Первая схема это простейшей индикатор тока, его можно использовать в зарядных устройствах, в которых нет амперметров. Другая конструкция предназначена для дискретной индикации тока, потребляемой нагрузки, работающей в сети переменного тока. Индикация в ней происходит с помощью трех светодиодов, говорящих о том, что потребляемый ток превысил заданные значения включения.
Простой индикатор тока |
В роли датчика тока в этом устройстве применены два соединенных в прямом направлении диода. Падения напряжения на них хватает для того, что бы засветился светодиод-индикатор. Последовательно с светодиодом включено сопротивление, номинал которого должен быть выбран таким, что бы при максимальных значениях тока нагрузки, ток через светодиод не превысил допустимый. Максимальный прямой ток диодов должен быть как минимум в два раза больше максимального тока нагрузки. Светодиод подойдет абсолютно любой.
Светодиодный индикатор тока сети |
Благодаря малым габоритам, низкому потреблению электричества и невысокой потери мощности в цепи переменного напряжения 220В, радиолюбительская конструкция может быть легко встроено в стандартную бытовую , удлинител, автоматический выключатель. Индикация позволяет отследить не только наличие превышения тока но и быстро зафиксировать пробой обмоток электродвигателей или повышенную механическую нагрузку на электроинструмент.
Датчик тока построен на самодельных герконовых реле К1 - К3, обмотки которых имеют разное количество витков, поэтому, контакты герконов срабатывают при разных номиналах протекающего тока. В этой схеме обмотка первого реле имеет наибольшее количество витков, поэтому, контакты К1.1 замкнуться раньше других контактов. При потребляемой нагрузкой токе от 2 А до 4 А будет гореть только светодиод HL1. При замкнутых К1.1, но разомкнутых контактов остальных герконов, ток питания светодиода HL1 будет идти по диодным цепочкам VD9 - VD12 и VD13 - VD16. При увеличении контролируемого параметра более 4 А начнут срабатывать контакты геркона К2.1 и загориться еще HL2 Обмотка КЗ имеет минимальное количество витков, поэтому контакты К3.1 замыкаються при I в нагрузке более 8 А.
Так как, обмотки самодельных герконовых реле имеют малое количество витков, нагрев обмоток практически отсутствует. Узел светодиодного индикатора тока получает питание от бестрансформаторного блока питания, выполненного на конденсаторе С1, токоограничительных сопротивлениях R1, R2, мостовом выпрямителе VD1 -VD4. Емкость С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
Катушки герконов изготовлены из обмоточного провода диаметром 0,82 мм в один ряд. Чтобы не испортить стеклянный корпус геркона, витки обмоток лучше наматывать на гладкой части стального сверла диаметром 3,2 мм. Расстояние между витками 0,5 мм. Катушка реле К1 - 11 витков, К2 - 6 витков, К3 - всего 4 витка. Ток срабатывания контактов зависит не только от количества витков, но и от конкретного типа геркона и места расположения катушки на баллоне, когда катушка расположена по центру корпуса геркона, чувствительность наилучшая.
Изменяя число витков катушек можно подобрать другие значения индикации тока подключенных нагрузок, при которых будут светиться светодиоды. Для небольшой коррекции можно изменять положение катушки на корпусе геркона. После настройки катушки фиксируются каплями полимерного клея.
Индикатор тока и мощности на 4 светодиодах |
Предлагаемая радиолюбительская конструкция подойдет для световой индикации потребляемого тока (и мощности) нагрузкой, подсоединенной к переменной сети 220 В. Устройство включают в разрыв одного из сетевых проводов. Особенности конструкции - отсутствие источника питания и гальваническая развязка. Этого удалось достичь использованием ярких и токового трансформатора.
В состав схемы токового индикатора входят трансформатор Т1, два однополупериодных выпрямителя на VD1 и VD2 со сглаживающими емкостями С1 и С2. К первому выпрямителю подсоединены светодиоды HL1 и HL4, ко второму - HL2 и HL3. Параллельно HL2 - HL4 установлены подстроечные сопротивления R1 - R3. С помощью них можно регулировать выходной ток выпрямителя, при котором определенные светодиоды начинают гореть.
Когда ток нагрузки следует через первичную обмотку токового трансформатора Т1, во вторичной появляется переменное напряжение, которое выпрямляют выпрямители. Индикатор отрегулирован так, что при токе нагрузки ниже 0,5 А напряжения на выходах выпрямителей нехватает для свечения светодиодов. Если ток превысит этот уровень, начнётся слабое, но вполне заметное свечение светодиода HL1 (красного цвета). С ростом нагрузочного тока выходной ток выпрямителя также увеличивается. Если ток нагрузки достигнет уровня в 2 А, загорится светодиод HL2 (зелёного цвета), при токе выше 3-х А - HL3 (синего), а если ток будет более 4 А, начнёт гореть белый светодиод HL4. Домашние опыты показали, что устройство работоспособно до тока в нагрузке 12 А, для бытовых нужд этого вполне хватит, при этом ток протекающий через светодиоды не более 15-18 мА.
Все радиокомпоненты, кроме токового трансформатора, смонтированы на печатной плате из стеклотекстолита, чертёж которой показан на рисунке выше. В схеме индикатора используются подстроечные сопротивления СПЗ-19, емкости - оксидные, диоды можно взять любые маломощные выпрямительные, светодиоды - только повышенной яркости.
Токовый трансформатор сделан своими руками из понижающего трансформатора малогабаритного источника питания (120/12 В, 200 мА). Активное сопротивление первичной обмотки состовляет 200 Ом. Обмотки трансформатора намотаны в разных секциях. Для указанных выше параметров схемы число витков первичной обмотки трансформатора - три, провод должен быть в хорошей изоляции и рассчитан на сетевое напряжение и ток, потребляемый нагрузкой. Для изготовления трансформатора можно взять любой маломощный серийный понижающий трансформатор, например, ТП-121,ТП-112.
Для градуировки шкалы можно использовать амперметр переменного тока и понижающий трансформатор с напряжением вторичной обмотки 5-6 В и током до пары ампер. Изменяя номинал нагрузочного сопротивления, задают требуемый ток и подстроечными сопротивлениями добиваются зажигания соответствующего светодиода.
Правильная работа автомобильного аккумулятора - залог длительного срока ее эксплуатации и безопасной работы. Контроль режима зарядки-разрядки АКБ дает возможность вовремя предпринять меры, а также следить за правильной работой генератора, стартера и электропроводки автомобиля.
Индикатор контролирует падение напряжения на проводнике, соединяющем минусовой вывод АКБ с "Массой" автомобиля. Этот проводник подсоединен в классический резистивный измерительный мост R1-R5, что даает возможность снимать с него разнополярные сигналы и усиливать их с помощью операционного усилителя с однополярным питанием. В цепь отрицательной ОС ОУ DA1 подключены диоды VD1-VD4, которые расширяют пределы измеряемого тока, позволяя измерять даже ток потребления стартером при пуске двигателя автомобиля.
Регистрирующим инструментом является любой магнитоэлектрический миллиамперметр с шкалой с нулем посредине,например М733 с током полного отклонения стрелки в 50мкА. На шкале удобнее всего равномерно расположить три метки справа и слева от нуля: 5 А, 50 А и 500 А. Питает индикатор параметрический стабилизатор напряжения 6,6 В. Правый вывод сопротивления R5 оставляют постоянно подсоединенным к минусовому выводу батареи.
Для градуировки шкалы сначала подают питание непосредственно от батареи аккумуляторов и подстроечным сопротивлением R4 устанавливают стрелку микроамперметра на нуль. Затем при выключенном ключе зажигания подключаем плюсовой вывод батареи через мощное (около 60 Вт) сопротивление номиналом 2,4 Ом соединенное с корпусом автомобиля и подстроечным сопротивлением R7 устанавливают стрелку амперметра на отметку 5 А. После градуировки плюсовой вывод питания индикатора подсоединяем к плюсовому выводу бортовой сети автомобиля.
Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.
И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений - от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.
Внимание! Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Для предупреждения глубокого разряда необходимо вручную отключить нагрузку либо использовать .
Вариант №1
Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:
Разберем, как она работает.
Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.
Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.
Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.
Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный - чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.
Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.
Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом - переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:
Вариант №2
В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.
Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).
Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:
Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.
Вариант №3
А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:
Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).
Вариант №4
Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.
При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.
В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.
Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше - тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.
Вариант №5
На трех транзисторах:
Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко - между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации - 3 мА, при выключенном светодиоде - 0.3 мА.
Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:
С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 - разрешено, 0 - запрещено.
Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.
Вариант №6
Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.
Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.
Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:
*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.
Вариант №7
Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector"ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.
Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.
Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.
Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.
Вот еще несколько вариантов на выбор:
- на 3.08V: TS809CXD , TCM809TENB713 , MCP103T-315E/TT , CAT809TTBI-G ;
- на 2.93V: MCP102T-300E/TT , TPS3809K33DBVRG4 , TPS3825-33DBVT , CAT811STBI-T3 ;
- серия MN1380 (или 1381, 1382 - они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка "1" в обозначении микросхемы - MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.
Также можно взять советский аналог - КР1171СПхх:
В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:
Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.
Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения - чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:
Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую "моргалку" на двух биполярных транзисторах.
Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:
Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.
Вариант №8
Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:
Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза - коротка вспышка - опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений - в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом - всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.
Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.
Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.
Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы - инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.
Вариант №9
Схема на 74HC04.
Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 - 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.
Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.
Вариант №10
Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914 :
Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.
Подключив 9-ый вывод микросхемы на "землю", можно перевести ее в режим "точка". В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.
В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения , т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.
Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.
Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!
Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:
Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.
Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.
Вариант №11
Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339 .
Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).
Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.
Вариант №12
Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.
Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.
Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.
Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.
Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке .
Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.
Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).
Вариант №13
Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют ), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.
Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.
Внимание!!! Попадаются платы, включающие защиту от переразряда при недопустимо низком напряжении (2.5В и ниже). Поэтому из всех имеющихся у вас плат необходимо отобрать только те экземпляры, которые срабатывают при правильном напряжении (3.0-3.2V).
Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:
Микросборка 8205 - это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.
Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.
Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.
Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.
Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.
Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.
Пожалуйста, учитывайте тот факт, что схемы индикаторов разряда сами потребляют энергию аккумулятора! Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, .
Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот - в качестве индикатора заряда.
Вычисление напряжения питания светодиода является необходимым шагом для любого проекта электроосвещения, и, к счастью, это сделать просто. Такие измерения необходимы, чтобы рассчитать мощность светодиодов, поскольку нужно знать его ток и напряжение. Мощность светодиода рассчитывается путем умножения тока на напряжение. При этом нужно быть крайне осторожным при работе с электрическими цепями, даже при измерениях небольших величин. В статье подробно рассмотрим вопрос о том, как узнать напряжение, чтобы обеспечить правильную работу светодиодных элементов.
Светодиоды существует в разных цветах, бывают двух и трехцветными, мигающими и меняющими цвет. Чтобы пользователь мог запрограммировать последовательность работы светильника, используются различные решения, которые напрямую зависят от напряжения питания светодиода. Для подсветки светодиода требуется минимальное напряжение (пороговое), при этом яркость будет пропорциональна току. Напряжение на светодиоде немного увеличивается с током, потому что есть внутреннее сопротивление. Когда ток слишком высок, диод нагревается и перегорает. Поэтому ток ограничивают до безопасной величины.
Резистор помещается последовательно, поскольку для решетки диода требуется гораздо более высокое напряжение. Если U обратное, ток не течет, но для высокого U (например, 20 В) возникает внутренняя искра (пробой), которая разрушает диод.
Как и для всех диодов, ток протекает через анод и выходит через катод. На круглых диодах катод имеет более короткий провод, а корпус имеет катодную боковую тарелку.
Зависимость напряжения от типа светильника
С увеличением количества светодиодов высокой яркости, предназначенных для обеспечения замены ламп для коммерческого и внутреннего освещения, происходит равное, если не большее, распространение решений по электропитанию. С сотнями моделей от десятков производителей становится сложно понять все перестановки входных/выходных напряжений питания светодиода и значений выходного тока/мощности, не говоря уже о механических размерах и многих других функциях для затемнения, дистанционного управления и защиты цепи.
На рынке имеется большое количество различных светодиодов. Их различие определены множеством факторов, в производстве светодиодов. Полупроводниковый макияж является фактором, но технология изготовления и инкапсуляция также играют основную роль в определении характеристик светодиодов. Первые светодиоды были круглыми, в виде моделей C (диаметр 5 мм) и F (диаметр 3 мм). Затем в реализацию поступили прямоугольные диоды и блоки, объединяющие несколько светодиодов (сетей).
Полусферическая форма немного напоминает лупу, которая определяет форму светового луча. Цвет излучающего элемента улучшает диффузию и контрастность. Наиболее распространенные обозначения и форма ЛЭД:
- A: красный диаметр 3 мм в держателе для CI.
- B: красный диаметр 5 мм, используемый в передней панели.
- C: фиолетовый 5 мм.
- D: двухцветный желтый и зеленый.
- E: прямоугольный.
- F: желтый 3 мм.
- G: белый высокая яркость 5 мм.
- H: красный 3 мм.
- K- анод: катод, обозначенный плоской поверхностью во фланце.
- F: 4/100 мм анодный соединительный провод.
- C: светоотражающая чашка.
- L: изогнутая форма, действующая как увеличительное стекло.
Спецификация устройств
Свод различных параметров светодиодов и напряжения питания находится в спецификациях продавца. При выборе светодиодов для конкретных применений необходимо понимать их различие. Существует множество различных спецификаций светодиодов, каждый из которых будет влиять на выбор конкретного вида. Основой спецификаций светодиодов являются цвет, U и сила тока. LEDS имеют тенденцию обеспечивать один цвет.
Цвет, излучаемый светодиодом, определяется с точки зрения его максимальной длины волны (lpk), то есть длины волны, которая имеет максимальную светоотдачу. Обычно вариации процесса дают пиковые изменения длины волны до ± 10 нм. При выборе цветов в спецификации LED стоит помнить, что человеческий глаз наиболее чувствителен к оттенкам или цветовым вариациям вокруг желтой/оранжевой области спектра - от 560 до 600 нм. Это может повлиять на выбор цвета или положения светодиодов, что напрямую связано с электрическими параметрами.
При работе LED имеют заданное падение U, которое зависит от используемого материала. Напряжение питания светодиодов в лампе также зависит от уровня тока. Светодиоды являются устройствами, управляемыми током, а уровень света является функцией тока, рост его увеличивает выход света. Необходимо обеспечить такую работу устройства, чтобы максимальный ток не превышал допустимый предел, что может привести к чрезмерному рассеиванию тепла внутри самого чипа, уменьшению светового потока и сокращению срока службы. Для большинства LED требуется внешний резистор, ограничивающий ток.
Некоторые светодиоды могут включать последовательный резистор, поэтому указывается, какое напряжение питания светодиодов необходимо. Светодиоды не допускают большого обратного U. Оно никогда не должно превышать его заявленное максимальное значение, которое обычно довольно мало. Если есть вероятность появления обратного U на светодиоде, то лучше встроить защиту в схему, чтобы предотвратить поломку. Обычно это могут быть простые диодные схемы, которые обеспечат адекватную защиту любого светодиода. Не нужно быть профессионалом, чтобы это усвоить.
Светодиоды освещения имеют токовое питание, а их световой поток пропорционален току, протекающему через них. Ток связан с напряжением питания светодиодов в лампе. Несколько диодов, соединенные последовательно, имеют равный ток, протекающий через них. Если они соединены параллельно, каждый светодиод получает одинаковое U, но различные текущие потоки через них из-за дисперсии эффекта на вольт-амперной характеристики. В результате каждый диод излучает другой световой поток.
Поэтому при подборе элементов необходимо знать, какое напряжение питания у светодиодов. Для работы каждого на его клеммах требуется приблизительно 3 вольта. Например, 5-диодная серия требует примерно 15 вольт на клеммах. Чтобы подавать регулируемый ток при достаточном U, LEC использует электронный модуль, называемый драйвером.
Существует два решения:
- Внешний драйвер устанавливается снаружи светильника, с безопасным сверхнизким напряжением источника питания.
- Внутренний, встроенный в фонарь, т. е. субъединица с электронным модулем, регулирующим ток.
Этот драйвер может питаться от сети 230 В (класс I или класс II) или с безопасным сверхнизким U (класс III), например, при напряжении 24 В. LEC рекомендует второе решение для электроснабжения, поскольку оно дает 5 основных преимуществ.
Преимущества подбора напряжения ЛЭД
Правильный расчет напряжения питания светодиодов в лампе имеет 5 ключевых преимуществ:
- Безопасное сверхнизкое U, возможно, независимо от количества светодиодов. Светодиоды должны устанавливаться последовательно, чтобы гарантировать одинаковый уровень тока в каждом из них из одного источника. В результате, чем больше светодиодов, тем выше напряжение на клеммах светодиодов. Если это устройство с внешним драйвером, тогда сверхчувствительное напряжение безопасности должно быть значительно выше.
- Интеграция драйвера внутри фонарей позволяет обеспечить полную установку системы безопасным сверхнизким напряжением (SELV), независимо от количества источников света.
- Более надежная установка в стандарте проводки для светодиодных ламп, соединенных параллельно. Драйверы обеспечивают дополнительную защиту, особенно от повышения температуры, что гарантирует более длительный срок службы при соблюдении напряжения питания светодиодов для разных типов и тока. Более безопасный ввод в эксплуатацию.
- Интеграция питания светодиодов в драйвер позволяет избежать неправильного обращения в полевых условиях и улучшает их способность выдерживать горячее подключение. Если пользователь подключит светильник со светодиодами только к внешнему драйверу, который уже включен, это может вызвать перенапряжение светодиодов при их подключении и, следовательно, их разрушение.
- Простое обслуживание. Любые технические проблемы легче видны в светодиодных лампах с источником напряжения.
Когда падение U на сопротивлении важно, нужно правильно подобрать резистор, способный рассеивать требуемую мощность. Потребление тока в 20 мА может показаться низким, но рассчитанная мощность говорит об обратном. Так, например, для падения напряжения на 30 В резистор должен рассеивать 1400 Ом. Расчет рассеиваемой мощности P = (Ures x Ures) / R,
- P - значение мощности, рассеиваемой резистором, которая ограничивает ток в светодиоде, Вт;
- U - напряжение на резисторе (в вольтах);
- R - значение резистора, Ом.
P = (28 x 28) / 1400 = 0,56 Вт.
Напряжение питания светодиода 1 вт не выдержало бы перегрев в течение длительного времени, да и 2 Вт тоже слишком быстро выходили бы из строя. Для этого случая необходимо параллельно подключить два резистора 2700 Ом / 0,5 Вт (или два резистора 690 Ом / 0,5 Вт в ряд) для равномерного распределения рассеивания тепла.
Тепловой контроль
Поиск оптимальной мощности для системы поможет узнать больше о контроле тепла, который понадобится для надежной работы ЛЭД, поскольку светодиоды выделяют тепло, которое может быть очень опасным для устройства. Слишком много тепла заставит светодиоды производить меньше света, а также сокращают время эксплуатации. Для светодиода с напряжением питания 1 вт мощности рекомендуется искать радиатор с параметрами 3 квадратных дюйма для каждого ватта светодиодов.
В настоящее время светодиодная промышленность растет довольно быстрыми темпами и важно знать разницу в светодиодах. Это общий вопрос, поскольку изделия могут варьироваться от очень дешевых до дорогих. Нужно быть осторожными в покупке дешевых светодиодов, так как они и могут работать отлично, но, как правило, не работают долго и быстро горят из-за плохих параметров. При изготовлении светодиодов производитель указывает в паспортах характеристики со средними значениями. По этой причине покупатели не всегда знают точные характеристики светодиодов по световому потоку, цвету и прямому напряжению.
Определение прямого напряжения
Перед тем, как узнать напряжение питания светодиода, устанавливают соответствующие настройки мультиметра: ток и U. Перед тестированием устанавливают сопротивление на самое высокое значение, чтобы избежать перегорания светодиода. Это можно сделать просто: зажимают выводы мультиметра, регулируют сопротивление до тех пор, пока ток не достигнет 20 мА и фиксируют напряжение и ток. Для того чтобы измерить прямое напряжение светодиодов понадобятся:
- Светодиоды для проверки.
- Источник U светодиода с параметрами выше, чем светодиодный индикатор постоянного напряжения.
- Мультиметр.
- Зажимы Alligator, чтобы удержать светодиод на тестовых проводах для определения напряжения питания светодиодов в светильниках.
- Провода.
- Переменный резистор 500 или 1000 Ом.
Первичный ток синего светодиода составлял 3,356 В при 19,5 мА. Если используются напряжение 3,6 В, значение резистора для использования рассчитывают по формуле R = (3,6 В-3,356 В) / 0,0195 А) = 12,5 Ом. Для измерения светодиодов высокой мощности выполняют ту же процедуру и устанавливают ток, быстро удерживая значение на мультиметре.
Измерение напряжения питания smd светодиодов высокой мощности с прямым током> 350 мА может быть немного сложным, потому что, когда они быстро нагреваются, U резко падает. Это означает, что ток будет выше при заданном U. Если пользователь не успеет, он должен будет остудить светодиод до комнатной температуры, прежде чем снова выполнять измерение. Можно использовать 500 Ом или 1 кОм. Чтобы обеспечить грубую и точную настройку или последовательно подключать переменный резистор более высокого и низкого диапазона.
Альтернативное определение вольтажа
Первым шагом для расчета потребления энергии светодиодами является определение напряжения светодиода. Если нет мультиметра под рукой, можно изучить данные производителя и найти паспортное U светодиодного блока. В качестве альтернативы можно оценить U, основываясь на цвете светодиодов, например, напряжение питания белого светодиода 3,5 В.
После того, как замерено напряжение светодиода, определяют ток. Его можно измерить непосредственно с помощью мультиметра. Данные завода- изготовителя дают приблизительную оценку тока. После этого можно очень быстро и легко вычислить энергопотребление светодиодов. Чтобы рассчитать потребление энергии светодиодом, просто умножают U светодиода (в вольтах) на ток светодиода (в амперах).
Результат, измеренный в ваттах - это мощность, которую используют светодиоды. Например, если светодиод имеет U 3,6 и ток 20 миллиампер, он будет использовать 72 милливатт энергии. В зависимости от размера и масштаба проекта показания напряжения и тока могут измеряться в меньших или больших единицах, чем базовый ток или ватт. Может потребоваться преобразования единиц. При выполнении этих расчетов помнят, что 1000 милливатт равно одному ватту, а 1000 миллиампер равно одному амперу.
Чтобы протестировать светодиод и узнать, работает ли он и какой выбрать цвет - применяется мультиметр. Он должен иметь диодную тестовую функцию, которая обозначается символом диода. Затем для тестирования закрепляют измерительные шнуры мультиметра на ножках светодиода:
- Подключают черный шнур на катоде (-) и красный шнур на аноде (+), если пользователь ошибается - светодиод не светится.
- Подают небольшой ток датчикам и если видно, что светодиод слегка светится, то он исправный.
- При проверке мультиметра нужно учитывать цвет светодиода. Например, желтый (янтарный) светодиодный тест - пороговое напряжение светодиода 1636 мВ или 1,636 В. Если протестирован белый светодиод или синий светодиод, пороговое напряжение выше 2,5 В или 3 В.
Для проверки диода показатель на дисплее должен находиться в пределах от 400 до 800 мВ в одном направлении и не показывать в обратном направлении. Нормальные светодиоды имеют пороговые U, описанные в таблице ниже, но для того же цвета могут иметь значительные различия. Максимальный ток составляет 50 мА, но рекомендуется не превышает 20 мА. При 1-2 мА диоды уже хорошо светятся. Пороговое U светодиода
Если аккумулятор полностью заряжен, то при 3,8 В ток составляет всего 0,7 мА. В последние годы светодиоды достигли значительного прогресса. Существуют сотни моделей, диаметром 3 мм и 5 мм. Есть более мощные диоды диаметром 10 мм или в специальных корпусах, а также диоды для монтажа на печатной плате длиной до 1 мм.
Светодиоды обычно считаются устройствами постоянного тока, работающими от нескольких вольт постоянного тока. В маломощных приложениях с небольшим количеством светодиодов это вполне приемлемый подход, например, в мобильных телефонах, где питание подается от аккумулятора постоянного тока, но другие приложения, например линейная система освещения полос, простирающаяся на 100 м вокруг здания, не может функционировать на такой схеме.
Привод постоянного тока страдает от потерь на расстоянии, что требует использования более высоких U привода с самого начала, а также дополнительных регуляторов, которые теряют электроэнергию. Переменный ток упрощает использование трансформаторов для понижения U до 240 В или 120 В переменного тока от киловольт, используемых в линиях электропередачи, что гораздо более проблематично для постоянного тока. Для запуска любых напряжением питания из сети (например, 120 В переменного тока) требуется электроника между источником питания и самими устройствами для обеспечения постоянного U (например, 12 В постоянного тока). Важна способность управления несколькими светодиодами.
Lynk Labs разработала технологию, которая позволяет осуществлять питание светодиода от переменного напряжения. Новый подход заключается в разработке AC-светодиодов, которые могут работать непосредственно от источника питания переменного тока. Многие автономные светодиодные светильники просто имеют трансформатор между настенной розеткой и приспособлением для обеспечения требуемого постоянного U.
Ряд компаний разработали светодиодные лампочки, которые ввинчиваются непосредственно в стандартные разъемы, но они неизменно также содержат миниатюрные схемы, которые преобразуют переменный ток в постоянный, прежде чем поступать на светодиоды.
Стандартный красный или оранжевый светодиод имеет пороговое U от 1,6 до 2,1 В, для желтого или зеленого светодиодов напряжение от 2,0 до 2,4 В, а для синего, розового или белого - это напряжение примерно от 3,0 до 3,6 В. В приведенной ниже таблице приведены некоторые типичные значения напряжений. Значения в скобках соответствуют самым близким нормализованным значениям в серии E24.
Характеристики напряжения питания для светодиодов показаны в таблице ниже.
Обозначения:
- STD - стандартный светодиод;
- HL - светодиодный индикатор высокой яркости;
- FC - низкого потребления.
Этих данных достаточно, чтобы пользователь самостоятельно мог определить необходимые параметры устройств для светового проекта.
Индикатор зарядного тока можно собрать на люминесцентном индикаторе, а можно и на светодиодах.
Для измерения тока с более менее сносной точностью, нужно собрать усилитель напряжения с шунта на LM358 и сам индикатор на двух LM324 или на КТ315-х и всё :-). Приведу схему отдельно усилителя, с простой платой, и отдельно самого индикатора. Крепить внутри лучше и проще. Индикаторов два варианта.
Схема усилителя. Диод D1, резистор R3, конденсатор С3 интегрирующая цепь, так как на входе пульсирующее напряжение отрицательной полярности, а нам надо на выходе получить постоянное напряжение пропорциональное току. Настройка: обязательно проверить 12 вольт, часто попадаются бракованные КРЕН-ки, затем резистором R2 калибруют показания индикатора по мультиметру. Резистором регулировки тока выставляете максимальный ток и резистором настраиваете, чтобы только-только зажегся, последний светодиод. Конденсатор С3 работает как интегратор и задает плавность спадания показаний индикатора.
Фото собранных плат усилителей напряжения с шунта (подстроечные сопротивления еще не запаяны).
Схема индикатора на КТ 315. Конечно, "прошлый век" и все такое, скажите Вы, но, а если их в наличии 3 литровая банка. Куда прикажите девать? Выбросить? А SMD-шные транзисторы надо идти на базар и купить, а места в корпусе все равно много. Сверлить отверстия под 315 тоже не надо. Но все же на ваш выбор, схема не критична к выбору транзисторов, хоть МП10 запаяйте, все равно будет работать.
Количество транзисторов и светодиодов можно уменьшить, например до 6 шт., но когда много, то красивше. Фото собранной линейки, пока еще без впаянных светодиодов.
И более ранняя разводка:
Эмитерный повторитель можно и не запаивать, а включить напрямую, работает и без него, только спадают показания быстро, а не плавно по одному светодиоду. Иногда на некоторых экземплярах требовалось включать прямо включенный диод, типа КД522, между выходом усилителя и линейкой. Это было необходимо, когда при нулевом токе светились один - два первых светодиода. Налаживание линейки. Правильно собранный без ошибок индикатор работает сразу. Подключаем на вход переменный резистор - бегунок ко входу, правый конец резистора на +, левый на -. Подаем питание, вращаем резистор и смотрим на светодиоды, должны поочередно вспыхивать и гаснуть. Данный индикатор обладает существенной нелинейностью показаний (сначала завал и посередине бывают горбы), но для зарядного вполне подойдет. Просто при настройке значение каждого светодиода отмаркируете.
В схеме блока на плате надо добавить источник 6...8в для светодиодной линейки. Для люминесцентного индикатора добавлять этот источник не надо.
Фото собранной зарядки по вышеприведенным схемам, но на блоке ATX (разницы с АТ особой нет, отличие что питание TL494 питается от дежурки):
Фото крепления платы усилителя. Припаивается в основную плату выводами: корпус и +22в.
Далее приведу схему индикатора на операционных усилителях. В качестве самого индикатора лучше использовать люминесцентный индикатор (схема проще). Если использовать светодиоды, то надо будет добавить еще 8 резисторов по 2к и подключать катодами на корпус. Принцип работы прост. Схема в настройке не нуждается, кроме подбора резистора в цепи накала.
В данной схеме используется два счетверенных усилителя, для формирования восемь уровней индикации. Операционные усилители, используемые в этой схеме - LM324 (Или LM393 если используете светодиоды. Тогда подключаем их аноды на +, а катоды каждый на свой выход). Это довольно распространенная ИМС и найти ее не составит труда. Резисторы R2:.R10 образуют делитель, задающий пороги срабатывания каждого усилителя. Усилители работают в режиме компараторов.
Фото собранного индикатора тока на люминесцентном индикаторе:
Крепится к передней стенке с помощью термоклея пистолетом или паяльником.
Вышеприведенная схема имеет мягкую характеристику зарядного тока. Ток снижается плавно на протяжении всего времени заряда (Как в автомобиле).
Настройка заключается в подборе R3 в зависимости от вашего шунта, и подборе R5 для ограничения максимального выходного тока на уровне 10 ампер. Доработки линеек индикаторов состоят только в установке и подстройке подстроечного сопротивления для диапазона отображения тока 3 - 10 ампер. Настройка канала тока. Резистор R5 временно меняем на подстроечник 10к выставляем его в положение максимального сопротивления. Подключаем мультиметр в режиме измерения тока на диапазоне 10 ампер. Включаем в сеть блок через лампочку. Если лампочка вспыхнула и продолжает ярко светиться, значит что-то напутали, проверяем монтаж. Если амперметр показывает ток в пределах от 0,2 до 1 ампер то все нормально. Выставляем переменный резистор R6 в режим максимального напряжения с бегунка, а подстроечным резистором настраиваем ток 10 ампер. Затем выпаиваем подстроечник, замеряем и впаиваем постоянный резистор такого же сопротивления. Работа и настройка канала напряжения аналогично первой схеме.
Подробней остановимся на защите от переполюсовки и от короткого замыкания. Схема своего рода "НОУ-ХАУ", по простоте и надежности. Плюс в том, что не нужно использовать мощное реле, или тиристор, на котором падение напряжения около двух вольт. Схема как самостоятельное устройство может быть встроена в любое зарядное устройство и блок питания. Выход из режима защиты автоматический, как только устранится короткое замыкание или преполюсовка. При срабатывании светится светодиод "ошибка подключения".
Описание работы: При нормальном режиме напряжение через светодиод и резистор R9 отпирает VT1 и все напряжение со входа поступает на выход. При коротком замыкании или переполюсовке ток импульсно резко возрастает, падение напряжения на полевике и шунте резко увеличивается, что приводит к открыванию VT2, который в свою очередь шунтирует затвор исток. Добавочное отрицательное напряжение по отношению к истоку (падение на шунте) прикрывает VT1. Далее происходит лавинный процесс закрытия VT1. Светодиод засвечивается через открытый VT2. Схема может находиться в данном состоянии сколь угодно долго, до устранения замыкания.
Бывает надобность отследить наличие протекающего в цепи тока в двух состояниях: либо есть, либо нет. Пример: вы заряжает аккумулятор со встроенным контроллером зарядки, подключили к источнику питания, а как контролировать процесс? Можно конечно же включить в цепь амперметр скажете вы, и будете правы. Но постоянно это делать не будешь. Проще один раз встроить в блок питания индикатор протекания заряда, который будет показывать – идет ли ток в аккумулятор или нет.
Ещё пример. Допустим есть какая-то лампа накаливания в автомобиле, которую вы не видите и не знаете горит она или перегорела. В цепь к этой лампе можно так же включить индикатор тока и контролировать протекание. Если лампа перегорит – это будет сразу видно.
Или же есть некий датчик с нитью накала. Тапа газового или датчика кислорода. И вам нужно точно знать, что нить накала не оборвалась и все исправно работает. Тут и придет на помощь индикатор, схему которого я приведу ниже.
Применений может быть масса, основная конечно идея одна – контроль наличия тока.
Схема индикатора тока
Схема очень простая. Резистор со звездочкой подбирается в зависимости от контролируемого тока, он может быть от 0,4 до 10 Ом. Для зарядки литии ионного аккумулятора я брал 4,7 Ом. Через этот резистор протекает ток (если протекает), по закону Ома на нем выделяется напряжение, которое открывает транзистор. В результате загорается светодиод, индицирующий идущую зарядку. Как только аккумулятор зарядиться, внутренний контроллер отключит батарею, ток в цепи пропадет. Транзистор закроется и светодиод погаснет, тем самым давая понять, что зарядка завершена.Диод VD1 ограничивает напряжение до 0,6 В. Можно взять любой, на ток от 1 А. Опять же, все зависит от вашей нагрузки. Но нельзя брать диод Шоттки, так как у него слишком маленькое падение – транзистор попросту может не открыться от 0,4 В. Через такую схему можно даже заряжать автомобильные аккумуляторы, главное диод выбрать с током выше, тока желаемой зарядки.
В данном примере светодиод включается во время прохождения тока, а если нужно показывать, когда нет тока? На этот случай есть схема с обратной логикой работы.
Все тоже самое, только добавляется инвертирующий ключ на одном транзисторе такой же марки. Кстати транзистор любой этой же структуры. Подойдет отечественный аналоги – КТ315, КТ3102.
Параллельно резистору со светодиодом можно включить зуммер, и когда при контроле, скажем лампочки, тока не будет – раздастся звуковой сигнал. Что будет очень удобны, и не придаться выводить светодиод не панель управления.
В общем, задумок может быть много, где использовать данный индикатор.
