протекающий через стабилитрон VD2, уменьшается пропорционально статическому коэффициенту передачи тока базы мощного n-p-n транзистора VT1. Напряжение UCT аналога будет примерно на 0,7В превышать U ст самого маломощного стабилитрона VD2, если транзистор VT1 кремниевый, или на 0,3В — если он германиевый.

Здесь применим и транзистор структуры p-n-p. Однако тогда используют схему, показанную на рис. 3.

Расчет однополупериодного блока

Наряду с двухполупериодным выпрямителем в БТБП иногда применяют и простейший однополупериодный (рис. 4). В таком случае его нагрузка R н питается лишь положительными полупериодами переменного тока, а отрицательные проходят через диод VD3, минуя нагрузку. Поэтому средний ток I ср через диод VD1 будет вдвое меньше. Значит при расчете блока вместо Х с следует брать в 2 раза большее сопротивление, равное



а средний ток при замкнутой накоротко нагрузке будет равен 9,9·πС гас =31,1 С гас. Дальнейший расчет такого варианта БПТП ведут совершенно аналогично предыдущим случаям.

Расчет напряжения на гасящем конденсаторе

Принято считать, что при напряжении сети 220В номинальное напряжение гасящего конденсатора С гас должно быть не менее 400В, то есть примерно с 30-процентным запасом по отношению к амплитудному сетевому, поскольку 1,3·311=404(В). Однако в некоторых наиболее ответственных случаях его номинальное напряжение должно быть 500 и даже 600В.

И еще. Подбирая подходящий конденсатор С гас, следует учитывать, что применять в БТБП конденсаторы типа МБМ, МБПО, МБГП, МБГЦ-1, МБГЦ-2 нельзя, так как они не рассчитаны на работу в цепях переменного тока с амплитудным значением напряжения, превышающим 150В.

Наиболее надежно в БТБП работают конденсаторы МБГЧ-1, МБГЧ-2 на номинальное напряжение 500В (от старых стиральных машин, люминесцентных светильников и т.п.) или КБГ-МН, КБГ-МП, но на номинальное напряжение 1000В.

Фильтрующий конденсатор

Емкость Фильтрующего конденсатора С ф аналитическим путем рассчитать затруднительно. Поэтому ее подбирают экспериментально. Ориентировочно следует считать, что на каждый миллиампер среднего потребляемого тока требуется брать как минимум 3…10 мкФ этой емкости, если выпрямитель БТБП двухполупериодный, или 10…30 мкФ, если он однополупериодный.

Номинальное напряжение используемого оксидного конденсатора С ф должно быть не менее U ст ·А если стабилитрона в БТБП нет, а нагрузка включена постоянно, номинальное напряжение фильтрующего конденсатора должно превышать значение:


Если нагрузка не может быть включена постоянно, а стабилитрон отсутствует, номинальное напряжение фильтрующего конденсатора должно составлять более 450В, что вряд ли приемлемо из-за больших размеров конденсатора С ф. Кстати, в этом случае снова подключать нагрузку следовало бы лишь после отключения БТБП от сети.

И это еще не все

Любой из возможных вариантов БТБП желательно дополнить еще двумя вспомогательными резисторами. Один из них, сопротивление которого может быть в пределах 300кОм…1МОм, включают параллельно конденсатору С гас. Этот резистор нужен для ускорения разрядки конденсатора С гас после отключения устройства от сети. Другой — балластный — сопротивлением 10…51 Ом включают в разрыв одного из сетевых проводов, например, последовательно с конденсатором С гас. Этот резистор будет ограничивать ток через диоды моста VD1 в момент подключения БТБП к сети. Мощность рассеяния обоих резисторов должна быть не менее 0,5 Вт, что нужно для гарантии от возможных поверхностных пробоев этих резисторов высоким напряжением. За счет балластного резистора стабилитрон будет нагружен несколько меньше, но вот средняя потребляемая БТБП мощность заметно увеличится.

Какие взять диоды

Функцию двухполупериодного выпрямителя БТБП по схемам на рис. 1…3 могут выполнять диодные сборки серии КЦ405 или КЦ402 с буквенными индексами Ж или И, если средний ток не превышает 600 мА, либо с индексами А, Б, если значение тока достигает 1 А. Пригодны также четыре отдельных диода, включенных по схеме моста, например серий КД105 с индексами Б, В или Г, Д226 Б или В — до 300 мА, КД209 А, Б или В — до 500…700 мА, КД226 В, Г или Д — до 1,7 А.

Диоды VD1 и VD3 в БТБП по схеме на рис. 4 могут быть любыми из перечисленных выше. Допустимо также использовать две диодные сборки КД205К В,Г или Д в расчете на ток до 300 мА либо КД205 А,В,Ж или И — до 500 мА.

И последнее. Бестрансформаторный блок питания, а также аппаратура, подключенная к нему, подключены в сеть переменного тока непосредственно! Поэтому они должны быть надежно за-изолированы снаружи, скажем, размещены в пластмассовом корпусе. Кроме того, категорически запрещается «заземлять» какой-либо из их выводов, а также вскрывать корпус при включенном устройстве.

Предлагаемая методика расчета БПТП опробована автором на практике в течение ряда лет. Весь расчет ведется, исходя из того, что БПТП — это по существу параметрический стабилизатор напряжения, в котором роль ограничителя тока выполняет гасящий конденсатор.

Журнал «САМ» №5, 1998 год

Прочитав этот заголовок, кто-то, возможно, спросит: «А зачем?» Да, если просто воткнуть в розетку, даже включив его по определенной схеме, практического значения это не имеет, никакой полезной информации не принесет. А вот если тот же светодиод подключить параллельно нагревательному элементу, управляемому от терморегулятора, то можно визуально контролировать работу всего прибора. Иногда такая индикация позволяет избавиться от множества мелких проблем и неприятностей.

В свете того, что уже было сказано , задача кажется тривиальной: просто поставил ограничительный резистор нужного номинала, и вопрос решен. Но все это хорошо, если питать светодиод выпрямленным постоянным напряжением: как подключили светодиод в прямом направлении, так он и остался.

При работе на переменном напряжении все не так просто. Дело в том, что на светодиод, кроме прямого напряжения, будет воздействовать еще и напряжение обратной полярности, ведь каждый полупериод синусоида меняет знак на противоположный. Это обратное напряжение не будет засвечивать светодиод, но привести его в негодность может очень быстро. Поэтому приходится принимать меры по защите от этого «вредного» напряжения.

В случае сетевого напряжения расчет гасящего резистора следует вести исходя из величины напряжения 310В. Почему? Здесь все очень просто: 220В это , амплитудное же значение составит 220*1,41=310В. Амплитудное напряжение в корень из двух (1,41) раз больше действующего, и об этом забывать нельзя. Вот такое прямое и обратное напряжение приложится к светодиоду. Именно из величины 310В и следует рассчитывать сопротивление гасящего резистора, и именно от этого напряжения, только обратной полярности, защищать светодиод.

Как защитить светодиод от обратного напряжения

Почти для всех светодиодов обратное напряжение не превышает 20В, ведь никто не собирался делать на них высоковольтный выпрямитель. Как же избавиться от такой напасти, как защитить светодиод от этого обратного напряжения?

Оказывается, все очень просто. Первый способ — последовательно со светодиодом включить обычный с высоким обратным напряжением (не ниже 400В), например, 1N4007 — обратное напряжение 1000В, прямой ток 1А. Именно он не пропустит высокое напряжение отрицательной полярности к светодиоду. Схема такой защиты показана на рис.1а.

Второй способ, не менее эффективный, — просто зашунтировать светодиод другим диодом, включенным встречно — параллельно, рис.1б. При таком способе защитный диод даже не должен быть с высоким обратным напряжением, достаточно любого маломощного диода, например, КД521.

Более того, можно просто включить встречно — параллельно два светодиода: поочередно открываясь, они сами защитят друг друга, да еще и оба будут излучать свет, как показано на рисунке 1в. Это уже получается третий способ защиты. Все три схемы защиты показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Схемы защиты светодиодов от обратного напряжения

Ограничительный резистор на этих схемах имеет сопротивление 24КОм, что при действующем напряжении 220В обеспечивает ток порядка 220/24=9,16мА, можно округлить до 9. Тогда мощность гасящего резистора составит 9*9*24=1944мВт, почти два ватта. Это притом, что ток через светодиод ограничен на уровне 9мА. Но длительное использование резистора на предельной мощности ни к чему хорошему не приведет: сначала он почернеет, а потом совсем сгорит. Чтобы этого не произошло, рекомендуется ставить последовательно два резистора по 12КОм мощностью по 2Вт каждый.

Если задаться уровнем тока в 20мА, то составит еще больше — 20*20*12=4800мВт, без малого 5Вт! Естественно, что печку такой мощности для отопления помещения никто себе позволить не сможет. Это из расчета на один светодиод, а что если будет целая ?

Конденсатор — безваттное сопротивление

Схема, показанная на рисунке 1а, защитным диодом D1 «срезает» отрицательный полупериод переменного напряжения, поэтому и мощность гасящего резистора снижается вдвое. Но, все равно, мощность остается весьма значительной. Поэтому, часто в качестве ограничительного резистора применяют : ток он ограничит ничуть не хуже резистора, а вот тепла выделять не будет. Ведь недаром часто конденсатор называют безваттным сопротивлением. Этот способ включения показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема включения светодиода через баластный конденсатор

Здесь вроде бы все хорошо, даже есть защитный диод VD1. Но не предусмотрены две детали. Во-первых, конденсатор C1 после выключения схемы может остаться в заряженном состоянии и хранить заряд до тех пор, пока кто-нибудь не разрядит его своей рукой. А это, поверьте, обязательно когда-нибудь произойдет. Удар током получается, конечно, не смертельный, но достаточно чувствительный, неожиданный и неприятный.

Поэтому, во избежание такой неприятности, эти гасящие конденсаторы шунтируются резистором с сопротивлением 200…1000КОм. Такая же защита устанавливается и в бестрансформаторных блоках питания с гасящим конденсатором, в оптронных развязках и некоторых других схемах. На рисунке 3 этот резистор обозначен как R1.

Рисунок 3. Схема подключения светодиода к осветительной сети

Кроме резистора R1, на схеме появляется еще резистор R2. Его назначение ограничить бросок тока через конденсатор при подаче напряжения, что помогает защитить не только диоды, но и сам конденсатор. Из практики известно, что при отсутствии такого резистора конденсатор иногда обрывается, емкость его становится намного меньше номинальной. Излишне говорить, что конденсатор должен быть керамический на рабочее напряжение не менее 400В или специальный для работы в цепях переменного тока на напряжение 250В.

На резистор R2 возлагается еще одна немаловажная роль: в случае пробоя конденсатора он срабатывает как предохранитель. Конечно, светодиоды придется тоже заменить, но, по крайней мере, соединительные провода останутся целыми. По сути дела именно так срабатывает плавкий предохранитель в любом , — транзисторы сгорели, а печатная плата осталась почти нетронутой.

На схеме, показанной на рисунке 3, изображен всего один светодиод, хотя на самом деле их можно включить последовательно несколько штук. Защитный диод вполне справится со своей задачей один, но емкость балластного конденсатора придется, хотя бы приблизительно, но все, же рассчитать.

Для того, чтобы рассчитать сопротивление гасящего резистора, надо из напряжения питания вычесть падение напряжения на светодиоде. Если соединено последовательно несколько светодиодов, то просто сложить их напряжения, и также вычесть из напряжения питания. Зная этот остаток напряжения и требуемый ток, по закону Ома рассчитать сопротивление резистора очень просто: R=(U-Uд)/I*0,75.

Здесь U — напряжение питания, Uд — падение напряжения на светодиодах (если светодиоды включены последовательно, то Uд есть сумма падений напряжения на всех светодиодах), I — ток через светодиоды, R — сопротивление гасящего резистора. Здесь как всегда, — напряжение в Вольтах, ток в Амперах, результат в Омах, 0,75 — коэффициент для повышения надежности. Эта формула уже приводилась в статье .

Величина прямого падения напряжения для светодиодов разных цветов разная. При токе 20мА у красных светодиодов 1,6…2,03В, желтых 2,1…2,2В, зеленых 2,2…3,5В, синих 2,5…3,7В. Самым высоким падением напряжения обладают белые светодиоды, обладающие широким спектром излучения 3,0…3,7В. Нетрудно видеть, что разброс этого параметра достаточно широкий.

Здесь приведены падения напряжения лишь нескольких типов светодиодов, просто по цветам. На самом деле этих цветов намного больше, а точное значение можно узнать лишь в техдокументации на конкретный светодиод. Но зачастую этого и не требуется: чтобы получить приемлемый для практики результат, достаточно подставить в формулу какое-то среднее значение (обычно 2В), конечно, если это не гирлянда из сотни светодиодов.

Для расчета емкости гасящего конденсатора применяется эмпирическая формула C=(4,45*I)/(U-Uд),

где C — емкость конденсатора в микрофарадах, I — ток в миллиамперах, U — амплитудное напряжение сети в вольтах. При использовании цепочки из трех последовательно соединенных белых светодиодов Uд примерно около 12В, U амплитудное напряжение сети 310В, для ограничения тока на уровне 20мА понадобится конденсатор емкостью

C=(4,45*I)/(U-Uд)= C=(4,45*20)/(310-12)= 0,29865мкФ, почти 0,3мкФ.

Ближайшее стандартное значение емкости конденсатора 0,15мкФ, поэтому, для использования в данной схеме придется применить два параллельно соединенных конденсатора. Здесь надо сделать замечание: формула действительна только для частоты переменного напряжения 50Гц. Для других частот результаты будут неверны.

Конденсатор сначала надо проверить

Перед тем, как использовать конденсатор, его необходимо проверить. Для начала просто включить в сеть 220В, лучше через предохранитель 3…5А, и минут через 15 проверить на ощупь, а нет ли заметного нагрева? Если конденсатор холодный, то можно его использовать. В противном случае обязательно взять другой, и тоже предварительно проверить. Ведь все-таки 220В это уже не 12, тут все несколько иначе!

Если эта проверка прошла успешно, конденсатор не нагрелся, то можно проверить, не случилась ли ошибка в расчетах, той ли емкости конденсатор. Для этого надо включить конденсатор как в предыдущем случае в сеть, только через амперметр. Естественно, что амперметр должен быть переменного тока.

Это напоминание о том, что не все современные цифровые мультиметры могут измерять переменный ток: простые дешевые приборы, например, очень популярные у радиолюбителей , способны измерять только постоянный ток, что покажет такой амперметр при измерении переменного тока никому не ведомо. Скорей всего это будет цена на дрова или температура на Луне, но только не переменный ток через конденсатор.

Если измеренный ток будет примерно таким, как получилось при расчете по формуле, то можно смело подключать светодиоды. Если же вместо ожидаемых 20…30мА получилось 2…3А, то тут, либо ошибка в расчетах, либо неправильно прочитана маркировка конденсатора.

Выключатели с подсветкой

Здесь можно заострить внимание еще на одном способе включения светодиода в осветительную сеть, используемого . Если такой выключатель разобрать, то можно обнаружить, что никаких защитных диодов там нет. Так что же, все что написано чуть выше — бред? Совсем нет, просто надо внимательно приглядеться к разобранному выключателю, точнее к номиналу резистора. Как правило, его номинал не менее 200КОм, может даже несколько больше. При этом, очевидно, что ток через светодиод ограничится на уровне около 1мА. Схема выключателя с подсветкой показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема подключения светодиода в выключателе с подсветкой

Здесь одним резистором убивают сразу несколько «зайцев». Конечно, ток через светодиод будет мал, светиться он будет слабо, но вполне ярко, чтобы разглядеть это свечение темной ночью в комнате. А ведь днем это свечение вовсе не нужно! Так что пусть себе светится незаметно.

При этом слабым будет и обратный ток, настолько слабым, что никоим образом не сможет спалить светодиод. Отсюда экономия ровно на один защитный диод, о котором было рассказано выше. При выпуске миллионов, а может даже миллиардов, выключателей в год экономия получается немалая.

Казалось бы, что после прочтения статей о светодиодах, все вопросы об их применении ясны и понятны. Но существует еще немало тонкостей и нюансов при включении светодиодов в различные схемы. Например, параллельное и последовательное соединение или, по-другому, хорошие и плохие схемы.

Иногда хочется собрать гирлянду из нескольких десятков светодиодов, но как ее рассчитать? Сколько можно включить последовательно светодиодов, если есть блок питания с напряжением 12 или 24В? Эти и другие вопросы будут рассмотрены в следующей статье, которую так и назовем «Хорошие и плохие схемы включения светодиодов».

В статье приводится методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения но его выводах в цепи активной нагрузки, в частности паяльника, которая позволяет существенно сократить объем вычислений,сведя их до минимума, что упрощает расчеты и сокращает время , необходимое для выбора гасящего конденсатора требуемой емкости и соответствующего номинального напряжения.

В приведенном материале предлагается методика расчета емкости конденсатора и напряжения на нем при его последовательном включении с паяльником, причем рассматриваются два варианта. В первом варианте необходимо уменьшить мощность паяльника на требуемую величину с помощью гасящего конденсатора, а во втором — включить низковольтный паяльник в сеть 220 В, погасив излишек напряжения конденсатором.

Осуществление первого варианта (рис.1) предполагает два вычисления с исходными данными (ток, потребляемый паяльником из сети I и сопротивление паяльника R1), затем два промежуточных вычисления (ток, потребляемый паяльником при меньшей его мощности на требуемую величину II и емкостное сопротивление конденсатора Rc) и, наконец, два последних вычисления, которые дают искомые

рис. 1

величины емкость конденсатора С на частоте 50 Гц и напряжение на выводах конденсатора Uc). Таким образом, для решения задачи по первому варианту необходимо осуществить 6 вычислений.

По второму варианту (рис.2), чтобы решить задачу, необходимо произвести с исходными данными два вычисления, как и в первом варианте, а именно: найти ток

I, потребляемый паяльником из сети, и сопротивление паяльника R, затем следует одно промежуточное вычисление, из которого, как и в первом варианте, находится емкостное сопротивление конденсатора Rc и, наконец, два последних вычисления, из которых определяют емкость конденсатора С при частоте 50 Гц и на-

рис.2

пряжение на выводах конденсатора Uc. Таким образом, для решения задачи по второму варианту необходимо осуществить пять вычислений.

Решение задач по обоим вариантам требует определенных затрат во времени. Методика не позволяет сразу в одно действие, минуя исходные и промежуточные расчеты, определить емкость гасящего конденсатора и соответственно напряжение на его выводах.

Удалось найти выражения, которые позволяют сразу в одно действие вычислить емкость гасящего конденсатора, а затем напряжение на его выводах для первого варианта. Подобным образом получено выражение для определения емкости гасящего конденсатора для второго варианта.

Вариант 1. Располагаем паяльником 100 Вт 220 В и желаем эксплуатировать его при мощности 60 Вт, используя при этом последовательно включенный с ним гасящий конденсатор. Исходные данные: номинальная мощность паяльника Р = 100 Вт; номинальное напряжение сети U = 220 В; требуемая мощность паяльника Р1 = 60 Вт. Требуется вычислить емкость конденсатора и напряжение на его выводах согласно рис.1. Формула для расчета емкости гасящего конденсатора имеет вид:

С = Р∙10 6 /2πf 1 U 2 (P/P 1 — 1) 0,5 (мкФ).

При частоте питающей сети = 50 Гц формула принимает вид:

С =3184,71 Р/U 2 (Р/Р 1 — 1) 0,5 =

3184,71-100 /220 2 (100/60-1)=8,06 мкФ.

В контрольном примере емкость конденсатора равняется 8,1 мкФ, т. е. имеем полное совпадение результата. Напряжение на выводах конденсатора равно

Uс = (РР 1) 0,5 ∙10 6 /2πf 1 СU (В).

При частоте сети f 1 = 50 Гц формула упрощается:

Uc = 3184,71 (PP 1) 0,5 /CU =

3184,71(60∙100) 0,5 /8,06 220 =

139,1 В.

В контрольном примере Uc = 138 В, т.е. практическое совпадение результата. Таким образом, для решения задачи по первому варианту вместо шести вычислений нужно сделать всего два (без промежуточных расчетов). При необходимости емкостное сопротивление конденсатора можно сразу вычислить по формуле:

Rc = U 2 (P/P, — 1) 0,5 /Р =

220 2 (100/60 — 1) 0,5 /100 = 395,2 Ом.

В контрольном примере Rc = 394 Ом, т.е. практическое совпадение.

Вариант 2. Располагаем паяльником мощностью 25 Вт, напряжением 42 В и хотим включить его в сеть 220 В. Необходимо рассчитать емкость гасящего конденсатора, последовательно включенного в цепь паяльника, и напряжение на его выводах согласно рис.2. Исходные данные: номинальная емкость паяльника Р = 25 Вт; номинальное напряжение Ur = 42 В; напряжение сети U = 220 В. Формула для расчета емкости конденсатора имеет вид:

С = Р∙10 6 /2πf 1 Ur(U 2 — Ur 2) 0,5 мкФ.

При частоте сети f 1 = 50 Гц формула принимает вид:

С = 3184,71 P/Ur(U 2 — Ur 2) 0,5 =

3184,71 -25/42(220 2 — 42 2) =

8,77 мкФ.

Напряжение на выводах конденсатора легко определить, пользуясь исходными данными, по теореме Пифагора:

Uc = (U 2 — Ur 2) 0,5 = (220 2 — 42 2) =

216 В.

Таким образом, для решения задачи по второму варианту вместо пяти вычислений необходимо осуществить только два. При необходимости величину емкостного сопротивления конденсатора, для данного варианта, можно определить по формуле:

Rc = Ur(U 2 — Ur 2) 0,5 /P =

42(220 2 — 42 2)/25 = 362,88 Ом.

По контрольному примеру Rc = 363 Ом. Гасящий конденсатор С на приведенных рисунках желательно зашунтировать разрядным резистором МЛТ-0,5 номиналом 300…500 кОм.

Выводы. Предлагаемая методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения на его выводах позволяет существенно сократить объем вычислений, сведя их до минимума.

К. В. Коломойцев.

Светоиндикация – это неотъемлемая часть электроники, с помощью которой человек легко понимает текущее состояние прибора. В бытовых электронных устройствах роль индикации, выполняет светодиод, установленный во вторичной цепи питания, на выходе трансформатора или стабилизатора. Однако в быту используется и множество простых электронных конструкций, неимеющих преобразователя, индикатор в которых был бы нелишним дополнением. Например, вмонтированный в клавишу настенного выключателя светодиод, стал бы отличным ориентиром расположения выключателя ночью. А светодиод в корпусе удлинителя с розетками будет сигнализировать о наличии его включения в электросеть 220 В.

Ниже представлено несколько простых схем, с помощью которых даже человек с минимальным запасом знаний электротехники сможет подключить светодиод к сети переменного тока.

Схемы подключения

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя. Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи. Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду.

Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности. Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Расчет резистора для светодиода

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома: R = U/I, где U – это напряжение питания, I – рабочий ток светодиода. Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I. Эти данные можно рассчитать при помощи .

Важно. Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле: C = 3200*I/U, где I – это ток нагрузки, U – напряжение питания. Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Важно. Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.

Это нужно знать

Главное – это помнить о технике безопасности. Представленные схемы питаются от 220 В сети переменного тока, поэтому требуют во время сборки особого внимания.

Подключение светодиода в сеть должно осуществляться в четком соответствии с принципиальной схемой. Отклонение от схемы или небрежность может привести к короткому замыканию или выходу из строя отдельных деталей.

Собирать бестрансформаторные источники питания следует внимательно и помнить, что они не имеют гальванической развязки с сетью. Готовая схема должна быть надёжно изолирована от соседних металлических деталей и защищена от случайного прикосновения. Демонтировать её можно только с отключенным напряжением питания.

Небольшой эксперимент

Чтобы немного разбавить скучные схемы, предлагаем ознакомится с небольшим экспериментом, который будет интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным мастерам.

Читайте так же

Расчет сопротивления резистора для блока питания. Калькулятор расчета сопротивления для светодиодов

Светодиод – это полупроводниковый элемент , который применяется для освещения. Применяется в фонарях, лампах, светильниках и других осветительных приборах. Принцип его работы заключается в том, что при протекании тока через светоизлучающий диод происходит высвобождение фотонов с поверхности материала полупроводника, и диод начинает светиться.

Надежная работа светодиода зависит от тока , протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.

Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома , чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.

Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт — амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p — n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.

Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку. Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике.

Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:

  • Инфракрасный — до 1.9 В.
  • Красный – от 1.6 до 2.03 В.
  • Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
  • Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
  • Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
  • Синий – от 2.5 до 3.7 В.
  • Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
  • Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
  • Белый – от 3 до 3.7 В.

Рисунок 1 – схема подключения светодиода

Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.

Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:

R = U (R)/ I ,

где, U (R) — падение напряжения на резисторе

I – ток в цепи

Расчет U (R) на резисторе:

U (R) = E – U (Led)

где, U (Led) — падение напряжения на светодиодном элементе.

С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.

Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.

Пример расчета

Имеем напряжение питания 12В, зеленый светодиод. Нужно рассчитать сопротивление и мощность токоограничивающего резистора. Падение напряжения на нужном нам зеленом светодиоде равно 2,4 В, номинальный ток 20 мА. Отсюда вычисляем напряжение, падающее на балластном резисторе.

U (R) = E – U (Led) = 12В – 2,4В = 9,6В.

Значение сопротивления:

R = U (R)/ I = 9,6В/0,02А = 480 Ом.

Значение мощности:

P = U (R) ⋅ I = 9,6В ⋅ 0,02А = 0,192 Вт

Из ряда стандартных сопротивлений выбираем 487 Ом (ряд Е96), а мощность можно выбрать 0,25 Вт. Такой резистор нужно заказать.

В том случае, если нужно подключить несколько светодиодов последовательно, подключать их к источнику питания можно также с помощью только одного резистора, который будет гасить избыточное напряжение. Его расчет производится по указанным выше формулам, однако, вместо одного прямого напряжения U (Led) нужно взять сумму прямых напряжений нужных светодиодов.

Если требуется подключить несколько светоизлучающих элементов параллельно, то для каждого из них требуется рассчитать свой резистор, так как у каждого из полупроводников может быть свое прямое напряжение. Вычисления для каждой цепи в таком случае аналогичны расчету одного резистора, так как все они подключаются параллельно к одному источнику питания, и его значение для расчета каждой цепи одно и то же.

Этапы вычисления

Чтобы сделать правильные вычисления, необходимо выполнить следующее:

  1. Выяснение прямого напряжения и тока светодиода.
  2. Расчет падения напряжения на нужном резисторе.
  3. Расчет сопротивления резистора.
  4. Подбор сопротивления из стандартного ряда.
  5. Вычисление и подбор мощности.

Этот несложный расчет можно сделать самому, но проще и эффективнее по времени воспользоваться калькулятором для расчета резистора для светодиода. Если ввести такой запрос в поисковик, найдется множество сайтов, предлагающих автоматизированный подсчет. Все необходимые формулы в этот инструмент уже встроены и работают мгновенно. Некоторые сервисы сразу предлагают также и подбор элементов. Нужно будет только выбрать наиболее подходящий калькулятор для расчета светодиодов, и, таким образом, сэкономить свое время.

Калькулятор светодиодов онлайн – не единственное средство для экономии времени в вычислениях. Расчет транзисторов, конденсаторов и других элементов для различных схем уже давно автоматизирован в интернете. Остается только грамотно воспользоваться поисковиком для решения этих задач.

Светодиоды – оптимальное решение для многих задач освещения дома, офиса и производства. Обратите внимание на светильники Ledz. Это лучшее соотношение цены и качества осветительной продукции, используя их, вам не придется самим делать расчеты и собирать светотехнику.

#s3gt_translate_tooltip_mini { display: none !important; }

В схемах со светодиодами обязательно используются для ограничения. Они защищают от перегорания и преждевременного выхода из строя светодиодных элементов. Основная проблема заключается в точном подборе необходимых параметров, поэтому у специалистов широкой популярностью пользуется калькулятор расчета сопротивления для светодиодов. Для получения максимально точных результатов потребуются данные о напряжении источника питания, о прямом напряжении самого светодиода и его расчетном токе, а также схема подключения и количество элементов.

Как рассчитать сопротивление токоограничивающих резисторов

В самом простом случае, когда отсутствуют необходимые исходные данные, величину прямого напряжения светодиодов можно с высокой точностью установить по цвету свечения. Типовые данные об этом физическом явлении сведены в таблицу.

Многие светодиоды имеют расчетный ток 20 мА. Существуют и другие виды элементов, у которых этот параметр может достигать значения 150 мА и выше. Поэтому для того чтобы точно определить номинальный ток, понадобятся данные о технических характеристиках светодиода. Если же нужная информация полностью отсутствует, номинальный ток элемента условно принимается за 10 мА, а прямое напряжение — 1,5-2 вольта.

Количество токоограничивающих резисторов напрямую зависит от схемы подключения полупроводниковых элементов. Например, если используется , можно вполне обойтись одним резистором, поскольку сила тока во всех точках будет одинаковой.

В случае параллельного соединения одного гасящего резистора будет уже недостаточно. Это связано с тем, что характеристики светодиодов не могут быть абсолютно одинаковыми. Все они обладают собственными сопротивлениями и такими же разными потребляемыми токами. То есть, элемент с минимальным сопротивлением потребляет большее количество тока и может преждевременно выйти из строя.

Следовательно, если выйдет из строя хотя-бы один светодиод из подключенных параллельно, это приведет к возникновению повышенного напряжения, на которое остальные элементы не рассчитаны. В результате, они тоже перестанут работать. Поэтому при параллельном соединении для каждого светодиода предусматривается собственный резистор.

Все эти особенности учтены в онлайн-калькуляторе. В основе расчетов лежит формула определения сопротивления: R = Uгасящее/Iсветодиода. В свою очередь Uгасящее = Uпитания — Uсветодиода.

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих . Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы .

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.

Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления распространенная на просторах интернета разработана Сергеем Войтевичем с портала ledz.org.

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.

Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Основным параметром, влияющим на долговечность светодиода, является электрический ток, величина которого строго нормируется для каждого типа LED-элемента. Одним из распространенных способов ограничения максимального тока является использование ограничительного резистора. Резистор для светодиода можно рассчитать без применения сложных вычислений на основании закона Ома, используя технические значения параметров диода и напряжение в цепи включения.

Особенности включения светодиода

Работая по одинаковому принципу с выпрямительными диодами, светоизлучающие элементы, тем не менее, имеют отличительные особенности. Наиболее важные из них:

  1. Крайне отрицательная чувствительность к напряжению обратной полярности. Светодиод, включенный в цепь с нарушением правильной полярности, выходит из строя практически мгновенно.
  2. Узкий диапазон допустимого рабочего тока через p-n переход.
  3. Зависимость сопротивления перехода от температуры, что свойственно большинству полупроводниковых элементов.

На последнем пункте следует остановиться подробнее, поскольку он является основным для расчета гасящего резистора. В документации на излучающие элементы указывается допустимый диапазон номинального тока, при котором они сохраняют работоспособность и обеспечивают заданные характеристики излучения. Занижение величины не является фатальным, но приводит к некоторому снижению яркости. Начиная с некоторого предельного значения, прохождение тока через переход прекращается, и свечение будет отсутствовать.

Превышение тока сначала приводит к увеличению яркости свечения, но срок службы при этом резко сокращается. Дальнейшее повышение приводит к выходу элемента из строя. Таким образом, подбор резистора для светодиода преследует цель ограничить максимально допустимый ток в наихудших условиях.

Напряжение на полупроводниковом переходе ограничено физическими процессами на нем и находится в узком диапазоне около 1-2 В. Светоизлучающие диоды на 12 Вольт, часто устанавливаемые на автомобили, могут содержать цепочку последовательно соединенных элементов или ограничительную схему, включенную в конструкцию.

Зачем нужен резистор для светодиода

Использование ограничительных резисторов при включении светодиодов является пусть и не самым эффективным, зато самым простым и дешевым решением ограничить ток в допустимых пределах. Схемные решения, которые позволяют с высокой точностью стабилизировать ток в цепи излучателей достаточно сложны для повторения, а готовые имеют высокую стоимость.

Применение резисторов позволяет выполнять освещение и подсветку своими силами. Главное при этом – умение пользоваться измерительными приборами и минимальные навыки пайки. Грамотно рассчитанный ограничитель с учетом возможных допусков и колебаний температуры способен обеспечить нормальное функционирование светодиодов в течении всего заявленного срока службы при минимальных затратах.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

С целью совмещения параметров цепей питания и характеристик светодиодов широко распространены последовательное и параллельное соединение нескольких элементов. У каждого типа соединений есть как достоинства, так и недостатки.

Параллельное включение

Достоинством такого соединения является использование всего одного ограничителя на всю цепь. Следует оговориться, что данное достоинство является единственным, поэтому параллельное соединение практически нигде не встречается, за исключением низкосортных промышленных изделий. Недостатки таковы:

  1. Мощность рассеивания на ограничительном элементе растет пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
  2. Разброс параметров элементов приводит к неравномерности распределения токов.
  3. Перегорание одного из излучателей ведет к лавинообразному выходу из строя всех остальных ввиду увеличения падения напряжения на параллельно включенной группе.

Несколько увеличивает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий элемент ограничивается отдельным резистором. Точнее, это является параллельным соединением отдельных цепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное достоинство – большая надежность, поскольку выход из строя одного или нескольких элементов никаким образом не отражается на работе остальных.

Недостатком является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивлений яркость свечения отдельных элементов может сильно различаться. Такая схема содержит большое количество радиоэлементов.

Параллельное соединение с индивидуальными ограничителями находит применение в цепях с низким напряжением, начиная с минимального, ограниченного падением напряжения на p-n переходе.


Последовательное включение

Последовательное включение излучающих элементов получило самое широкое распространение, поскольку несомненным достоинством последовательной цепи является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый элемент. Поскольку ток через единственный ограничительный резистор и через диод одинаков, то и рассеиваемая мощность будет минимальной.

Существенный недостаток – выход из строя хотя бы одного из элементов приведет к неработоспособности всей цепочки. Для последовательного соединения требуется повышенное напряжение, минимальное значение которого растет пропорционально количеству включенных элементов.


Смешанное включение

Использование большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, когда используют несколько параллельно включенных цепочек, и последовательного соединения одного ограничительного резистора и нескольких светодиодов.

Перегорание одного из элементов приведет к неработоспособности только одной цепи, в которой установлен данный элемент. Остальные будут функционировать исправно.

Формулы расчета резистора

Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:

  • напряжение цепи;
  • рабочий ток светодиода;
  • падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).

Величина сопротивления определяется из выражения:

где U – падение напряжения на резисторе, а I – прямой ток через светодиод.

Падение напряжения светодиода определяют из выражения:

U = Uпит – Uсв,

где Uпит – напряжение цепи, а Uсв – паспортное падение напряжения на излучающем диоде.

Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).

Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:

(R – Rст)R 100%

Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.

Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы – рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:

Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.

Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.

Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:

U = 12 – 1.7 = 10.3 В

Сопротивление резистора:

R = 10.3/0.02 = 515 Ом.

Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.

Рассеиваемая мощность в ваттах:

P = 10.3 10.3/560 = 0.19 Вт

Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Подключение светодиодной ленты

Светодиодные ленты выпускаются на различное напряжение питания. На ленте располагается цепь из последовательно включенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.

Наиболее распространенные типы светодиодных лент предназначены для подключения в цепь с напряжением 12 В. Использование для работы большего значения напряжения здесь также возможно. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный участок ленты.

Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, поскольку минимальные участки технологически соединены параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то на ленту 5м из 10 таких отрезков придется возросший в 10 раз ток потребления.


Вот так светодиод выглядит в жизни:
А так обозначается на схеме:

Для чего служит светодиод?
Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.

Подключение и пайка
Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку. Если вы видите внутри светодиода его внутренности — катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).


Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро. Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.

Проверка светодиодов
Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его. Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!

Цвета светодиодов
Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

Многоцветные светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Расчет светодиодного резистора
Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно…
Резистор R определяется по формуле:
R = (V S — V L ) / I

V S = напряжение питания
V L = прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до 4волт)
I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего диода
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала. На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно.
Например: Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома
Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где:
V = напряжение через резистор (V = S — V L в данном случае)
I = ток через резистор
Итак R = (V S — V L ) / I

Последовательное подключение светодиодов.
Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды.
Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.


Пример расчета:
Красный, желтый и зеленый диоды — при последовательном соединении необходимо напряжение питания — не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.
V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S — V L ) / I = (9 — 6) /0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Избегайте подключения светодиодов в параллели!
Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…


Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Мигающие светодиоды
Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.

Цифробуквенные светодиодные индикаторы
Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны:)

виды, назначение, подключение. Подключение к постоянному напряжению

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

  1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
  2. Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U вх — U LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U вх — U LED) 2 / R

где U вх = 220 В,
U LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм Амплитудное значение тока через светодиод, мА Средний ток светодиода, мА Средний ток резистора, мА Мощность резистора, Вт
43 7.2 2.5 5 1.1
24 13 4.5 9 2
22 14 5 10 2.2
12 26 9 18 4
10 31 11 22 4.8
7.5 41 15 29 6.5
4.3 72 25 51 11.3
2.2 141 50 100 22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К п = (Е max — E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,

где Е мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К п = (U max — U min) / (U max + U min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U min:

2.5% = (2В — U min) / (2В + U min) 100% => U min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2 3.1415 50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t разр = Т — t зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I LED dt/dU = 0.02 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U 2 вх — U 2 LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U вх — действующее значение напряжения сети (220В), U LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх — U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1 15 nF 68 nF 100 nF 150 nF 330 nF 680 nF 1000 nF
I LED 1 mA 4.5 mA 6.7 mA 10 mA 22 mA 45 mA 67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

  • X1 — используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
  • X2 — самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
  • Y1 — работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
  • Y2 — довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать , которые называются драйверами.


Впрочем, есть и менее правильные, но, в целом, рабочие варианты. Один из них – собрать стабилизатор тока для светодиода из обычной энергосберегающей лампы.

Прежде чем начнем, помните: все, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск! Мы не даем никакой гарантии, что получившийся прибор заработает у вас правильно. И не несем никакой ответственности за возможный ущерб или повреждения, которые, теоретически, могут случиться, если что-то пойдет не так, как задумано.

Предстоит работать с опасным для жизни напряжением в 220В и, скорее всего, без точной технической документации на конкретную переделываемую лампу. Если вы не знаете правил предосторожностей при работе с высоким напряжением, не сильно уверенно держите в руках паяльник, то лучше откажитесь от этой затеи – в конце концов, готовый драйвер от сети 220В стоит не так уж дорого.

Но, если интересно, то вперед!

Обычная энергосберегайка, она же компактная люминесцентная лампа или КЛЛ, содержит в себе электронное устройство, обеспечивающее поджег и горение газоразрядных ламп. КЛЛ имеют очень приличный срок службы – до 10 000 часов, но с течением времени яркость их свечения снижается, они начинаю сильнее греться, начинают мерцать или вообще перестают светить. При этом, чаще всего, из строя выходит именно «стеклянная часть» лампы, а ее электроника остается в полном порядке. Поэтому, для экспериментов вполне подойдет старая лампа, которая перестала работать, а вы ее почему-то не выбросили. Если есть выбор, то лучше взять лампу помощнее. У меня для опытов оказался пациент, изображенный на картинке в начале статьи.

Запыленная и пожелтевшая лампа Maxus 26W верой и правдой отслужила несколько лет и была заменена, поскольку светить стала чуть ли не вдвое тусклее, чем нужно.

Аккуратно, по пояску открываем лампу.


Аккуратно открытая энергосберегающая лампа

Видим балласт, от которого два провода уходят к цоколю и четыре к стеклянным колбам. Откусываем их все и извлекаем электронную часть. Только внимательно – один из цокольных проводов к плате может идти через висящий резистор. Он тоже нужен, откусывайте за ним.

Получилась вот такая штучка.

Извлеченный балласт люминесцентной лампы — до переделки

Теперь от разрушения ламп переключимся к изучению их принципиальных схем. Импульсный преобразователь (электронный балласт) компактных люминесцентных ламп может различаться деталями для конкретных ламп, но принципиально его схема выглядит так:


Принципиальная схема балласта компактной люминесцентной лампы

Желтым цветом выделено то, что может значительно отличаться от лампы к лампе в зависимости от производителя и ее мощности. В любом случае, оставляем эту часть безо всяких изменений. То, что отмечено синим, останется бесхозным после удаления ламп (стеклянных колб) и может быть безболезненно удалено с платы, дабы не мешало.

Получится примерно так:


Импульсный преобразователь после удаления «лишних» деталей

После удаления «синей» части схемы, останется два проводника, повисших в воздухе. Их нужно соединить друг с другом – закоротить. Найдем что с чем соединять на конкретной плате.


Обратная сторона платы импульсного преобразователя

Как видно, нужно закоротить выход дросселя (он же вход в колбы) с выходом из колб по кратчайшему пути. Электроника вашей лампы, скорее всего, внешне будет отличаться от того, что вы видите на картинке. Важно понять сам принцип.

Следующий шаг – сделать из дросселя трансформатор, выпрямить получившийся ток и запитать им светодиоды.

Дело в том, что люминесцентные лампы питаются напряжением высокой частоты (до 50КГц). Соответственно, намотав на дроссель вторичную обмотку, можно получить на ней нужное напряжение.

Аккуратно выпаиваем дроссель. Дальше очень творческая задача – его разобрать. Дроссель состоит из катушки с проводом, в которую сверху и снизу вставляются две половинки Е-образного феррита. Разобрать дроссель – это значит разъединить спаявшиеся за года половинки тонкого и хрупкого феррита (которые еще иногда заливают лаком), снять их и получить свободный доступ к катушке с проводом. Удалите ленту, которая расположена по периметру феррита, после чего нежно и не прикладывая больших усилий, попробуйте его разъединить. Помогает нагревание – например, аккуратно паяльником по всему периметру феррита. У меня получилось, правда, далеко не сразу.


Побежденный и разобранный дроссель

На открывшуюся катушку поверх наматываем вторичную обмотку. По моим наблюдениям один оборот вторичной обмотки дает в ней около 0.8В напряжения. В моих планах было запитать две линейки одноваттных светодиодов по 10шт. Для этого мне нужно около 30В напряжения. Итоговый ток требуется небольшой – до 200-250мА, поскольку светодиоды ну очень китайские.

В моем случае получилось 40 витков эмальпровода диаметром 0.25мм. Наматывайте аккуратно, поскольку дроссель потом нужно будет собрать обратно, т.е. вернуть ферриты на место. Не забудьте в конце узкой полоской изоленты или скотча скрепить между собой половинки феррита. Впаиваем дроссель обратно. Получится как-то так.


Результат работы — готовый «драйвер» из балласта энергосберегайки

Подключаем входное сетевое напряжение. Взрывов, фейерверков нет? Чудесно! Теперь аккуратно меряем переменное напряжение на выходах вторичной обмотки. Получилось то, что нужно? Здорово! Если нет, отключаемся от сети и отматываем (чтобы уменьшить) или добавляем (чтобы увеличить) несколько витков в обмотке. Разбирать дроссель для этого не нужно – просто аккуратно продевайте провод между катушкой и ферритом.

У меня две линейки светодиодов. Подключить их можно двумя способами – параллельно – для этого нужно предварительно выпрямить ток. Или встречно – для этого выпрямлять ток не нужно. На схеме это выглядит так.


Параллельное подключение двух линеек светодиодов

Параллельное подключение. Зеленая область – вторичная обмотка, диодный мост и светодиоды. Синяя линия – перемычка. Диодный мост собирается из быстрых диодов. Я взял 4 диода HER307.

Встречное подключение выглядит так:


Встречное подключение двух линеек светодиодов

Оба варианта имеют право на жизнь, я выбрал параллельное подключение с выпрямлением.

После сбора схемы подключите светодиоды через амперметр. Подключите питание. Если сила тока такая, как необходимо – отлично, если нет, то убирая/добавляя витки вторичной обмотки дросселя уменьшите или увеличьте ток.


Результат работы — светодиоды подключены и ярко светят.

У меня получилось около 200мА на две линейки по 10 светодиодов. Маловато, но для настольного светильника хватит.

Очень непривычно видеть подключение светодиодов напрямую от источника тока. Но здесь стабилизация тока достигается за счет точной стабилизации напряжения. И, в данном случае, если что-то произойдет с одной из параллельных линеек светодиодов, ток в оставшихся линейках не изменится, в отличие от обычного подключения через драйвер.

Правильно собранная схема должна иметь серьезный запас по мощности – у меня рабочая мощность 6 из 26 Вт. Ничего (кроме светодиодов) не должно существенно нагреваться в процессе работы (только проверяйте после отключения от сети).

Также, имеются готовые модели драйверов для светодиодов , без которых никак не обойтись, если будет нужно получить мощный и яркий свет.



Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет, чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.

Драйвера с питанием от 5В до 30В

Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер. Они бывают повышающие и понижающие. Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.

В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.

Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.

Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.

Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.

Включение 1 диода

Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.

Параллельное подключение

При параллельном соединении желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.

Рациональность применений каждого способа рассчитывают исходя из требований к изделию.

Последовательное подключение

Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт. В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.

Такое соединение применяют в любой светотехнике:

  1. светодиодные лампах для дома;
  2. led светильники;
  3. новогодние гирлянды на 220В;
  4. светодиодные ленты на 220.

В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.

Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление. Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.

Подключение RGB LED

Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.

Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.

Включение COB диодов

Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.

Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.

Подключение SMD5050 на 3 кристалла

От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов белого света, поэтому имеет 6 ножек. То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.

При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2. Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.

При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.

Светодиодная лента 12В SMD5630

Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.

Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.

Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.

Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.

Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.

Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909 , поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).

Базовая схема драйвера следующая:


Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909

Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.

У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.


COB cветодиод 50 ватт

Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.

Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит

Падение напряжения на светодиодах –

Пульсацию тока примем равной +-15%:

I D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A

При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит

Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле

Rs = 0.25 / I LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.

Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:

что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.

Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени «высокого уровня», когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Rt = (tp — 0.8) * 66 , где tp — пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.

Продолжительность «высокого уровня» — это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения — регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.

Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности «высокого уровня» к общей продолжительности импульса — скважность импульса — рассчитывается по формуле:

D = V LED / V IN = 30 / 310 = 0.097

Частота переключений рассчитывается так:

F = (1 — D) / tp , а значит tp = (1 — D) / F

Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае

tp = (1 — 0.097) / 90 000 = 10мкс

Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt

Rt = (10 — 0.8) * 66 = 607.2КОм

Ближайший доступный номинал — 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:

tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс

Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле

Lmin = (V LED * tp) / I D

Используя уточненное значения tp, получаем

Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн

Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение — 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.

Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности — это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А.

Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 — 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.

Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще — оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким — STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора — менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток — FDD7N60NZ . В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.

При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.

Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.

Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.


На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.

Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:


Допустимая частота диммирования — до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.

Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.


Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.


Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске

Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять

Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой — кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.

Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь — напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.

Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.



Схемы драйверов светодиодов для самостоятельного изготовления, подробное описание. Подробное описание как сделать драйвер питания светодиодов своими руками.

Прежде всего для пайки драйвера понадобятся инструменты и материалы:

Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.

Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Припои без свинца менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.

Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.

Плоскогубцы для сгибания выводов.

Кусачки для обкусывания длинных концов выводов и проводов.

Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.

Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.

Изоляционная лента.

Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.

Схема драйвера для светодиода 1 Вт.

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом . Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Мощный драйвер с входом ШИМ.

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера:

  • Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
  • Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
  • Выходная мощность: до 18 Вт;
  • Защита от КЗ по выходу;
  • Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала.

Принцип действия.

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

  • 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
  • 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
  • 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера.

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Список элементов:

Подведём итог.

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.

Инструмент для расчета резисторов серии

LED — Apogeeweb

В электронике простейшая схема для питания светодиода использует источник напряжения с последовательно включенным резистором и светодиодом. Чтобы найти необходимый последовательный резистор, введите напряжение отдельного светодиода, желаемый ток и общее напряжение питания.

Следующие важные формулы для проектирования электроники:

Закон Ома

Для расчета резистора

где

В S — напряжение источника, измеренное в вольтах (В).
В f — это падение напряжения на светодиоде, измеренное в вольтах (В).
I f — это ток через светодиод, измеренный в амперах (Ампер / А).
R — сопротивление, измеренное в Ом (Ом).

Этот калькулятор основан на калькуляторе закона Ома , но учитывает падение напряжения на светодиодах. Кроме того, ток через светодиод равен току резистора, потому что ток постоянный.Таким образом, вы сможете подобрать подходящий резистор для светодиодных светильников.

Люди тоже спрашивают (Q&A)

1. Как рассчитать резистор в серии светодиодов?
Значение правильного резистора для последовательных светодиодов — это напряжение питания (давление) за вычетом общего давления, потребляемого всеми выключенными светодиодами (падение напряжения на одном светодиоде, раз на общее количество светодиодов), этот ответ затем делится на ток светодиода (поток электронов), необходимый для схемы.

2. Должен ли резистор стоять до светодиода?
Это не важно! Резистор может быть установлен до или после светодиода, и он все равно будет его защищать. Видите ли … ток, который выходит из батареи, всегда равен току, который течет обратно в батарею. Ток через резистор такой же, как ток через светодиод.

3. Нужен ли резистор для светодиода? Резисторы
в схемах светоизлучающих диодов (СИД): СИД (светоизлучающий диод) излучает свет, когда через него проходит электрический ток.Балластный резистор используется для ограничения тока через светодиод и предотвращения его возгорания. Если источник напряжения равен падению напряжения светодиода, резистор не требуется.

4. Есть ли резисторы на положительной или отрицательной стороне светодиода?
Поскольку этот резистор используется только для ограничения тока в цепи, он может располагаться по обе стороны светодиода. Размещение резистора на положительной (анодной) стороне резистора не будет иметь никакого эффекта, чем размещение резистора на отрицательной (катодной) стороне светодиода.

5. В светодиодные ленты встроены резисторы?
Обычно в светодиодную ленту встроены резисторы, и вы просто обеспечиваете 12 В или 5 В, или что-то еще, на что полоса рассчитана.

6. Светодиоды работают от постоянного или переменного тока?
В большинстве случаев светодиоды работают от источника постоянного тока. Светодиоды потребляют постоянный ток для получения света; при переменном токе светодиод будет гореть только тогда, когда ток течет в правильном направлении. Подача переменного тока на светодиод заставит его мигать и выключаться, а при высокой частоте светодиод будет гореть постоянно.

7. Куда идет резистор на светодиоде?
Резистор может быть с любой стороны светодиода, но он должен присутствовать. Когда два или более компонента соединены последовательно, ток будет одинаковым для всех из них, поэтому не имеет значения, в каком порядке они расположены.

8. Зачем светодиодам нужны токоограничивающие резисторы?
Токоограничивающий резистор помогает смягчить эффект увеличения напряжения благодаря своей линейной ВАХ. Кроме того, резисторы ведут себя противоположно светодиодам в зависимости от их температуры — с повышением температуры увеличивается и сопротивление.

9. Нужен ли резистор для светодиода на 12 В?
Какой резистор нужен для того, чтобы зажечь светодиод с напряжением 12 В? Как правило, вы хотите минимизировать потери, поэтому вы подключаете как можно больше светодиодов последовательно, чтобы потреблять предоставленное напряжение, затем вы используете резистор, чтобы ограничить ток до правильного значения. Белые светодиоды обычно используют 3,0 вольта.

10. Какой резистор мне нужен, чтобы понизить 12В до 5В?
Поместите два резистора последовательно со вторым номиналом резистора (5/7) первого номинала резистора.Поместите резисторы между 12В и землей, и тогда вы получите 5В в точке между ними. Это очень грубый способ сделать это. Он не регулируется, поэтому выходное напряжение будет зависеть от входного напряжения.

11. Резистор какого размера следует использовать со светодиодом?

Основы: Подбор резисторов для светодиодов

12. Как рассчитать резистор для светодиода?

Мы будем использовать следующую формулу для определения номинала резистора: резистор = (напряжение батареи — напряжение светодиода) / желаемый ток светодиода.Для типичного белого светодиода, который требует 10 мА при питании от 12 В, значения следующие: (12–3,4) /. 010 = 860 Ом. Чтобы использовать несколько светодиодов параллельно, просуммируйте текущие значения.

13. Какая формула для резистора?

Уравнение резистора серии

Rtotal = R 1 + R 2 + R 3 +… .. Rn и т. Д. Обратите внимание, что полное или эквивалентное сопротивление RT оказывает такое же влияние на схему, как и исходная комбинация резисторов. алгебраическая сумма отдельных сопротивлений.

14. Что произойдет, если не использовать резистор со светодиодом?

При подключении светодиода вы всегда должны использовать токоограничивающий резистор для защиты светодиода от полного напряжения. Если подключить светодиод напрямую к 5 В без резистора, светодиод будет перегружен, некоторое время будет очень ярким, а затем перегорит.

15. Нужны ли резисторы для светодиодных лент?

Помимо светодиодов, также необходим один или несколько токоограничивающих резисторов, чтобы гарантировать, что светодиодная лента не перейдет в режим перегрузки по току.Резистор также включен последовательно со светодиодами, и его значение сопротивления рассчитывается таким образом, чтобы он также потреблял примерно 3 вольта.

16. Как рассчитывается сопротивление светодиода?

Чтобы рассчитать резистор, необходимый для простой цепи светодиода, просто снимите падение напряжения с напряжения источника, а затем примените закон Ома.

17. Как выбрать резистор для светодиода?

В следующем примере светодиод с напряжением 2 вольта и силой тока 20 миллиампер должен быть подключен к источнику питания 12 вольт.Балластный резистор можно рассчитать по формуле: резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение недоступно, выберите следующее значение, которое выше.

18. Каков максимальный ток для светодиода?

20 мА

Для светодиодов стандартного диаметра 5 мм максимальный ток обычно составляет 20 мА, поэтому значения 10 мА или 15 мА подходят для многих цепей.

19. Следует ли подключать светодиодные фонари последовательно или параллельно?

Компоненты серии

имеют одинаковый ток через них, но колеблющиеся напряжения.Вообще говоря, в большинстве светодиодных светильников используется последовательно-параллельная комбинация. В идеале, для надежности и согласованности освещения, было бы лучше иметь одну полосу светодиодов, все последовательно подключенные к драйверу постоянного тока.

20. Как рассчитать номинал резистора для серии светодиодов?

В этом видео объясняется, как рассчитать значение сопротивления светодиодов для последовательной и параллельной цепей. Перед использованием светодиодов в цепи очень важно выбрать правильное значение сопротивления, иначе светодиод может перегореть.

Калькулятор импеданса параллельной RLC-цепи

• Калькуляторы электрических, радиочастотных и электронных устройств • Онлайн-преобразователи единиц

Этот калькулятор импеданса параллельной RLC-цепи определяет импеданс и угол сдвига фаз резистора, катушки индуктивности и конденсатора, подключенных параллельно для заданной частоты синусоидального сигнала. Также определяется угловая частота.

Пример: Рассчитайте полное сопротивление резистора 300 Ом, катушки индуктивности 100 мГн и конденсатора 10 мкФ на частоте 159 Гц.В этом примере показано высокое, почти резонансное сопротивление около 299,99 Ом. Если вы хотите проверить импеданс почти при точном резонансе, введите 159,1549 Гц вместо 159 Гц. Схема немного индуктивна, а индуктивное сопротивление меньше емкостного. Если вы введете немного более высокую частоту 159,1550 Гц, схема изменится на слегка емкостную, ее индуктивное реактивное сопротивление станет выше емкостного, и вы заметите, что угол разности фаз, который был немного выше нуля, стал отрицательным.

Вход

Сопротивление, R

миллиом (мОм) Ом (Ом) килоом (кОм) мегом (МОм)

Индуктивность, л

генри (H) миллигенри (мГн) микрогенри (мкГн) ) пикогенри (pH)

Емкость, C

фарад (F) микрофарад (мкФ, мкФ) нанофарад (нФ) пикофарад (пФ)

Частота, f

герц (Гц) миллигерц (мГц) килогерц (мГц) кГц (МГц) гигагерцы (ГГц)

Выход

Угловая частота ω = рад / с

Емкостное реактивное сопротивление X C = Ω

Индуктивное реактивное сопротивление X L = Общее сопротивление Сопротивление RLC | Z RLC | = Ом

Разность фаз φ = ° = рад

Коэффициент качества Q =

Резонансная частота

f 0 = Гц ω 0 = рад / с

Введите сопротивление, значений емкости, индуктивности и частоты, выберите единицы измерения и нажмите или коснитесь кнопки Calculate .Попробуйте ввести нулевые или бесконечно большие значения, чтобы увидеть, как ведет себя эта схема. Бесконечная частота не поддерживается. Чтобы ввести значение Infinity , просто введите inf в поле ввода.

Для расчета используются следующие формулы:

Здесь

Z RLC сопротивление в цепи RLC ,

ω = 2πf — угловая частота в рад / с,

f — частота в герцах (Гц),

R — сопротивление в Ом (Ом),

L — индуктивность в генри (Гн),

C — емкость в фарадах (Ф),

Q — добротность параллельной RLC-цепи (безразмерная),

ω 0 — резонансная угловая частота в радианах в секунду (рад / с),

f 0 — резонансная частота в герцах (Г),

φ — фазовый сдвиг между общим напряжением В T и полный ток I T в градусах (°).

Для расчета введите сопротивление, индуктивность, емкость и частоту, выберите единицы измерения, и результат для полного сопротивления RLC будет показан в омах, а для разности фаз — в градусах. Также будут рассчитаны добротность, реактивное сопротивление C и L и резонансная частота. Щелкните или коснитесь Расчет на резонансной частоте , чтобы увидеть, что произойдет при резонансе.

Параллельная цепь RLC состоит из резистора R, катушки индуктивности L и конденсатора C, соединенных параллельно.На английском языке последовательность букв в названии цепи может быть разной: RLC, RCL, LCR и т. Д. Как и чисто параллельный LC-контур, RLC-контур может резонировать на резонансной частоте, и резистор увеличивает затухание колебаний на этой частоте. частота.

Слева: график полного сопротивления параллельной цепи RLC Z RLC в зависимости от частоты f для заданного сопротивления, индуктивности и емкости. Значения сопротивления, индуктивности и емкости подбираются так, чтобы резонансная частота была одинаковой для всех графиков.
Справа: график полного сопротивления параллельной цепи RLC Z RLC и фазового сдвига между полным напряжением и полным током φ в зависимости от частоты f

Резонанс возникает на частоте, на которой сопротивление цепь находится на максимуме, то есть, если в цепи нет реактивного сопротивления. Другими словами, если сопротивление чисто резистивное (или реальное). Это явление возникает, когда реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора равны и из-за их противоположных знаков они компенсируют друг друга (подавление можно увидеть на правой векторной диаграмме ниже).

Калькулятор определяет резонансную частоту контура RLC, и вы можете ввести эту частоту или значение немного выше или ниже, чтобы увидеть, что произойдет с другими расчетными значениями при резонансе.

Калькулятор также определяет коэффициент добротности RLC-контура, параметр, который используется для характеристики резонансных контуров и не только электрических, но и механических резонаторов. Цепи RLC с демпфированием и потерями с низким сопротивлением имеют низкий коэффициент добротности и являются широкополосными, тогда как цепи с низким сопротивлением имеют высокий коэффициент добротности.Для параллельной RLC-цепи коэффициент добротности можно рассчитать, используя приведенную выше формулу.

Векторная диаграмма для параллельной цепи RLC. 1 — индуктивное реактивное сопротивление, то есть цепь действует как индуктор, 2 — емкостное реактивное сопротивление, то есть цепь действует как конденсатор, и 3 — полное сопротивление при резонансе определяется только сопротивлением, а цепь является чисто резистивной на резонансной частоте.

В параллельной цепи RLC приложенное напряжение одинаково для резистора, катушки индуктивности и конденсатора, но отдельные токи во всех ветвях цепи разные.На векторной диаграмме показано напряжение V T идеального источника напряжения. Из-за сопротивления вектор тока резистора появляется в фазе с приложенным напряжением. Вектор тока индуктивности I L отстает от вектора напряжения на 90 °, поэтому он нарисован под углом –90 °. Вектор емкостного тока I C опережает вектор напряжения на 90 ° и вычерчивается под + 90 °. Векторная сумма двух противоположных векторов может быть направлена ​​вниз или вверх в зависимости от тока, протекающего через индуктивность и емкость.Вектор полного тока I T получается с помощью теоремы Пифагора.

На резонансной частоте емкостное и индуктивное реактивные сопротивления равны, и если мы посмотрим на уравнение для | Z | выше мы увидим, что эффективное сопротивление равно сопротивлению и является самым высоким. Токи, протекающие через катушку индуктивности и конденсатор, равны, потому что их реактивные сопротивления равны. Итак, на резонансной частоте ток, потребляемый от источника, определяется только резистором.Из-за этого параллельный контур RLC на резонансной частоте, подключенный к источнику напряжения, действует как чистый резистор.

В то же время мы можем видеть, что ток циркулирует через катушку индуктивности и конденсатор взад и вперед. Это можно сравнить с качелями, которые могут колебаться с уменьшающейся амплитудой без приложения к ним какой-либо внешней силы.

На английском языке параллельная цепь RLC часто называется цепью резервуара, потому что она может накапливать энергию в форме электрического поля, а магнитное поле с циркулирующим током, как резервуар, может хранить жидкость, не выпуская ее.Величина этого циркулирующего тока зависит от импеданса конденсатора и катушки индуктивности. Если индуктивность высокая, а емкость низкая, их реактивные сопротивления будут высокими, а ток будет небольшим. И наоборот, если индуктивность низкая, а емкость высокая, их реактивные сопротивления будут низкими, а ток будет высоким.

Индукторы с воздушным сердечником в радиочастотном модуле телевизионного приемника

Режимы отказа

Что делать, если что-то пойдет не так в этой цепи? Щелкните или коснитесь соответствующей ссылки, чтобы просмотреть калькулятор в различных режимах отказа:

Специальные режимы

Неисправный электролитический конденсатор

Щелкните или коснитесь соответствующей ссылки, чтобы просмотреть калькулятор в различных специальных режимах:

Различные режимы постоянного тока

Короткий цепь

Обрыв цепи

Чисто емкостная цепь

Цепь в резонансе

Чисто индуктивная цепь

Индуктивная цепь

Примечания

  • В наших объяснениях поведения этой цепи нулевая частота означает постоянный ток.Если f = 0, мы предполагаем, что схема подключена к идеальному источнику постоянного напряжения.
  • При нулевой частоте мы считаем реактивное сопротивление конденсатора равным нулю, если его емкость бесконечно велика. Если конденсатор имеет конечную емкость, его реактивное сопротивление при нулевой частоте бесконечно велико и для источника постоянного напряжения оно представляет собой разомкнутую цепь или, другими словами, удаленный конденсатор.
  • При нулевой частоте мы считаем реактивное сопротивление идеальной катушки индуктивности бесконечно большим, если ее индуктивность бесконечно велика.Если катушка индуктивности имеет конечную индуктивность, ее реактивное сопротивление при нулевой частоте равно нулю, а для источника постоянного напряжения оно представляет собой короткое замыкание.

Эта статья написана Анатолием Золотковым.

Патент США на устройство освещения и способ независимого управления мощностью, подаваемой на нагрузку от диммеров с разными углами диммирования фазы. Патент (Патент № 9655188 от 16 мая 2017 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ

Эта заявка относится к одновременно рассматриваемым заявкам, поданным одновременно с этим под Сер.№ 15 014/790, озаглавленный «Устройство освещения и способ развязки мощности, подаваемой на нагрузку СИД, от угла затемнения со срезанием фазы», ​​и Ser. № 15 / 014,925, озаглавленный «Устройство и способ устранения переходных процессов и дрейфа из сети переменного тока, подаваемой на светодиодную нагрузку, управляемую постоянным током».

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к осветительным устройствам, содержащим светоизлучающие диоды (СИД), и, в частности, к светодиодным осветительным устройствам, в которых используются диммеры со срезанной фазой.

2. Описание соответствующего уровня техники

Следующие ниже описания и примеры приведены только в качестве фона и предназначены для раскрытия информации, которая, как считается, может иметь отношение к настоящему изобретению. Никакое признание не обязательно подразумевается и не должно толковаться, что любая из следующих сведений составляет предшествующий уровень техники, влияющий на патентоспособный характер заявленного здесь предмета.

Лампы и дисплеи, использующие светодиоды для освещения, становятся все более популярными на многих различных рынках.Светодиоды обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными источниками света, такими как лампы накаливания и люминесцентные лампы, включая низкое энергопотребление, длительный срок службы, отсутствие опасных материалов и дополнительные специфические преимущества для различных приложений. Обычное использование светодиодных осветительных устройств неуклонно растет на протяжении многих лет благодаря достижениям в светодиодной технологии и, как следствие, снижению затрат.

Во многих осветительных приборах используются диммеры для регулировки мощности, подаваемой на источники света, и, следовательно, для управления интенсивностью света, генерируемого источником света.Имеющиеся в продаже диммеры бывают разных видов с множеством различных характеристик. Некоторые диммеры содержат микроконтроллеры, которые обычно называют электронными диммерами, в то время как другие содержат только пассивные компоненты.

Подавляющее большинство диммеров, используемых в жилых или коммерческих помещениях, представляют собой устройства регулирования фазы (иначе называемые диммерами с отсечкой фазы), которые изначально были разработаны как простой, эффективный и недорогой метод уменьшения яркости источников света накаливания.Диммеры с отсечкой фазы, как по переднему, так и по заднему фронту, обычно работают, ограничивая мощность, подаваемую на нагрузку, проводя только определенный процент формы сигнала переменного тока за каждый полупериод. В диммерах с передним фронтом фазового отсечки передняя фаза или передний фронт формы волны переменного тока удаляется из каждого полупериода, чтобы ограничить мощность, подаваемую на нагрузку. И наоборот, диммеры с отсечением фазы по заднему фронту ограничивают мощность, подаваемую на нагрузку, путем удаления обратной фазы или заднего фронта каждого полупериода.В обоих случаях небольшое затемнение достигается за счет удаления относительно небольшой части формы волны переменного тока, тогда как большая часть вырезается для более глубокого затемнения. Ручное изменение положения диммера изменяет угол проводимости и период проводимости, и, следовательно, мощность, подаваемую на нагрузки, что приводит к изменению светоотдачи. Большинство диммеров с отсечкой фазы представляют собой настенные устройства, питаемые от сети переменного тока напряжением 120 В RMS при 60 Гц или 220 В RMS при 50 Гц.

РИС. 1 иллюстрирует пример типичного устройства освещения с регулируемым диммером.Диммер 10 подключен к сети переменного тока и обеспечивает соответствующий угол проводимости на своем выходе. Пример выпрямленного угла проводимости передней кромки 12 показан применительно к обычному источнику питания 14 . Если устройство освещения 16 используется для освещения светодиодной нагрузки, состоящей из одной или нескольких цепочек светодиодов 18 , то источник питания 14 обычно включает в себя преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует форму волны переменного тока с отсечкой фазы вручную. регулируемый угол проводимости для постоянного напряжения (В DC ).От постоянного напряжения к светодиодной нагрузке 18 может подаваться ток различной величины в зависимости от необходимой яркости, а также желаемого цветового спектра, если используется более одной цепочки красных, зеленых, синих или белых светодиодов. Драйвер 20 может использоваться для управления различными цепочками светодиодов для получения желаемой яркости в люменах и другого желаемого цветового спектра.

РИС. 2 показан угол проводимости , 12, диммера со срезанной фазой по передней кромке. Хорошо известно, что угол проводимости также может быть задним фронтом, и что угол проводимости 12 является просто примером одного типа угла проводимости, образованного диммером с отсечением фазы.Заштрихованная часть основного сигнала переменного тока указывает оставшийся сигнал сети переменного тока с отсечкой фазы.

При использовании со светодиодной нагрузкой имеющиеся в продаже диммеры с отсечкой фазы не обеспечивают стабильной работы при затемнении светодиодов. Одна из причин заключается в конструкции светодиодной нагрузки по сравнению с лампой накаливания. Например, лампа накаливания представляет собой простую резистивную нагрузку с линейным откликом. Диммеры с фазовой отсечкой особенно хорошо работают с этим типом нагрузки, поскольку сопротивление нити накала уменьшается с уменьшением ее угла проводимости, что приводит к естественному плавному диммированию.

С другой стороны, светодиодные нагрузки не представляют простой резистивной нагрузки на диммер. Вместо этого большинство светодиодных нагрузок можно охарактеризовать как диодно-конденсаторный источник питания, питающий источник постоянного тока. Диоды выпрямляют приложенное переменное напряжение, позволяя заряжать накопительный конденсатор, в то время как светодиодные нагрузки потребляют постоянный ток от источника питания, связанный с желаемым уровнем затемнения и яркостью. В модели диодно-конденсаторного источника питания светодиодной нагрузки ток течет от приложенного напряжения к нагрузке только тогда, когда величина приложенного напряжения превышает сохраненное напряжение на конденсаторе источника питания, часто связанном с выходом источника питания.Сохраненное напряжение на конденсаторе источника питания, в свою очередь, зависит от тока, потребляемого самими светодиодами, который является функцией яркости светодиода. Следовательно, ток, протекающий от источника питания к светодиоду, зависит как от мгновенного значения формы волны переменного напряжения, так и от яркости светодиода, которая зависит от угла проводимости диммера.

В обычной конструкции диммера ток, протекающий к светодиодной нагрузке, связан или относительно угла проводимости, выходящего из диммера.Например, в одноступенчатом источнике питания с импульсным режимом элемент накопления энергии, катушка индуктивности или конденсатор, должен подавать питание на светодиод, в то время как симисторный диммер, например, не проводит ток. По мере изменения угла проводимости энергия, запасенная в элементе накопления энергии (например, в конденсаторе с диодной связью или в индуктивности накопления тока на выходе источника питания), должна, таким образом, обеспечивать мощность для изменяющегося количества времени. Например, по мере уменьшения угла проводимости элемент накопления энергии должен обеспечивать питание в течение увеличивающегося количества времени.Чтобы ток пульсации через светодиодную нагрузку оставался относительно постоянным, ток возбуждения светодиода через светодиодную нагрузку должен уменьшаться с уменьшением угла проводимости. Обратное верно, если угол проводимости увеличивается.

РИС. 5 иллюстрирует взаимосвязь между углом проводимости диммера и яркостью, например, лампы накаливания. Многие диммеры имеют различные диапазоны угла проводимости, которые они могут создавать. Некоторые создают углы проводимости от 60 ° до 120 °, в то время как другие могут обеспечивать более широкий диапазон углов проводимости.Поскольку диммер регулируется вручную, либо вращением ручки, либо перемещением ползунка вверх и вниз на настенной пластине, нагрузка реагирует соответствующим образом; обычно линейно, как показано. В примере на фиг. 5, диапазон углов от некоторых диммеров может простираться от 90 °, указывающего максимальную яркость, до 45 °, указывающего минимальную яркость, в то время как диапазон углов других диммеров может простираться от 165 ° вниз до 15 °; Кроме того, диапазон углов некоторых диммеров может изменяться между первым включением таких диммеров и последующим включением этих диммеров.Например, некоторые диммеры могут сначала включаться с минимальным углом 45 °, но после включения будут создавать углы до 30 °.

Как отмечено в конструкции обычного регулятора яркости, мощность, подаваемая на нагрузку, будь то светодиод или нет, зависит от угла проводимости. Если требуется большая яркость, угол проводимости должен быть увеличен, тем самым увеличивая мощность, потребляемую из основной линии переменного тока, и, следовательно, ток нагрузки, подаваемый на нагрузку. Таким образом, источник питания, который производит ток возбуждения для светодиодной нагрузки, зависит от угла проводимости на выходе диммера и связан с ним.Было бы желательно отделить источник питания от угла проводимости в некоторых случаях, когда используется светодиодная нагрузка. Например, когда используются разные диммеры, может быть желательно обнаруживать различные диапазоны углов проводимости только что присоединенного диммера и регулировать отображение угла проводимости в соответствии с яркостью, требуемой светодиодной нагрузкой. Таким образом, светодиоды могут адаптироваться к любому используемому диммеру, так что полный механический диапазон скользящего или вращающегося диммера можно использовать для регулировки любой желаемой яркости светодиода.Кроме того, светодиоды и, более конкретно, токи возбуждения светодиодов, приложенные к ним, могут динамически изменять соотношение между входным углом проводимости и яркостью при подключении к диммерам, которые имеют другой диапазон углов при первом включении. Таким образом, светодиоды не будут «загораться», когда такой диммер сначала увеличивается от минимального значения угла проводимости.

Кроме того, обычные светодиодные осветительные устройства подают мощность на светодиодную нагрузку, пропорциональную среднеквадратичному напряжению сети переменного тока, при этом сеть переменного тока может изменяться как по углу, так и по амплитуде.Например, эти основные напряжения переменного тока могут отличаться на +/- 20% или более от номинального значения, что приводит к соответствующему изменению яркости светодиодов. Кроме того, минимальная яркость определяется среднеквадратичным напряжением под минимальным углом от диммера. Минимальное среднеквадратичное напряжение может быть значительным, в результате чего минимальная светоотдача светодиодов будет довольно яркой и составляет лишь несколько процентов от максимальной яркости.

Большинство светодиодных осветительных приборов для жилых и коммерческих помещений оснащено диммерами, предпочтительно симисторными диммерами.Однако, как отмечалось выше, связывание уникальных характеристик управляющих токов со светодиодами и попытка управления ими с использованием диммера, подключенного к основной линии переменного тока, проблематичны. Хотя сохранить диммер выгодно, поскольку в большинстве жилых и коммерческих приложений есть диммер, также полезно убрать управление мощностью светодиода из-под контроля с помощью диммера. Таким образом, развязка выхода угла проводимости диммера от выхода светодиода полезна не только для расширения диапазона выхода светодиода по сравнению с диапазоном, доступным при использовании диммера, но также для приспособления диммеров, имеющих разные углы проводимости, но при этом сохраняя более точное управление выходным светом светодиода, чем то, которое доступно при использовании обычного диммерные конструкции.Прежде всего, полезно отделить угол проводимости от источника питания, чего не могут достичь обычные осветительные устройства с регулируемым диммером. Однако, если бы развязка происходила сверх того, что в настоящее время доступно в обычных конструкциях диммеров, источник питания мог бы управлять минимальным световым потоком, чтобы он не зависел от минимального угла проводимости и был сколь угодно малым, например 0,1% от светового потока. максимальная яркость светодиода. Это намного меньше, чем то, что может быть достигнуто с помощью обычных устройств освещения с регулируемым диммером.Аналогично, обычные диммеры, которые создают относительно небольшой максимальный угол, например 90 °, имеют соответственно меньшую максимальную выходную яркость, чем те диммеры, у которых максимальный угол больше 90 °. Разделение мощности, подаваемой на светодиодную нагрузку, от угла проводимости позволило бы максимальной яркости не зависеть от максимального угла проводимости, достигаемого диммером. Это преимущество отличается от того, которое можно получить с помощью обычного устройства освещения с регулятором яркости.

Хотя среднеквадратичное линейное напряжение может изменяться в зависимости от угла и амплитуды, определенные переходные процессы и дрейф могут также присутствовать на выходе обычного устройства освещения с управлением диммером.Как показано на фиг. 3, выходной сигнал диммера 10 с отсечкой фазы по переднему фронту может иметь определенные переходные процессы 22 , которые возникают, когда линейное напряжение сначала выпрямляется до относительно большого значения напряжения с колебаниями, возникающими на переднем фронте угол проводимости. Кроме того, в конце каждого угла проводимости ток утечки через симистор, например, может вызвать дрейф основного сетевого напряжения переменного тока в лампе, что может отрицательно повлиять на следующее измерение угла проводимости.Как показано, между углами проводимости, когда симистор предположительно отключен и источник питания также отключен, небольшие токи утечки все еще могут протекать через симистор. Ток утечки вызывает дрейф постоянного тока вверх 24 между углами проводимости и, что важно, в критический момент, когда угол проводимости измеряется источником питания. Если симистор перезапускается до того, как выпрямленное напряжение сети переменного тока упадет почти до нуля вольт, источник питания может измерить неверный угол проводимости или может помешать правильной работе источника питания.Комбинация переходных процессов переменного тока 22 и дрейфа постоянного тока 24 может отрицательно повлиять на измерения, проводимые на источнике питания 14 , подключенном для приема выпрямленной сети переменного тока; таким образом, дополнительно влияя на управление яркостью на светодиодную нагрузку 18 . Как показано на фиг. 4, изменения угла проводимости , 26, могут вызывать перекос, так что соответствующая яркость не является устойчивой во всем диапазоне углов проводимости. Кроме того, переходные процессы и дрейф могут повлиять на устойчивость яркости, контролируемой источником питания.

Чтобы обеспечить плавное регулирование яркости в гораздо более широком диапазоне и адаптироваться к любому диапазону угла проводимости любого подключенного диммера, было бы желательно представить улучшенную архитектуру источника питания. Улучшенный источник питания должен быть таким, который может разделять мощность, подаваемую на светодиодную нагрузку, от угла проводимости, чтобы подаваемая мощность поступала от источника, отличного от диммера, и, таким образом, не зависела от угла проводимости. Усовершенствованный источник питания может затем адаптировать выходную мощность к светодиодной нагрузке для любого диммера или диапазона угла проводимости диммера, подключенного к сети переменного тока, и может работать при уровнях яркости намного ниже, чем обычные источники питания, чтобы затемнять лампу до меньше 0.Например, 1% от максимальной яркости этой лампы. Кроме того, желательно, чтобы улучшенный источник питания устранял переходные процессы переменного тока и дрейф постоянного тока, чтобы добиться более точного считывания угла проводимости, а также более точно знать, когда активировать источник питания и изменить ток источника питания постоянного тока. при каждой продолжительности угла проводимости для более точного управления током возбуждения в более широком диапазоне яркости светодиода.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблемы, описанные выше, в значительной степени решаются с помощью систем и способов управления яркостью осветительных устройств путем развязки мощности, подаваемой на нагрузку СИД, от угла затемнения с отсечкой фазы.Эти устройства и способы также имеют возможность независимо управлять мощностью, подаваемой на нагрузку от диммеров, имеющих разные углы затемнения с отсечкой фазы. Любые переходные процессы и дрейф от сети переменного тока, подаваемой на светодиодную нагрузку, управляемую постоянным током, эффективно устраняются с помощью усовершенствованных осветительных устройств и способов, описанных здесь ниже.

Согласно первому варианту осуществления предоставляется осветительное устройство, имеющее основную линию переменного тока, сконфигурированную для приема сети переменного тока. Нагрузка светодиодов подключается для получения управляющего тока, а диммер подключается к основной линии переменного тока.Мощность, подаваемая на нагрузку светодиода, отделена от угла проводимости, так как ток возбуждения светодиода не устанавливается диммером или углом проводимости, выводимым диммером. Вместо этого ток возбуждения светодиода частично регулируется схемой управления на основе микроконтроллера. Параметры схемы управления могут быть установлены в памяти микроконтроллера напрямую или с помощью радиокоманд. Затем эти параметры могут использоваться, например, компараторами в источнике питания постоянного тока, подключенном между диммером и схемой управления.

Изменения тока возбуждения светодиода, необходимые для достижения желаемой яркости или цветового сочетания выходного сигнала светодиода, контролируются схемой управления. Эти изменения влияют на выходное напряжение постоянного тока (V DC ) от источника питания. Источник питания обеспечивает V DC , например, на выходной конденсатор с диодной связью, из которого ток поступает в качестве управляющих токов на нагрузку светодиода. V DC регулируется блоком питания. Например, больше энергии потребляется из основной линии переменного тока, когда V DC начинает падать, и меньше энергии потребляется, когда VDC начинает расти.

Источник питания включает в себя основной или первый контур управления (медленный контур) и второй контур управления (быстрый контур). Первый контур управления представляет собой контур второго порядка с выходным интегрирующим конденсатором на V DC и пропорционально-интегральным (PI) фильтром стабилизации контура. Выходной сигнал контурного фильтра представляет собой средний ток, потребляемый из основной линии переменного тока, измеренный более чем за один цикл сети переменного тока (I AVE ). Поскольку напряжение в сети переменного тока изменяется и отсекается по фазе диммером, источник питания преобразует I AVE во время в течение каждого угла проводимости, при котором источник питания постоянного тока активен (T PON ), и источник питания постоянного тока ток, который берется из линии за это время (I PS ).Контур первого порядка с широкой полосой пропускания в основном контуре управления (т. Е. Второй контур управления) гарантирует, что фактический ток источника питания (I ACT ) примерно равен Ips во время Tpon. Схема управления может быть подключена для приема переходов сети переменного тока и измерения угла проводимости от диммера. Схема управления может обеспечивать максимальную продолжительность, в течение которой источник питания может быть активен, так что источник питания, подключенный между диммером и схемой управления, работает до максимальной продолжительности включительно, измеренной схемой управления.Источник питания дополнительно сконфигурирован для приема тока возбуждения светодиода косвенно через изменения V DC и подачи обновленного постоянного тока источника питания, независимо от угла проводимости, но в течение продолжительности, не превышающей максимальную продолжительность активности источника питания.

Источник питания согласно одному варианту осуществления соединен с выходом регулятора освещенности и содержит первый контур управления для создания выходного напряжения источника питания постоянного тока (V DC ) и, следовательно, тока возбуждения светодиода от выхода напряжения источника питания постоянного тока. , независимо от угла проводимости.Конечный автомат источника питания запускается при периодических переключениях основной линии переменного тока и активен только тогда, когда напряжение в сети переменного тока достаточно для подачи питания на V DC . Выходной конденсатор источника питания постоянного тока V DC накапливает энергию, которая непрерывно подается на светодиодную нагрузку, когда источник питания не активен. Нагрузка СИД подключена для приема источника питания постоянного тока, поддерживаемого на выходном конденсаторе в течение достаточного времени для создания освещения для осветительного устройства.

В дополнение к первому контуру управления источника питания, сконфигурированному для создания источника питания постоянного тока и продолжительности подачи питания постоянного тока, источник питания также содержит второй контур управления, имеющий более высокую полосу пропускания, чем первый контур управления. Второй контур управления сконфигурирован для создания серии импульсов, и длительность совокупной серии импульсов соответствует длительности источника питания постоянного тока, а длительность каждой из серий импульсов соответствует току возбуждения, приложенному к нагрузке светодиода. .

Также предоставляется способ подачи сети переменного тока на нагрузку светодиода, включающий регулировку регулятора яркости, подключенного к сети переменного тока, и выпрямление выхода регулятора яркости. Затем измеряется угол проводимости путем измерения количества времени между моментом, когда в сети переменного тока изначально выпрямляется положительное напряжение, до момента, когда выпрямленный положительный угол фазы основного переменного тока равен 180 ° или 360 °. Затем серия импульсов (TGATE) генерируется в течение продолжительности угла проводимости, каждый из которых имеет активное логическое значение, зависящее от величины управляющего тока, подаваемого на светодиодную нагрузку.Активное логическое значение не зависит от угла проводимости и, в частности, от выхода диммера.

Согласно еще одному варианту осуществления, схема управления рассматривается как схема, сконфигурированная для измерения диапазона значений проводимости всякий раз, когда схема регулятора освещенности создает такой диапазон, начиная с момента, когда регулятор света полностью выключен, до момента, когда он полностью включен. Схема управления измеряет диапазон углов проводимости и может обеспечить максимальную продолжительность, при которой источник питания может быть активен, на основе измеренных углов проводимости.Таким образом, например, если угол проводимости на выходе диммера составляет 90 °, схема управления измеряет этот угол проводимости и устанавливает максимальное время, в течение которого источник питания включен. Используя эту максимальную продолжительность источника питания, источник питания активируется до этой максимальной продолжительности включительно. Управляющий ток, производимый источником питания, увеличивается до максимальной продолжительности, но не зависит от диапазона углов проводимости. Например, если максимальная продолжительность подачи питания установлена ​​на угол проводимости 90 °, источник питания может быть активирован на любой период времени T PON до этого максимального времени включительно (Max T PON ) .Кроме того, ток, потребляемый из сети переменного тока (Ips), можно отрегулировать до любого значения в течение этого времени, чтобы отрегулировать ток источника постоянного тока, усредненный за несколько циклов сети переменного тока (Iave), взятый из основной линии переменного тока и который пропорционально управляющему току, подаваемому на нагрузку светодиода, и, следовательно, пропорционально яркости.

В качестве другого примера, если диммер установлен так, что он полностью включен, максимальная продолжительность, создаваемая схемой управления, может быть соизмерима с углом проводимости при полном включении.Однако ток, производимый источником питания, не зависит от этого угла проводимости, но при этом уменьшается от максимальной яркости до минимальной яркости. Такие уровни яркости устанавливаются не диммером, а контроллером, который контролирует ток источника постоянного тока, а также продолжительность включения источника питания. Такой контроллер управляется не посредством изменений диммера с ручным управлением, а через параметры, хранящиеся в контроллере, в частности в памяти микропроцессорного контроллера.Параметры могут храниться во встроенном ПО или периодически обновляться через память для чтения / записи по радио, например, с использованием беспроводного управления. Беспроводное управление может быть получено с использованием протокола канала беспроводной связи, такого как IEEE 802.11 или 802.15. Например, популярным протоколом беспроводной передачи данных является Zigbee.

Соответственно, предоставляется способ подачи сети переменного тока на нагрузку СИД посредством регулировки регулятора яркости, подключенного к сети переменного тока, между минимальным углом проводимости и максимальным углом проводимости.В качестве альтернативы диммер можно просто установить на любой угол проводимости и использовать этот угол проводимости в качестве максимального угла проводимости, с которого можно регулировать яркость. Величина тока источника питания постоянного тока, потребляемого из сети переменного тока, затем может быть определена контуром источника питания путем мониторинга выходного напряжения источника питания постоянного тока, подаваемого в качестве тока возбуждения на светодиодную нагрузку. Кроме того, величина постоянного тока источника питания, потребляемого из сети переменного тока, может быть изменена независимо от того, что диммер указывает через угол проводимости.В этом случае максимальная мощность, потребляемая от сети переменного тока, обычно определяется максимальными пиковыми токами, которые могут выдерживать внутренние компоненты источника питания.

Согласно еще одному варианту осуществления, устройство освещения содержит схему демпфирования, подключенную к основной линии переменного тока. Источник питания подключен между диммером и контроллером, чтобы активировать схему демпфирования. Относительно медленная схема синхронизации подключена к источнику питания и работает с тактовой частотой, не превышающей регулярные периодические интервалы сети переменного тока.Схема синхронизации сконфигурирована для активации схемы демпфирования во время интервалов между углами проводимости, а также во время начальной части продолжительности углов проводимости для удаления переходных процессов из основной линии переменного тока. Эти переходные процессы существуют в основном при начальном увеличении угла затемнения с отсечкой фазы или угла проводимости.

Согласно еще одному варианту осуществления, источник питания дополнительно подключается для активации цепи отвода воздуха, также подключенной к основной линии переменного тока.Относительно медленная схема синхронизации дополнительно сконфигурирована для активации схемы отвода во время последней части угла проводимости во время циклов, когда измеряется фазовый угол, чтобы поддерживать достаточный ток удержания симистора, что предотвращает сброс симистора до окончания угла проводимости. . Цепь сброса и источник питания активируются, когда симистор идеально не проводит ток, чтобы снять напряжение с главной линии переменного тока в начале измерения угла проводимости.Схема отвода предпочтительно содержит источник тока, который потребляет фиксированный ток из основной линии переменного тока, чтобы поддерживать диммер в состоянии «включено» и предотвращать его фиксацию в «выключенном» или неактивном состоянии, например, что может произойти. при недостаточном токе через диммер симисторного типа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие цели и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения нижеследующего подробного описания и ссылки на прилагаемые чертежи.

РИС. 1 — один из примеров блок-схемы обычного светодиодного осветительного устройства с регулируемым диммером;

РИС. 2 — временная диаграмма сети переменного тока, применяемой, например, к диммеру задней кромки;

РИС. 3 — временная диаграмма угла проводимости от регулятора яркости на передней кромке, имеющего переходные процессы на передней кромке угла проводимости и дрейф между углами проводимости;

РИС. 4 — временная диаграмма, показывающая изменчивость угла проводимости 90 градусов в результате изменений, внесенных, например, в диммер задней кромки;

РИС.5 — график зависимости угла проводимости от яркости, который является относительно линейным, но с переменными диапазонами угла проводимости и яркости;

РИС. 6 — блок-схема двухкаскадного источника питания, который управляет нагрузкой светодиода, изолированной и независимой от угла проводимости, создаваемого диммером;

РИС. 7 — блок-схема источника питания с быстрым и медленным контурами управления для измерения продолжительности угла проводимости с помощью медленного контура управления и фактического мгновенного тока, потребляемого из сети переменного тока быстрым контуром управления для установки тока источника питания постоянного тока, потребляемого из Сеть переменного тока, подаваемая на светодиодную нагрузку в течение каждого цикла проводимости;

РИС.8 — диаграмма состояний последовательной схемы отображения I AVE , показанной на фиг. 7;

РИС. 9 — диаграмма состояний схемы вычисления I ACT по фиг. 7;

РИС. 10 — временная диаграмма точки вычисления I ACT , взятая из значения I PK и значений времени T GATE и T G2I ;

РИС. 11 — принципиальная схема аналоговой блок-схемы переменного / постоянного тока на фиг. 7;

РИС. 12 — временная диаграмма, показывающая сигналы, отправляемые в схему быстрой синхронизации по фиг.7;

РИС. 13 — временная диаграмма, показывающая сигналы, отправляемые в схему медленной синхронизации по фиг. 7 для случая, когда источник питания потребляет большую мощность из основной линии переменного тока и выдает соответствующий больший ток на нагрузку светодиода;

РИС. 14 — временная диаграмма, показывающая сигналы, отправляемые в схему медленной синхронизации по фиг. 7 для случая, когда источник питания потребляет меньшую мощность из основной линии переменного тока и выдает соответствующий меньший ток на нагрузку светодиода; и

фиг.15 — блок-схема схемы управления и процессора в схеме управления для измерения угла проводимости и максимального времени, в течение которого источник питания включен.

Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, его конкретные варианты осуществления показаны в качестве примера на чертежах и будут подробно описаны в данном документе. Однако следует понимать, что чертежи и их подробное описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой формой, а напротив, намерение состоит в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, подпадающие под сущность и объем настоящее изобретение, как определено прилагаемой формулой изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Раскрыты устройство и способ освещения для управления яркостью светодиодной нагрузки. В частности, устройство освещения включает в себя диммер, подключенный к основной линии переменного тока, и источник питания, подключенный между диммером и светодиодной нагрузкой. К источнику питания подключена схема управления с микропроцессором. Схема управления измеряет угол проводимости с выхода диммера на вход источника питания. Исходя из этого угла проводимости, схема управления может определить максимальную продолжительность времени, в течение которого источник питания может быть активен.Активный источник питания создает ток возбуждения на нагрузке светодиода независимо от угла проводимости, хотя и относительно максимального времени, в течение которого он активен. Вместо того, чтобы зависеть от угла проводимости, как в обычных источниках питания, улучшенный источник питания в данном документе включает две ступени, в которых первая и вторая ступени создают ток возбуждения в зависимости от величины яркости и цветового спектра, необходимых для светодиодной нагрузки, независимо от угол диммера или угол проводимости. Управляющий ток управляется контроллером и, в частности, параметрами, которые сохраняются и затем выбираются из памяти микропроцессора и, следовательно, устанавливаются в схеме управления.Ток возбуждения не устанавливается выходным углом проводимости диммера, как это было бы в обычных конструкциях. Параметры контроллера могут быть установлены во встроенном программном обеспечении во время производства или могут периодически сбрасываться с проводного или беспроводного устройства связи, подключенного к контроллеру через проводной или беспроводной канал связи.

РИС. 6 иллюстрирует один пример улучшенного осветительного устройства. В частности, фиг. На фиг.6 показан диммер 30 , подключенный к основной линии переменного тока, такой как хорошо известные основные линии переменного тока, используемые в жилых или коммерческих помещениях и несущие, например, 120 В RMS при 60 Гц или 220 В RMS при 50 Гц.Диммер 30 включает в себя любой диммер, который может подключаться к напряжению сети переменного тока для использования угловой модуляции переключающего устройства, такого как симистор. Такие диммеры относительно хорошо известны и используются для регулировки рабочего цикла выходного сигнала диммера переменного тока, чтобы обеспечить либо выходной сигнал диммера с отсечкой по переднему фронту, либо выходной сигнал диммера с отсечкой по заднему фронту. Диммер 30 , будь то передняя или задняя кромка, управляется вручную с помощью скользящих или вращающихся приводов, связанных с лицевой панелью, установленной в жилом или коммерческом здании.

К выходу диммера 30 может подключаться цепь электромагнитных помех (EMI) 32 для блокирования любых помех, создаваемых внешним источником в основной линии переменного тока, и может включать в себя любую из хорошо известных узкополосных или широкополосных фильтров EMI схема. К выходу EMI 32 подключена мостовая схема 34 . Общие примеры мостовой схемы включают, например, диодный мост. Мост 34 работает вместе с диммером 30 для получения выпрямленного выхода (V HV ) от сети переменного тока с отсечкой фазы.Однако, как отмечалось выше, V HV имеет кратковременность на переднем фронте, например, выходного сигнала выпрямленного диммера по переднему фронту. Более того, из-за характера схемы симистора диммера 30 , некоторые симисторы могут не включаться надежно с реактивной нагрузкой, если текущий фазовый сдвиг внутри симистора приводит к тому, что токи главной цепи становятся ниже тока удержания в момент времени. который срабатывает симистор. Таким образом, симистор может «сброситься», если ток через симистор упадет ниже тока удержания.Проблемы, связанные с переходной способностью переменного тока на переднем крае угла проводимости и смещением из-за неправильного сброса симистора в традиционной конструкции, преодолеваются с использованием архитектуры, изложенной в схеме источника питания 36 .

Блок питания 36 состоит из первой ступени 38 и второй ступени 40 . Первая ступень 38 — это преобразователь переменного тока в постоянный, который вырабатывает постоянное напряжение (V DC ) из основного переменного напряжения (V HV ). Вторая ступень 40 — это преобразователь постоянного тока в постоянный, который вырабатывает ток возбуждения для светодиодной нагрузки 42 .Таким образом, в то время как V HV представляет собой отфильтрованную и выпрямленную версию сетевого напряжения переменного тока, создаваемого диммером 30 , V DC представляет собой преобразованное постоянным током напряжение из V HV . V DC питает относительно большой выходной конденсатор, чтобы обеспечить необходимый ток возбуждения для достижения желаемой яркости и цветового спектра при использовании нескольких цепочек светодиодов 44 . Хотя фиг. 6 иллюстрирует одну светодиодную цепочку, понятно, что источник питания 36 может быть воспроизведен для создания управляющих токов для других светодиодных цепочек, имеющих другой цветовой спектр, например зеленый, синий, красный или белый, для достижения любой желаемой яркости для каждого. Светодиодная цепочка и, таким образом, правильное смешение цветов во множестве цепочек.

Дифференциальный усилитель 46 подключен к основной линии переменного тока и вырабатывает напряжение (V IN ), пропорциональное напряжению сети переменного тока V HV , отправляемое на источник питания 36 . V IN имеет достаточно низкое значение напряжения, чтобы его можно было оцифровать на первом каскаде 38 , а затем использовать контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) (фиг. 15) схемы управления 48 . Обращаясь к фиг. 6 и 15, схема управления 48 может включать в себя процессор 50 вместе с PLL 52 , содержащую память и микропроцессор, который устанавливает параметры, используемые источником питания 36 для изменения тока возбуждения.Источник питания изменяет ток возбуждения через светодиоды с использованием обратной связи первого контура управления (медленного контура) в ответ на изменения выходного напряжения постоянного тока (V DC ) от первого каскада AC / DC 38 . Однако ток возбуждения светодиода связан и пропорционален току источника постоянного тока, усредненному за несколько циклов сети переменного тока (I AVE ) и взятому из сети переменного тока, посредством чего любые изменения тока возбуждения светодиода через микропроцессор — На основе контроллера изменяется средний ток, потребляемый из основной линии переменного тока (I AVE ).Контроллер также изменяет ток источника питания, потребляемый из основной линии переменного тока во время каждого цикла проводимости (I PS ), а также время, в течение которого источник питания 36 включен (T PON ). Таким образом, вместо использования диммера 30 для установки тока возбуждения, схема управления 48 устанавливает ток возбуждения на основе желаемой яркости, необходимой для каждой цепи светодиодов 44 в пределах нагрузки светодиодов 42 . Следовательно, ток возбуждения устанавливается независимо от угла проводимости, создаваемого диммером 30 , с использованием настоящего двухкаскадного источника питания 36 , управляемого схемой управления 48 .Один механизм, в котором устанавливаются параметры для управления током возбуждения через схему управления 48 , представляет собой проводной или беспроводной ввод пользователя. Пример беспроводного пользовательского ввода включает в себя протокол беспроводной связи, такой как IEEE 802.15, Bluetooth или Zigbee. Радиомодуль 54 показан для взаимодействия с процессором схемы управления 48 для установки параметров, используемых для установления любого тока возбуждения, независимо от угла проводимости, выходящего из диммера 30 .

Теперь обратимся к РИС. 7 показана блок-схема источника питания 36 , имеющего контур быстрого управления 58 и контур медленного управления 60 . Кроме того, источник питания 36 содержит аналоговую часть 62 переменного / постоянного тока, детали которой изложены на фиг. 11. Аналоговый сигнал переменного / постоянного тока 62 принимает V HV и V IN от выпрямленного диммера и дифференциального усилителя (фиг. 6). Кроме того, аналог 62 переменного / постоянного тока принимает определенные сигналы от схемы управления 48 (ФИГ.6, 15). Дополнительные подробности того, как аналог 62 переменного / постоянного тока выводит сигнал обнаружения перехода через нуль (ZCD) и сигнал компаратора тока (I CMP ), описаны со ссылкой на фиг. 11. Сигналы ZCD и I CMP используются быстрым контуром управления 58 , тогда как медленный контур управления 60 использует сигнал считывания линии (LSNS), полученный из V IN , подробности которого изложены на фиг. . 11. LSNS представляет переходы, которые происходят на переднем и заднем фронтах продолжительности угла проводимости, вычисленной путем определения V IN на выходе дифференциального усилителя 46 (фиг.6). В дополнение к LSNS, отправляемому из аналога переменного / постоянного тока 62 , напряжение обратной связи (V FB ) отправляется в медленный контур управления 60 ; в частности, к компаратору или сумматору 64 . Компаратор 64 сравнивает разделенное вниз цифровое значение V DC (V FB ) с целевым значением, отправленным из схемы управления 48 ; в частности, из сохраненного параметра в процессоре 50 (фиг. 15). Целевое значение (V TAR ) является константой, установленной программным обеспечением схемы управления, так что разделенное напряжение V DC , которое оцифровано, сравнивается с той постоянной V TAR , обеспечиваемой процессором 50 в схеме управления 48 .Разница применяется к интегратору 66 , который фильтрует эту разницу для получения постоянного тока источника питания, усредненного по нескольким циклам сети переменного тока (I AVE ) и взятого из основной линии переменного тока. Управляющий ток — это ток, который подается на светодиодную нагрузку 42 . Ток возбуждения пропорционален количеству времени, в течение которого серия импульсов применяется к аналоговой части 62 , чтобы повлиять на выходное напряжение постоянного тока V DC . Медленный контур управления 60 — это хорошо известный контур второго порядка с пропорциональным / интегральным фильтром контура PI 66 , показанный для получения среднего тока (I AVE ), поскольку ток, потребляемый из линии, I AVE , представлен в виде числа на выходе пропорционально-интегрального петлевого фильтра 66 .I AVE , когда он представлен как сигнал, пропорционален току возбуждения, производимому от источника питания 36 , который течет в нагрузку светодиодов 42 . Медленный контур предпочтительно имеет полосу пропускания, может быть, несколько Гц, но ток источника питания постоянного тока (Ips) может быть рассчитан при любой частоте дискретизации, превышающей, возможно, 10-кратную ширину полосы медленного контура. Ips может обновляться один раз за половину основного цикла переменного тока или 60 Гц, но обновление может происходить, возможно, 10 раз за полупериод или один раз каждые два полупериода.

I AVE , по сути, используется для генерации серии импульсов GATE, подаваемых на обратный преобразователь 68 через I SNS , управляемый через первичную обмотку 70 обратного контура 68 , все из которых более полно описаны на фиг. 11. Сигнал I AVE используется для реализации и регулирования обратноходового преобразователя 68 посредством переходов импульсов GATE, при этом импульсы GATE выводятся через комбинацию T PON и I PS на выходе I AVE Схема карты 74 .Подробности схемы 74 как последовательного конечного автомата более полно описаны на фиг. 8. Схема 74 производит I PS и T PON в зависимости от величины I AVE . Подробности функции отображения, необходимой для генерации I PS и T PON , описаны со ссылкой на фиг. 8. T PON используется схемой медленного таймера для генерации сигнала включения источника питания (PSEN), имеющего длительность длительности T PON до максимального времени включения источника питания (MAX T PON ). , значение которой используется схемой 74 .

Значение, когда источник питания постоянного тока включен в течение максимальной продолжительности (MAX T PON ), более полно описано на фиг. 8, получается, когда схема 48 управления обнаруживает значение LSNS для определения угла проводимости и вычитания предварительно определенного параметра смещения. Сигнал PSEN используется для запуска схемы быстрого таймера; в частности, для создания определенных сигналов, таких как T PER и T G2I , используемых схемой вычисления I ACT 86 для получения фактического мгновенного тока, потребляемого из сети переменного тока и подаваемого на компаратор 88 , который определяет ошибка между I PS и I ACT .Эта ошибка от компаратора 88 фильтруется для определения длительности, при которой каждый импульс сигнала GATE находится в активном логическом состоянии, например, высокое логическое значение показано как T GATE . T GATE используется схемой быстрого таймера 82 для генерации сигналов, необходимых для схемы вычисления I ACT 86 для перенастройки IACT, чтобы фактическое мгновенное потребление возвращалось к току источника питания постоянного тока (I PS ), приложенного к светодиодной нагрузке при каждом угле проводимости за половину цикла сети переменного тока.Дополнительные подробности работы контура быстрого управления , 58, более подробно описаны на временной диаграмме фиг. 12. Ток возбуждения, приложенный к нагрузке светодиода, по существу, пропорционален току источника питания постоянного тока (I PS ), усредненному по нескольким циклам сети переменного тока (I AVE ), с учетом другого тока, необходимого для работы всех остальные цепи постоянного тока связаны с осветительным прибором. Например, когда источник питания включен в течение максимальной продолжительности, ток возбуждения по существу пропорционален току источника питания постоянного тока.Однако, когда источник питания включен в течение менее максимальной продолжительности, ток возбуждения по существу пропорционален току источника питания постоянного тока за вычетом заранее определенной величины тока, необходимой для работы цепей постоянного тока. Например, светодиодная нагрузка может потреблять, например, 17 Вт, в то время как остальные цепи постоянного тока могут потреблять, например, 0,5 Вт.

Схема 74 определяет как ток источника питания (I PS ), так и длину время (T PON ) на 1/2 сетевого цикла переменного тока, в котором напряжение подается на выходной конденсатор, связанный с V DC , который, в свою очередь, подает питание на второй каскад, который затем подает питание (т.е.д., управляющий ток) к светодиодной нагрузке. ФАПЧ 52 и логика в блоке управления 48 (фиг.15) определяют максимальное время, в течение которого первая ступень 38 источника питания 36 работает и может работать в течение каждого ½ цикла сети переменного тока ( МАКС Т ПОН ).

Ссылаясь на фиг. 7 и 8, схема 74 представляет собой последовательную машину, которая сравнивает входящий I AVE с определенными значениями, как показано блоком принятия решений 90 .Блок 90 определяет, соответствует ли I AVE предопределенному минимальному значению (например, 100 мА) × 120 Гц × MAX T PON . Если ответ на блок 90 положительный, то

I PS = предварительно определенное минимальное значение (например, 100 мА)

T PON = (I AVE / заданное минимальное значение) × (1 / 120 Гц).

Если ответ на блок 90 отрицательный, то

I PS = I AVE × (1 / MAX T PON × 120 Гц)

T PON = MAX T PON

Приведенные выше уравнения просто отмечают, что при определении величины тока источника питания (I PS ) и фактического времени, в течение которого источник питания работает (T PON ), необходимо сравнение I AVE с определенными параметры.Уравнения показывают, что по мере увеличения I AVE I PS остается на предварительно определенном минимальном значении, например 100 мА, а T PON увеличивается. Когда I PS и T PON увеличиваются и один раз T PON = MAX T PON , I PS увеличивается от предварительно определенного минимального значения, например, 100 мА. Блок 90 просто указывает, что минимальный ток источника питания поддерживается и не увеличивается до тех пор, пока источник питания не работает (T PON ) и не равен максимальному времени, в течение которого источник питания может работать (MAX Т ПОН ).Таким образом, ток источника питания всегда поддерживается выше заранее определенного минимального значения, и продолжительность, в течение которой источник питания включен, никогда не будет превышать MAX T PON , полученного как смещение от угла проводимости, вычисленного схемой управления. Минимальное значение устанавливается больше, чем ток удержания, необходимый для поддержания симистора в проводящем состоянии и предотвращения его сброса.

После определения тока источника питания (I PS ) и фактического времени, в течение которого работает источник питания (T PON ), осуществляется контроль фактического мгновенного тока через первую ступень 38 (I ACT ). по быстрому контуру управления 58 .Быстрый контур управления 58 имеет гораздо более широкую полосу пропускания, чем медленный контур управления 60 . Например, быстрый контур управления 58 может иметь полосу более 1 кГц, тогда как медленный контур управления 60 может иметь полосу пропускания всего в несколько Гц.

Быстрый контур управления 58 используется для сравнения фактического мгновенного тока через преобразователь переменного / постоянного тока (I ACT ) с током источника питания (I PS ). Ток источника питания — это ток, который проходит через вторую ступень 40 источника питания 36 .Разница между током источника питания и фактическим мгновенным переменным / постоянным током сравнивается компаратором 88 , и разница фильтруется нижними частотами фильтром 89 , который является интегратором, для получения времени, в течение которого затвор находится в активное логическое состояние или высокий логический уровень (T GATE ). Разница между мгновенным током (I ACT ) и током источника питания (I PS ) в основном представляет собой разницу между каждым мгновенным моментом времени и током в течение всего ½ цикла сети переменного тока или током сети переменного тока. Сеть переменного тока.Фактический мгновенный ток (I ACT ) дискретизируется с частотой быстрого таймера не менее 50 кГц, которая является частотой переключения сигнала GATE. Ток источника питания (I PS ) измеряется с гораздо меньшей частотой, например, менее ½ цикла сети переменного тока. Контур быстрого управления 58 работает, чтобы удерживать фактический мгновенный ток (I ACT ) на уровне тока источника питания (I PS ) с течением времени.

Соответственно, медленный контур управления 60 управляет V DC и быстрый контур управления 58 управляет фактическим мгновенным током (I ACT ), потребляемым из сети переменного тока.Для относительно низких средних токов (I AVE ) быстрый контур управления 58 поддерживает I ACT на предварительно определенном минимальном значении, например 100 мА, и количестве времени (T PON ), в течение которого источник питания 36 работает; T PON может изменяться, но I AVE поддерживается на уровне не ниже предварительно определенного минимального значения, например 100 мА. Как уже отмечалось, как только T PON достигает MAX T PON , определяемого схемой управления 48 , тогда I PS увеличивается на основе любого необходимого увеличения, осуществляемого программным обеспечением в контроллере или посредством прямого взаимодействия с пользователем по радио 54 или проводная ссылка.

Как отмечено на фиг. 7, вычислительный блок 86 I ACT использует синхронизацию затвора (T GATE ) и выход компаратора считывания тока (I CMP ) для определения I ACT . Как происходит это определение, более подробно описано со ссылкой на фиг. 9, 10 и 12. Обращаясь к фиг. 11 аналоговая схема переменного / постоянного тока 62 (фиг. 7) показана в виде схемы. Аналоговый AC / DC 62 состоит из контура заслонки 100 , контура выпуска воздуха 102 и контура обратного хода 68 .Аналоговый AC / DC 62 также включает в себя источник питания управления 104 и схемы, необходимые для создания считывания линии (LSNS) от V IN и напряжения обратной связи (V FB или V IN ), мультиплексированного с общего аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 106 , который либо вводит разделенный V DC через резистивные делители 108 , либо V IN от дифференциального усилителя 46 (фиг.6). Выходное напряжение V IN от АЦП 106 имеет более низкое напряжение, чем сеть переменного тока, но оно пропорционально сети переменного тока и специально используется для определения угла проводимости на выходе диммера. V SUPPLY обеспечивает напряжение, необходимое для цифровые схемы, включая схему управления.

Демпферная схема 100 — это просто транзистор, включенный параллельно резистору. Резистор имеет довольно маленькое значение, например, 150 Ом. Резистор подавляет переходные характеристики входного сигнала, когда выходной сигнал / DMP из схемы медленного таймера 18 переходит в активное низкое состояние. Назначение демпфирующего контура 100 — обеспечить правильную работу диммерного контура 30 . Например, когда симистор используется для регулятора яркости и симистор включается, на источник питания подается большое напряжение.Это напряжение появляется, например, на переднем крае угла проводимости (фиг. 3, 4). Это большое напряжение колеблется как довольно большой переходный ток. Чтобы свести к минимуму колебания и предотвратить сброс симистора, аналог 62 переменного / постоянного тока включает в себя схему демпфирования 100 для размещения низкоомного резистора на емкостной нагрузке выпрямленной и фильтрованной основной линии переменного тока для гашения колебаний. Таймер замедления 80 устанавливает активный сигнал демпфирования (/ DMP) во время переходного процесса для подключения пассивной нагрузки относительно небольшого резистора путем выключения транзистора с параллельной связью.Сигнал / DMP поддерживается на активном низком уровне между каждой из пары углов проводимости, все они устанавливаются медленным таймером 80 . Активное демпфирование проходит за передний край угла проводимости, чтобы удалить или погасить колебания, и вскоре после этого деактивируется переключением на транзистор с параллельной связью, так что источник питания начинает работать с большим начальным временем T GATE T ИНТ . Первоначально большой T GATE , который состоит из T INT , показан на фиг.12. T INT задано для создания активного входного импеданса, примерно равного пассивному входному импедансу, создаваемому, когда / DMP активен. Большее значение T INT по сравнению с последующим T GATE приводит к увеличению напряжения GATE на более длительное время во время первоначальной активности источника питания, поэтому входное сопротивление по отношению к линейному напряжению V HV (V HV / I ACT ) составляет примерно равно пассивному сопротивлению резистора в цепи демпфирования 100 , когда / DMP активен.Обращаясь к фиг. 12, T INT существует только для первой длительности T GATE и после этого возвращается к нормальной длительности T GATE .

Как уже отмечалось, некоторые диммеры симистора по переднему или заднему фронту требуют, чтобы ток проходил через основную линию переменного тока в течение каждого цикла, чтобы угол проводимости был измерен должным образом. После срабатывания симистор обычно отключается, когда ток через симистор падает ниже определенного уровня. Например, минимальный I PS , эл.g., 100 мА, достаточно, чтобы удерживать симистор включенным. Однако симистор может сброситься после отключения источника питания 36 , но до того, как линейное напряжение V HV упадет почти до 0. Если симистор регулятора яркости 30 сбрасывается до того, как линейное напряжение V HV упадет почти до нуля. 0, контроллер 48 может измерять неправильные углы диммера, т. Е. Вместо получения правильного угла диммера или угла проводимости, и, таким образом, правильный MAX T PON , измеренный угол проводимости и результирующий MAX T PON могут быть неправильными. .Следовательно, медленный таймер 80 выдает сигнал стравливания (BLEED), чтобы дать команду схеме 102 потреблять фиксированный ток заданного минимального значения, например, 100 мА, в то время, когда источник питания 36 не активен и угол проводимости измеряется. При отсутствии точного измерения угла проводимости MAX T PON не может выводиться из контроллера 48 , который будет определять, когда ток источника постоянного тока будет на уровне 100 мА и превысит, например, 100 мА, когда время подачи питания находится на достижении измеренного значения MAX T PON .

Подобно удерживанию симистора диммера 30 , нагрузка светодиода должна потреблять ток возбуждения I AVE и ток источника питания I PS от диммера задней кромки при измерении угла проводимости. Диммер по заднему фронту включается, когда линейное напряжение приближается к нулю, и может выключаться, когда линейное напряжение высокое или пиковое. Входная емкость линии должна быстро разряжаться при выключении диммера задней кромки, чтобы контроллер 48 мог определить угол проводимости.Во время циклов, в которых контроллер 48 измеряет угол проводимости, сигнал BLEED становится активным после отключения источника питания после окончания T PON или когда T PON = MAX T PON выключается. Спад LSNS указывает точку, в которой угол проводимости отключается, что переводит источник питания в так называемый импульсный режим тока (CPM) и включает цепь демпфера с / DMP активным низким, в то время как цепь диммера не работает. проведение. Однако периодические импульсы сигнала GATE, возникающие во время цикла проводимости, поддерживаются на активном логическом значении, таком как высокое логическое напряжение во время CPM, показанное на фиг.13.

На фиг. 11, схема управления 104 источника питания 62 содержит схему запуска 110 , соединенную с байпасным конденсатором V SUPPLY 112 и вспомогательной обмоткой 114 . Когда питание сначала подается на светодиодную лампу, V HV превышает напряжение стабилитрона стабилитрона в цепи 110 . V SUPPLY Шунтирующий конденсатор 112 заряжается до напряжения стабилитрона за вычетом напряжения затвора транзистора и истока и за вычетом падения на диоде цепи 110 .Когда работает обратный преобразователь 68 , вспомогательная обмотка 114 непрерывно заряжает конденсатор 112 через диод 120 до немного более высокого напряжения, чем цепь 110 , приложенная к конденсатору 112 , который затем отключает цепь 110 . Соответственно, схема 110 просто используется для зарядки до и после напряжения стабилитрона через вспомогательную обмотку 114 . После завершения зарядки схема 110 отключается и после этого не сжигает энергию от сети переменного тока через источник питания постоянного тока 62 .

Обратный преобразователь 68 состоит из трансформатора с первичной обмоткой 70 и вторичной обмоткой 124 . Когда сигнал GATE высокий, первичная обмотка 70 проводит, и ток через нее линейно увеличивается со временем. Резистор считывания тока R SNS и компаратор 126 создают выходной сигнал компаратора тока I CMP . I CMP указывает, когда первичный ток достигает определенного значения, установленного IDAC, где IDAC поступает из набора параметров в процессоре схемы управления.Быстрый таймер 82 (РИС. 7) использует I CMP , чтобы определить, когда выключить GATE. Когда GATE переходит в низкий уровень, первичный ток падает до 0, и энергия, накопленная в сердечнике трансформатора, создает ток во вторичной обмотке 124 . Ток вторичной обмотки протекает через диод в байпасный конденсатор 130 V DC и на светодиодную нагрузку 42 (фиг. 6). Небольшая часть энергии, хранящейся в сердечнике, создает ток во вспомогательной обмотке , 114, , который проходит через диод в конденсатор 112 .Когда вся энергия, запасенная в сердечнике, истощается, ток как во вторичной обмотке , 124, , так и во вспомогательной обмотке 114 прекращается, и напряжение на обеих обмотках падает. Компаратор 134 обнаружения пересечения нуля (ZCD) и соответствующий ему ЦАП обнаруживают это коллапс и устанавливают ZCD на высокое логическое значение. На фиг. 12, быстрый таймер 82 использует этот нарастающий фронт ZCD для установки высокого уровня GATE, начиная еще один цикл вычисления источника питания.

Теперь обратимся к фиг.7 и 12 в комбинации, фиг. 12 иллюстрирует синхронизацию сигналов на входе и выходе из быстрого таймера 82 на фиг. 7. Сигнал включения источника питания (PSEN), GATE, I CMP и ZCD являются сигналами логического уровня, а T GATE , T PER , T G2I и I INT — числами. Таймер замедления 80 активирует сигнал PSEN, сначала обнаружив LSNS. LSNS выводится компаратором, вход которого задается параметром LDAC схемы управления и V IN .LSNS определяет, когда напряжение в сети выпрямленного переменного тока выше или ниже определенного относительно низкого напряжения, например 20 вольт. Таймер замедления 80 и контроллер 48 используют нарастающий фронт LSNS для инициирования последовательности запуска источника питания и измерения угла проводимости соответственно. Обращаясь к фиг. 13, именно из LSNS PSEN выводится из более медленного таймера 80 в ответ на переход LSNS в высокий уровень и деактивацию PSEN по истечении времени, указанного в T PON . Как показано на фиг.12, первая ступень 38 источника питания 36 активна, когда PSEN высокий, как показано T PON . Преобразователь переменного тока в постоянный начинает переключение с относительно долгим временем высокого уровня GATE T GATE или T INT , что создает активную нагрузку, примерно равную пассивной нагрузке демпфера. Контур управления током с высокой пропускной способностью или контур быстрого управления 58 затем постепенно регулирует T GATE и, следовательно, I ACT до тех пор, пока I ACT не станет равным току I PS , установленному контуром управления с низкой пропускной способностью или медленным 60 .Это уменьшение T GATE показано в сигнале GATE и последовательности импульсов GATE на фиг. 12.

В то время как время GATE на высоком уровне определяется T GATE , время, когда GATE находится на низком уровне, определяется ZCD. ZCD становится высоким, когда вся энергия в сердечнике трансформатора обратного преобразователя 68 передана, а ток вторичной обмотки 124 и вспомогательной обмотки 114 упадет до 0. Таким образом, нарастающий фронт ZCD вызовет запуск еще один цикл вычислений AC / DC с GATE снова на высоком уровне.Соответственно, нарастающий фронт ZCD включает GATE.

Когда GATE переходит в высокий уровень, ток, протекающий через первичную обмотку 70 , линейно увеличивается со временем. Когда ток первичной обмотки достигает определенного значения, определенного IDAC и R SNS , I CMP становится высоким. Время от высокого уровня GATE до высокого уровня I CMP показано как T G2I на фиг. 12; период GATE показан как T PER . Вычислительный блок I ACT 86 (ФИГ.7) использует T G2I и T PER вместе с T GATE для определения фактического мгновенного тока I ACT , потребляемого от основной линии переменного тока. Соответственно, в то время как нарастающий фронт ZCD включает GATE, истечение времени Tgate от интегратора быстрого контура, которое выключает GATE. Это длительность T GATE и последовательность импульсов для T GATE , которые определяют I PS и ток возбуждения, который течет в светодиодную нагрузку.

Теперь обратимся к РИС.13 проиллюстрирована временная диаграмма входных и исходящих сигналов таймера 80 (фиг. 7) относительно V HV , GATE и сигнала PLL ZCD от контроллера 48 . В показанном примере диммер 30 настроен на получение угла проводимости примерно 90 °. Выпрямленный V HV к первой ступени 38 источника питания 36 содержит выпрямленные синусоидальные волны ¼-цикла. Когда LDAC отправляется из блока управления, настроенного для переключения LSENS, когда V HV составляет около 15 вольт, LSENS переходит в высокий уровень, когда включается этот диммер переднего фронта, а затем становится в низкий уровень очень близко к концу каждого-цикла.Схема демпфера 100 включается, при этом / DMP становится низким, а LSENS становится низким, что отключает фиксированную задержку после того, как LSENS становится высоким. Эта фиксированная задержка необходима для устранения кратковременности V HV . Более того, фиксированная задержка заранее определена как достаточная для исчезновения всех основных переходных процессов. На фиг. 11, в то время как / DMP имеет низкое значение, резистор, включенный последовательно с входной емкостью мощности лампы, подключен к V HV .

Ссылаясь на фиг. 13-14 показаны два набора GATE, PSEN, BLEED и I HV .Входной ток — это ток, потребляемый от сети переменного тока; конкретно от V HV . Группа (A) иллюстрирует синхронизацию, когда каскад переменного / постоянного тока источника питания потребляет относительно большое количество энергии из сети переменного тока, при этом длительность мощности T PON = MAX T PON . Группа (B) иллюстрирует синхронизацию, когда каскад переменного / постоянного тока источника питания потребляет относительно небольшую мощность, где T PON PON и I PS = заранее определенное минимальное значение, e.г., 100 мА. В обеих группах (A) и (B), показанных на фиг. 13-14, первая ступень преобразователя переменного тока в постоянный включается, когда цепь демпфера выключается, когда / DMP становится высоким. PSEN переходит в высокий уровень, и GATE начинает переключение во время T PON (фиг. 14) и во время MAX T PON (фиг. 13). Например, PSEN (A) переходит в низкий уровень, а GATE (A) перестает переключаться по истечении времени, указанного в MAX T PON . Преобразователь переменного тока в постоянный может эффективно потреблять энергию из основной линии переменного тока только тогда, когда V HV выше определенного напряжения.MAX T PON заранее определен, чтобы гарантировать, что V HV достаточно высокое, когда преобразователь AC / DC включен.

Пока LSEN находится на низком уровне, преобразователь переменного / постоянного тока первой ступени работает в импульсном режиме тока (CPM). CPM обеспечивает нагрузку постоянного тока для диммера, а в CPM GATE коммутирует только с I CMP и ZCD. GATE идет высоко с ZCD и низко с I CMP . Фиг. 13-14 показаны GATE (A) и (B), остающиеся на высоком уровне, когда LSEN имеет низкий уровень, поскольку обычно это происходит, когда V HV номинально равен 0.Однако CPM позволяет светодиодной нагрузке разряжать паразитные емкости и поглощать любые токи утечки диммера или другие паразитные факторы.

BLEED (A) и (B) активны между понижением PSEN и повышением LSEN. Когда BLEED высокий, заранее определенный фиксированный ток, например 100 мА, отводится от основной линии переменного тока, поддерживая проводимость симистора и позволяя точно измерить угол проводимости. BLEED активен, когда LSEN низкий, а диммер не работает по той же причине, по которой первая ступень преобразователя AC / DC работает в CPM.Кровоток помогает избавиться от паразитов. Предпочтительно, сливное отверстие не обязательно должно быть активным между каждой парой углов проводимости и, возможно, должно быть активным только между каждой восьмой или двадцатой парой углов проводимости, так как выпускное отверстие действительно потребляет значительный ток и может не потребоваться стравливание после каждого угла проводимости. . Предпочтительно угол проводимости необходимо измерять только на каждой половине цикла сети переменного тока, и когда угол проводимости измеряется, дренажный канал активен.

Кривые I HV (A) и (B) иллюстрируют ток, потребляемый от основной линии переменного тока через V HV для показанных состояний относительно высокого и низкого тока.В обоих случаях I HV быстро переходит на один и тот же высокий уровень при первоначальном включении симистора. Этот ток определяется демпфирующим резистором в демпфирующей цепи и обычно довольно мал, например 150 Ом. Когда PSEN переходит в высокий уровень, первая ступень переменного / постоянного тока активно потребляет примерно такой же высокий ток. Затем ток I HV уменьшается до I PS , определяемого узкой полосой пропускания или медленным контуром управления 60 в течение определенного периода времени. В примере (A) I PS больше 100 мА, поскольку T PON = MAX T PON ; I HV падает до 100 мА, потребляемого устройством для выпуска воздуха после того, как PSEN становится низким, а BLEED (A) становится высоким.В примере (B) I PS равно 100 мА, поскольку T PON PON ; I HV просто остается на уровне 100 мА, поскольку и выпускной клапан, и первая ступень преобразователя переменного / постоянного тока настроены на потребление 100 мА. Конечно, заранее определенное минимальное значение может быть установлено на любое значение, например, 100 мА. Как уже отмечалось, BLEED не обязательно должен быть активен в каждом цикле, а только во время циклов измерения углов, возможно, между каждой восьмой, двадцатой или более парами углов проводимости.

Теперь обратимся к фиг. 9-10 показана логика вычисления 86 (фиг. 7) I ACT . В частности, логический блок диаграммы состояний и временная диаграмма точки вычисления I ACT , взятая из значения I PK , а также значений синхронизации T GATE и T G2I . Во-первых, расчет I ACT должен определить пиковый первичный ток (I PK ) через первичную обмотку 70 .
I PK = ( T GATE / T G2I ) × I SNS
I ACT = ( I PK /2) × ( T GATE / T PER )
Зная пиковый ток через первичную обмотку, I ACT может быть установлен около средней точки и выведен из нее на основании показаний T GATE и T PER .Таким образом, из пикового первичного тока может быть получен фактический первичный ток с I ACT , установленным на I PS в быстром контуре управления 58 (фиг. 7). I SNS показан как ток через R SNS (фиг. 11). Средний ток через первичную обмотку I ACT за один вычислительный цикл AC / DC равен 1/2 пикового тока I PK , масштабированного по времени, когда GATE высокий, T GATE / один цикл вычислений T PER .

Ссылаясь на фиг.15 показана схема управления 48 ; в частности, функциональность первого каскада преобразователя переменного тока в постоянный, содержащая ФАПЧ 52 и микропроцессор 50 . Микропроцессор 50 конфигурирует параметры в преобразователях первой ступени переменного / постоянного тока и второй ступени постоянного / постоянного тока источника питания 36 , а также взаимодействует с радиомодулем 54 для передачи сообщений управления и состояния. V IN , являющийся масштабированной версией входного напряжения линии, оцифровывается и направляется в PLL 52 .PLL 52 квалифицирует такие выборки с LSNS и использует последовательные выборки для определения фазовой ошибки между выходом PLL и циклом основной линии переменного тока. Фазовая ошибка фильтруется, а затем используется для создания цифровой синусоидальной волны, синхронизированной с напряжением основной сети переменного тока. Выход PLL 52 — это число от 1 до 360, представляющее фазу сети переменного тока как функцию времени. Импульс PLL ZCD имеет высокий уровень, когда фаза равна 180 ° или 360 °, что указывает на обнаружение пересечения нуля фазы угла проводимости.

LSNS и PLL ZCD направляются на защелку установки / сброса 94 , выход которой включает счетчик 96 и фильтр нижних частот 98 . Значение счетчика используется для вычисления угла проводимости от диммера независимо от того, как этот диммер установлен. Смещение от процессора 50 сравнивается с углом проводимости через компаратор 100 для получения максимального времени, в течение которого источник питания включен (MAX T PON ). MAX T PON и угол проводимости используются медленным контуром управления 60 ; в частности, I AVE map 74 (ФИГ.7). Хотя угол проводимости и MAX T PON вычисляются, это не угол проводимости или MAX T PON , который определяет ток возбуждения, подаваемый на светодиодную нагрузку. Таким образом, ток возбуждения I PS и I AVE может быть независимым от угла проводимости, выходящего из регулятора освещенности. Радио 54 иллюстрирует один способ ввода сообщений управления и состояния в процессор 50 . Однако процессор 50 может генерировать показанные параметры для установки значений компаратора (например, в аналоговой части источника питания) на основе программных команд в процессоре 50 , используя различные процедуры выборки из связанной памяти в процессоре 50 .Процессор 50 просто выполняет эти команды для применения соответствующих параметров в нужное время, например, к аналоговой части источника питания, а также к медленным и быстрым контурам управления.

Следует принять во внимание, что различные параметры и определенные величины, описанные здесь, даны только в качестве примера. Параметры и величины могут быть изменены на любое значение для управления нагрузкой на светодиоды (как яркостью, так и / или цветом) независимо от настройки угла диммера, а также в диапазоне, также не зависящем от диапазона настройки угла диммера.Источник питания постоянного тока может адаптироваться и масштабироваться до диммеров с различными диапазонами углов проводимости и с относительно небольшими максимальными углами проводимости, такими как, например, 90 °. Отсоединяя нагрузки светодиодов от угла диммера, источник питания постоянного тока может использовать полный диапазон диммирования от 0 до 100% яркости светодиода за счет значительного уменьшения и устранения мертвого хода, который может наблюдаться в верхней и нижней частях кривой диммирования. , где обычные настройки диммера не вызывают видимых изменений светоотдачи светодиодов.Фактически, пока имеется достаточная мощность, которую можно получить от сети переменного тока, настоящий источник питания может регулировать яркость лампы в сторону уменьшения, например, до 0,1% от максимальной яркости лампы. Это минимальное регулирование яркости, достигаемое с использованием настоящего источника питания, не может быть достигнуто в архитектуре обычного регулятора яркости и преобразователя переменного тока в постоянный. Понятно, что можно использовать различные параметры и значения при условии, что вышеупомянутые результаты достигаются без отклонения от концепции изобретения, что будет очевидно специалистам в данной области техники с учетом этого описания.Подразумевается, что нижеследующая формула изобретения должна интерпретироваться как охватывающая все такие модификации. Описание и чертежи следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле.

                              ДОКУМЕНТ III

                  Категория E: электрические системы
     ___________________________________________________________


                         1. Электрическая теория

     Детальное знание закона Ома, законов Кирхгофа и электро-
     магнитная индукция; их применимость в самолетах
     промышленность.Детальное знание переменного тока и расчетов.
     Мгновенное значение, среднеквадратичное значение, частота и амплитуда
     tude по приведенным данным; звездообразные и дельта-соединения и
     расчет мощности в трехфазной системе.

     Детальное знание последовательного и параллельного резонанса переменного тока.
     схемы и их использование; расчет резонансной частоты
     схема из заданной информации; эффект изменения в
     частота от импеданса, тока и фазового угла.Детальное знание композиции, исполнения (стабильно
     тип и допуск) и ограничения постоянных резисторов
     (углеродный состав, углеродная пленка, проволочная намотка и металлический
     фильм) и описание различных типов переменных резисторов
     (проволочная обмотка, углеродная пленка, термисторы и напряжение в зависимости от
     резисторы и варисторы).

     Знание цветовой кодировки резистора, номинала и допусков,
     и система предпочтительных значений и номинальной мощности.Детальное знание конструкции, принципов работы.
     ция, применение и цветовое кодирование различных типов
     конденсаторы.

     Детальное знание Circuit Controlling и Current Pro-
     Устройства tection.


                        2. Аккумуляторы для самолетов

     Знание конструкции и принципа работы
     Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые батареи, состав
     электролиты и пластины.Знания о влиянии температуры на емкость, специфические
     сила тяжести, удельное сопротивление электролита, зарядное устройство и разрядник
     ставки; влияние удельного веса на температуру замерзания
     и удельное сопротивление электролитов.

     Знание методов зарядки аккумуляторов; меры предосторожности
     и процедуры во время зарядки; смешивание и нейтрализация
     электролиты; важность вентиляции аккумуляторного отсека-
     ments.Знание проверок для определения условий и
     исправность батарей; общие дефекты батареи и
     их исправление.


                       3. Генераторы и двигатели

     Знание конструкции, принципа действия и
     характеристики генераторов постоянного и переменного тока и двигателей.


     Знание конструкции, принципов работы
     регуляторы напряжения; и параллельное подключение генераторов.Детальное знание функциональных тестов, настроек и
     устранение неисправностей генераторов и моторов.

     Знание контроля скорости и изменения направления движения
     моторы.


                  4. Сервомеханизмы и усилители.

     Знание конструкции и принципов
     автотрансформаторы, одно- и трехфазные трансформаторы

     Знание конструкции и принципов работы
     насыщаемые реакторы и магнитные усилители; предвзятость; фаза
     чувствительная полуволна и входы и выходы, чувствительность к полярности
     активные входы и выходы, двухтактные выходы и эффекты
     сценическое усиление и каскадирование по времени отклика.Знание конструкции, принципа действия и работы серво-
     двигатели и генераторы скорости; реакция системы на смещение
     командные сигналы (положение) и скорость (скорость); Цель
     сигналы подтягивания и обратной связи по скорости; причины охоты и
     методы демпфирования; устранение неисправностей сервомеханизма.


                          5. Испытательное оборудование

     Знание конструкции, принципа действия, использования
     и меры предосторожности, которые необходимо соблюдать для испытательного оборудования самолетов.6. Склеивание и скрининг

     Знание цели соединения и экранирования и различий
     Между этими двумя методами используются меры предосторожности; минимум
     приемлемые стандарты изоляции и склеивания; и тест-
     ing.

     Детальное знание электромонтажной системы самолета; процедура
     прокладка электрических кабелей и меры предосторожности
     из них.


                            7.Электроника

     Знание основных принципов термоэлектроники.

     Знание свойств полупроводниковых материалов.

     Знание конструкции, символов, работы и анода
     характеристики вакуумных и газонаполненных трубок; Знание
     их конструкция и применение.

     Знание конструкции, символов, процесса допирования, работы
     Применение, применение и характеристики транзисторов PNP и NPN.
     систоры; сравнение с электронными лампами.Знание использования и теории осцилляторов и мультивибраторов.
     торс.

     Знание символов, таблиц истинности и эквивалентных схем
     для логических ворот.


     Знание условий, работы и применения Flip
     Логика флопа.

     Знание используемых терминов, основные операции, интерфейс
     основные компоненты компьютера.

     Знание работы, использования и типов среднетоннажного оборудования.
     gration (MSI) устройства.Знание типов и работы дисплеев (LED,
     Жидкий кристалл и т. Д.).

     Знание ЭЛТ и его применения.

     Знание выполняемых функций и общей работы
     микропроцессор.

     Знание обращения с устройствами на микроэлектронных схемах.
     (Устройства, чувствительные к статическому электричеству (ESD)).


                          8. Авиационная система

     Знание принципа работы, осмотр и неисправности
     съемка оборудования камбуза, огней самолетов,
     и электрические компоненты и схемы индикации для
     Шасси, система закрылков, система кондиционирования воздуха и т. Д.Знание эксплуатации и проверки пожарных и
     Система обнаружения и защиты от дыма.

                        9. Распределение энергии

     Знание систем распределения электроэнергии,
     эксплуатация и конструкция статических инверторов, поворотных
     инверторы и трансформаторные выпрямители.

 

Фонокорректор против предусилителя

Фонокорректор — это внешнее устройство, которое вступает в эту пустоту, усиливая выход проигрывателя, чтобы современная электроника могла воспроизводить его должным образом. Оригинальный внешний фонокорректор U-Turn Pluto был основой цифровых тенденций. Комната для тестирования в течение некоторого времени полюбилась своим простым и элегантным дизайном, так как… 25 апреля 2013 г. · На частотную характеристику автономного фонокорректора не должна влиять нагрузка, которую он передает. Другой проблемой может быть высокое выходное сопротивление этой фонокоррекции. После я представил урезанную версию усилителя 6CB5A. Я подумал, что было бы неплохо также разработать подходящую упрощенную версию предусилителя Octal. Фонокорректор двойного назначения MM / MC для проигрывателей виниловых пластинок LP, вдохновленный классической схемой, компоновка лаконична и разумна, внутренняя схема и источник питания разделены, чтобы избежать взаимных помех, и каждая часть герметизирована стальной пластиной для прочности экранирующий эффект.

«Фонокорректор Parasound JC 3 Jr., Junior, является фантастическим подарком для аудиофилов во всем мире, которые любят извлекать максимум из своих пластинок, но не имеют глубоких карманов. Дайте вам 2 мерные ложки из 3 мерных банановых сплит для стоимость одной мерной ложки, вы получите удовольствие от первоклассного фонокорректора и у вас останутся деньги на пластинки. 12 мая 2020 г. · В то время как UltraPhono не обладает такой динамической контрастностью, расширением басов или сладостью, как более дорогой ламповый фонокорректор. предусилитель, он предлагает ту же основную природу в его общем изображении, конечно, с точки зрения содержания, если не масштаба.Другими словами, он такой же восхитительно трехмерный, если не такой большой в абсолютном воссоздании звуковой сцены. Со своим последним фонокорректором 100 Дитер Бурместер продолжает с того места, где он остановился, с его высоко оцененным и успешным фонокорректором 838 из восьмидесятых. 100 — чистая кошачья мята для аналоговых фанатов. Вернувшись к компоненту, который так долго оставался современным, и привнеся его со всеми доступными инновациями в 21..

1 день назад · PS Audio Stellar Phono Preamp против Allinic h2202.Есть какие-нибудь мысли? Твердотельный или ламповый … Фонокорректоры для всех приложений. Включает типы подвижной катушки и подвижного магнита, а также полное описание выравнивания RIAA. Это коллекция фонокорректоров (черный винил для молодежи) и схем эквалайзера, одна из которых обязательно удовлетворит ваши требования. Сравнительный тест 3 фонокорректоров: Cambridge 640P, Graham Slee Fanfare, Parasound Z-Phono (май 2007 г.) ) AQVOX Phono 2Ci — фонокорректор — Часть I (апрель 2006 г.) AQVOX Phono 2Ci — фонокорректор — Часть II (май 2006 г.) Этот фонокорректор звучит потрясающе благодаря своим точным характеристикам передаточной функции RIAA с отклонением всего ± 0.4 дБ. Мой друг Руфус купил много дорогих предусилителей к своему проигрывателю Oracle Delphi, но он просто не смог найти ничего, что могло бы дать ему резкие высокие частоты и низкие басы, которые он хотел. Фонокорректор имеет входную нагрузку 47 кОм для мм и 100 Ом для микроконтроллера, с чувствительностью 4,0 мВ на входе мм и 0,4 мВ на входе mc. Усилитель Research VS115 (115 Вт / канал, 6495 $) … 31 января 2012 г. · Смеситель против предусилителя.. Войдите в систему, чтобы отключить эту рекламу. Привет, у меня есть базовая настройка домашней записи, интерфейс Maudio Firewire Solo, я использую микшер Yamaha MG124C, который меняет направление, и Rode NT1000 с питанием от yama …

Rolls. Модель. Фонокорректор VP29. Заканчивать. Красный. 2010-е гг. Категории. Стерео и фонокорректоры. Ой, похоже, ты что-то забыл. Пожалуйста, проверьте поля, выделенные красным. Следующее обсуждение относится к электронной нагрузке (т. Е. Подключению к фонокорректору), а не к электромеханической нагрузке (т.е.е. подключение к повышающему трансформатору). Краткое резюме, чтобы пропустить детали: Нагрузочный резистор в предусилителе / ​​фонокорректоре = прибл. 10-20 x (полное сопротивление катушки картриджа с подвижной катушкой). У меня есть ламповый фонокорректор Yaqin MS-12B, который я намеревался использовать в качестве линейного каскада. Однако, когда я сижу и слушаю Леонарда Коэна через свой Bottlehead Crack, мне приходит в голову, что простейшим решением будет простая коробка с селектором и приличным ступенчатым аттенюатором или пассивный предусилитель. или фонокорректор) для проигрывания виниловых пластинок, то вы, вероятно, видели, что существует три различных типа.В фонокорректорах MM в этом нет необходимости. Предусилитель Rega Aria MM / MC с входами MM и MC и переключателями для выбора входной нагрузки и усиления MC. Простой фонокорректор с парой ламп 6DJ8 (ECC88). Два обычных триодных усилителя напряжения и пассивная эквализация RIAA. Фонокорректор с усилением около 40 дБ, пассивной эквализацией RIAA, двумя лампами и простой схемой. Измерения на фонокорректоре вверху. Я измерил предусилитель PHONO 1 на выходе TAPE 1. Я установил фонокорректор на 47 кОм и 50 пФ и подключил его к сопротивлению источника 5 Ом на R&S UPL.Усиление на частоте 1 кГц составляет 35,64 дБ для левого канала и 36,03 дБ для правого канала, среднее числовое усиление составляет 61,91x. (образец 91: 35,65 / 35,83 дБ.) Этот предусилитель MM PHONO Stage может преобразовывать фоно-сигналы в сигналы линейного уровня. Обеспечивает высокое качество и теплый звук, превосходящий ваши ожидания, совместим со всеми линейными входами (AUX и т. Д.) Вашего усилителя, ресивера или активных динамиков. Rolls VP29 — это предусилитель для фонокорректора и проигрывателя грампластинок с возможностью вывода линейного уровня. VP29 разработан для использования с усилителями, микшерами или стереосистемами, которые не имеют входов для проигрывателей винила.Предусилитель оснащен двумя телефонными входами RCA, клеммой заземления и двумя стереофоническими линейными выходами RCA. 8 августа 2020 г. · Stellar Phono — это полностью дискретный фонокорректор, в котором используются запатентованные схемы, которые не полагаются на большое количество глобальной обратной связи для снижения сложных искажений или увеличения полосы пропускания. Напротив, они были разработаны, чтобы быть изначально прозрачными и представлять музыку с правильным отображением тонального баланса. Фонокорректор двойного назначения MM / MC для проигрывателей виниловых пластинок LP, вдохновленный классической схемой, компоновка лаконична и разумна, внутренняя схема и источник питания разделены, чтобы избежать взаимных помех, и каждая часть герметизирована стальной пластиной для прочности экранирующий эффект.Предусилитель: это блок управления системой. По сути, это регулятор громкости и селектор входов / выходов. В некоторых случаях он также включает фонокорректор (сигнал, поступающий от проигрывателя виниловых пластинок, очень слаб и требует дальнейшего усиления, прежде чем его можно будет использовать; он также нуждается в некотором тонале …

Шум является наиболее заметной частью THD + N в первой части фонокорректора. Снижая шум, мы получаем лучшее разрешение и динамику. Разработан с разделенной сетью эквалайзера, такой как XP 25 и XS Phono, которая более точна и может обрабатывать более высокие уровни сигнала.Вторичный каскад запускает выходной каскад с более высоким смещением с автоматическим смещением. Этот предусилитель MM PHONO Stage может преобразовывать фоно-сигналы в сигналы линейного уровня. Обеспечивает высокое качество и теплый звук, превосходящий ваши ожидания, совместим со всеми линейными входами (AUX и т. Д.) Вашего усилителя, ресивера или активных динамиков.

Сравнительный тест 3 фонокорректоров: Cambridge 640P, Graham Slee Fanfare, Parasound Z-Phono (май 2007 г.) AQVOX Phono 2Ci — фонокорректор — часть I (апрель 2006 г.) AQVOX Phono 2Ci — фонокорректор — часть II (май 2006 г.) ) Звук с фонокорректором в целом превосходил другие предусилители и превосходил звук с входа CD.В первоклассных записях звучит живая музыка. Хороший пример — дебютный альбом Стэнли Джордана под названием Magic Touch на Blue Note Records. Вертушки со встроенным предусилителем. Легко настроить, просто использовать. В сообществе проигрывателей виниловые проигрыватели считаются вариантом «plug-and-play», эти проигрыватели поставляются со встроенным фонокорректором — просто подключите к паре активных динамиков, ресиверу или усилителю (даже если у него нет фонокорректора). чтобы начать вращаться.

Фонокорректор Era Gold V поставляется с блоком питания PSU1, а также с различными напряжениями и разъемами питания; или в бюджетной форме с базовым блоком питания, что позволит вам перейти на PSU1 позже.Также доступен с опцией монофонического переключателя. Фонокорректоры с малой выходной мощностью и подвижной катушкой требуют либо специального фонокорректора, либо предварительного предусилителя, который усиливает сигнал MC до уровня звукоснимателя с подвижным магнитом. Наш PRE-MC может это сделать. Наши EQS MK2 и 12 подходят для большинства картриджей.

Простота выкройки кроп-топа.

Vps-прокси
Minecraft Nuclear Mod 1.15.2

USB-1 имеет встроенный фонокорректор, картридж, пылезащитную крышку, а также все необходимые кабели и программное обеспечение, необходимое для простой работы plug and play.в комплект входит бесплатное программное обеспечение Audacity. аналоговый выход через встроенный фонокорректор или прямой линейный выход. статический сбалансированный S-образный тонарм со съемной головкой.

Предусилитель: это блок управления системой. По сути, это регулятор громкости и селектор входов / выходов. В некоторых случаях он также включает фонокорректор (сигнал, поступающий от проигрывателя виниловых пластинок, очень слаб и требует дальнейшего усиления, прежде чем его можно будет использовать; он также нуждается в некотором тональном … Магазин электроники.

Или это может быть что-то более крупное и сложное — стерео предусилитель со встроенным цифро-аналоговым преобразователем, несколько независимых источников, включая проигрыватель винила, проигрыватель компакт-дисков, сетевой музыкальный проигрыватель и мощные отдельные усилители для двухканального усиления.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *