LEDランプの改良。スキーム、説明

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LEDランプの改良。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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暗闇では懐中電灯は必需品です。しかし、市販されているバッテリー駆動のデザインは残念です。購入後しばらくすると、まだ動作しますが、ゲル鉛蓄電池が劣化し、XNUMX 回の充電で数十分しか点灯できなくなります。また、懐中電灯をオンにして充電していると、LED が XNUMX つずつ切れてしまうことがよくあります。

もちろん、懐中電灯の価格が安いので、毎回新しいものを購入することもできますが、故障の原因を一度突き止めて、既存の懐中電灯でそれらを排除し、長年問題を忘れていた方が賢明です。

LEDランプの改良
図。 1

図に示したものを詳しく考えてみましょう。故障したランプの 1 つのスキームを調べて、その主な欠点を特定します。 GB1 バッテリーの左側には、充電を担当するノードがここにあります。充電電流はコンデンサ C1 の静電容量によって設定されます。コンデンサと並列に取り付けられた抵抗 R1 は、ランプが主電源から切り離された後にコンデンサを放電します。赤色 LED HL1 は、制限抵抗 R2 を介して整流器ブリッジ VD1 ～ VD4 の左下のダイオードに逆極性で並列接続されています。電流は、ブリッジの左上のダイオードが開いている主電源電圧の半サイクル中に LED を流れます。したがって、HL1 LED の点灯は懐中電灯がネットワークに接続されていることを示すだけであり、進行中の充電を示すものではありません。電池が無い場合や不良品の場合でも点灯します。

ネットワークからランプによって消費される電流は、コンデンサ C1 の静電容量によって約 60 mA に制限されます。一部がHL1 LEDに分岐しているため、GB1電池の充電電流は約50mAとなります。ソケット XS1 および XS2 は、バッテリー電圧を測定するように設計されています。

抵抗 R3 は並列接続された EL1 ～ EL5 LED を通るバッテリー放電電流を制限しますが、その抵抗が低すぎるため、公称電流を超える電流が LED を流れます。これにより明るさがわずかに増加し、LED 結晶の劣化速度が著しく増加します。

今回はLED切れの原因についてご紹介します。ご存知のとおり、プレートが硫酸化した古い鉛バッテリーを充電すると、内部抵抗の増加により追加の電圧降下が発生します。その結果、継続的な充電中に、そのようなバッテリーまたはそのバッテリーの端子の電圧が公称電圧よりも 1,5 ～ 2 倍高くなる可能性があります。この時点で、充電を停止せずにスイッチ SA1 を閉じて LED の明るさを確認すると、増加した電圧は LED を流れる電流を許容値を大幅に超えるのに十分です。 LED は XNUMX つずつ故障します。その結果、切れた LED がバッテリーに追加され、それ以上の使用には適さないことになります。このような懐中電灯を修理することは不可能です - 予備の電池は販売されていません。

LEDランプの改良
図。 2

ランタンを改良するための提案されたスキームを図に示します。 2 を使用すると、前述の欠点を解消し、誤った操作が発生した場合にその要素が故障する可能性を排除できます。それは、充電が自動的に中断されるように、LEDをバッテリーに接続するスキームの変更にあります。これは、スイッチ SA1 をスイッチに置き換えることによって実現されます。制限抵抗器 R5 は、1 V のバッテリ電圧 GB5 で LED EL1 ～ EL4,2 を流れる総電流が 100 mA になるように選択されます。 SA1 スイッチが 4 ポジションで使用されていたため、それに抵抗 RXNUMX を追加することで懐中電灯の明るさを低減した経済的なモードを実装することが可能になりました。

HL1 LED のインジケーターも再設計されました。抵抗器 R2 はバッテリーと直列に接続されています。充電電流が流れるときにかかる電圧は、HL1 LED と制限抵抗 R3 に印加されます。主電源電圧の存在だけでなく、GB1 バッテリーを流れる充電電流も表示されるようになりました。

使用できなくなったゲル電池を 600 mAh の Ni-Cd 電池に置き換えました。フル充電の持続時間は約 16 時間で、充電電流は安全値 (数値的には公称バッテリー容量の 0,1 に等しい) を超えないため、適時に充電を停止しない限りバッテリーを損傷することはありません。

LEDランプの改良
図。 3

燃え尽きたLEDの代わりに、電流508mA（最大電流-238mA）で公称輝度5cd、放射角8°の直径20mmの白色光るHL-100H15WCが取り付けられています。図上。図 3 は、LED を流れる電流に対する、LED 両端の電圧降下の依存性を実験的に示しています。その値 5 mA は、ほぼ完全に放電した GB1 バッテリーに相当します。それにもかかわらず、この場合のランタンの明るさは十分なままでした。

検討されたスキームに従って改造されたランタンは、数年間にわたって正常に動作しています。グローの明るさの顕著な低下は、バッテリーがほぼ完全に放電した場合にのみ発生します。これは充電が必要な合図として機能します。ご存知のとおり、ニカド電池は充電前に完全に放電すると耐久性が高まります。

検討された改善方法の欠点の中には、XNUMX 個の Ni-Cd 電池からなる電池のコストがかなり高いことと、標準的な鉛蓄電池の代わりに懐中電灯本体に電池を組み込むのが難しいことが挙げられます。著者は、電池を形成する電池をよりコンパクトに配置するために、新しい電池の外側のフィルムシェルを切断する必要がありました。

したがって、381 つの LED を備えた別の懐中電灯を完成させる際には、Ni-Cd バッテリーを 23 つだけ使用し、SOT3-381 パッケージの ZXLD0,9 チップ上の LED ドライバーを使用することが決定されました。 2,2 ... 70 V の入力電圧で、LED に最大 XNUMX mA の電流を供給します。

LEDランプの改良
図。 4

図上。図 4 は、このマイクロ回路を使用した HL1 ～ HL4 LED の電源回路を示しています。インダクタL1のインダクタンスに対するそれらの合計電流の典型的な依存性のグラフを図に示します。 5. 2,2 μH のインダクタンス (DLJ4018-2.2 チョークを使用) により、並列接続された 1 つの EL4 ～ EL69 LED にはそれぞれ 4/17,25 = XNUMX mA の電流が流れ、明るい輝きを得るには十分です。

LEDランプの改良
図。 5

他の付属品のうち、平滑出力電流モードでのマイクロ回路の動作には、ショットキーダイオード VD1 とコンデンサ C1 のみが必要です。興味深いことに、ZXLD381 チップの典型的なアプリケーション図では、このコンデンサの静電容量が 1 F であることが示されています。バッテリ充電ユニット G1 は図の場合と同じです。 2. そこで利用可能な制限抵抗器 R4 および R5 は不要になり、SA1 スイッチには XNUMX つの位置で十分です。

部品点数が少ないため、ランタンの改造は表面実装で行いました。バッテリー G1 (容量 600 mAh の Ni-Cd サイズ AA) を適切なホルダーに取り付けます。図のスキームに従って変更されたランタンと比較してください。 2、明るさは主観的には若干低いことがわかりましたが、十分十分です。

著者: S. サモイロフ

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