От имени и по поручению кота Васисуалия, а также от себя лично, уполномочен поздравить Радиокота с наступившим 6-летием. В качестве нагрузки к поздравлению прилагается сетевой светильник на отечественных светодиодах.

История появления вышеупомянутого светильника ведёт своё начало от пары происшествий с неприятными последствиями.

Происшествие_1

Как и многие присутствующие здесь коты, наш Васисуалий любит погреться в тёплом местечке. В долгие зимние вечера этим местечком частенько оказывается учебник или тетрадь под настольной лампой. Старший человеческий детёныш, как и все остальные человекообразные члены семьи, очень любит нашего Васисуалия и старается сделать для него приятное. Например, не сгонять его из-под настольной лампы. Ко всему прочему это весьма практично: если спросят, сделаны ли уроки, то можно сослаться на невозможность выполнения задания ввиду отсутствия должного освещения на рабочем месте и/или недоступности учебника/тетради.

На момент инцидента в настольной лампе была установлена обыкновенная лампа накаливания на 60 Вт. Ничего, как говорится, не предвещало. Проведенное расследование показало, что Васисуалий, как обычно, разлёгся под лампой, и ему было по-кошачьи хорошо. Старший человеческий детёныш решил сделать коту ещё лучше и опустил лампу пониже. Не знаю, почему Васиасулий никак не отреагировал, но он здорово обжёг себе ухо. Так здорово, что заживало оно больше месяца с ветлечебницей, мазями и защитным воротником. Теперь Васисуалий демонстрирует своё вислое ухо, как напоминание нам о том неприятном событии.

Происшествие_2

Стал чесать репу, что бы поставить в настольный светильник взамен лампы накаливания. Решение, вроде бы, лежит на поверхности - энергосберегайка (правда, Васисуалию придется греться в другом месте). Обжечься невозможно (случай полного разрушения корпуса лампы с сохранением подачи питания не рассматриваем. Хотя…). На всякий случай выбрал лампу с внешней пластиковой оболочкой. Видимо, в тот момент мне было видение.

Время шло, уроки делались, лампа светила, и мне не было до неё никакого дела. Но как-то раз, совершенно случайно и неожиданно для себя я взял в руки настольную лампу и повертел её в руках. Вот что предстало моему взору:

Кроме того, что вы видите, корпус настольной лампы имел вмятины от падения на пол.

В ходе дознания выяснилось, что лампа полетела под воздействием критически высокого механического напряжения сетевого провода вследствие действия непреодолимой силы, вызванной движением с положительным ускорением неустановленного объекта в направлении поперёк условной линии «розетка – светильник». Неустановленный объект своевременно не сообщил о произошедшем событии, так как справедливо опасался применения непопулярных мер по отношению к отдельным менее жёстким частям своего организма.

В общем энергосберегайка, хотя и ценой частичного разрушения, но удар судьбы выдержала. Мы были на волоске от экологической катастрофы в масштабе квартиры (есть подозрения, что не один раз).

Много думал. От светильника требуется, чтобы и уши целы, и об пол не в дребезги.

Решение «приболтить светильник к столешнице болтами М8, а лучше М10» нашло крайне резкое возражение у второй половины из эстетических соображений. Светильники со струбцинами не подходят изначально: стол старый с фигурными краями - струбцинка к нему не подлезает.

При всём богатстве выбора, альтернативы светодиодному светильнику в данном случае не просматривается. На момент разработки лампа Philips на 60 Вт в свободной продаже по приемлемой стоимости ещё не появилась.

Пришлось делать свой вариант. Идея конструкции следующая: не "запихивать" светодиодный светильник в конструктив лапочки с патроном, потому что нам это не надо. Задачи совместимости нашей конструкции с распространённым промышленным стандартом перед нами не стоит: покорять рынок светильников с патроном E27 мы не собираемся. Вместо этого мы удалим патрон и подгоним сам светильник под наши нужды. Ведь срок службы светодиодов достаточно велик, и часто менять их не придётся.

Схема светильника

Вашему вниманию предлагается сетевой светильник на основе 8-ми светодиодов ИРС‑50 (сейчас выпускается SVL05P1-FX-XX) производства ЗАО «Светлана-полупроводники». Характеристики светодиодов можно найти в даташите (в приложении). Отметим следующие:

• Цвет белый (12 градаций),
• Угол излучения 80º,
• Световой поток 50 лм,
• Номинальный ток 350 мА,
• Допустимая температура перехода 80ºC
• Падение напряжения при номинальном токе по типовой ВАХ 3,2 В.

Внешний вид у них таков:

Интересно, что в документации на SVL05 (исключительно на английском языке!) указана не допустимая температура перехода 80ºC, а максимальная температура перехода 125ºC.

Как видно, светодиод ИРС‑50 имеет оптическую систему спереди, теплоотвод сзади, а выводы у него ‑ "в стороны". На наш с Васиасулием взгляд, конструкция светодиода удачна для использования в любительской практике: нет нужды в высокотехнологичных печатных платах на алюминиевой основе (хотя сейчас это проблемой для распространённых корпусов не является). Достаточно односторонней ПП, которая будет прижимать светодиоды к теплоотводу. Единственный существенный недостаток – это их стоимость.

Предлагаемая схема светодиодного светильника не отличается оригинальностью и состоит из сетевого обратноходового преобразователя со стабилизацией напряжения и двух ветвей параметрических стабилизаторов тока на четыре последовательно подключенных светодиода. Выходное напряжение стабилизатора выбиралось исходя из максимально возможного падения напряжения на светодиоде, указанного в справочных материалах.

Схема устройства приведена ниже.

Почему так, а не иначе? Существует уже достаточное количество драйверов, на которых можно построить более эффективную по КПД и габаритам схему. Соображения были следующие. Изолированная от сети схема и низковольтный выход – чтобы «никого не поубивало». Параметрический стабилизатор тока – надо было выдать гарантированно рабочий вариант за короткое время. А этот вариант токового стабилизатора изначально рабочий на все 100500%.

Описание схемы и ПП

В верхней части схемы – сетевой фильтр. Термистор RK1 ограничивает бросок тока в момент заряда входных электролитических конденсаторов. Обратноходовый преобразователь построен на TNY280 по типовой схеме, рекомендуемой лучшими собаководами программой PIExpert. Выбор семейства TinySwitch‑III обусловлен природной ленью заботой об экономии времени при изготовлении устройства (отсутствует необходимость мотать дополнительную обмотку). Источник питания на аналогичной микросхеме описан в статье на Радиокоте.

Тип и номиналы применённых компонентов указаны на схеме. R4, R7‑R12 – однопроцентные. SMD резисторы и конденсаторы - размерностью 1206. С7 – высоковольтный дисковый керамический конденсатор. Как и другие элементы фильтра, он может быть добыт из сетевого импульсного БП или электронного балласта. С4…С6 – электролитические конденсаторы с низким ESR, в данном случае серии EXR фирмы Hitano.

Конструктивно светильник выполнен на двух ПП, но на одной заготовке. Изначально предполагалось, что плата в таком виде может быть использована в настенном светильнике. Разделив плату источника с платой светодиодов, можно реализовать какие–либо другие варианты конструкции.

Так заготовка выглядит в редакторе OrCAD Layout 9.2.

При самостоятельной разводке печатной платы следует иметь в виду, что для элементов с повышенным тепловыделением фольга должна являться теплоотводом. Это касается элементов VT1, VT2, D1, VD2 и VD3.

Для новичков несколько слов о намотке трансформатора T1. Формально это не трансформатор, а двухобмоточный дроссель, но мотать его всё равно придётся.

Данные трансформатора T1 указаны на схеме. Т1 собран на ферритовом магнитопроводе типоразмера E20/10/6. При изготовлении T1 обращайте внимание на начало обмотки (точка на схеме). Обмотка выполняется эмалированным проводом вручную плотно виток к витку. Сначала мотается первичная (сетевая) обмотка. Затем прокладывается 2 слоя лакоткани 0,1 мм. Ленточки из лакоткани нарезаются заранее, шириной чуть более внутренней ширины каркаса. Закрепляется лакоткань клеем «88» или аналогичным. Вторичная обмотка выполняется таким же проводом, что и первичная. Из 5‑ти проводов нужно составить и свить жгут, а затем намотать его на каркас. Вить жгут приятнее шуруповёртом, но бюджетнее руками. Поверх обмотки накладывается и фиксируется клеем лакоткань. Проводники зачищаются и припаиваются к соответствующим выводам каркаса. Зачищать проводники нужно осторожно, чтобы избежать их обрывов. Поэтому шкрябаем ножом по лаку провода без фанатизма, не делая надрезов на меди (по которым происходит обрыв). В таком случае, в меру тупой нож ‑ благо. Также лак можно снять паяльником с помощью ацетилсалициловой кислоты (аспирин). В последнем случае следует обеспечить хорошее проветривание рабочего места (дым от аспирина едкий) и очистить остатки кислоты на проводе чистой канифолью и спиртом.

Далее дроссель собирается с указанным на схеме зазором. Если есть возможность, берём одну половинку магнитопровода с зазором 0,8 мм, а другую - без зазора. Если такой возможности нет, берём половинки магнитопровода без зазора и ставим между крайними кернами прокладки из электротехнического (или просто плотного) картона общей толщиной 0,4 мм. Собираем трансформатор. Измеряем полученную индуктивность первичной обмотки. Входит в 10% - годен. Нет – подгоняем величиной зазора. Больше зазор – меньше индуктивность. Нечем измерить индуктивность, а собрать всё равно хочется? Что ж, риск – дело благородное. Если трансформатор и схема правильно собраны из правильных комплектующих, то, скорее всего, светильник заработает. Но все-таки лучше измерить.

На время настройки не стоит запаивать все выводы T1 (с неиспользуемыми выводами это лучше сделать после проверки работоспособности).

Вид смонтированной платы сверху.

Вид смонтированной платы снизу:

В собранном виде без установленного радиатора светильник допускает непродолжительное включение (единицы минут), пока не начнут перегреваться светодиоды.

Настройка

Настраиваем источник питания и стабилизатор тока по отдельности. Видите проволочные перемычки на фото монтажа сверху? Так вот, пока не проверите плату светодиодов и источник по отдельности, запаивать их не стоит.

Соответствующим образом подключаем плату светодиодов к лабораторному БП к контактам «+15В» и «COM» . Выставляем ограничение по току 1 А. Включаем питание и плавно повышаем напряжение начиная вольт с 8‑ми. Следим за током потребления. При росте напряжения ток должен расти и остановиться на величине 700 мА. Не увлекайтесь, выше 18 В поднимать напряжение не стоит, по крайней мере на продолжительное время из‑за опасности пробоя VT1 и VT2 по теплу. Если ограничения тока не происходит или ток не достигает расчётного значения, проверяйте детали, монтаж и т.п. При исправных элементах и корректном монтаже схема начинает работать сразу.

Переходим к проверке источника питания. Внимательно просматриваем монтаж на предмет «залипов», корректности установки и правильности номиналов.

Внимание! Схема содержит высокое напряжение! Не касайтесь выступающими (и не выступающими) частями тела элементов платы при подключенном питании!

Прозваниваем тестером вход и выход БП: короткого замыкания быть не должно. Для первого включения не лишним будет последовательно входу источника включить лампу накаливания.

Если всё исправно, схема должна заработать сразу. Подключите источник к сети и измерьте напряжение на выходе. На холостом ходу оно должно достигать порядка 15 В. Если всё нормально, выключаем сеть, разряжаем входной и выходной конденсаторы инструментами с изолированными ручками (если что-то ненормально, разрядить конденсаторы тоже нужно, особенно в первичной цепи). Ставим перемычки (о которых говорилось выше). Включаем сеть – светодиоды должны светиться. Если в помещении темно, то примерно так:

На всякий случай проверяем напряжение на делителе R7/R8. Не забываем, что мы до сих пор работаем без радиатора. Теперь можно разделить платы (хотя это надо было сделать ещё до монтажа) и установить плату светодиодов на радиатор. Разделить можно ручным лобзиком с пилкой по металлу. Ну и, разумеется,  доработать края напильником.

Включаем, смотрим, слушаем, трогаем пальцем радиатор. Ничего не слышим – хорошо. Слышим шуршание/шкворчание – проверяем: T1? Если ответ положительный, разбираем трансформатор (разматывать ничего не надо, надо только снять скобы) и уплотняем посадку ферритовых половинок магнитопровода в каркасе с помощью картонок, бумажек и прочих подручных средств. Собираем, слушаем. Звук, если был, должен уйти или уменьшиться. Если есть уверенность, что с T1 меняться ничего больше не будет, его можно покрыть лаком.

Как это часто бывает в радиолюбительской практике, после сборки схемы на платах начались поиски светильника, куда можно «всё это безобразие засунуть». Выбор пал на MT‑203 под патрон E27 производства наших китайских товарищей. Цена в 150 руб. нам с кошельком очень понравилась.

Первым делом светильник нужно разобрать. Здесь комментировать нечего: "ежели один человек собрал, то другой завсегда разобрать сможет". Только не вытаскивайте выключатель! Стенки основания по толщине подобны фольге, а с выгнутых после извлечения выключателя краёв слезает краска ("Не гонялся бы ты поп за дешевизной..."). У более старой и менее дешевой лампы такого явления не наблюдалось.

Как ни прикладывал, без переделки элементов лампы источник никуда не лезет. Было решено установить его в основание за счёт места части утяжелителя. Утяжелитель отлит (нет, нет... не в граните) в бетоне. Семь (или восемь) раз отмерил и отрезал (в смысле надрезал) алмазной пилкой по окружности, стукнул молотком – как ни странно, откололось почти как надо. Блок питания влезает, если подрезать уголки у платы. Размер источника питания позволяет встроить его без крепления (дно основания светильника будет поджимать источник к основанию). Плата источника изолирована плёнкой, добытой из электронного балласта. Резать при этом ничего не пришлось. Так как вторая точка крепления пластмассового основания (деревяшечка в бетоне) была удалена вместе с частью утяжелителя, то в качестве замены была установлена стойка М3 (на краю основания). Стойка была закреплена термоклеем (системы «китайская сопля») за несколько приёмов.

Вид со стороны основания:

Радиатор вырубаем/выпиливаем из дюралюминиевой пластины толщиной порядка 3 мм. Используя теплопроводящую пасту КПТ‑8 (для всяческого улучшения теплового контакта между пластиной теплоотвода и теплоотводящими частями светодиодов), крепим плату светодиодов 8‑ю винтами с гайками М3 по окружности платы. Надеюсь, вы не забыли, что радиатор в свою очередь тоже должен как-то крепиться (а для этого у него должны присутствовать соответствующие отверстия)? Тогда Вам не потребуется ещё раз разбирать и собирать плату светодиодов с радиатором.

Что получилось:

Загогулина на стойках – это штатное крепление патрона лампы внутри плафона.

Подключаем к источнику, прогреваем, смотрим температуру радиатора. В квартире 25ºС.

Температура не радует, тем более, что ток менее 700 мА. Кладём сверху два небольших радиатора и смотрим:

Разница заметна, «надо брать». Остановился на следующем варианте:

Замечу, что высота стоек должна быть такой, чтобы края основания платы светодиодов не касались стенок плафона (так и стенки не поцарапаем, да и плафон прикручивать легче).

Выполняем электрические подключения, крайнее включение перед сборкой.

Работает.

Собираем и включаем.

Заключение

Есть проблемы по перегреву. Сгореть светодиоды не сгорят, но 50 000 часов скорее всего не отработают. В плафоне достаточно места для размещения небольшого вентилятора. Не обязательно, чтобы он сдувал со стола тетради и учебники. Стремиться нужно к тому, чтобы ветерок от вентилятора ласково перебирал волоски на шкурке все-таки пытающегося погреться под лампой кота. Радиаторами увлекаться не стоит, а то лампа начнёт переворачиваться или плафон «падать» от тяжести.

С другой стороны, если посмотреть на  параметры SVL05, то проблемы перегрева вроде бы и нет.

Вот собственно и всё. Всем дочитавшим до конца Васиасулий передаёт пламенный физкульт - привет!

Файлы:
Спецификация на ИРС-50 
ПП (Gerber) 
ПП и расположение элементов на ПП (*.tiff) 

Все вопросы в Форум.