Ta sẽ tính toán phương án cấp nguồn cho LED ở điện áp này. Từ đồ thị đặc tuyến làm việc của LED. Ta chọn LED làm việc với các thông số sau:
Điện áp định mức: ULED
Dòng điện định mức: ILED
Nguyên tắc mắc LED:
Không mắc song song trực tiếp các LED vì đèn LED khi chế tạo không thể đồng nhất, khi đó nếu mắc song song và nối tiếp điện trở thì dòng trên mỗi LED không cân bằng gây hiện tượng LED sáng không đều, thời gian dài sẽ cháy những LED bị quá dòng.
Tại đầu mỗi nhánh nối tiếp thêm một điện trở để hạn dòng. Không hạn dòng bằng các mắc các nhánh nối tiếp với điện trở.
Cần chọn phương án mắc LED phù hợp: Sơ đồ, giá trị điện trở… để nâng cao hiệu suất chiếu sáng và tuổi thọ LED.
Sơ đồ mắc LED:
Với điện áp mỗi LED là: ULED. Để tránh tổn hao nhiệt trên điện trở cản, từ đó nâng cao hiệu quả chiếu sáng. Ta mắc 3 LED nối tiếp để tối ưu nhất khi có sự cố xảy ra trên tàu chỉ còn điện 1 bình 12V đèn vẫn làm việc được thì điện áp cần cấp cho LED là:
Um = 3 ULED
Khi đó với điện áp nguồn Ung ta có giá trị điện trở cần mắc ở mỗi nhánh là:
R= Công suất một nhánh là: PN= RI2+3. ULED. ILED (2.2) (2.3) (2.4)
Qua thực nghiệm chiếu sáng, số lượng đèn LED cần mắc như sau: Mỗi dãy 3 LED hạn dòng bằng một điện trở. Bảng đèn sẽ gồm n dãy mắc song song. Khi đó đèn sẽ có các thông số sau:
- Dòng điện định mức: Iđm = n. ILED
- Điện áp làm việc: Ulv = Ung
- Công suất: Pđèn = n. PN
Sơ đồ mạch in đèn LED
Với kích thước đã xác định và đảm bảo cho mạch in tối ưu nhất trong việc chế tạo các loại đèn hành trình hàng hải với góc chiếu khác nhau, thiết kế đã đảm bảo được điều đó. Trong quá trình thiết kế mạch cần đảm bảo được dòng điện và điện áp cho LED làm việc ổn định, khoảng cách đảm bảo tiêu chuẩn phù hợp với mức điện áp để không có sự phóng điện. Thiết kế bo mạch này cho loại đèn làm trong đồ án, nếu loại đèn hàng hải khác cần tính toán lại để đạt hiệu suất đèn cao nhất.
Hình 2.5: Sơ đồ mạch in chân LED
Bảng 2.10: Ứng dụng mạch cho các loại đèn với góc chiếu khác nhau
Stt Góc chiếu Dãy Số lượng LED
1 112,50 6 18 2 1350 7 21 3 2550 11 33 4 3600 17 51 (2.5) (2.6)
Mạch nguồn
Trong quá trình thí nghiệm đã sử dụng các IC ổn áp khác nhau như ICXL4015, IC33167T... nhưng với kích thước loại đèn hàng hải này thì mạch nguồn IC33167T không phù hợp nên đã chọn mạch nguồn Xl4015 thực hiện trong đồ án. Mạch nguồn được chọn đảm bảo được khi có sự cố hở mạch vào bình Ắc quy lúc đạt cực đỉnh của 2 tấm Pin năng lượng Mặt Trời lên tới 36 V thì đảm bảo đèn vẫn làm việc bình thường. Ngoài ra để đảm bảo an toàn cho đèn LED hàng hải còn thiết kế thêm bộ phận chống ngược đề phòng sự cố đấu nhầm cực do sơ ý của ngư dân.
Hình 2.6: Thông số kỹ thuật pin năng lượng mặt trời ứng dụng trên tàu QNA 90170
Mạch nguồn sử dụng chip Xl4015 - 5A, tần số làm việc 180 kHz sử dụng điều chỉnh điện áp vào lên đến 40 V-DC ra các điện áp ứng với từng đèn. Hiệu suất mạch 96% về lý thuyết.
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Hình 2.8: Mạch nguồn thực tế Mạch băm xung
Sử dụng mạch băm xung điều chỉnh độ rộng xung đảm bảo cho LED làm việc ổn định hơn và điều chỉnh độ rộng xung để thay đổi độ sáng các đèn đảm bảo đúng yêu cầu tâm xa các đèn hàng hải.
Mạch băm xung sử dụng IC555, là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch
tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất. Sau đây là bảng thông số của 555 có trên thị trường:
Điện áp đầu vào: 2 - 18V (Tùy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555..)
Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA
Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V
Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 - 0.06V
Công suất lớn nhất là: 600mW
Chức năng các chân:
Chân số 1 (GND): Cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.
Chân số 2 (TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sánh ở transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
Chân số 3 (OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 - 0.75V) .
Chân số 4 (RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC.
Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
Chân số 7 (DISCHAGER): Có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC555 dùng như 1 tầng dao động.
Chân số 8 (VCC): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động, không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V- 18V.
Hình 2.10: Mạch băm xung
2.2. QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO VÀ THI CÔNG ĐÈN BÁO HIỆU HÀNG HẢI TRÊN TÀU CÁ NGHỀ LƯỚI VÂY QNA 90170 DÙNG ĐIỆN MẶT TRỜI