16 ноября 2020
3 минуты на чтение
Некоторые светодиодные лампочки на 230В переменного тока , для ограничения тока светодиодов содержат только резистор. Такое решение удешевляет конструкцию, но имеет недостатки - уменьшенную яркость и повышенное мерцание потому, что после мостового выпрямителя ток через нагрузку очень близок к форме синусоиды (рис.1 кривая 1).
Рис.1. Варианты питания светодиода от сетевого напряжения. Схема1 - ограничение тока резистором. Схема 2 - стабилизация тока
Частично устранить указанные недостатки позволяет применение источника тока. Не смотря на многообразие схемных решений, в данном случае сложность схемотехники не оправдана. Предлагается применить транзисторный источник тока, схема 2 на рис.1. Эта схема более эффективна при питании напряжением 230В. Причина видна из схемы рис.1. Чем больше напряжение питания, тем больше добавляется яркости лампочкам (заштрихованная область на рис.1) и тем меньше мерцание.
Резистор R1 должен быть рассчитан на работу при напряжении не менее 400В. Это напряжение выдержит пара СМД резисторов типоразмера 1206. Величину сопротивления R1 выбирают в диапазоне 30...60кОм, с расчетом не превысить мощность рассеивания ни стабилитроном VZ1 ни резистором R1 при среднем напряжении 230В.
На графике рис.1.2 видно, что кривая тока через нагрузку приблизилась к прямоугольной из-за его ограничения.
Обычные светодиоды без дополнительного радиатора допускают ток 20-30мА, точное значение которого можно узнать из паспорта. Расчет стабилизатора тока нагрузки не сложен. Его можно начинать исходя из параметров имеющегося стабилитрона или наличных резисторов.
Поставим задачу обеспечить ток 20мА. Это предельный рабочий ток большинства компактных светодиодов. Например, у вас есть стабилитрон на 8.0В. Напряжение запертого состояния транзистора на эмиттерном переходе положим равным 0.6В для кремниевого транзистора. Величина резистора в эмиттере VT1 (рис.1.2) найдем по закону Ома R1=(8-0.6)/0.02=370 Ом. Здесь же требуется определить мощность, рассеиваемую резистором : P=I^2*R1=0.0004*370=0.148W. такую мощность может рассеять резистор СМД типоразмера 1206. В ряду Е12 (10% точность) ближайший номинал к 370 Ом - 360 Ом. Замена приведет к увеличению тока до 20,5 мА, что вероятно не скажется на надежности работы лампочки. Вы можете самостоятельно пересчитать мощность, рассеиваемую резистором при измененном токе стабилизации.
Если напряжение стабилизации стабилитрона для заданного тока выбрать меньше, потребуется пропорционально уменьшить величину резистора в эмиттере. Подробнее работа стабилизатора тока на биполярном транзисторе рассмотрена в следующей заметке.
Транзистор Q1 должен быть рассчитан на напряжение коллектор-эмиттер не менее 400В, поскольку амплитудное значение напряжения в домашней розетке в 1.41 раза больше действующего 230В и равно примерно 320В.
Стоит ли выбирать для работы светодиода предельный рабочий ток - решать вам. С одной стороны кажется, что получим максимальную яркость, а именно это нам и надо. Но есть и другая сторона. Рабочий ток это всего лишь параметр, который характеризует энергетические аппетиты конкретной технологии изготовления. Сравним паспортные данные некоторых светодиодов, которые можно применить в лампочках (рис.2).
Рис.2. Характеристики светодиодов
Обратите внимание на то, что характеристики приведены для одной и то же величины рабочего тока - 20мА. При этом сила света для желтых светодиодов составляет 40...80mcd, а для белых она почти в 7 раз выше. Делаем вывод, что мощность, затраченная лампочкой на освещение помещения ни о чем не говорит кроме того, на сколько теплее станет в комнате. При правильном выборе светодиодов ток можно уменьшить в эти самые 7 раз. Это значит, что лампочки станут холодные, а светить будут как горячие. Заметьте, в таблице приведены не самые яркие изделия. Теперь есть и поярче в 10 и больше раз!!! Не тратьте напрасно электричество на нагрев комнаты лампочками, пусть и светодиодными.
В заключении надо отметить, что стабилизация тока питания светодиодов для избавления от мерцания, самый дешевый, но не лучший способ. Качественное, не моргающее освещение от сети переменного тока позволит обеспечить ac/dc конвертор – преобразователь сетевого напряжения 130...270V в выходное постоянное напряжение нужных параметров (величина напряжения, выходная мощность преобразователя) или выходной постоянный ток нужной величины. Затраты на обеспечение качественного освещения при этом существенно возрастут (в 10…100 раз).
Удачи вам в вашем конструировании.