Отправим материал вам на e-mail
В последние годы все большую популярность стало набирать . Это вызвано тем, что используемые в светильниках светодиоды, их еще называют светоизлучающими диодами (СИД), довольно яркие, экономичные и долговечные. При помощи светодиодных элементов создаются интересные и оригинальные световые эффекты, которые можно применять в самых различных интерьерах. Однако, такие осветительные приборы очень требовательны к параметрам электросетей, особенно к величине тока. Поэтому для нормальной работы освещения в цепь должны быть включены драйверы для светодиодов. В этой статье мы попробуем разобраться, что же такое светодиодные драйверы, каковы их основные характеристики, как не ошибиться при выборе и можно ли сделать его своими руками.
Без такого миниатюрного устройства светодиоды работать не будут
Поскольку светодиоды являются токовыми приборами, то соответственно они очень чувствительны к этому параметру. Для нормальной работы освещения требуется, чтобы через LED-элемент проходил стабилизированный ток с номинальной величиной. Для этих целей и был создан драйвер для светодиодных светильников.
Некоторые читатели, увидев слово драйвер, будут в недоумении, поскольку все мы привыкли, что этим термином обозначается некое ПО, позволяющее управлять программами и устройствами. В переводе с английского языка driver означает: водитель, машинист, поводок, мачта, управляющая программа и еще более 10 значений, но всех их объединяет одна функция – управление. Так обстоит дело и с драйверами для , только управляют они током. Итак, с термином разобрались, теперь перейдем к сути.
LED-драйвер – электронное устройство, на выходе которого, после стабилизации, образуется постоянный ток необходимой величины, обеспечивающий нормальную работу светодиодных элементов. В этом случае стабилизируется именно ток, а не напряжение. Устройства, стабилизирующие выходное напряжение называются , которые также используются для питания светодиодных элементов освещения.
Как мы уже поняли, основным параметром драйвера для светодиодов является выходной ток, который устройство может обеспечивать длительное время при включении нагрузки. Для нормального и стабильного свечения LED-элементов требуется, чтобы через светодиод протекал ток, величина которого должна совпадать со значениями указанными в техническом паспорте полупроводника.
Где нашли применение драйвера для светодиодов
Как правило, светодиодные драйверы рассчитаны на работу с напряжением 10, 12, 24, 220 В и постоянным током в 350 мА, 700 мА и 1 А. Стабилизаторы тока для светодиодов производят, в основном, под определенные изделия, но существуют и универсальные устройства, подходящие к LED-элементам ведущих производителей.
В основном LED-драйвера в сетях с переменным током используются для:
В электроцепях с постоянным током стабилизаторы нужны для нормальной работы бортового освещения и фар автомобиля, переносных фонарей и т.д.
Токовые стабилизаторы адаптированы для работы с системами контроля и датчиками фотоэлементов , а в силу своей компактности могут быть легко установлены в распределительных коробках. Также посредством драйверов можно легко менять яркость и цвет светодиодных элементов, уменьшая величину тока посредством цифрового управления.
Как работают стабилизирующие устройства для светодиодов
Принцип работы преобразователя для и лент состоит в поддержании заданной величины тока независимо от выходного напряжения. В этом и заключается разница между блоком питания и драйвером для светодиодов.
Если посмотреть на представленную выше схему то мы увидим, что ток, благодаря резистору R1, стабилизируется, а конденсатор C1 задает необходимую частоту. Далее в работу включается диодный мост, в результате чего на светодиоды поступает стабилизированный ток.
Характеристики устройства, на которые нужно обратить внимание
Подбирая ЛЕД-драйвер для светодиодных светильников необходимо обязательно учитывать тот основных параметра, а именно: ток, выходное напряжение и мощность, потребляемая подключаемой нагрузкой.
Выходное напряжение токового стабилизатора зависит от следующих факторов:
- количество LED-элементов;
- падение напряжения на СИД;
- способ подключения.
Ток на выходе устройства обусловлен мощностью и . Мощность нагрузки оказывает влияние на потребляемый ею ток в зависимости от требуемой интенсивности свечения. Именно стабилизатор обеспечивает светодиодам ток необходимой величины.
Мощность светодиодного светильника зависит непосредственно от:
- мощности каждого LED-элемента;
- общего количества светодиодов;
- цвета.
Потребляемую нагрузкой мощность можно рассчитать по следующей формуле:
PН = PLED × N , где
- PН – общая мощность нагрузки;
- PLED – мощность отдельного светодиода;
- N – количество светодиодных элементов, подключаемых в нагрузку.
Максимальная мощность токового стабилизатора не должна быть меньше PН. Для нормальной работоспособности LED-драйвера рекомендуется обеспечить запас мощности минимум на 20÷30%.
Помимо мощности и количества СИД, мощность нагрузки, подключаемой к драйверу, зависит и от цвета светодиодных элементов. Дело в том, что светодиоды разного цвета обладают разной величиной падения напряжения при одинаковом значении тока. Так, например, у светодиода CREE XP-E красного цвета падение напряжения при токе в 350 мА составляет 1,9÷2,4 В, и средняя мощность потребления будет порядка 750 мВт. У зеленого светодиодного элемента при том же токе падение напряжения будет 3,3÷3,9 В, а средняя мощность составит уже почти 1,25 Вт. Соответственно стабилизатором тока рассчитанным на мощность 10 Вт можно запитывать 12÷13 СИД красного цвета или 7-8 зеленых светодиодов.
Виды стабилизаторов по типу устройства
Токовые стабилизаторы для светоизлучающих диодов разделяются по типу устройства на импульсные и линейные.
У линейного драйвера выходом является токовый генератор, обеспечивающий плавную стабилизацию выходного тока при неустойчивом входном напряжении, не создавая при этом высокочастотных электромагнитных помех. Такие устройства имеют простую конструкцию и невысокую стоимость, однако не очень высокий КПД (до 80%) сужает область их использования до маломощных LED-элементов и лент.
Устройства импульсного типа позволяют создавать на выходе череду токовых импульсов высокой частоты. Подобные драйвера работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть средняя величина тока на выходе определяется отношением ширины импульсов к их частоте. Подобные устройства более востребованы в силу своей компактности и более высокого КПД, составляющего порядка 95%. Однако в сравнении с линейными драйверами ШИМ стабилизаторы имеют больший уровень электромагнитных помех.
Как подобрать драйвер для светодиодов
Необходимо сразу заметить, что резистор не может являться полноценной заменой драйверу, поскольку он не в состоянии защитить светодиоды от перепадов в сети и импульсных помех. Также не лучшим вариантом будет использование линейного источника тока вследствие его низкой эффективности, ограничивающей возможности стабилизатора.
При выборе LED-драйвера для светодиодов стоит придерживаться следующих основных рекомендаций:
- приобретать стабилизатор тока лучше всего одновременно с нагрузкой;
- учитывать падение напряжения на СИД;
- ток высокого номинала уменьшает КПД светодиода и приводит его перегреву;
- учитывать мощность нагрузки, подключаемой к драйверу.
Также необходимо обращать внимание, чтобы на корпусе стабилизатора была указана его мощность, рабочие диапазоны входного и выходного напряжения, номинальный стабилизированный ток и степень влаго- и пылезащищенности устройства.
Рекомендация! Насколько мощный и качественный будет драйвер для светодиодной ленты или СИД выбирать, конечно же, вам. Тем не менее, следует помнить, что для нормальной работы всей создаваемой системы освещения лучше всего купить фирменный преобразователь, особенно если речь идет о светодиодных прожекторах и других мощных осветительных приборах.
Подключение преобразователей тока для светодиодов: схема драйвера для светодиодной лампы 220 В
Большинство производителей выпускают драйвера на интегральных микросхемах (ИМС), которые позволяют запитываться от пониженного напряжения. Все преобразователи для LED-освещения , существующие на данный момент, делятся на простые, созданные на основе 1÷3 транзисторов и более сложные, выполненные с применением микросхем с ШИМ.
Выше представлена схема драйвера на базе микросхемы, но как мы упоминали, существуют способы подключения при помощи резисторов и транзисторов. На самом деле вариантов подключения много и рассмотреть их все подробно в одном обзоре просто невозможно. На просторах интернета можно найти практически любую схему, подходящую именно для вашей ситуации.
Как рассчитать токовый стабилизатор для светодиодного освещения
Для определения выходного напряжения преобразователя требуется рассчитать соотношение мощности и тока. Так, например, при мощности 3 Вт и токе 0,3 А максимальное напряжение на выходе будет равно 10 В. Далее необходимо определиться со способом подключения, параллельное или последовательное, а также количеством светодиодов. Дело в том, что от этого зависит номинальная мощность и напряжение на выходе драйвера. После вычисления всех этих параметров можно подбирать соответствующий стабилизатор.
Стоит отметить, что у преобразователей рассчитанных на определенное количество LED-элементов имеется защита от внештатных ситуаций. Такой тип устройств отличается некорректной работой при подключении меньшего числа светодиодов – наблюдается мерцание или вообще не работают.
Диммируемый драйвер для LED-элементов - что это?
Последние модели преобразователей для светодиодов адаптированы для работы с регуляторами яркости свечения полупроводниковых кристаллов – . Использование этих устройств позволяет более рационально использовать электроэнергию и увеличить ресурс LED-элемента.
Диммируемые преобразователи бывают двух типов. Одни включены в цепь между стабилизатором и светодиодными элементами освещения и работают посредством ШИМ-управления. Преобразователи подобного типа используются для работы со светодиодными лентами, бегущей строкой и т.п.
Во втором варианте диммер устанавливается на разрыве между источником питания и стабилизатором, а принцип работы заключается, как в управлении параметрами тока, проходящего через светодиоды, так и при помощи широтно-импульсной модуляции.
Особенности китайских преобразователей тока для светодиодов
Высокая востребованность драйверов для LED-освещения привела к их массовому производству в азиатском регионе, частности в Китае. А эта страна славится не только качественной электроникой, но и массовым производством всевозможных подделок. Светодиодные драйвера китайского производства представляют собой импульсные преобразователи тока, как правило, рассчитанные на 350÷700 мА и в бескорпусном исполнении.
Преимущества китайских преобразователей тока заключаются лишь в невысокой стоимости и наличии гальванической развязки, а вот недостатков все-таки больше и состоят они в:
- высоком уровне радиопомех;
- ненадежности, вызванной дешевыми схемными решениями;
- незащищенность от сетевых колебаний и перегрева;
- высокий уровень пульсаций на выходе стабилизатора;
- малый срок эксплуатации.
Обычно комплектующие китайского производства работают на пределе своих возможностей, без наличия какого-либо запаса. Поэтому если желаете создать надежно работающую систему освещения лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от известного проверенного производителя.
Срок эксплуатации токовых преобразователей
Как и любое электронное устройство, драйвер для светодиодного источника тока имеет определенный срок эксплуатации, который зависит от следующих факторов:
- стабильность напряжения в сети;
- температурные перепады;
- уровень влажности.
Известные производители дают гарантию на свои изделия в среднем на 30 000 часов работы. Дешевые самые простые стабилизаторы рассчитаны на эксплуатацию в течение 20 000 часов, среднего качества – 20 000 ч и японские – до 70 000 ч.
Схема светодиодного драйвера на базе РТ 4115
Благодаря появлению большого количества светодиодных элементов с мощностью 1÷3 Вт и невысокой ценой, большинство людей предпочитает на их основе делать домашнее и автомобильное освещение. Однако для этого необходим драйвер, который позволит стабилизировать ток до номинального значения.
Для корректной работы преобразователя рекомендуется использовать танталовые конденсаторы. Если не установить конденсатор по питанию, то интегральная микросхема (ИМС) просто выйдет из строя при включении устройства в сеть. Выше представлена схема драйвера для светодиода на ИМС PT4115.
Как сделать своими руками драйвер для светодиодов
При помощи готовых микросхем даже начинающий радиолюбитель в состоянии собрать преобразователь для светодиодов различной мощности. Для этого требуется умение чтения электросхем и опыт работы с паяльником.
Собрать токовый стабилизатор для 3-ваттных стабилизаторов, можно используя микросхему от китайского производителя PowTech – PT4115. Данная ИМС может быть использована для светодиодных элементов с мощностью более 1 Вт и состоит из блоков управления с довольно мощным транзистором на выходе. Преобразователь, созданный на основе PT4115, имеет высокую эффективность и минимальный набор компонентов.
Как видим при наличии опыта, знаний и желания можно собрать светодиодный драйвер практически по любой схеме. Теперь рассмотрим пошаговую инструкцию создания простейшего токового преобразователя для 3-х LED-элементов мощность по 1 Вт, из зарядного устройства для мобильного телефона. Кстати, это поможет лучше разобраться в работе устройства и позднее перейти к более сложным схемам, рассчитанным на большее количество светодиодов и ленты.
Инструкция по сборке драйвера для светодиодов
| Изображение | Описание этапа |
|---|---|
 | Для сборки стабилизатора на потребуется старое зарядное устройство от мобильного телефона. Мы взяли от «Самсунга», так они надежны. Зарядное устройство с параметрами 5 В и 700 мА аккуратно разобрать. |
 | Также нам понадобится переменный (подстроечный) резистор на 10 кОм, 3 светодиода по 1 Вт и шнур с вилкой. |
 | Вот так выглядит разобранное зарядное, которое мы будет переделывать. |
 | Выпаиваем выходной резистор на 5 кОм и на его место ставим «подстроечник». |
 | Далее находим выход на нагрузку и определив полярность припаиваем светодиоды, заранее собранные последовательно. |
 | Выпаиваем старые контакты от шнура и на их место подсоединяем провод с вилкой. Перед тем как проверить на работоспособность драйвер для светодиодов нужно убедиться в правильности соединений, их прочности и чтобы ничего не создало короткого замыкания. Только после этого можно приступать к тестам. |
 | Подстроечным резистором начинаем регулировку пока светодиоды не начнут светиться. |
 | Как видим LED-элементы горят. |
 | Тестером проверяем необходимые нам параметры: выходное напряжение, ток и мощность. При необходимости выполняем регулировку резистором. |
 | Вот, и все! Светодиоды горят нормально, нигде ничего не искрит и не дымит, а значит переделка прошла успешно, с чем вас и поздравляем. |
Как видите сделать простейший драйвер для светодиодов очень просто. Конечно, опытным радиолюбителям эта схема может быть не интересна, но для новичка она отлично подойдет для практики.
Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:
- Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
- Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.
Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.
В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.
Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:
Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.
Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:
R = (U вх - U LED) / I
А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:
P = (U вх - U LED) 2 / R
где U вх = 220 В,
U LED - прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I - ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.
Пример расчета балластного резистора
Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:
R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)
P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)
Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.
Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.
| Сопротивление резистора, кОм | Амплитудное значение тока через светодиод, мА | Средний ток светодиода, мА | Средний ток резистора, мА | Мощность резистора, Вт |
|---|---|---|---|---|
| 43 | 7.2 | 2.5 | 5 | 1.1 |
| 24 | 13 | 4.5 | 9 | 2 |
| 22 | 14 | 5 | 10 | 2.2 |
| 12 | 26 | 9 | 18 | 4 |
| 10 | 31 | 11 | 22 | 4.8 |
| 7.5 | 41 | 15 | 29 | 6.5 |
| 4.3 | 72 | 25 | 51 | 11.3 |
| 2.2 | 141 | 50 | 100 | 22 |
Другие варианты подключения
В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:
Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.
Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт - 1N4007 (КД258).
Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.
Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы - ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!
Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:
Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на "землю" (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.
Как быть с пульсациями?
В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.
К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.
Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):
Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.
К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.
Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй - во время отрицательной.
Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.
Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале - попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).
Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное - это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)
А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.
Какие пульсации считаются допустимыми?
Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.
Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.
Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц - 8% (гарантированно безопасный уровень - 3%). Для частоты 50 Гц - это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.
На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).
В соответствии с ГОСТ 33393-2015 "Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности" для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель - коэффициент пульсаций (К п).
Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:
К п = (Е max - E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,
где Е мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин - минимальное.
Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.
Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:
Как уменьшить пульсации?
Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:
Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.
Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:
А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.
Расчет емкости сглаживающего конденсатора
Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.
Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:
К п = (U max - U min) / (U max + U min) ⋅ 100%
Подставляем исходные данные и вычисляем U min:
2.5% = (2В - U min) / (2В + U min) ⋅ 100% => U min = 1.9В
Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).
Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:
Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):
t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅ 3.1415⋅ 50) = 0.0010108 с
Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:
t разр = Т - t зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с
Осталось вычислить емкость:
C = I LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)
На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.
Повышаем КПД
Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?
Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).
Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.
Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:
R c = 1 / 2πfC
то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f - тем ниже сопротивление.
Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)
Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:
Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.
Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.
Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.
Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.
Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.
Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:
И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.
А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.
Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.
Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:
Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):
C = I / (2πf√(U 2 вх - U 2 LED)) [Ф],
где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U вх - действующее значение напряжения сети (220В), U LED - напряжение на светодиоде.
Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх - U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:
C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]
а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]
Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.
Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.
Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
| C1 | 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I LED | 1 mA | 4.5 mA | 6.7 mA | 10 mA | 22 mA | 45 mA | 67 mA |
Немного о самих конденсаторах
В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:
Если вкратце, то:
- X1 - используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
- X2 - самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
- Y1 - работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
- Y2 - довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше - на 630 В).
Сегодня широкое распространение получили китайские "шоколадки" (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.
Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!
Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов - для них лучше использовать , которые называются драйверами.
Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.
Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.
Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.
Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909 , поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).
Базовая схема драйвера следующая:
Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909
Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.
У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.
COB cветодиод 50 ватт
Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.
Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит
Падение напряжения на светодиодах –
Пульсацию тока примем равной +-15%:
I D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A
При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит
Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле
Rs = 0.25 / I LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.
Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:
что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.
Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени "высокого уровня", когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Rt = (tp - 0.8) * 66 , где tp - пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.
Продолжительность "высокого уровня" - это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения - регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.
Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности "высокого уровня" к общей продолжительности импульса - скважность импульса - рассчитывается по формуле:
D = V LED / V IN = 30 / 310 = 0.097
Частота переключений рассчитывается так:
F = (1 - D) / tp , а значит tp = (1 - D) / F
Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае
tp = (1 - 0.097) / 90 000 = 10мкс
Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt
Rt = (10 - 0.8) * 66 = 607.2КОм
Ближайший доступный номинал - 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:
tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс
Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле
Lmin = (V LED * tp) / I D
Используя уточненное значения tp, получаем
Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн
Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение - 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.
Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности - это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А.
Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 - 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.
Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще - оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким - STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора - менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток - FDD7N60NZ . В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.
При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.
Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.
Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.
На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.
Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:
Допустимая частота диммирования - до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.
Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.
Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.
Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске
Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять
Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой - кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.
Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь - напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.
Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.
Гарантией яркости свечения, эффективности и долговечности LED-источников является правильное питание, которое могут обеспечить специальные электронные устройства - драйверы для светодиодов. Они преобразуют напряжение переменного тока в сети 220В в напряжение постоянного тока заданного значения. Разобраться в том, какую функцию выполняют преобразователи и на что обратить внимание при их выборе, поможет анализ основных видов и характеристик устройств.
Основной функцией драйвера для светодиодов является обеспечение стабилизированного тока, проходящего через LED-прибор. Значение тока, протекающего через кристалл полупроводника, должно соответствовать паспортным параметрам светодиода. Это обеспечит устойчивость свечения кристалла и поможет избежать его преждевременной деградации. Кроме того при заданном токе падение напряжения будет соответствовать величине, необходимой для p-n перехода. Узнать соответствующее напряжение питания светодиода можно воспользовавшись вольт-амперной характеристикой.
При освещении жилых и офисных помещений светодиодными лампами и светильниками применяют драйверы, питание которых обеспечивается от сети переменного тока 220В. В автомобильном освещении (фары, ДХО и пр.), велосипедных фарах, портативных фонарях используют источники питания постоянного напряжения в диапазоне от 9 до 36В. Некоторые светодиоды небольшой мощности можно подключать без драйвера, но тогда в схему включения светодиода в сеть 220 вольт должен быть внесен резистор.
Напряжение драйвера на выходе указывается в интервале двух конечных значений, между которыми обеспечивается стабильное функционирование. Существуют адаптеры с интервалом от 3В до нескольких десятков. Чтобы запитать схему из 3-х последовательно соединенных светодиодов белого цвета, каждый из которых имеет мощность 1 Вт, потребуется драйвер с выходными значениями U – 9-12В, I – 350 мА. Падение напряжения для каждого кристалла составит около 3,3В, а в общей сумме 9,9В, что войдет в диапазон драйвера.
Основные характеристики преобразователей
Перед тем как купить драйвер для светодиодов, следует ознакомиться с основными характеристиками устройств. К ним относят напряжение на выходе, номинальный ток и мощность. Выходное напряжение преобразователя зависит от величины падения напряжения на LED-источнике, а также от способа подключения и количества светодиодов в схеме. Ток находится в зависимости от мощности и яркости излучающих диодов. Драйвер должен обеспечить светодиодам такой ток, который необходим им для поддержки требуемой яркости.
Одной из важных характеристик драйвера считается мощность, которую прибор выдает в виде нагрузки. На выбор мощности драйвера влияет мощность каждого LED-прибора, общее количество и цвет свечения светодиодов. Алгоритм расчета мощности состоит в том, что максимальная мощность устройства не должна быть ниже потребления всех светодиодов:
P = P(led) × n ,
где P(led) – мощность единичного LED-источника, а n - количество светодиодов.
Кроме того должно выполняться обязательное условие, при котором бы обеспечивался запас мощности в пределах 25-30%. Таким образом значение максимальной мощности должно быть не меньше значения (1,3 х P).
Следует также брать во внимание цветовые характеристики светодиодов. Ведь различные по цвету полупроводниковые кристаллы имеют разную величину падения напряжения при прохождении через них тока одинаковой силы. Так падение напряжения у красного светодиода при токе 350 мА составляет 1,9-2,4В, тогда среднее значение его мощности будет равно 0,75 Вт. У аналога зеленого цвета величина падения напряжения находится в пределах от 3,3 до 3,9В и при таком же токе мощность составит уже 1,25 Вт. Значит к драйверу для светодиодов 12В можно подсоединить 16 красных LED-источников или 9 зеленых.
Полезный совет! При выборе драйвера для светодиодов специалисты советуют не пренебрегать максимальным значением мощности прибора.
Какими бывают драйверы для светодиодов по типу устройства
Драйверы для светодиодов классифицируют по типу устройства на линейные и импульсные. Структура и типовая схема драйвера для светодиодов линейного типа представляет собой генератор тока на транзисторе с р-каналом. Такие устройства обеспечивают плавную стабилизацию тока при условии неустойчивого напряжения на входном канале. Они являются простыми и дешевыми устройствами, однако отличаются низкой эффективностью, выделяют при работе много тепла и не могут быть использованы как драйвера для мощных светодиодов.
Импульсные устройства создают в выходном канале ряд высокочастотных импульсов. Их работа основана на принципе ШИМ (широтно-импульсной модуляции), когда средняя величина тока на выходе обуславливается коэффициентом заполнения, т.е. отношением длительности импульса к числу его повторений. Изменение величины среднего выходного тока происходит вследствие того, что частота импульсов остается неизменной, а коэффициент заполнения изменяется от 10-80%.
Благодаря высокому КПД преобразований (до 95%) и компактности устройств, они нашли широкое применение для портативных светодиодных конструкций. Кроме того, эффективность устройств положительно сказывается на длительности функционирования автономных приборов питания. Преобразователи импульсного типа имеют компактные размеры и отличаются обширным диапазоном входных напряжений. Недостатком этих устройств является высокий уровень электромагнитных помех.
Полезный совет! Приобретать LED-драйвер следует на этапе выбора светодиодных источников, предварительно определившись со схемой светодиодов от 220 вольт.
Перед тем как подобрать драйвер для светодиодов, необходимо знать условия его функционирования и место размещения светодиодных приборов. Широтно-импульсные драйверы, в основе которых лежит одна микросхема, имеют миниатюрные размеры и рассчитаны на питание от автономных низковольтных источников. Основное применение этих устройств – тюнинг автомобилей и светодиодная подсветка. Однако ввиду использования упрощенной электронной схемы качество таких преобразователей несколько ниже.
Диммируемые драйверы для светодиодов
Современные драйверы для светодиодов совместимы с устройствами регулирования яркости свечения полупроводниковых приборов. Использование диммируемых драйверов позволяет управлять уровнем освещенности в помещениях: снижать интенсивность свечения в дневное время, подчеркивать или скрывать отдельные элементы в интерьере, зонировать пространство. Это, в свою очередь, дает возможность не только рационально использовать электроэнергию, но и экономить ресурс светодиодного источника света.
Диммируемые драйверы бывают двух типов. Одни подсоединяются между блоком питания и LED-источниками. Такие устройства управляют энергией, поступающей от источника питания к светодиодам. В основе таких устройств используется ШИМ-управление, при котором энергия поступает к нагрузке в виде импульсов. Длительность импульсов определяет количество энергии от минимального до максимального значения. Драйверы такого типа применяются по большей части для светодиодных модулей с фиксированным напряжением, таких как светодиодные ленты, бегущие строки и др.
Управление драйвером осуществляется с помощью или ШИМ
Диммируемые преобразователи второго типа управляют непосредственно источником питания. Принцип их работы заключается как в ШИМ-регулировании, так и в управлении величиной протекающего через светодиоды тока. Диммируемые драйверы этого типа используются для LED-приборов со стабилизированным током. Стоит отметить, что при управлении светодиодами посредством ШИМ-регулирования наблюдаются негативно влияющие на зрение эффекты.
Сравнивая эти два метода регулирования, стоит отметить, что при регулировании величины тока через LED-источники наблюдается не только изменение яркости свечения, но и изменение цвета свечения. Так, белые светодиоды при меньшем токе излучают желтоватый свет, а при увеличении – светятся синим. При управлении светодиодами посредством ШИМ-регулирования наблюдаются негативно влияющие на зрение эффекты и высокий уровень электромагнитных помех. В связи с этим ШИМ-управление используется достаточно редко в отличие от регулирования тока.
Схемы драйверов для светодиодов
Многие производители выпускают для светодиодов микросхемы драйверов, позволяющие запитывать источники от пониженного напряжения. Все существующие драйверы делят на простые, выполненные на базе от 1-3 транзисторов и более сложные с использованием специальных микросхем с широтно-импульсной модуляцией.
Компания ON Semiconductor предлагает в качестве основы для драйверов широкий выбор микросхем. Они отличаются приемлемой стоимостью, отличной эффективностью преобразования, экономичностью и низким уровнем электромагнитных импульсов. Производителем представлен драйвер импульсного типа UC3845 с величиной тока на выходе до 1А. На такой микросхеме можно реализовать схему драйвера для светодиода 10W.
Электронные компоненты HV9910 (Supertex) являются популярной микросхемой для драйверов, благодаря простому схемному разрешению и невысокой цене. Она имеет встроенный регулятор напряжения и выводы для осуществления управления яркостью, а также вывод для программирования частоты переключений. Выходное значение тока составляет до 0,01А. На данной микросхеме возможно воплотить простой драйвер для светодиодов.
На базе микросхемы UCC28810 (пр-во компании Texas Instruments) можно создать схему драйвера для мощных светодиодов. В такой схеме LED-драйвера может создаваться выходное напряжение величиной 70-85В для светодиодных модулей, состоящих из 28 LED-источников током 3 А.
Полезный совет! Если вы планируете купить сверхяркие светодиоды мощностью 10 Вт, для конструкций из них можно использовать импульсный драйвер на микросхеме UCC28810.
Компания Clare предлагает создание простого драйвера импульсного типа на основе микросхемы CPC 9909. Она включает контроллер преобразователя, размещенного в компактном корпусе. За счет встроенного стабилизатора напряжения допускается питание преобразователя от напряжения 8-550В. Микросхема CPC 9909 позволяет эксплуатировать драйвер в условиях широкого разброса температурных режимов от -50 до 80°С.
Как подобрать драйвер для светодиодов
На рынке представлен широкий ассортимент драйверов для светодиодов от разных производителей. Многие из них, особенно китайского производства, отличаются низкой ценой. Однако покупать такие устройства не всегда выгодно, так как большинство из них не соответствует заявленным характеристикам. Кроме того такие драйверы не сопровождаются гарантией, а в случае обнаружения брака их нельзя вернуть или заменить на качественные.
Так существует вероятность приобретения драйвера, заявленная мощность которого составляет 50 W. Однако на деле оказывается, что эта характеристика имеет непостоянный характер и такая мощность является лишь кратковременной. В реальности же такое устройство будет работать как LED-driver 30W или максимум 40W. Так же может оказаться, что в начинке не будет хватать некоторых компонентов, отвечающих за устойчивое функционирование драйвера. Кроме того могут применяться компоненты низкого качества и с небольшим сроком службы, что является по сути браком.
При покупке стоит обращать внимание на указание бренда изделия. На качественном товаре обязательно будет указан изготовитель, который предоставит гарантию и будет готов отвечать за свою продукцию. Следует отметить, что и срок службы драйверов от проверенных производителей будет гораздо больше. Ниже приведено ориентировочное время работы драйверов в зависимости от изготовителя:
- драйвер от сомнительных производителей – не более 20 тыс. часов;
- устройства среднего качества – около 50 тыс. часов;
- преобразователь от проверенной фирмы-изготовителя с использованием качественных компонентов – свыше 70 тыс. часов.
Полезный совет! Какого качества будет светодиодный драйвер – выбирать вам. Однако следует заметить, что особенно важно приобретать фирменный преобразователь, если речь идет о применении его для прожекторов из светодиодов и мощных светильников.
Расчет драйверов для светодиодов
Чтобы определить напряжение на выходе светодиодного драйвера, необходимо рассчитать отношение мощности (Вт) к значению тока (А). К примеру, драйвер имеет следующие характеристики: мощность 3 Вт и ток 0,3 А. Расчетное отношение составляет 10В. Таким образом, это будет максимальная величина выходного напряжения данного преобразователя.
Статья по теме:
Типы. Схемы подключения LED-источников. Расчет сопротивления для светодиодов. Проверка светодиода мультиметром. LED-конструкции своими руками.
Если необходимо подключить 3 LED-источника, ток каждого из которых составляет 0,3 мА при напряжении питания 3В. Подключая к светодиодному драйверу один из приборов, то выходное напряжение будет равно 3В и ток 0,3 А. Собрав последовательно два LED-источника, выходное напряжение будет равно 6В и ток 0,3 А. Добавив в последовательную цепочку третий светодиод, получим 9В и 0,3 А. При параллельном соединении 0,3 А одинаково распределятся между светодиодами по 0,1 А. Подключая светодиоды к устройству на 0,3 А при значении тока 0,7, им достанется всего 0,3 А.
Таков алгоритм функционирования светодиодных драйверов. Они выдают такое количество тока, на которое они рассчитаны. Способ подключения LED-приборов в этом случае не играет роли. Есть модели драйверов, предполагающие любое количество подключаемых к ним светодиодов. Но тогда существует ограничение по мощности LED-источников: она не должна превышать мощность самого драйвера. Выпускаются драйверы, рассчитанные на определенное число подключаемых светодиодов К ним разрешается подключить меньшее количество светодиодов. Но такие драйверы имеют низкую эффективность, в отличие от устройств, рассчитанных на конкретное количество LED-приборов.
Следует отметить, что у драйверов, рассчитанных на фиксированное количество излучающих диодов, предусмотрена защита от аварийных ситуаций. Такие преобразователи некорректно работают, если к ним подключить меньшее число светодиодов: они будут мерцать или вообще не будут светиться. Таким образом, если подключить к драйверу напряжение без соответствующей нагрузки, он будет работать нестабильно.
Где купить драйверы для светодиодов
Купить LED-driver можно в специализированных точках по продаже радиодеталей. Кроме того гораздо удобней ознакомиться с продукцией и заказать необходимое изделие, используя каталоги соответствующих сайтов. Помимо этого в интернет-магазинах можно приобрести не только преобразователи, а также приборы светодиодного освещения и сопутствующую продукцию: , устройства управления, средства подключения, электронные компоненты для ремонта и сборки драйвера для светодиодов своими руками.
Реализующими компаниями представлен огромный ассортимент драйверов для светодиодов, технические характеристики и цены которых можно увидеть в прайсах. Как правило цены на продукцию носят ориентировочный характер и уточняются при заказе у менеджера проекта. В ассортименте имеются преобразователи различной мощности и степени защиты, применяемые для наружного и внутреннего освещения, а также для подсветки и тюнинга автомобилей.
Выбирая драйвер следует учитывать условия его использования и потребляемую мощность светодиодной конструкции. Поэтому приобретать драйвер необходимо перед покупкой светодиодов. Так, прежде чем купить драйвер для светодиодов 12 вольт, необходимо принять во внимание, что он должен иметь запас мощности около 25-30%. Это нужно для того, чтобы уменьшить риск повреждения или полного выхода из строя прибора при коротком замыкании или перепадах напряжения в сети. Стоимость преобразователя зависит от количества приобретаемых устройств, формы оплаты и сроков доставки.
В таблице приведены основные параметры и размеры стабилизаторов напряжения 12 вольт для светодиодов с указанием их ориентировочной цены:
| Модификация LD DC/AC 12 V | Габариты, мм (в/ш/г) | Выходной ток, A | Мощность, W | Цена, руб. |
| 1x1W 3-4VDC 0.3A MR11 | 8/25/12 | 0,3 | 1х1 | 73 |
| 3x1W 9-12VDC 0.3A MR11 | 8/25/12 | 0,3 | 3х1 | 114 |
| 3x1W 9-12VDC 0.3A MR16 | 12/28/18 | 0,3 | 3х1 | 35 |
| 5-7x1W 15-24VDC 0.3A | 12/14/14 | 0,3 | 5-7х1 | 80 |
| 10W 21-40V 0.3A AR111 | 21/30 | 0,3 | 10 | 338 |
| 12W 21-40V 0.3A AR11 | 18/30/22 | 0,3 | 12 | 321 |
| 3x2W 9-12VDC 0.4A MR16 | 12/28/18 | 0,4 | 3х2 | 18 |
| 3x2W 9-12VDC 0.45A | 12/14/14 | 0,45 | 3х2 | 54 |
Изготовление драйверов для светодиодов своими руками
Используя готовые микросхемы, радиолюбители могут самостоятельно собирать драйверы для светодиодов различной мощности. Для этого необходимо уметь читать электрические схемы и иметь навыки работы с паяльником. Для примера можно рассмотреть несколько вариантов LED-драйверов своими руками для светодиодов.
Схему драйвера для светодиода 3W можно реализовать на основе микросхемы PT4115 китайского производства PowTech. Микросхема может быть применена для питания LED-приборов свыше 1W и включает в себя блоки управления, которые имеют на выходе достаточно мощный транзистор. Драйвер на базе PT4115 обладает высокой эффективностью и имеет минимальное количество компонентов обвязки.
Обзор PT4115 и технические параметры ее компонентов:
- функция управление яркостью свечения (диммирование);
- входное напряжение – 6-30В;
- значение выходного тока – 1,2 А;
- отклонение стабилизации тока до 5%;
- предохранение от разрывов нагрузки;
- наличие выводов для диммирования;
- эффективность – до 97%.
Микросхема имеет следующие выводы:
- для выходного переключателя – SW;
- для сигнального и питающего участка схемы – GND;
- для регулирования яркости – DIM;
- входной датчик тока – CSN;
- напряжение питания – VIN;
Схема драйвера для светодиодов своими руками на базе PT4115
Схемы драйвера для питания LED-приборов рассеивающей мощностью 3 Вт могут быть исполнены в двух вариантах. Первый предполагает наличие источника питания напряжением от 6 до 30В. В другой схеме предусмотрено питание от источника переменного тока напряжением от 12 до 18В. В этом случае в схему введен диодный мост, на выходе которого устанавливается конденсатор. Он способствует сглаживанию колебаний напряжения, емкость его составляет 1000 мкФ.
Для первой и второй схемы особое значение имеет конденсатор (CIN): этот компонент призван уменьшить пульсацию и компенсировать накопленную катушкой индуктивности энергию при закрытии MOP-транзистора. В отсутствие конденсатора вся энергия индуктивности через полупроводниковый диод ДШБ (D) попадет на вывод напряжения питания (VIN) и станет причиной пробоя микросхемы относительно питания.
Полезный совет! Следует обязательно учитывать, что подключение драйвера для светодиодов в отсутствие входного конденсатора не разрешается.
Учитывая количество и то, сколько потребляют светодиоды, рассчитывается индуктивность (L). В схеме светодиодного драйвера следует подбирать индуктивность, величина которой 68-220 мкГн. Об этом свидетельствуют данные технической документации. Можно допустить небольшое увеличение значения L, однако следует учесть, что тогда снизится КПД схемы в целом.
Как только подается напряжение, величина тока при прохождении его через резистор RS (работает как датчик тока) и L будет нулевая. Далее, CS comparator анализирует уровни потенциалов, находящихся до резистора и после него – в результате появляется высокая концентрация на выходе. Ток, идущий в нагрузку, нарастает до определенного значения, контролируемого RS. Ток увеличивается в зависимости от значения индуктивности и от величины напряжения.
Сборка компонентов драйвера
Компоненты обвязки микросхемы РТ 4115 подбираются с учетом указаний производителя. Для CIN следует применять низкоимпедансный конденсатор (конденсатор с низким ESR), так как применение других аналогов негативно скажется на эффективности драйвера. Если устройство будет запитано от блока со стабилизированным током, на входе понадобится один конденсатор емкостью от 4,7 мкФ. Его рекомендуется разместить рядом с микросхемой. Если ток переменный, потребуется ввести твердотельный танталовый конденсатор, емкость которого не ниже 100 мкФ.
В схему включения для светодиодов 3 Вт необходимо установить катушку индуктивности на 68 мкГн. Она должна располагаться как можно ближе к выводу SW. Можно сделать катушку самостоятельно. Для этого потребуется кольцо из вышедшего из строя компьютера и обмоточный провод (ПЭЛ-0,35). В качестве диода D можно использовать диод FR 103. Его параметры: емкость 15 пФ, время восстановления 150 нс, температура от -65 до 150°С. Он может справиться с импульсами тока до 30 А.
Минимальная величина резистора RS в схеме светодиодного драйвера составляет 0,082 Ом, ток – 1,2 А. Чтобы рассчитать резистор, необходимо использовать значение тока, необходимого для светодиода. Ниже приведена формула для расчета:
RS = 0,1 / I ,
где I – номинальная величина тока LED-источника.
Величина RS в схеме светодиодного драйвера составляет 0,13 Ом, соответственно значение тока – 780 мА. Если такой резистор не удается отыскать, можно использовать несколько низкоомных компонентов, используя при расчете формулу сопротивления для параллельного и последовательного включения.
Компоновка драйвера для светодиода 10 Ватт своими руками
Собрать драйвер для мощного светодиода можно самостоятельно, используя электронные платы от вышедших из строя люминесцентных ламп. Чаще всего в таких светильниках перегорают лампы. Электронная плата остается рабочей, что позволяет использовать ее компоненты для самодельных блоков питания, драйверов и других устройств. Для работы могут понадобиться транзисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности (дроссели).
Неисправную лампу необходимо аккуратно разобрать с помощью отвертки. Чтобы сделать драйвер для светодиода 10 Вт, следует воспользоваться люминесцентной лампой, мощность которой 20 Вт. Это необходимо для того, чтобы дроссель мог с запасом выдержать нагрузку. Для более мощной лампы следует либо подбирать соответствующую плату, либо заменить сам дроссель на аналог с большим сердечником. Для LED-источников с меньшей мощностью можно отрегулировать число витков обмотки.
Далее поверх первичных витков обмотки необходимо сделать 20 витков провода и с помощью паяльника соединить эту обмотку с выпрямительным диодным мостом. После этого следует подать напряжение от сети 220В и измерить выходное напряжение на выпрямителе. Его значение составило 9,7В. LED-источник через амперметр потребляет 0,83 А. Номинал этого светодиода 900 мА, однако чтобы заниженное потребление тока позволит увеличить его ресурс. Сборка диодного моста осуществляется путем навесного монтажа.
Новую плату и диодный мост можно разместить в подставке от старого настольного светильника. Таким образом, светодиодный драйвер можно собрать самостоятельно из имеющихся в наличии радиодеталей от вышедших из строя устройств.
В силу того что светодиоды достаточно требовательны к источникам питания, необходимо правильно подбирать к ним драйвер. Если преобразователь выбран правильно, можно быть уверенным, что параметры LED-источников не ухудшатся и светодиоды прослужат положенный им срок.
Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.
В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.
Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:
Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.
Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.
Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.
Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.
Поверх первичной обмотки дросселя нужно намотать 20 витков эмальпровода. Затем припаиваем вторичную намотанную обмотку к выпрямительному диодному мостику. Подключаем к лампе напряжение 220В и измеряем напряжение на выходе с выпрямителя. Оно составило 9,7В. Светодиод, подключенный через амперметр, потребляет ток в 0,83А. У этого светодиода номинальный ток равен 900мА, но чтобы увеличить его ресурс в работе специально занижено потребление по току. Диодный мостик можно собрать на плате навесным монтажом.
Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.
Шаг третий. Сборка светодиодной настольной лампы.
Патрон для лампы на 220 вольт убираем. Светодиод мощностью 10Вт установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы. Абажур настольной лампы служит теплоотводом для светодиода.
Электронную плату питания и диодный мост разместил в корпусе подставки настольной лампы.
