Схема. Сетевое питание светодиодного светильника «К48»

Компактный светодиодный светильник, именуемый на упаковке «ЭРА — светодиодный кемпинговый фонарь К48», имеет хороший дизайн корпуса. Основные достоинства этого изделия — высокая яркость и низкая цена светильника, исходя из которой, стоимость каждого из 48 установленных в нём белых сверхъярких светодиодов получается в 4…5 раз меньше цены самого дешёвого отдельно взятого «белого» светодиода в розничной торговле. Питается светильник от трёх гальванических элементов типоразмера АА.

Однако обещанная продолжительность работы светильника от одного комплекта щелочных элементов 15 ч на самом деле не превышает 2…3 ч. Дело в том, что все 48 светодиодов соединены параллельно и суммарный потребляемый ими от батареи питания ток достигает 0,8 А. Так как стоимость комплекта свежих щелочных элементов типоразмера АА сравнима с ценой самого светильника, было решено приспособить его для питания от бытовой сети 220 В.
Схема Сетевое питание светодиодного светильника
Схема переделанного «кемпингового фонаря» представлена на рис. 1. Он может работать в режимах максимальной, средней и малой яркости свечения. Из режима средней яркости на режим максимальной яркости его переключает на некоторое время по звуковому сигналу (например, хлопку в ладоши) встроенное акустическое реле. В экономичный режим малой яркости переходят вручную, размыкая контакты выключателя SA1.
При замкнутом выключателе сетевое переменное напряжение 220 В через плавкую вставку FU1, ограничивающие ток конденсатор СЗ и резистор R6 поступает на мостовой выпрямитель VD1—VD4. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживают конденсаторы С7, С8, что устраняет мерцание светодиодов EL1—EL48 с частотой 100 Гц и подавляет всплески текущего через них тока при включении в сеть и под действием импульсных помех. Чрезмерный рост напряжения на конденсаторах С7,С8 при обрыве цепи светодиодов предотвращает варистор RU1.

Если в помещении, где установлен светильник, тихо, конденсатор С10 разряжен, полевой транзистор VT1 закрыт, биполярные транзисторы VT2 и VT3 открыты и часть тока, отдаваемого источником питания, ответвляется от светодиодов в резистор R20. Светодиоды работают при токе 6,5 мА, что резко увеличивает срок их службы. Такой режим полезен, например, если светильник используется как ночник и слишком яркое освещение мешает отдыху.
Когда в помещении кто-нибудь присутствует и занимается своими делами, он невольно создаёт акустический шум. Датчиком уровня шума служит электретный микрофон ВМ1. На ОУ DA1 собран микрофонный усилитель, коэффициент усиления по напряжению которого определяется отношением сопротивлений резисторов R8 и R3. С выхода ОУ напряжение звуковой частоты через разделительный конденсатор С6 и резистор R9 поступает на амплитудный детектор на диодах VD5 и VD7. Когда уровень шума превысит некоторое значение, напряжение на конденсаторе С10 станет больше порогового напряжения полевого транзистора VT1. Он откроется, а транзисторы VT2 и VT3 закроются. Ток через резистор R20 прекратится, а через светодиоды HL1 — HL48 увеличится до 20 мА, они станут светить с максимальной яркостью. Увеличения потребляемого от сети тока по сравнению с режимом средней яркости не происходит.

Следует отметить, что продолжительность свечения с повышенной яркостью после прекращения вызвавшего переход в этот режим звука зависит в основном от постоянной времени цепи C10R11 и степени превышения выпрямленного напряжения шума над пороговым напряжением транзистора VT1. При пороговом напряжении около 0,9 В длительность выдержки после одиночного хлопка в ладоши будет 6…7 мин.
Резистор R10 устраняет негативное влияние тока утечки конденсатора С6 на работу времязадающей цепи. Благодаря тому что транзисторы VT1 и VT2 образуют триггер Шмитта, смена яркости свечения светодиодов происходит скачком и исключается частично открытое состояние транзистора VT3, сопровождающееся рассеиванием на нём большой мощности. Конденсаторы С2 и С11 снижают чувствительность устройства к импульсным помехам.
Напряжение питания триггера Шмитта ограничено на уровне около 10В стабилитроном VD8. Для узла на ОУ DA1 оно понижено до 7,5 В с помощью стабилитрона VD6. Конденсаторы С4, С5, С9, С13 — блокировочные в цепях питания.

При разомкнутом выключателе SA1 в цепь сетевого питания включён резистор R5 большого сопротивления, ограничивающий ток светодиодов. Напряжение на стабилитроне VD6 понижено до 1 В, а между выводами базы и эмиттера транзистора VT2 — до 0,2 В, чего недостаточно для открывания его и транзистора VT3. Поэтому ток через резистор R20 отсутствует независимо от состояния транзистора VT1. В этом режиме яркость светодиодов и потребляемая светильником от сети 220 В мощность существенно понижены.
В конструкции можно применить резисторы С1-4, С1-14, С2-23, МЛТ, РПМ или аналогичные импортные соответствующей мощности, а также резисторы для поверхностного монтажа. В качестве R6 и R12 желательно использовать невозгораемые Р1-7-1 или импортные разрывные резисторы. Оптимальное сопротивление резистора R11 — 10…40 МОм. При отсутствии резистора такого сопротивления его можно составить из нескольких меньшего номинала, соединив их последовательно. Для уменьшения тока утечки, сильно влияющего на продолжительность выдержки, точка соединения диода VD7, конденсатора С10, резистора R11 и затвора транзистора VT1 должна «висеть в воздухе».

Варистор FNR-10K241 можно заменить на FNR-14K221, FNR-20K221 и другие с классификационным напряжением 200…250 В. Измерить это напряжение у варистора неизвестного типа можно прибором, описанным в моей статье «Устройство для проверки высоковольтных транзисторов» («Радио», 2003, № 3, с. 22).
Оксидные конденсаторы — К50-68, К53-19 или импортные. Конденсатор СЗ — плёночный с номинальным переменным напряжением 250…315 В или постоянным 630В, например, К73-17, К73-24 на 630 В. Конденсаторы С6, С10 — керамические многослойные для поверхностного монтажа. Чтобы увеличить продолжительность выдержки, можно установить конденсатор С10 ёмкостью до 47 мкФ. Но следует учитывать, что для полной зарядки конденсатора большей ёмкости потребуется и более продолжительное звуковое воздействие. Остальные конденсаторы — керамические К10-17, К10-50 или их аналоги.

Маломощный диод Шотки BAS140W можно заменить другим аналогичным с обратным напряжением не менее 20 В и возможно меньшим предельным прямым током. На его месте можно попробовать и обычные маломощные германиевые (Д18, ГД507А) или кремниевые диоды. Вместо диода 1N914 подойдёт любой из 1SS176S, 1N4148, КД521, КД102А. Диоды 1N4006 можно заменить на 1N4007, UF4006, UF4007, КД243Е, КД247Д, а стабилитрон BZV55C7V5 — на TZMC-7V5, КС175А, КС175Ж, 2С175А, 2С175Ж. Вместо стабилитрона КС510А можно установить 2С510А, 1N5347. Транзистор КП504Г заменяется любым из серий КП501, КП504, КП505 или импортным ZVN2120, BSS88. Желательно подобрать экземпляр с пороговым напряжением не более 1 В. Вместо транзистора BF422 можно установить BF459, MPSA42, 2N6515, 2N6516, КТ940АМ. Замена транзистора BF423 — BF492, BF493, MPSA92, 2N6518, 2N6519. Транзисторы упомянутых типов имеют различия в расположении и назначении выводов.
Схема Сетевое питание светодиодного светильника
Микрофон ВМ1 — любой малогабаритный электретный, например, от сотового телефона. Кнопочный выключатель SA1 — тот, что ранее был установлен в светильнике. Тип имеющихся в светильнике сверхъярких светодиодов белого цвета свечения неизвестен — они в прозрачном корпусе и с широкой укороченной линзой диаметром 5 мм. При необходимости эти светодиоды могут быть заменены, например, на ARL-5213UWC-35cd, ARL-5213UWC-25cd. Наличие плавкой вставки FU1 строго обязательно.
Все детали узла размещены в центральной части корпуса светильника (рис. 2), там, где раньше находились элементы питания. Микрофонный усилитель и транзисторы смонтированы навесным монтажом на небольшой плате. Элементы для поверхностного монтажа (некоторые конденсаторы и резисторы, а также диод Шотки VD5) установлены на обратной, невидимой на фотоснимке стороне этой платы. Для фиксации деталей в корпусе светильника применялись клеи «Квинтол», прозрачный полиуретановый «Момент кристалл», а также термоклей.

Начинать переделку светильника следует с изменения исходного параллельного соединения его светодиодов на последовательное. Для этого каждый второй по счёту светодиод выпаивают из дугообразной платы, на которой он установлен, и впаивают обратно, повернув вокруг продольной оси на 180° и изменив этим полярность включения. Печатные проводники между светодиодами перерезают в шахматном порядке.
Правильность включения каждого светодиода необходимо тщательно контролировать. Для этого можно использовать источник постоянного напряжения 12…18 В, поочередно подключая его через резистор 15…30 кОм к группе из нескольких светодиодов на каждой плате. Учтите, что светодиод, включённый в неправильной полярности, с большой вероятностью будет повреждён при подаче на светильник сетевого напряжения. А ошибка в полярности нескольких светодиодов может привести к выходу из строя всего их комплекта.

При налаживании и эксплуатации конструкции следует помнить, что все её элементы находятся под напряжением сети переменного тока 220 В. Конденсаторы С7, С8, С12 могут сохранять заряд в течение нескольких дней после отключения светильника от сети.
Проверять работоспособность изготовленного узла управления целесообразно, не подключая светильник к сети, а с помощью источника постоянного напряжения 9 В, которое с соблюдением полярности подают на стабилитрон VD8. Сопротивление резистора R1 подбирают таким, чтобы напряжение между выводами электретного микрофона ВМ1 находилось в пределах 3…3.5 В. Чем меньше сопротивление резистора R3, тем выше чувствительность акустического реле. Подборкой конденсатора С10 и резистора R11 устанавливают желаемую продолжительность выдержки.

Если переделанный светильник установлен так, что его задняя крышка прижата к поверхности с плохой теплопроводностью (потолок, стена), температура внутри корпуса светильника при конденсаторе СЗ ёмкостью 0,68 мкФ и длительной работе может на 20…25 °С превысить комнатную. Чтобы снизить перегрев, целесообразно уменьшить ёмкость этого конденсатора до 0,47 мкф, сопротивление резистора R20 увеличить до 15 кОм, a R21 —до 1,8 кОм.
Для полного отключения светильника от сети можно установить на его сетевой шнур дополнительный клавишный выключатель.

А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.
«Радио» №1 2013г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *