Светодиодная иллюминация является относительно новым и перспективным направлением в обустройстве интерьеров и экстерьеров. При этом большая ответственность заключается в выборе комплектующих для такого искусственного источника. Правильно выбранная электроника, к которой относится и led driver, обеспечивает долговечную и бесперебойную эксплуатацию всего комплекса приборов.
Особенности работы
Схема светодиодного подключения подразумевает наличие источника тока постоянного типа. Соответственно к имеющимся лентам нужен источник питания не 220 В электросети, а значительно меньший уровень постоянного тока. Привести все к норме помогает led driver – специальный выпрямитель.
Для каждой цепи характерны физические параметры:
- своя мощность, Вт;
- сила тока, А;
- напряжение, В.
Поэтому необходимо рассчитать и выбрать соответствующий светодиодный драйвер. Нередко пользователи сталкиваются с тем, что готов проект схемы подключения, имеются в наличии светодиоды, а подобрать или купить оптимальный драйвер питания светодиодов нет возможности.
Фактически блок питания представляет собой небольшой по габаритам прибор, выдающий на контактах установленное производителями напряжение и силу тока. В идеале эти параметры не зависят от применяемой к нему нагрузки.
Подключение двух резисторов параллельно
Зная законы физики, можно рассчитать, что при подключении к источнику тока с напряжением 12В потребителя с сопротивлением 40 Ом (в качестве последнего может выступать резистор), то по цепи будет протекать 0,3 А. Если же в схеме будет участвовать пара таких параллельных резисторов, то ампераж поднимется до 0,6 А.
Драйвер для светодиода работает на поддержание стабильной силы тока. Значение напряжения в таком случае способно варьироваться. При подключении к нему во время выдачи 0,3 А резистора на 40 Ом, потребитель будет питаться напряжением в 12 В. Если же добавить параллельно второй резистор, то напряжение упадет до 6 В, а сила тока останется 0,3А.
Самые лучшие драйверы светодиодов обеспечивают любой нагрузке установленный производителями параметр тока, ни взирая на значительное падение напряжения. При этом потребители при опускании значения напряжения до 2 В и получении 0,3 А будут такими же яркими, как и при 3 В и 0,3 А.
Параметры для выбора
Грамотно выбрать драйвер для светодиодной ленты помогают технические параметры изделия. Одним из них является мощность. Она рассчитывается для любого источника питания. Мощность напрямую зависит от параметров компонентов и их количества. Допустимое максимальное значение указано на лицевой стороне упаковки или тыльной части самого изделия.
Мощность для силовых источников обязательно подбирается большей, чем имеющееся значение цепи. В противном случае произойдет повышение температуры блока.
Также обращаем внимание на силу тока и напряжение. Каждый завод маркирует свои изделия, указывая номинальный ампераж. Для светодиодов своими силами подбираем соответствующий светодиодный драйвер. Наиболее популярными являются диоды, потребляющие 0,35 А или 0,7 А. При этом ленты производители предлагают 12 В либо 24 В. Маркировка на блоках питания проводится в виде напряжения и мощности.
Так как драйверы для светодиодов могут располагаться сейчас в любых условиях, то важно обратить внимание на влагозащищенность и класс герметичности.
Нередко приходится применять диоды во влажных условиях, например рядом с бассейном или непосредственно в нем. Тогда требуется обращать внимание на показатель IP, который указывает защиту от проникновения влаги. Значение IPX6 демонстрирует возможность временного затопления, а IPX9 позволяет выдерживать значительное давление.
ВИДЕО: Светодиоды — питание (LED-драйверы)
Варианты подключения
Разберем несколько примеров, как подобрать драйвер для светодиодов. Можно разобрать все на схеме из шести диодов. Они могут подключаться несколькими способами, давая нужный результат.
.jpg)
Последовательно
В подобном случае выбираем источник с 12 В напряжения и током 0,3 А. Основное достоинство метода заключено в том, что по всему контуру к потребителям поступает равный ампераж. При этом все элементы испускают одинаковую яркость. Минусом подключения является необходимость при значительном увеличении диодов иметь в наличии источник с большим номинальным напряжением.
Параллельно
В такой ситуации достаточно светодиодного драйвера, выдающего на контактах 6 В. Однако, ток, который потреблять будет схема повысится в два раза до 0,6 А в сравнении с аналогичным последовательным подключением. Минусы заключаются в том, что токи протекающие для каждого участка, физически будут иметь отличия из-за физических параметров диодов. В результате получится небольшая разница в свечении участков.
.jpg)
В данных схемах, собранных своими руками, можно воспользоваться помощью драйверов для светодиодов, аналогичных параллельному соединению. При этом установится яркость равная для каждого участка цепи. В схеме имеется существенный минус. Он очевиден, так как при старте из-за небольших отличий в характеристиках какие-то элементы запустятся раньше других. В это время по ним станет поступать ток удвоенного номинала. Производители допускают кратковременное превышение значения, но применять на практике данную схему все же не рекомендуется. Перед тем, как подобрать драйвер для светодиодов, необходимо оценить все риски.
Соединять подобным образом более двух диодов ни в коем случае нельзя, ведь по каким-то из них пойдет чрезвычайно большой ампераж, что приведет к мгновенному выходу их из строя.
В приведенных примерах светодиодный драйвер брался в каждом случае с мощностью в 3,6 Вт. Это значение не влияло на способы подключения. Исходя из реального примера видно, что подбирать источник питания необходимо в процессе приобретения диодов. Вероятность выбора на следующих этапах существенно снижает шансы найти нужный блок.
Классификация элементов
На прилавках можно обнаружить два основных типа драйверов для светодиодов:
- импульсный тип
- линейный.
Первые являются приборами, обеспечивающими на выходе каскад импульсов высокой частоты. Последнее поколение их использует принцип широтно-импульсной модуляции. Фактически усредненный параметр силы тока рассчитывается как отношение ширины импульса к их периоду. Параметр определяется коэффициентом заполнения.
.jpg)
Линейные на выходе обеспечивают значение от генератора тока. Формируется стабилизация тока, а напряжение будет вариабельным. Все настройки проводятся в плавном режиме без образования электромагнитных высокочастотных помех. Даже при относительно небольшом КПД (около 85%) и простоте конструкции их сфера деятельности ограничивается маломощными лентами или светодиодными лампами.
ШИМ-драйверы являются более широко популярными из-за своих позитивных эксплуатационных характеристики:
- длительный срок работы;
- КПД до 95%;
- минимальные габариты.
Минусом для последних является высокий уровень помех, в отличие от линейных.
Дифференцируются драйверы по наличию или отсутствию гальванической развязки. В первом случае обеспечивается больший КПД, повышенная надежность и достаточная безопасность.
Для подключения к стандартной электросети светодиодов могут использоваться и тот, и другой тип драйверов, но преимущественными являются именно те, где есть гальваническая развязка. Именно она отвечает за безопасную эксплуатацию ламп. Если таковой развязки нет, всегда есть риск поражения током.
Срок эксплуатации
Даже сами производители заявляют о том, что драйвер служит меньше, чем оптика. Если последняя рассчитана на 30 тысяч часов, то выпрямитель в лучшем случае проработает 1000 часов. Связан такой разрыв во времени со следующими обстоятельствами:
- перепады напряжения в электросети как в большую, так и в меньшую сторону более чем на 5%;
- разница рабочей температуры в процессе работы;
- повышенная влажность, если речь идет о таких помещениях;
- интенсивность – чем больше работает и меньше выключается, тем длительнее срок работы.
Первое, что принимает на себя основной удар — сглаживающий конденсатор, у которых при повышенной влажности, температуре и при скачках напряжения начинает интенсивно испаряться электролит. При его недостатке уровень пульсаций увеличивает, что и приводит к выходу из строя лед-драйвера.
Но самое интересное, что сокращает срок работы неполная загруженность. Если вы купили элемент на 150 ватт, а нагрузка не превышает 70, оставшиеся 80 будут возвращаться в сеть и провоцировать ее перегруз. Всегда правильно выбирайте рабочие элементы, чтобы максимально сопоставить эффективность и реальные условия.
ВИДЕО: Простой источник питания для светодиодов
Светодиодные светильники получили массовое распространение, вследствие чего началось активное производство вторичных источников питания. Драйвер светодиодной лампы способен стабильно поддерживать заданные значения тока на выходе устройства, стабилизируя напряжение, проходящее через цепочку диодов.
Мы расскажем все о видах и принципах действия устройства преобразования тока для работы диодной лампочки. В предложенной нами статье приведены ориентиры выбора драйвера, даны полезные рекомендации. Самостоятельный домашние электрики у нас найдут проверенные на практике схемы подключения.
Диодные кристаллы состоят из двух полупроводников – анода (плюс) и катода (минус), которые и отвечают за трансформацию электросигналов. Одна область имеет проводимость P-вида, вторая – N. При подключении источника питания через эти элементы потечет ток.
За счет такой полярности электроны из зоны P-типа устремляются в зону N-типа, и наоборот, заряды из точки N устремятся к Р. Однако каждый раздел области имеет свои границы, называющиеся P-N переходами. На этих участках частицы встречаются и взаимопоглощаются или рекомбинируются.
Диод относится к полупроводниковым элементам и обладает только одним p-n переходом. По этой причине, главной характеристикой, определяющей степень яркости их свечения, является не напряжение, а ток
Во время P-N переходов напряжение снижается на определенное количество вольт, всегда одинаковое для каждого элемента цепи. Учитывая эти значения, драйвер стабилизирует показатели входящего тока и образует на выходе постоянную величину.
Какая требуется мощность и какие значения потерь при P-N прохождении указываются в паспорте светодиодного прибора. Поэтому при необходимо учитывать параметры блока питания, диапазон которых должен быть достаточным для компенсации утраченной энергии.
Для того, чтобы мощные светодиоды отработали указанное в характеристиках время, требуется стабилизирующее устройство – драйвер. На корпусе электронного механизма всегда показано его выходное напряжение
Блоки питания с напряжением от 10 до 36 В применяются для оснащения осветительных приборов.
Техника может быть самых различных видов:
- фары автомобилей, велосипедов, мотоциклов и т. д.;
- небольшие переносные или уличные фонари;
- , ленты, и модули.
Однако для , а также в случае использования постоянного напряжения, драйверы допустимо не применять. Вместо них в схему вносится резистор, также питающийся от сети 220 В.
Принцип работы блока питания
Разберемся, в чем же состоят различия между источником напряжения и блоком питания. В качестве примера рассмотрим схему, изображенную ниже.
Подключив к источнику питания 12 В резистор на 40 Ом, через него будет проходить ток в 300 мА (рисунок А). При параллельном включении в цепь второго резистора значение тока составит – 600 мА (Б). Однако напряжение будет неизменным.
Несмотря на подключение двух резисторов к источнику питания, второй на выходе будет создавать неизменное напряжение, т. к. при идеальных условиях не подчиняется нагрузке
Теперь рассмотрим, как изменятся значения, если в схеме будут подключены резисторы к блоку питания. Аналогичным образом вводим реостат 40 Ом с драйвером 300 мА. Последний создает на нем напряжение в 12 В (схема В).
Если же цепь составлена из двух резисторов, то величина тока неизменна, а напряжение составит 6 В (Г).
Драйвер в отличие от источника напряжения поддерживает на выходе заданные параметры тока, однако мощность напряжения может меняться
Делая выводы, можно сказать, что качественный преобразователь поставляет нагрузке номинальный ток даже при падении напряжения. Соответственно, кристаллы диодов на 2 В или на 3 В и током на 300 мА будут гореть одинаково ярко со сниженным напряжением.
Отличительные характеристики преобразователя
Один из важнейших показателей – передаваемая мощность под нагрузкой. Устройство нельзя перегружать и пытаться получить максимально возможные результаты.
Неправильное использование способствует быстрому выходу из строя не только обзорного механизма, но и LED чипов.
К главным факторам, влияющим на работу, относятся:
- составляющие элементы, используемые в процессе сборки;
- степень защиты (IP);
- минимальные и максимальные значения на входе и выходе;
- производитель.
Современные модели преобразователей выпускаются на базе микросхем и применяют технологию широтно-импульсных преобразований (ШИМ).
В процессе работы блока питания для регулирования величины выходящего напряжения внедрен метод широтно-импульсной модуляции, при этом на выходе сохраняется аналогичный род тока, что и на входе
Такие устройства отличаются высокой степенью защиты от коротких замыканий, перегрузок сети, а также обладают повышенным КПД.
Правила подбора преобразователя тока
Для приобретения преобразователя LED лампы следует изучить ключевые . Опираться стоит на выходное напряжение, номинальный ток и выдаваемую мощность.
Мощность световых диодов
Разберем изначально выходное напряжение, которое подчинено нескольким фактором:
- значение потерь напряжения на P-N переходах кристаллов;
- количество световых диодов в цепочке;
- схема подключения.
Параметры номинального тока можно определить по характерным особенностям потребителя, а именно мощности LED элементов и степени их яркости.
Этот показатель будет влиять на потребляемый кристаллами ток, диапазон которого варьируется исходя из необходимой яркости. Задача преобразователя - обеспечить этим элементам подачу нужного количества энергии.
Значение напряжения на выходе должно быть больше или идентичным общей сумме затраченной энергии на каждом блоке электросхемы
Мощность устройства зависит от силы каждого LED элемента, их цвета и количества.
Для просчета потребляемой энергии используют такую формулу:
P H = P LED * N ,
Полученные показатели не должны быть меньше мощности драйвера. Теперь необходимо определить требуемое номинальное значение.
Максимальная мощность прибора
Следует учитывать и тот факт, что для обеспечения стабильной работы преобразователя его номинальные показатели должны превышать на 20-30 % полученное значение P H .
Таким образом формула приобретает вид:
P max ≥ (1,2..1,3) * P H ,
где P max - номинальная мощность блока питания.
Помимо мощности и количества потребителей на плате, сила нагрузки также подчинена цветовым факторам потребителя. При одинаковом токе, в зависимости от оттенка, они имеют разные показатели падения напряжения.
Драйвер для LED лампы должен выдавать такое количество тока, которое необходимо для обеспечения максимальной яркости. При подборе устройства покупатель должен помнить о том, что мощность должна быть больше, чем используют все светодиоды
Возьмем для примера, светодиоды американской фирмы Cree из линейки XP-E в красном цвете.
Их характеристики выглядят следующим образом:
- падение напряжения 1,9-2,4 В;
- ток 350 мА;
- средняя мощность потребления 750 мВт.
Аналог зеленого цвета при том же токе, будет иметь совсем другие показатели: потери на P-N переходах 3,3-3,9 В, а мощность 1,25 Вт.
Соответственно можно сделать выводы: драйвер, рассчитанный на 10 Вт, применяется для питания двенадцати красных кристаллов или восьми зеленых.
Схема подключения светодиодов
Выбор драйвера должен осуществляться после определения схемы подключения LED-потребителей. Если в первую очередь приобрести световые диоды, а затем подбирать к ним преобразователь, этот процесс будет сопровождаться массой сложностей.
Для поиска устройства, обеспечивающего работу именно такого количества потребителей при заданной схеме подключения, придется потратить немало времени.
Приведем пример с шестью потребителями. Потери напряжения у них составляют 3 В, потребляемый ток 300 мА. Для их подключения можно использовать один из методов, при этом в каждом отдельном случае требуемые параметры блока питания будут отличаться.
Недостатком поочередного расположения диодов является потребность в блоке питании с большим напряжением, если в цепи будет много кристаллов
В нашем случае при последовательном подключении необходим блок на 18 В с током 300 мА. Основной плюс такого способа в том, что через всю линию проходит одинаковая сила, соответственно, все диоды горят с идентичной яркостью.
Минусом параллельного размещения потребителей является разность яркости свечения каждой цепочки. Такое негативное явление возникает из-за разброса параметров диодов вследствие различий между током, проходящим по каждой линии
Если применено параллельное размещение – достаточно использовать преобразователь на 9 В, однако значения затрачиваемого тока будет увеличено вдвое, в сравнении с предыдущим методом.
Метод последовательного расположения по два диода не может быть применен с заменой количества входящих в группу кристаллов – 3 и больше. Такие ограничения связаны с тем, что через один элемент может пройти слишком большой ток, а это создает вероятность выхода из строя всей цепи
Если используется последовательный метод с формированием пар по два светодиода, используется драйвер с аналогичными показателями, как в предыдущем случае. При этом яркость освещения будет уже равномерной.
Однако и здесь не обошлось без отрицательных нюансов: при подаче питания к группе, вследствие разброса характеристик один из светодиодов может открываться быстрее второго, соответственно, через него и пойдет ток, вдвойне превышающий номинальное значение.
Многие виды рассчитаны на подобные краткосрочные скачки, но такой метод относится к менее востребованным.
Виды драйверов по типу устройства
Приспособления, преобразующие питание 220 В на необходимые показатели для светодиодов, условно делятся на три категории: электронные; на базе конденсаторов; диммируемые.
Рынок светотехнических аксессуаров представлен обширным разнообразием моделей драйверов в основном китайского производителя. И несмотря на низкий ценовой диапазон, из этих приборов можно выбрать вполне достойный вариант. Однако стоит обращать внимание на гарантийный талон, т.к. не вся представленная продукция имеет приемлемое качество.
Электронный вид прибора
В идеальном варианте электронный преобразователь должен быть оснащен транзистором. Его роль состоит в осуществлении разгрузки регулировочной микросхемы. Для исключения или максимального сглаживания пульсации, на выходе монтируется конденсатор.
Такого типа устройство относится к дорогостоящей категории, однако оно способно стабилизировать ток до 750 мА, на что балластные механизмы неспособны.
Самые новые драйвера, в основном устанавливают на лампочки с цоколем E27. Исключение из правил – изделия Gauss GU5,3. Они оснащены безтрансформаторным преобразователем. Однако степень пульсации в них достигает нескольких сотен Гц
Пульсирование – это не единственный недостаток преобразователей. Вторым можно назвать электромагнитные помехи высокочастотного (ВЧ) диапазона. Так, если в розетку, связанную со светильником, будут подключаться другие электроприборы, например, радио - можно ожидать помехи при приеме цифровых FM-частот, телевидения, роутера и т. д.
В опциональном устройстве качественного прибора должны быть два конденсатора: один – электролитический для сглаживания пульсаций, другой – керамический, для понижения ВЧ. Однако такое сочетание можно встретить нечасто, особенно если говорить о китайских изделиях.
Те, кто имеет общие понятия в подобных электросхемах, могут самостоятельно подбирать выходные параметры электронного преобразователя, изменяя номинал резисторов
За счет высокого КПД (до 95%) такие механизмы подходят для мощных приборов, используемых в различных сферах, например, для тюнинга автомобилей, в уличных осветительных приборах, а также бытовых LED источниках.
Блок питания на основе конденсаторов
Теперь переходим к не столь популярным устройствам – на базе конденсаторов. Практически все схемы светодиодных ламп дешевого образца, где применены такого типа драйверы, имеют схожие характеристики.
Однако вследствие модификаций производителем они претерпевают изменения, например, удаление какого-либо элемента цепи. Особо часто этой деталью служит один из конденсаторов - сглаживающий.
Вследствие бесконтрольного заполнения рынка дешевым и некачественным товаром пользователи могут «ощущать» в лампах стопроцентную пульсацию. Даже не углубляясь в их устройство, можно утверждать об удалении из схемы сглаживающего элемента
Плюсов у таких механизмов всего два: они доступны для самостоятельной сборки, а их КПД приравнивается к стопроцентному, т. к. потери будут только на p-n переходах и сопротивлениях.
Такое же количество и отрицательных сторон: низкая электробезопасность и высокая степень пульсации. Второй недостаток составляет около 100 Гц и образуется в результате выпрямления переменного напряжения. В ГОСТе прописана норма допустимой пульсации в 10-20 % в зависимости от предназначения помещения, где установлен светотехнический прибор.
Единственный способ сгладить этот недостаток – подбор конденсатора с правильным номиналом. Тем не менее не стоит рассчитывать на полное устранение проблемы, – такое решение может всего лишь сгладить интенсивность всплесков.
Диммируемые преобразователи тока
Драйверы-светорегуляторы для позволяют менять входящие и выходящие показатели тока, при этом снижается или увеличивается степень яркости света, излучаемого диодами.
Существует два метода подключения:
- первый предполагает плавный пуск;
- второй – импульсный.
Рассмотри принцип работы диммируемых драйверов на основе микросхемы CPC9909, используемой в качестве регулирующего аппарата для светодиодных цепей, в том числе и с высокой яркостью.
Схема стандартного включения CPC9909 с питанием 220 В. Согласно схематическим указаниям, есть возможность управления одним или несколькими мощными потребителями
При плавном пуске микросхема с драйвером обеспечивает постепенное включение диодов с нарастающей яркостью. Для этого процесса задействуют два резистора, подключенные к выводу LD, предназначенного для выполнения задачи плавного диммирования. Так реализуется важная задача – продление срока эксплуатации LED элементов.
Этот же вывод обеспечивает и аналоговое регулирование - резистор на 2,2 кОм меняют на более мощный переменный аналог - 5,1 кОм. Таким образом достигается плавное изменение потенциала на выходе.
Применение второго способа предполагает подачу импульсов прямоугольного типа на низкочастотный вывод PWMD. При этом задействуют либо микроконтроллер, либо импульсный генератор, которые обязательно разделяются оптопарой.
С корпусом или без него?
Драйвера выпускаются в корпусе или без. Первый вариант является самым распространенным и более дорогим. Такие устройства защищены от попадания влаги и частиц пыли.
Приспособления второго типа применяются при проведении скрытого монтажа и, соответственно, отличаются дешевизной.
Питание всех представленных приборов может быть от сети 12 В или 220 В. Несмотря на то, что бескорпусные модели выигрывают в цене, они существенно отстают в плане безопасности и надежности механизма
Каждый из них отличается допустимой температурой в процессе эксплуатации – на это также необходимо обращать внимание при подборе.
Классическая схема драйвера
Для самостоятельной сборки LED блока питания разберемся с наиболее простым устройством импульсного типа, не имеющего гальванической развязки. Главное преимущество такого рода схем – простое подключение и надежная работа.
Схема такого механизма составлена из трех основных каскадных областей:
- Разделитель напряжения на емкостном сопротивлении.
- Выпрямитель.
- Стабилизаторы напряжения.
Первый участок – противодействие, оказываемое переменному току на конденсаторе С1 с резистором. Последний требуется исключительно для осуществления самостоятельной зарядки инертного элемента. На работу схемы он не оказывает влияния.
Когда образованная полуволна напряжения проходит через конденсатор, ток протекает до тех пор, пока обкладки полностью не зарядятся. Чем меньше емкость механизма, тем меньше времени будет затрачено на его полный заряд.
Например, прибор объемом 0,3-0,4 мкФ заряжается в течение 1/10 периода полуволны, т. е. всего десятая доля проходящего напряжения пройдет через этот участок.
Процесс выпрямления на этом участке выполняется по схеме Гретца. Диодный мост подбирается, отталкиваясь от номинального тока и обратного напряжения. При этом последнее значение не должно быть меньше 600 В
Второй каскад является электрическим устройством, преобразующим (выпрямляющим) переменный ток в пульсирующий. Такой процесс называется двухполупериодным. Поскольку одна часть полуволны была сглажена конденсатором, на выходе этого участка постоянный ток будет равен 20-25 В.
Так как питание светодиодов не должно превышать 12 В, для схемы необходимо использовать стабилизирующий элемент. Для этого вводится емкостный фильтр. Например, можно применять модель L7812
Третий каскад работает на базе сглаживающего стабилизирующего фильтра – электролитического конденсатора. Выбор его емкостных параметров зависит от силы нагрузки.
Поскольку собранная схема воспроизводит свою работу сразу, нельзя касаться оголенных проводов, т. к. проводимый ток достигает десятков ампер – предварительно проводится изоляция линий.
Выводы и полезное видео по теме
Все сложности, с которыми может столкнуться радиолюбитель, подбирающий преобразователь для мощных LED ламп, подробно описаны в видеосюжете:
Ключевые особенности самостоятельного подключения преобразовательного прибора в электросхему:
Поэтапный инструктаж, описывающий процесс сборки своими руками светодиодного драйвера из подручных средств:
Несмотря на заявленные производителем десятки тысяч часов бесперебойной работы светодиодных ламп, есть множество факторов, существенно снижающих эти показатели.
Для сглаживания всех прыжков тока в электросистеме предназначены драйверы. К их выбору или самостоятельной сборке нужно подходить ответственно после просчета всех необходимых параметров.
Расскажите о том, как подбирали драйвер для работы светодиодной лампочки. Поделитесь своими аргументами и способами стабилизации поставки напряжения диодному прибору освещения. Оставляйте комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы, размещайте фотоснимки по теме статьи.
Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет, чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.
Драйвера с питанием от 5В до 30В
Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер. Они бывают повышающие и понижающие. Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.
В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.
Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.
Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.
Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.
Включение 1 диода
Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.
Параллельное подключение
При параллельном соединении желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.
Рациональность применений каждого способа рассчитывают исходя из требований к изделию.
Последовательное подключение
Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт. В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.
Такое соединение применяют в любой светотехнике:
- светодиодные лампах для дома;
- led светильники;
- новогодние гирлянды на 220В;
- светодиодные ленты на 220.
В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.
Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление. Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.
Подключение RGB LED
Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.
Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.
Включение COB диодов
Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.
Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.
Подключение SMD5050 на 3 кристалла
От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов белого света, поэтому имеет 6 ножек. То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.
При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2. Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.
При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.
Светодиодная лента 12В SMD5630
Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.
Светодиодная лента RGB 12В SMD5050
В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.
Недавно один знакомый попросил меня помочь с проблемой. Он занимается разработкой LED ламп, попутно ими приторговывая. У него скопилось некоторое количество ламп, работающих неправильно. Внешне это выражается так – при включении лампа вспыхивает на короткое время (менее секунды) на секунду гаснет и так повторяется бесконечно. Он дал мне на исследование три таких лампы, я проблему решил, неисправность оказалась очень интересной (прямо в стиле Эркюля Пуаро) и я хочу рассказать о пути поиска неисправности.
LED лампа выглядит вот так:
Рис 1. Внешний вид разобранной LED лампы
Разработчик применил любопытное решение – тепло от работающих светодиодов забирается тепловой трубкой и передается на классический алюминиевый радиатор. По словам автора, такое решение позволяет обеспечить правильный тепловой режим для светодиодов, минимизируя тепловую деградацию и обеспечивая максимально возможный срок службы диодов. Попутно увеличивается срок службы драйвера питания диодов, так как плата драйвера оказывается вынесенной из теплового контура и температура платы не превышает 50 градусов Цельсия.
Такое решение – разделить функциональные зоны излучения света, отвода тепла и генерации питающего тока – позволило получить высокие эксплуатационные характеристики лампы по надежности, долговечности и ремонтопригодности.
Минус таких ламп, как ни странно, прямо вытекает из ее плюсов – долговечная лампа не нужна производителям:). Историю о сговоре производителей ламп накаливания о максимальном сроке службы в 1000 часов все помнят?
Ну и не могу не отметить характерный внешний вид изделия. Мой «госконтроль» (жена) не разрешил мне ставить эти лампы в люстру, где они видны.
Вернемся к проблемам драйвера.
Вот так выглядит плата драйвера:
Рис 2. Внешний вид платы LED драйвера со стороны поверхностного монтажа
И с обратной стороны:
Рис 3. Внешний вид платы LED драйвера со стороны силовых деталей
Изучение ее под микроскопом позволило определить тип управляющей микросхемы – это MT7930. Это микросхема контроля обратноходового преобразователя (Fly Back), обвешанная разнообразными защитами, как новогодняя елка – игрушками.
В МТ7930 встроены защиты:
От превышения тока ключевого элемента
понижения напряжения питания
повышения напряжения питания
короткого замыкания в нагрузке и обрыва нагрузки.
от превышения температуры кристалла
Декларирование защиты от короткого замыкания в нагрузке для источника тока носит скорее маркетинговый характер:)
Принципиальной схемы на именно такой драйвер добыть не удалось, однако поиск в сети дал несколько очень похожих схем. Наиболее близкая приведена на рисунке:
Рис 4. LED Driver MT7930. Схема электрическая принципиальная
Анализ этой схемы и вдумчивое чтение мануала к микросхеме привело меня к выводу, что источник проблемы мигания – это срабатывание защиты после старта. Т.е. процедура начального запуска проходит (вспыхивание лампы – это оно и есть), но далее преобразователь выключается по какой-то из защит, конденсаторы питания разряжаются и цикл начинается заново.
Внимание! В схеме присутствуют опасные для жизни напряжения! Не повторять без должного понимания что вы делаете!
Для исследования сигналов осциллографом надо развязать схему от сети, чтобы не было гальванического контакта. Для этого я применил разделительный трансформатор. На балконе в запасах были найдены два трансформатора ТН36 еще советского производства, датированные 1975 годом. Ну, это вечные устройства, массивные, залитые полностью зеленым лаком. Подключил по схеме 220 – 24 – 24 -220. Т.е. сначала понизил напряжение до 24 вольт (4 вторичных обмотки по 6.3 вольта), а потом повысил. Наличие нескольких первичных обмоток с отводами дало мне возможность поиграть с разными напряжениями питания – от 110 вольт до 238 вольт. Такое решение конечно несколько избыточно, но вполне пригодно для одноразовых измерений.
Рис 5. Фото разделительного трансформатора
Из описания старта в мануале следует, что при подаче питания начинает заряжаться конденсатор С8 через резисторы R1 и R2 суммарным сопротивлением около 600 ком. Два резистора применены из требований безопасности, чтобы при пробое одного ток через эту цепь не превысил безопасного значения.
Итак, конденсатор по питанию медленно заряжается (это время порядка 300-400 мс) и когда напряжение на нем достигает уровня 18,5 вольт – запускается процедура старта преобразователя. Микросхема начинает генерировать последовательность импульсов на ключевой полевой транзистор, что приводит к возникновению напряжения на обмотке Na. Это напряжение используется двояко – для формирования импульсов обратной связи для контроля выходного тока (цепь R5 R6 C5) и для формирования напряжения рабочего питания микросхемы (цепь D2 R9). Одновременно в выходной цепи возникает ток, который и приводит к зажиганию лампы.
Почему же срабатывает защита и по какому именно параметру?
Первое предположение
Срабатывание защиты по превышению выходного напряжения?
Для проверки этого предположения я выпаял и проверил резисторы в цепи делителя (R5 10 ком и R6 39 ком). Не выпаивая их не проверить, поскольку через обмотку трансформатора они запараллелены. Элементы оказались исправны, но в какой-то момент схема заработала!
Я проверил осциллографом формы и напряжения сигналов во всех точках преобразователя и с удивлением убедился, что все они – полностью паспортные. Никаких отклонений от нормы…
Дал схеме поработать часок – все ОК.
А если дать ей остыть? После 20 минут в выключенном состоянии не работает.
Очень хорошо, видимо дело в нагреве какого-то элемента?
Но какого? И какие же параметры элемента могут уплывать?
В этой точке я сделал вывод, что на плате преобразователя имеется какой-то элемент, чувствительный к температуре. Нагрев этого элемента полностью нормализует работу схемы.
Что же это за элемент?
Второе предположение
Подозрение пало на трансформатор. Проблема мыслилась так – трансформатор из-за неточностей изготовления (скажем на пару витков недомотана обмотка) работает в области насыщения и из-за резкого падения индуктивности и резкого нарастания тока срабатывает защита по току полевого ключа. Это резистор R4 R8 R19 в цепи стока, сигнал с которого подается на вывод 8 (CS, видимо Current Sense) микросхемы и используется для цепи ОС по току и при превышении уставки в 2.4 вольта отключает генерацию для защиты полевого транзистора и трансформатора от повреждений. На исследуемой плате стоит параллельно два резистора R15 R16 с эквивалентным сопротивлением 2,3 ома.
Но насколько я знаю, параметры трансформатора при нагреве ухудшаются, т.е. поведение системы должно быть другим – включение, работа минут 5-10 и выключение. Трансформатор на плате весьма массивный и тепловая постоянная у него ну никак не менее единиц минут.
Может, конечно в нем есть короткозамкнутый виток, который исчезает при нагреве?
Перепайка трансформатора на гарантированно исправный была в тот момент невозможна (не привезли еще гарантированно рабочую плату), поэтому оставил этот вариант на потом, когда совсем версий не останется:). Плюс интуитивное ощущение – не оно. Я доверяю своей инженерной интуиции.
К этому моменту я проверил гипотезу о срабатывании защиты по току, уменьшив резистор ОС по току вдвое припайкой параллельно ему такого же – это никак не повлияло на моргание лампы.
Значит, с током полевого транзистора все нормально и превышения по току нет. Это было хорошо видно и по форме сигнала на экране осциллографа. Пик пилообразного сигнала составлял 1,8 вольта и явно не достигал значения в 2,4 вольта, при котором микросхема выключает генерацию.
К изменению нагрузки схема также оказалась нечувствительна – ни подсоединение второй головки параллельно, ни переключение прогретой головы на холодную и обратно ничего не меняло.
Третье предположение
Я исследовал напряжение питания микросхемы. При работе в штатном режиме все напряжения были абсолютно нормальными. В мигающем режиме тоже, насколько можно было судить по формам сигналов на экране осциллографа.
По прежнему, система мигала в холодном состоянии и начинала нормально работать при прогреве ножки трансформатора паяльником. Секунд 15 погреть – и все нормально заводится.
Прогрев микросхемы паяльником ничего не давал.
И очень смущало малое время нагрева… что там может за 15 секунд измениться?
В какой-то момент сел и методично, логически отсек все гарантированно работающее. Раз лампа загорается - значит цепи запуска исправны.
Раз нагревом платы удается запустить систему и она часами работает - значит и силовые системы исправны.
Остывает и перестает работать - что-то зависит от температуры…
Трещина на плате в цепи обратной связи? Остывает и сжимается, контакт нарушается, нагревается, расширяется и контакт восстанавливается?
Пролазил тестером холодную плату - нет обрывов.
Что же еще может мешать переходу от режима запуска в рабочий режим?!!!
От полной безнадеги интуитивно припаял параллельно электролитическому конденсатору 10 мкф на 35 вольт по питанию микросхемы такой же.
И тут наступило счастье. Заработало!
Замена конденсатора 10 мкф на 22 мкф полностью решило проблему.
Вот он, виновник проблемы:
Рис 6. Конденсатор с неправильной емкостью
Теперь стал понятен механизм неисправности. Схема имеет две цепи питания микросхемы. Первая, запускающая, медленно заряжает конденсатор С8 при подаче 220 вольт через резистор в 600 ком. После его заряда микросхема начинает генерировать импульсы для полевика, запуская силовую часть схемы. Это приводит к генерации питания для микросхемы в рабочем режиме на отдельной обмотке, которое поступает на конденсатор через диод с резистором. Сигнал с этой обмотки также используется для стабилизации выходного тока.
Пока система не вышла в рабочий режим - микросхема питается запасенной энергией в конденсаторе. И ее не хватало чуть-чуть - буквально пары-тройки процентов.
Падения напряжения оказалось достаточно, чтобы система защиты микросхемы срабатывала по пониженному питанию и отключала все. И цикл начинался заново.
Отловить эту просадку напряжения питания осциллографом не получалось - слишком грубая оценка. Мне казалось, что все нормально.
Прогрев же платы увеличивал емкость конденсатора на недостающие проценты - и энергии уже хватало на нормальный запуск.
Понятно, почему только некоторая часть драйверов отказала при полностью исправных элементах. Сыграло роль причудливое сочетание следующих факторов:
Малая емкость конденсатора по питанию. Положительную роль сыграл допуск на емкость электролитических конденсаторов (-20% +80%), т.е. емкости номиналом 10 мкф в 80% случаев имеют реальную емкость около 18 мкф. Со временем емкость уменьшается из-за высыхания электролита.
Положительная температурная зависимость емкости электролитических конденсаторов от температуры. Повышенная температура на месте выходного контроля - достаточно буквально пары-тройки градусов и емкости хватает для нормального запуска. Если предположить, что на месте выходного контроля было не 20 градусов, а 25-27, то этого оказалось достаточно для практически 100% прохождения выходного контроля.
Производитель драйверов сэкономил конечно, применив емкости меньшего номинала по сравнению с референс дизайн из мануала (там указано 22 мкф) но свежие емкости при повышенной температуре и с учетом разброса +80% позволили партию драйверов сдать заказчику. Заказчик получил вроде бы работающие драйверы, которые со временем стали отказывать по непонятной причине. Интересно было бы узнать – инженеры производителя учли особенности поведения электролитических конденсаторов при повышении температуры и естественный разброс или это получилось случайно?
Наверное, каждый, даже начинающий радиолюбитель знает, что для того чтобы подключить обычный светодиод к источнику питания нужен всего один резистор. А как быть если светодиод мощный? Ватт так на 10. Как быть тогда?
Я вам покажу способ сделать простой драйвер для мощного светодиода всего из двух компонентов.
Для стабилизатора-драйвера нам понадобиться:
1. Резистор – .
2. Микросхема – LM317 – .
LM317 – это микросхема стабилизатор. Отлично подходит для конструирования регулируемых источников питания или драйверов для питания светодиодов, как в нашем случае.
Достоинства LM317
- Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 (включая напряжение светодиода – 3 В) до 37 В. Отличная характеристика, для автомобилистов: яркость не будет плавать на любых оборотах;
- Выходной ток до 1,5 можно подключать несколько мощных светодиодов;
Стабилизатор имеет встроенную систему защиты от перегрева и короткого замыкания. - Минусовое питание светодиода в схеме включения берется от источника питания, поэтому при креплении к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов, а корпус может играет роль большого теплоотвода для светодиода.
Схема драйвера для мощного светодиода
Я буду подключать светодиод на 3 Ватта.В итоге нам нужно будет рассчитать сопротивление под наш светодиод. Светодиод мощностью 1 Вт потребляет 350 мА, а 3-х ваттный – 700 мА (можно посмотреть в даташит). Микросхема LM317 – имеет опорное напряжение стабилизатора – 1,25 – это число постоянное. Его нужно поделить на ток и получиться сопротивление резистора. То есть: 1,25 / 0,7 = 1,78 Ом. Ток берем в амперах. Выбираем ближайший резистор по сопротивлению, так как резисторов сопротивлением 1,78 не бывает. Берем 1,8 и собираем схему.
Если мощность вашего светодиода превышает 1 Вт, то микросхему необходимо установить на радиатор. Вообще LM317 рассчитана на ток до 1,5.
Питать нашу схему можно напряжение от 3 до 37 вольт. Согласитесь, солидный диапазон питания получается. Но чем больше напряжение, тем больше греется микросхема, учтите это.
