В статье предложен светодиодный светильник с малым уровнем пульсаций яркости (светового потока), который достигнут применением для его питания стабилизатора тока, протекающего через светодиодные модули.
Для освещения рабочего места радиолюбителя (и не только для этого случая) требуется стабильный источник света, у которого пульсации яркости недопустимы. Не секрет, что многие сетевые источники света (лампы накаливания, КЛЛ, светодиодные лампы) имеют повышенный коэффициент пульсаций. Поэтому разработка стабильного источника света для местного освещения является актуальной. Не лишней будет возможность регулировки яркости светильника, вплоть до яркости ночника.
Описание такого светильника приведено далее. Его основа - светодиодные модули 2В3С, каждый из которых имеет номинальное напряжение питания 9...10 В, потребляемый ток до 300 мА и рассеиваемую мощность 3 Вт. Впрочем, можно использовать и другие модули с аналогичными параметрами [1]. Таких модулей может быть два или три. Можно применить и одиночные мощные светодиоды, размещённые на теплоотводе.
Рис. 1.
Рис. 2. Фрагмент схемы источника питания с доработками
Для их питания применён сетевой регулируемый стабилизатор тока, в качестве которого был использован импульсный блок питания с выходными напряжением 12 В и током до 1,25 А (рис. 1) от офисной техники. С учётом того что для питания светодиодных матриц требуется напряжение около 9 В и стабильный ток, этот блок питания был соответствующим образом доработан. Фрагмент схемы источника питания с доработками показан на рис. 2, все вновь вводимые элементы выделены цветом и в обозначении имеют цифру 1. Штатные элементы имеют обозначение в соответствии с маркировкой на плате.
Изначально этот блок питания был стабилизатором напряжения, выходное напряжение 12 В поддерживается с помощью параллельного стабилизатора напряжения U3 и оптопары U2, а его значение установлено с помощью резистивного делителя R13R14R15. Вид на плату недоработанного блока питания показан на рис. 3. Фрагмент платы со стороны печатного монтажа показан на рис. 4. Розовым цветом показаны разрезы, которые необходимо сделать в печатных проводниках.
Рис. 3. Вид на плату недоработанного блока питания
Рис. 4. Фрагмент платы со стороны печатного монтажа
Чтобы превратить этот стабилизатор напряжения в стабилизатор тока, введён датчик тока на резисторе 1R1, при этом резисторы R13, R14 будут отсоединены от общего провода, а на месте разреза установлен резистор 1R1. Нагрузка - светодиодные модули - подключена между плюсовым выходом стабилизатора и точкой соединения резисторов R13, R14 и 1R1. Фрагмент доработанной платы показан на рис. 5. Напряжение на управляющем входе стабилизатора U3 в процессе работы стабилизатора поддерживается постоянным (2,5 В) за счёт изменения выходного напряжения. Напряжение на управляющем входе стабилизатора U3 складывается из напряжения на резисторах R13, R14 и 1R1. В результате при увеличении тока через светодиодные матрицы напряжение на резисторе 1R1 увеличивается, поэтому выходное напряжение станет уменьшаться, а ток через светодиодные матрицы будет стабилизирован.
Рис. 5. Фрагмент доработанной платы
К выходу этого блока питания можно подключить до четырёх модулей 2В3С. Для выравнивания тока через них служат резисторы 1R4, 1R5, 1R8. Выходной ток можно установить подборкой резистора 1R1. Этот резистор должен иметь мощность рассеяния не менее 1 Вт, поэтому его можно составить из нескольких, включённых параллельно. В принципе, если не требуется регулировка яркости (регулировка тока), доработка блока питания на этом закончена.
Теперь можно перейти к изготовлению собственно источника света. При этом очень важно обеспечить отведение тепла от светодиодных модулей, поэтому потребуется эффективный теплоотвод. Здесь следует отметить, что один из существенных недостатков большинства сетевых светодиодных ламп - не всегда эффективное отведение тепла от светодиодов. Это одна из причин их зачастую невысокой надёжности.
Если использовать уже готовый сетевой светильник, источник света надо адаптировать для установки в нём. Сетевой кабель светильника при этом надо удалить, и на его корпусе надо установить гнездо для подключения доработанного блока питания. А конструкция источника сделана такой, чтобы его можно было установить в патрон светильника. Светодиодные модули установлены на ребристом алюминиевом теплоотводе с основанием размерами 40x50 мм и рёбрами высотой 28 мм. На таком основании можно разместить два или три светодиодных модуля 2В3С (рис. 6). Теплоотвод закреплён на цокольной части от пластмассового корпуса КЛЛ с цоколем Е27 (рис. 7). Светодиодные модули подключены к контактам цоколя, внутри размещены резисторы 1R4, 1R5. При установке гнезда питания надо соблюсти полярность подключения блока питания и источника света.
Рис. 6. Светодиодные модули 2В3С
Рис. 7. Теплоотвод закреплён на цокольной части от пластмассового корпуса КЛЛ с цоколем Е27
На этом теплоотводе можно установить два или три одиночных светодиода, например, LG D152 [2], который включают последовательно и питают от доработанного блока питания.
Если сделать блок питания с регулировкой тока, можно будет изменять яркость светильника в широких пределах, превратив его, например, в ночник. Для этого в блок питания (см. рис. 2) надо ввести переменный резистор 1R2 и постоянный резистор 1R3. В этом случае при перемещении движка резистора 1R2 вниз по схеме напряжение на резисторах R13, R14 будет увеличиваться, а на резисторе 1R1 уменьшаться за счёт уменьшения тока через светодиодные модули. В результате яркость светильника уменьшается. Подборкой резистора 1R3 можно установить минимальную яркость. Переменный резистор устанавливают на крышке корпуса (рис. 8) в том месте, где на плате блока питания установлена оптопара (см. рис. 3). Переменный резистор следует применить малогабаритный, чтобы он поместился и не имел контакта с другими элементами блока питания.
Рис. 8. Переменный резистор на крышке корпуса
На практике оказалось, что при малой яркости (малом выходном токе) преобразователь блока питания начинал работать неустойчиво и периодически перезапускался. Причина оказалась в том, что после запуска преобразователя часть питающего напряжения драйвера поступает от дополнительной обмотки импульсного трансформатора Т1 (на рис. 2 не показана) и при уменьшении выходного тока этого напряжения оказывается недостаточно. Для устранения этого эффекта пришлось установить два резистора 1R6 и 1R7, которые обеспечивают устойчивую работу драйвера. Если при минимальной яркости светильника блок питания работает устойчиво, установка резисторов 1R6 и 1R7 не потребуется.
Не следует забывать, что часть элементов дорабатываемого блока питания находится под напряжением сети, поэтому в процессе доработки следует соблюдать правила техники безопасности.
Были проведены сравнительные измерения пульсаций яркости (светового потока) предлагаемого светильника и ламп накаливания, а также бытовых светодиодных ламп с помощью индикатора пульсаций яркости [3]. По результатам измерений пульсации у светильника отсутствуют, у ламп накаливания - около 6 %, у светодиодных ламп - от 2 до 10 %, в зависимости от производителя.
Литература
1.Светодиодные матрицы. - URL: https:// ledpremium.ru/catalog/ leds/f ilter/loader_tip_ tovara-svetodiodnaya_ 'matritsa/ (08.10.22).
Автор: И. Нечаев, г. Москва