Светодиоды (LED) стали неотъемлемой частью нашей жизни благодаря своей энергоэффективности, долговечности и широкому спектру применений. Поэтому на питание светодиода обращается особое внимание. LED относятся к полупроводниковым приборам, излучающие свет при пропускании тока через них, для которых важны такие основные параметры, как номинальное напряжение и номинальный ток.
Наряду с адаптерами питания для светодиодов нередко используются преобразователи напряжения DC-DC. Они преобразуют одно значение постоянного напряжения в другое, что необходимо для оптимизации работы приборов, защиты их от повреждений и обеспечения необходимого уровня электроэнергии.
Эти устройства изменяют уровень постоянного напряжения на другой уровень (например, понижают или повышают его). Они бывают разных типов: Buck (понижающие), Boost (повышающие) и Buck-Boost (универсальные).
Среди распространенных ошибок питания светодиодов следует выделить:
- Отсутствие ограничения тока: подключение светодиодов напрямую к источнику без резистора или драйвера может привести к их выходу из строя, поэтому надо всегда учитывать, что они чувствительны к превышению тока.
- Неправильное включение: светодиоды имеют полярность, а их подключение «в обратку» вызывает не только отсутствие свечения, но и повреждение элемента.
- Недостаточная вентиляция: при использовании мощных светодиодов важно обеспечить хорошую теплоотдачу, иначе они перегреются и откажутся работать, поэтому нужно использовать радиаторы или специальные системы охлаждения.
Содержание
- Схема преобразователя
- Питание светодиода — 1,5 В
- Простой преобразователь напряжения — 1,5 В в 110 В
- Преобразователь напряжения — на транзисторе
- Питание светодиода — джоуль-вор
- Простая схема
- Питание светодиода — простейшая схема
- Преобразователь своими руками
- Заключение
Схема преобразователя
Рассматриваемая схема преобразователя напряжения позволяет от батарейки 1,5 В зажигать светодиод. При использовании в схеме германиевого транзистора, например, П210, для него не нужно подавать положительное смещение на базу. В электронных схемах такие транзисторы более чувствительные, по сравнению с кремниевыми, которые в этой схеме работать не будут.
Питание светодиода — 1,5 В
Питание светодиода от напряжения 1,5 В способна обеспечить простое устройство из 4-х не самых дефицитных радиодеталей и одного трансформатора. В схеме может быть использован вместо транзистора BC547 любой отечественный, например, КТ3102, КТ315 и другие. Для сборки схемы подойдет кусок макетной платы, изготовленной из текстолита или гетинакса.
Для изготовления трансформатора можно применить любое ферритовое кольцо и провод в изоляции или покрытый лаком диаметром 0,2 — 0,5 мм. В этом случае удобно использовать два провода из витой пары разного цвета, так как важно знать где у них начало и конец.
При неправильном подключении трансформатора может сгореть транзистор. С этой же целью не стоит включать схему без нагрузки, то есть светодиода.
В устройстве можно использовать диод с падением напряжения 0,2 В, например, диод Шоттки 1N5819 или 1N4007. Величина емкости конденсатора — от 10 мкФ до 47 мкФ. При указанных значениях схема работает на частоте примерно 10 кГц при входном напряжении 1,5 В. При снижении напряжения частота повышается и уменьшается скважность импульсов.
Схема отличается своей простотой и допускает для определения лучшей работы использовать разные ферритовые кольца или даже феррит в виде стержня. При изменении числа витков трансформатора и использовании более мощного можно бес труда увеличить ток и выходное напряжение.
Простой преобразователь напряжения — 1,5 В в 110 В
Простой преобразователь напряжения 1,5 В в 110 В постоянного тока собран на катушке и магните. В этом случае батарейка замыкается через обмотку трансформатора на размыкатель (1) с магнитом (2), который размыкает контакты (3).
Размыкатель, то есть электромагнит на ферритовом кольце от батарейки потребляет ток порядка 50 мА. Для выпрямления выходного напряжения используется диодный мост, а для сглаживания пульсаций используется электролитический конденсатор большой емкости. конденсаторов от блока питания компьютера.
По сравнению с маленькими конденсаторами увеличенная емкость, заряжается существенно дольше. Расчет мощности устройства осуществляется по известным формулам.
Батарейка отдает ток при замкнутых контактах, а при разомкнутых — отключается. Малая емкость батарейки не в состоянии зажечь сразу лампу накаливания на 50 Вт, так как для «накачки» конденсаторов потребуется время (tн). Исходя из этого, тогда можно определить время свечения лампы (tr).
Изрядно «подсевшая» батарейка не в состоянии накачивать конденсаторы в течение длительного времени. Если учесть, что ток утечки больших конденсаторов сопоставим с точкой накачки, то выходное напряжение перестает увеличиваться.
Тогда для накачки следует применить несколько батареек, емкость которых также быстро теряется. Поэтому использовать для питания нагрузки большой мощности такую схему не имеет практического значения.
Преобразователь напряжения — на транзисторе
Преобразователь напряжения на транзисторе использует германиевый транзистор П217. Резистор в цепи базы транзистора определяет мощность устройства. Такой преобразователь начинает работать от 1,2 В, но по причине того, что частота напряжения будет 7-10 Гц, то наблюдается мигание лампы. Повышением напряжения можно добиться приемлемой яркости лампы., так как частота напряжения увеличивается.
В качестве трансформатора можно использовать сетевой 220 В с понижающей обмоткой. К его сетевой обмотке, сопротивление которой в данном случае 73 Ома подключается нагрузка.
Имеющиеся две одинаковые обмотки образуют среднюю точку, другие концы которых соединены с резистором и транзистором соответственно. При подключении более мощной светодиодной лампы транзистор начинает нагреваться, поэтому для него потребуется теплоотвод.
Питание светодиода — джоуль-вор
Термин «джоуль вор» появился совсем недавно от единицы измерения энергии джоуля. В широком смысле слова под джоуль вором понимается тот, кто занимается манипуляциями с электроэнергией для уклонения от её оплаты. Если же не касаться централизованных электрических сетей, то ничего незаконного нет в «краже» энергии у 1,5-вольтовой батарейки, чтобы, например, работал светодиод, для которого нужно напряжение 2,4 В.
Справка. 1 Вт — это мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж. По сути устройство представляет небольшой автоколебательный усилитель напряжения, способный управлять небольшими нагрузками. Оно в состоянии использовать в полной мере энергию одноэлементной батареи и даже ниже этого предела, в то время, как другие устройства считают батарею полностью разряженной. Таким устройствам присуща простота и минимальный набор радиодеталей
Простая схема
Устройство включает в себя: трансформатор, транзистор, диод и источник питающего напряжения 1,5 В. Простая схема джоуль вора представляет собой электронный прерыватель, выполненный на одном транзисторе.
Транзистор пропускает большой ток, пока не сработает пороговое устройство на диоде. Вместо диода можно использовать и резистор, а роль p-n перехода выполняет транзистор, но устройство по такой схеме плохо запускается.
В устройстве можно использовать легкодоступные радиодетали, содержащиеся в энергосберегающей лампе. Последовательность сборки следующая:
- 1. Изъять электронную начинку из энергосберегающей лампы.
- 2. Для мощного устройства, работающего со светодиодной лампой, понадобится мощный дроссель.
- 3. Для одного светодиода подойдет и маломощный дроссель.
- 4. Сверху первичной обмотки намотать несколько витков эмалированного провода вторичной обмотки со средней точкой.
- 5. К трансформатору припаять радиодетали от энергосберегающей лампы согласно схеме.
- 6. Вместо электролитического конденсатора можно взять меньший по габаритам, а транзистор типа С181.
- 7. Припаять на выводы трансформатора провода от светодиода.
- 8. Подключить батарейку ААА на 1,5 В.
Если вместо одного светодиода использовать светодиодную лампу, то потребляемый ею ток будет большой и один элемент не в состоянии поддерживать ее свечение длительное время. Наравне с этим, при использовании входного напряжения 2 В лампа будет гореть ярче.
Питание светодиода — простейшая схема
Если под рукой не оказалось неисправной энергосберегающей лампы, то для создания джоуль вора подойдет простейшая схема. Для ее сборки потребуется ферритовое кольцо, 2 отрезка провода, например, от витой пары, транзистор, светодиод, резистор и источник питания.
- 1. Сложить два изолированных провода разных цветов вместе пропустить их через ферритовое кольцо.
- 2. Удерживая провода вместе, сделайте первый виток, а затем намотать еще несколько витков.
- 3. Продолжить намотку, пока не заполнится внутреннее пространство кольца, что примерно составит 7-10 витков.
- 4. Вывести наружу концы проводов и зачистить.
- 5. Конец провода с верхней стороны кольца скрутить с концом провода с нижней стороны кольца и спаять их.
- 6. Спаянные концы проводов будет представлять «общую» точку намотки.
Общая точка намотки подключается к положительному полюсу батарейки. Другие два конца проводов соединяются с резистором и местом подключения транзистора и светодиода. В схеме использован транзистор 2N3904. У него — нижний по схеме вывод со стрелкой является эмиттером.
Верхний вывод, соединенный со светодиодом коллектор, а базой является влево направленный вывод между эмиттером и коллектором. В изображенном положении у транзистора слева направо будет: эмиттер, база, коллектор. На корпусе транзистора они обозначаются как EBC.
На заметку. Если устройство будет плохо запускаться, то вместо резистора можно попробовать использовать диод, как в предыдущей схеме.
Преобразователь своими руками
Ниже представлена более сложная схема на трех отечественных транзисторах. В этом случае питание светодиода обеспечивается от батарейки 1,2 В. По этой схеме можно легко собрать преобразователь своими руками.
Заключение
Таким образом, питание светодиода можно осуществлять с помощью различных электронных схем. Среди них преобразователи напряжения играют важную роль.
Они позволяют адаптировать напряжение в зависимости от требований устройств, обеспечивая их надежную и безопасную работу. Развивающиеся технологии и рост спроса на энергоэффективные решения делают преобразователи напряжения на постоянном токе еще более актуальными.
Понимание работы преобразователей и их применения помогает обеспечить эффективное питание светодиода. Свое мнение об оптимальном решении для конкретных задач оставляйте в комментариях и поделитесь информацией в соцсетях.