AC 110v LED 小夜燈 第二彈 ─ 幫光控小夜燈平反

robotai

這是繼上一篇 AC 110v驅動的耐開關LED燈 的延伸，前文在這，
http://bbs.pigoo.com/thread-46640-1-1.html

上一篇是分析穩壓電容的重要性及選用的值，接下來要分析的是光控小夜燈的電路。
原始的參考電路來自，便宜的「超省電 3個 LED 自動小夜燈 套件」，
http://bbs.pigoo.com/thread-36975-1-1.html

先把原始電路轉畫出來如下。


看過之前討論，一開始大家的疑問主要有兩個，
1. Q1的E,C極直接串地，會不會有短路問題？
2. 白天時，CDS電阻低，Q1直接導通，電流都流到Q1去，LED雖然不亮，但這樣那有省電？

一開始我也是覺得白天時那有省電？但在發完前一篇後，有一天突然想到一個重要的原因。
這兩個問題其實都是歸因到同一個，來看一下這兩個電路，


電路一的跟電路二都是使用阻容限流，所以電路一跟電路二都會約流過平均12mA的電流，但是兩個電路的AB點間的電壓有何不同呢？
沒錯，由於相同電流的關係，所以，
電路一的AB間平均電壓為1x12mA=0.012V
電路二的AB間平均電壓為100x12mA=1.2V
這就是那兩個問題的答案，
1. Q1的E,C極直接串地，不會短路而流過大量電流，因為C1的限流能力，永遠只會有平均12mA的電流流過。
2. 在容阻限流電路中，只有阻性的負載才會耗能，所以在Q1導通時，電流雖然還是流過12mA，但AC點間的電壓不是LED點亮時的約10v，而是Q1當時的導通電壓約1~2v而已，所以這時的功率是小於2x12=24mW的，所以確實是會比較省電的。
P.S. 請不要直接實驗上圖這兩個電路喔，上電時的突波時，瞬間電流可不是只有12mA喔。

電路分析：

接下來分析一下這個電路的動作。原電路只使用CDS接在B極，如果S9015以放大率100倍來算，


1. 白天時，CDS電阻可能約2K以下，AC間的電壓為Vac，所以
Ib=(Vac-0.7)/2k，
因為所有電流都由Q1流過，所以Ic=12mA，
Ib放大100倍後為Ic，所以Ib=12/100=0.12mA，
所以Vac=Ibx2k+0.7=0.24+0.7=0.94v，
所以白天時消耗功率約0.94x0.012=0.011W，算是很省電的。

2. 晚上時，CDS電阻如果高到200k，這時LED亮，如果3個LED總壓降算10v的話，
Ib=(10-0.7)/200k=0.0465mA，
Ic=0.0465x100=4.65mA,
所以會有約5mA的電流流到Q1去，浪費5/12=40%的電在Q1上，效率不太好。
實際使用時由於LED會發光，可能使CDS的電阻沒辦法那麼低，故效率會更不好。

電路修改：

由於原電路在LED點亮時，Q1會有不必要的電流的消耗，只要加上一個分流電阻Rb，這樣雖然會使白天時多耗一些些電，但晚上時可以使Q1上的Ib電流為0，效率大幅提昇。
建議修改電路如下，


1. 簡單修改的話，只需要增加Rb電阻3.3k在BE極間。
2. 要穩流跟耐開關的話，再加上220uF/16v電容及12v的Zener。
3. 效率要更高的話，移除原限流電阻，改接50歐姆,1/16W的保護電阻(或100mA的保險絲應該會更好)。

完全修改電路如下，


1. 白天時，CDS電阻2k，
Ic=12mA,
Ib=12/100=0.12mA,
Is=Ir+Ib=0.7/3.3k+0.12=0.33mA
Vac=Isx2k+0.7=1.36v
所以白天耗電約1.36x0.012=0.016W，會比原來高一些些。

2. 晚上時，CDS電阻即使小到50k，
Ir=0.7/3.3k=0.21mA
Is=(10-0.7)/50k=0.186mA
Ir>Is，所以所有的電流都會經由Rb直接流到CDS去，所以Ib=0，所有12mA的電流都會流到LED上，完全不浪費。

實作：

這是好幾年前就做的6 LED小夜燈，連續24小時不間斷用了好幾年(即便之前有加Zener，但開關時的突波還是很容易把LED擊穿，所以在開開關關燒壞掉好幾次LED後，最後決定就再也不關它了，然後就一直沒壞過)，前一陣子加大了穩壓電容，終於可以放心開關了。現在再改成光控的，由於使用6個LED，要再Q1的E極上再串個二極體使CDS=50k時能完全導通。


實測結果
LED不亮時，Q1上的電壓約2v(因為多加了一個二極體)，所以總耗電是2x0.012=0.024W
LED亮時，總電壓是19v，所以總耗電是19x0.012=0.23W，Q1完全不浪費電。

謝謝收看，希望大家DIY愉快。

eson0724

電路分析很優!!

scottwang

你不可以這樣子玩啦 ...
這樣我們會混不下去了啦 ...

eson0724

scottwang 發表於 2013-9-12 03:42 PM static/image/common/back.gif
你不可以這樣子玩啦 ...
這樣我們會混不下去了啦 ...

其實這種程度的解說，跟大仔專業性的維修工作，比較不搭嘎吧??

您在使用的深很多???   :sam06

但是對電路原理有興趣的是一個很好的概念教學!!

scottwang

eson0724 發表於 2013-9-12 03:56 PM static/image/common/back.gif
其實這種程度的解說，跟大仔專業性的維修工作，比較不搭嘎吧??

您在使用的深很多???   

>其實這種程度的解說，跟大仔專業性的維修工作，比較不搭嘎吧??

怪怪,那來的維修啊?
我是在賣高壓Power啦,你可別害我咧,那天又有人要我修 ... n_087|

>您在使用的深很多???   

應該說我在賣的產品較高階啦.

>但是對電路原理有興趣的是一個很好的概念教學!!

沒錯啊.

robotai

scottwang 發表於 2013-9-12 03:42 PM static/image/common/back.gif
你不可以這樣子玩啦 ...
這樣我們會混不下去了啦 ...

n_081| 我被版大關切了...n_121| ..................:sam07

版上各位大大才是高手啦！什麼疑難雜症都難不倒，在這可是學到好多東西。我也只算得出這種小電路而已，在各位版大跟高手們前真是獻醜了。對版大們的景仰那可是如淘淘江水，絡繹不絕才是啦...(怎麼覺得這句話好像最近才在那篇文上剛看過...:sam05 )

a471

所以我可以依樣畫葫蘆搞省電小夜燈?

scottwang

robotai 發表於 2013-9-12 08:39 PM static/image/common/back.gif
我被版大關切了... ..................

版上各位大大才是高手啦！什麼疑難雜症 ...

最近老大閒閒,不知是否烏骨雞學姐叮太緊了,都沒有去把MM,只在痞酷到處巡邏,你可能會被列入觀察名單,你再繼續多發幾篇沒有關係,然後 ... 嘿嘿 .

Wish大 ... 有空寫篇"把妹要訣"吧, ... 等您啊 ... n_128|

robotai

a471 發表於 2013-9-12 09:32 PM static/image/common/back.gif
所以我可以依樣畫葫蘆搞省電小夜燈?

對啊，
3 LED我有實驗過。
6 LED我自己正在使用，不過Q1的E極上要再串個二極體，亮度才會上來。

robotai

scottwang 發表於 2013-9-12 09:47 PM static/image/common/back.gif
最近老大閒閒,不知是否烏骨雞學姐叮太緊了,都沒有去把MM,只在痞酷到處巡邏,你可能會被列入觀察名單,你再 ...

好可怕啊n_121|...我不要被抓"交替":sam54 ...不對，七月不是才剛過...:sam50

twm

http://bbs.pigoo.com/thread-15108-1-1.html
robotai大 可以參考一下使用SCR 控制
白天off待機1ma以下
晚上on 20ma以下

scottwang

哈哈,看來好像不是只有Wish大會把你列入觀察名單而已 ... :sam31

robotai

twm 發表於 2013-9-12 10:18 PM static/image/common/back.gif
http://bbs.pigoo.com/thread-15108-1-1.html
robotai大 可以參考一下使用SCR 控制
白天off待機1ma以下

嗯嗯，感謝twm大提供資訊 n_148|

用SCR這方式看來是可以在白天時提高PFC，省錢又環保愛地球。
不過有個疑問？感覺好像在AC輸入的每半波最高點時，流經SCR的電流是不是就會減少到0，所以SCR就會突然變Off，然後再間斷的On,Off？所以是不是會一直有突波？還是我有想錯？
...
哦，不好意思，我想我應該了解了，中間的電路會一直提供足夠的觸發電壓，所以在晚上時SCR可以一直保持導通。
那如果改用MOSFET，應該可以讓關斷的電流更小吧，有空再來實驗看看。如果成功，再來發第三彈好了...:sam08

感謝twm大。

scottwang

有一個人肚子餓了,買了一個饅頭來吃,吃完覺得還會餓,又再買了一個,吃完又覺得不過癮,又再買了一個,吃完還是覺得餓,又再買了一個,等第4個饅頭吃了一半就再也吃不下了,他心裡想著若是早知道就買這個饅頭來吃就好了,不必吃前面那3個了.

講了一個不像笑話的笑話,知道我在講什麼嗎?

robotai

scottwang 發表於 2013-9-15 03:38 PM static/image/common/back.gif
有一個人肚子餓了,買了一個饅頭來吃,吃完覺得還會餓,又再買了一個,吃完又覺得不過癮,又再買了一個,吃完還是 ...

呵呵呵！了解了，謝謝Scott大。

scottwang

robotai 發表於 2013-9-15 05:09 PM static/image/common/back.gif
呵呵呵！了解了，謝謝Scott大。

哎呦,難道你有讀心術 ... 別嚇人嘿 ... :sam15 :sam10
該不會是兩個人雞同鴨講吧 ... :sam05

robotai

scottwang 發表於 2013-9-15 05:26 PM static/image/common/back.gif
哎呦,難道你有讀心術 ... 別嚇人嘿 ...  
該不會是兩個人雞同鴨講吧 ...  ...

呵呵，有可能哦... n_076|
一樣的東西，即使好吃，每次吃也可能可以吃出新的滋味，可是東西吃多了也是一定會膩的啦！n_123|