English 0 позиций в запросе!   Отправить?
Подписка на новости
Задать вопрос

    Имя *

    E-Mail *

    Компания *

    Телефон *

    Вопрос *

    Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

    Заказать образцы

      Имя *

      E-Mail *

      Телефон *

      Сайт

      Компания *

      Описание проекта *

      Образцы предоставляются под проект

      Нажимая на кнопку, вы даете согласие на
      обработку своих персональных данных и
      обратную связь со специалистами PT Electronics

      Подписка на новости

      Назад

      Улучшенный светодиодный аналог лампы накаливания 100 Вт на основе современных светотехнических компонентов

      5 Май 2017

      Авторы статьи

      Станислав Косенко, заслуженный рационализатор РФ; Александра Лубашева

      Написать письмо специалисту

      led@ptelectronics.ru

      Задать вопрос
      Заказать образцы

        Имя *

        E-Mail *

        Компания *

        Телефон *

        Вопрос *

        Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных


          Имя *

          E-Mail *

          Телефон *

          Сайт

          Компания *

          Почтовый адрес

          Изделие

          Описание

          Время разработки

          Количество изделий в год

          Наименования и количество образцов *

          Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных


            Полезные ссылки

          Микросхема HVLED805 компании STMicroelectronics и автоматизированное проектирование светодиодной лампы на ее основе с применением 11-Вт светодиодов фирмы Samsung описывались недавно в нашем журнале [1–3, 2012]. Совсем немного времени понадобилось производителям светотехнических компонентов для модернизации своей продукции, в результате на мировом рынке широкую известность получила другая микросхема для светодиодного драйвера – HVLED815, а 11-Вт светодиоды в производстве были замещены 13-Вт.

          Изменения коснулись важнейших параметров производимых продуктов, поэтому простое обновление описанной конструкции [3] путем прямой замены ранее испытанных светотехнических компонентов на их более совершенные аналоги не может быть использовано. При создании светодиодных ламп на новой элементной базе следует учитывать важнейшие изменения параметров усовершенствованных электронных продуктов.

           

          HVLED815

          Если сравнивать прототип [4] с его более совершенным аналогом [5], как главное различие необходимо отметить возможность увеличения мощности светодиодов, подключаемых к драйверу, примерно в 3 раза – с 5 до 15 Вт. В связи с возросшей мощностью преобразователя разработчики предусмотрели вариант схемотехнического построения драйвера, в котором потребляемый от сети ток по форме соответствует питающему синусоидальному напряжению, что позволяет увеличить коэффициент мощности в лампе до значений, превышающих 0,9. svetodiodiДля реализации такого схемотехнического решения в новой микросхеме (рис. 3 – [5]) внутреннее подключение истока коммутирующего транзистора, соединенного
          с внешним резистивным датчиком тока, к цепи мониторинга мгновенного значения этого тока, разомкнуто. Подавая контрольный сигнал через внешние резистивно-емкостные цепи, соединенные со вспомогательной обмоткой импульсного трансформатора и сетевым напряжением, форму тока, потребляемого преобразователем, можно приблизить к синусоидальной (рис. 2, рис. 22 – [5]).

          В целом же новая микросхема, как и ранее, позволяет конструктору создавать высокоэффективный сетевой светодиодный драйвер на основе квазирезонансного AC/ DC-преобразователя со встроенным высоковольтным коммутирующим транзистором. Регулирование постоянного выходного тока и напряжения с допустимым пятипроцентным отклонением осуществляется по первичной стороне преобразователя, в связи с чем снимается потребность в датчиках тока и напряжения во вторичной цепи, а также отпадает необходимость введения оптоэлектронного преобразователя между первичными и вторичными цепями преобразователя в целях гальванической развязки светодиодной лампы с первичной сетью 220 В. Встроенные в микросхему дополнительные цепи обеспечивают ее защиту как от короткого замыкания, так и обрывов в нагрузке. Помимо этого, плавный пуск преобразователя при старте производится непосредственно от высокого выпрямленного сетевого напряжения, а нестабильность сетевого напряжения дополнительно компенсируется при стабилизации выходного напряжения и тока.

          По конструктивному исполнению корпус новой микросхемы не отличается от прототипа. Для проектирования светодиодного драйвера на основе микросхемы HVLED815PF целесообразно использовать программу автоматизированного проектирования eDesignSuite [2], учитывающую необходимые в расчетах технические параметры нового прибора.

           

          Светодиоды

          Новая серия 13-ваттных светодиодов Samsung SPHWWTHDNA45YHVTJC [6] и SPHCWTHDNA45YHRTMC [7] по своим конструктивным и техническим параметрам (таблица 1) несколько отличается от прототипа SPHWWTHDD805WHW0DD. В таблице для краткости записи часть впередиидущих буквенных индексов в наименованиях светодиодов опущена. Даже беглый анализ представленной информации позволяет сделать однозначный вывод: новый светотехнический прибор по своим характеристикам превосходит прототип, при этом его стоимость значительно ниже.

          Таблица 1. Основные параметры светодиодов, примененных в опытных образцах светодиодных ламп

          Наименование параметра

          805WHW0DD

          A45YHVTJC

          A45YHRTMC

          Номинальная мощность, Вт

          11

          13

          13

          Номинальный ток, мА

          620

          350

          350

          Рабочее напряжение, В

          18

          36,5

          36,5

          Цветовая температура, К

          2700

          3000

          5000

          Световой поток, лм

          980

          1050

          1150

          Коэффициент цветопередачи

          80

          80

          80

          Угол излучения, град.

          134

          115

          115

          Важно отметить, что новые светодиоды по рабочему напряжению и току существенно отличаются от прототипа, что связано с изменением электрической схемы структурного объединения отдельных кристаллов на общей подложке. Тем не менее допустимая рассеиваемая мощность нового светодиода по сравнению с прототипом заметно возросла.

          Для ввода в программу eDesignSuite параметров расчетного режима светодиодов принимаем следующие показатели:

          • рабочий ток – 350 мА;
          • рабочее напряжение – 37,5 В.

          Напряжение незначительно превышает табличное значение, что необходимо для гарантированного выхода преобразователя на режим стабилизации тока, а не напряжения. Окончательную подгонку рабочего тока под выбранное значение производят подбором сопротивления резисторного датчика тока Rsense при налаживании после первого пуска светодиодного драйвера. Рассеиваемая светодиодом мощность составит примерно 13 Вт.

          Для определения необходимого в расчетах динамического сопротивления светодиода воспользуемся приведенными
          в таблице 3.2 [6, 7] двумя граничными значениями рабочего напряжения и тока, откуда получаем:

          Rd=ΔU/ΔI=(37,74–32,45)/(0,45–0,06)=13,6 Ом.

          Автоматизированное проектирование принципиальной схемы лампы

          Подробное описание процесса автоматизированного проектирования светодиодной лампы приведено в [2]. Поэтому ограничимся лишь необходимыми комментариями обновленных скриншотов. Первый из них (рис. 1) – показанная в главном окне проектирования зависимость рабочей частоты преобразователя от нагрузки и сетевого напряжения.

          svetodiodi1

          Как можно видеть, для выбранного варианта исходных данных, отображаемых в левой части рисунка, рабочая частота драйвера соответствует примерно 140…150 кГц. Очевидно, что при такой относительно высокой частоте преобразования предъявляются особые требования к импульсному трансформатору, для изготовления которого предполагалось применение реализуемого фирмой FerroxCube магнитопровода Е16/8/5 с зазором 0,17 мм, обеспечивающим требуемый расчетный коэффициент индуктивности 160 нГн/ вит2. Рабочее окно проектирования трансформатора в программе иллюстрирует рис. 2, а полученную в результате проектирования принципиальную схему драйвера – рис. 3.

          svetodiodi2

          Полученные от производителя образцы магнитопроводов были упакованы в заводской таре попарно, и изготовленные на их основе импульсные трансформаторы установлены
          в опытных образцах драйвера, показанных на рис. 4.

          svetodiodi3

          Для изготовления лампы использовалась арматура китайского производителя, представленная на рис. 5, скомпонованная из трех разборных частей – цоколя E27, ребристого корпуса-теплоотвода (внешний диаметр – 67 мм, высота – 75 мм) и поликарбонатного светорассеивателя. Светодиодный драйвер размещают в цилиндрическом канале внутри теплоотвода. Светоизлучающий узел (рис. 6) на круглой пластине прикручивают к торцу теплоотвода тремя винтами-саморезами. Светодиод прижимают к пластине двумя винтами с применением теплопроводной кремнийорганической пасты КПТ–8.

          svetodiodi4

          При первом включении лампы через несколько минут функционирования совершенно неожиданно возникал отказ в работе драйвера. При повторном включении лампы отказ повторялся, что свидетельствовало, с одной стороны, о высокой эффективности системы защиты в микросхеме, и с другой – явной ошибке проектирования, поскольку опытный образец был изготовлен в двух экземплярах, и отказ был однотипным.

          OLYMPUS DIGITAL CAMERA

          Дополнительные исследования показали, что в соответствии со справочными данными производитель нормирует коэффициент индуктивности магнитопровода, состоящего из двух половин, одна из которых содержит нормированный зазор на центральном керне, а вторая выполнена без зазора. Однако в поступивших от производителя образцах зазор был выполнен на обеих половинах, в связи с чем индуктивность первичной обмотки трансформатора оказалась существенно ниже требуемой. После замены на трансформатор, изготовленный по требуемым расчетным данным, опытные образцы ламп функционируют безукоризненно.

          OLYMPUS DIGITAL CAMERA

           

          Испытание опытных образцов светодиодных ламп

          Исследование изготовленных опытных образцов двух светодиодных ламп с различными цветовыми параметрами (теплая белая 3000 К и холодная белая 5000 К – см. табл. 1) показало, что диаграммы напряжения и тока по своей форме соответствовали расчетным данным и в основном повторяли аналогичные характеристики, представленные на рис. 4 и рис. 5 [3]. Это подтверждает высокую эффективность преобразования драйвером входного сетевого напряжения в выходной стабилизированный ток, поскольку коммутация в высоковольтном преобразователе происходит на временных интервалах, когда ток в обмотках импульсного трансформатора отсутствует, а напряжение на стоке коммутирующего транзистора минимально [1].

          Измеренная в рабочем режиме температура теплоотвода светодиодов составила 60 °С, что существенно ниже предельно допустимой 150 °С. Такой щадящий энергетический режим светодиодов позволяет надеяться на долговечность приборов не менее 50 000 час, что при ежедневном восьмичасовом использовании может составить не менее 17 лет безотказной эксплуатации.

          Яркость свечения изготовленных опытных образцов ламп косвенным образом оценивалась с помощью фотоэкспонометра «Ленинград-4». На рис. 7а показано расположение источника света и экспонометра при проведении измерений. Принудительное затемнение диафрагменного отверстия в цифровой фотокамере позволяет увидеть, что при удалении экспонометра на расстояние 150 мм от плоскости излучающего свет элемента полученные показания будут объективно оценивать освещенность, создаваемую источником в точке наблюдения, а следовательно, и яркость свечения исследуемого образца.

          Рис. 7б соответствует косвенной оценке яркости свечения лампы накаливания мощностью 100 Вт. Показания экспонометра составили 10,3 условной единицы (у. е.). Для светодиодной лампы теплого белого свечения (рис. 7в) количественная оценка яркости составила 11 у. е. Максимальные показания экспонометра получены для светодиодной лампы холодного белого свечения (рис. 7г) – 11,2 у.е., что полностью согласовывается со значениями излучаемого светового потока, приведенными в табл. 1. Результаты такого измерения показывают, что при восьмикратном сбережении потребляемой энергии инновационные источники светят заметно ярче традиционных ламп накаливания.

          svetodiodi7

          С учетом постоянно дорожающей электроэнергии, как свидетельствуют расчеты, они окупают себя приблизительно через 1,5 года, и при кажущейся высокой относительно лампы накаливания стоимости 700 руб. способны примерно за 15 лет сэкономить денежные средства пользователей в сумме не менее 11 тыс. руб. в нынешнем масштабе цен всего лишь на одной лампе. Конечно, такое утверждение справедливо лишь как при высокой надежности используемых светодиодов и драйверов в инновационных светодиодных лампах, каковыми являются представленные в статье продукты, так и выверенности схемотехнических решений, применяемых инженером-конструктором на стадии разработки новых изделий.

           


          koronnovaКомментарий специалиста

          Ольга Короннова, руководитель направления маркетинга PT Electronics

          Новая модель светодиода Samsung Chip On Board (COB) отличается от прототипа большей выходной мощностью, конструктивными и электрическими параметрами, также он обладает большим световым потоком по сравнению с прототипом, и при этом его стоимость намного ниже! Такие cветодиоды применяют в лампах-ретрофитах, даунлайтах, прожекторах, уличных светильниках и т. п.

           


           

          Литература

          1. Косенко С., Емельянов Ю. «Альтаир» – новая звезда в созвездии LED-драйверов STMicroelectronics. – Вестник электроники. № 4, 2011, с. 34–39.
          2. Косенко С., Емельянов Ю. Автоматизированное проектирование светодиодного драйвера на микросхемах серии Altair. – Вестник электроники, № 1, 2012 г., с. 38–44.
          3. Косенко С., Гайказьян Т. Практическая реализация светодиодного драйвера на микросхемах серии Altair. Проектируем LED-драйвер с помощью микросхем компании STMicroelectronics. – Вестник электроники. № 2, 2012, с. 52–56.
          4. Off–line LED driver with primary-sensing HVLED805 – <http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00287280.pdf?s_searchtype=keyword>
          5. HVLED815PF. Offline LED driver with primary-sensing and high power factor up to 15 W. – http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00059231.pdf
          6. http://www.e-neon.ru/user_img/catalog_datasheets/hd36j_sphcwthdna45yhrtmc_rev002.pdf
          7. http://www.e-neon.ru/user_img/catalog_datasheets/hd36j_sphwwthdna45yhvtjc_rev002.pdf