Ремонт светодиодных LED ламп на примерах. Драйверы для светодиодов: что это и для чего они нужны Не работает китайский драйвер для светодиодов

Неотъемлемой частью любой качественной лампы или светильника на светодиодах является драйвер. Применительно к освещению, под понятием «драйвер» следует понимать электронную схему, которая преобразует входное напряжение в стабилизированный ток заданной величины. Функциональность драйвера определяется шириной диапазона входных напряжений, возможностью регулировки выходных параметров, восприимчивостью к перепадам в питающей сети и эффективностью.

От перечисленных функций зависят качественные показатели светильника или лампы в целом, срок службы и стоимость. Все источники питания (ИП) для светодиодов условно разделяют на преобразователи линейного и импульсного типа. Линейные ИП могут иметь узел стабилизации по току или напряжению. Часто схемы такого типа радиолюбители конструируют своими руками на микросхеме LM317. Такое устройство легко собирается и имеет малую себестоимость. Но, ввиду очень низкого КПД и явного ограничения по мощности подключаемых светодиодов, перспективы развития линейных преобразователей ограничены.

Импульсные драйверы могут иметь КПД более 90% и высокую степень защиты от сетевых помех. Их мощность потребления в десятки раз меньше мощности, отдаваемой в нагрузку. Благодаря этому они могут изготавливаться в герметичном корпусе и не боятся перегрева.

Первые импульсные стабилизаторы имели сложное устройство без защиты от холостого хода. Затем они модернизировались и, в связи с бурным развитием светодиодных технологий, появились специализированные микросхемы с частотной и широтно-импульсной модуляцией.

Схема питания светодиодов на основе конденсаторного делителя

К сожалению, в конструкции дешёвых светодиодных ламп на 220В из Китая не предусмотрен ни линейный, ни импульсный стабилизатор. Мотивируясь исключительно низкой ценой готового изделия, китайская промышленность смогла максимально упростить схему питания. Называть её драйвером не корректно, так как здесь отсутствует какая-либо стабилизация. Из рисунка видно, что электрическая схема лампы рассчитана на работу от сети 220В. Переменное напряжение понижается RC-цепочкой и поступает на диодный мост. Затем выпрямленное напряжение частично сглаживается конденсатором и через токоограничивающий резистор поступает на светодиоды. Данная схема не имеет гальванической развязки, то есть все элементы постоянно находятся под высоким потенциалом.

В результате частые просадки сетевого напряжения приводит к мерцанию светодиодной лампы. И наоборот, завышенное напряжение сети вызывает необратимый процесс старения конденсатора с потерей ёмкости, а, иногда, становится причиной его разрыва. Стоит отметить, что еще одной, серьезной отрицательной стороной данной схемы является ускоренный процесс деградации светодиодов вследствие нестабильного тока питания.

Схема драйвера на CPC9909

Современные импульсные драйверы для светодиодных ламп имеют несложную схему, поэтому ее можно легко смастерить даже своими руками. Сегодня, для построения драйверов, производится ряд интегральных микросхем, специально предназначенных для управления мощными светодиодами. Чтобы упростить задачу любителям электронных схем, разработчики интегральных драйверов для светодиодов в документации приводят типичные схемы включения и расчеты компонентов обвязки.

Общие сведения

Американская компания Ixys наладила выпуск микросхемы CPC9909, предназначенной для управления светодиодными сборками и светодиодами высокой яркости. Драйвер на основе CPC9909 имеет небольшие габариты и не требует больших денежных вложений. ИМС CPC9909 изготавливается в планарном исполнении с 8 выводами (SOIC-8) и имеет встроенный стабилизатор напряжения.

Благодаря наличию стабилизатора рабочий диапазон входного напряжения составляет 12-550В от источника постоянного тока. Минимальное падение напряжения на светодиодах – 10% от напряжения питания. Поэтому CPC9909 идеальна для подключения высоковольтных светодиодов. ИМС прекрасно работает в температурном диапазоне от -55 до +85°C, а значит, пригодна для конструирования светодиодных ламп и светильников для наружного освещения.

Назначение выводов

Стоит отметить, что с помощью CPC9909 можно не только включать и выключать мощный светодиод, но и управлять его свечением. Чтобы узнать обо всех возможностях ИМС, рассмотрим назначение ее выводов.

VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
GND. Общий вывод драйвера.
GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.

Схема и ее принцип работы

Типичное включение CPC9909 с питанием от сети 220В показано на рисунке. Схема способна управлять одним или несколькими мощными светодиодами или светодиодами типа High Brightness. Схему можно легко собрать своими руками даже в домашних условиях. Готовый драйвер не нуждается в наладке с учетом грамотного выбора внешних элементов и соблюдением правил их монтажа.
Драйвер для светодиодной лампы на 220В на базе CPC9909 работает по методу частотно-импульсной модуляции. Это означает, что время паузы является постоянной величиной (time-off=const). Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается емкостным фильтром C1, C2. Затем оно поступает на вход VIN микросхемы и запускает процесс формирования импульсов тока на выходе GATE. Выходной ток микросхемы управляет силовым транзистором Q1. В момент открытого состояния транзистора (время импульса «time-on») ток нагрузки протекает по цепи: «+диодного моста» – LED – L – Q1 – R S – «-диодного моста».
За это время катушка индуктивности накапливает энергию, чтобы отдать её в нагрузку во время паузы. Когда транзистор закрывается, энергия дросселя обеспечивает ток нагрузки в цепи: L – D1 – LED – L.
Процесс носит циклический характер, в результате чего ток через светодиод имеет пилообразную форму. Наибольшее и наименьшее значение пилы зависит от индуктивности дросселя и рабочей частоты.
Частота импульсов определяется величиной сопротивления RT. Амплитуда импульсов зависит от сопротивления резистора RS. Стабилизация тока светодиода происходит путем сравнения внутреннего опорного напряжения ИМС с падением напряжения на R S . Предохранитель и терморезистор защищают схему от возможных аварийных режимов.

Расчет внешних элементов

Частотозадающий резистор

Длительность паузы выставляют внешним резистором R T и определяют по упрощенной формуле:

t паузы =R T /66000+0,8 (мкс).

В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:

t паузы =(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.

Датчик тока

Номинал сопротивления R S задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: R S =U CS /(I LED +0.5*I L пульс), где U CS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;

I LED – ток через светодиод;

I L пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*I LED .

После преобразования формула примет вид: R S =0,25/1.15*I LED (Ом).

Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: P S =R S *I LED *D (Вт).

К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.

Дроссель

Как известно, ток дросселя не может измениться скачком, нарастая за время импульса и убывая во время паузы. Задача радиолюбителя в том, чтобы подобрать катушку с индуктивностью, обеспечивающей компромисс между качеством выходного сигнала и её габаритами. Для этого вспомним об уровне пульсаций, который не должен превышать 30%. Тогда потребуется индуктивность номиналом:

L=(US LED *t паузы)/ I L пульс, где U LED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.

Фильтр питания

В цепи питания установлены два конденсатора: С1 – для сглаживания выпрямленного напряжения и С2 – для компенсации частотных помех. Так как CPC9909 работает в широком диапазоне входного напряжения, то в большой ёмкости электролитического С1 нет нужды. Достаточно будет 22 мкФ, но можно и больше. Емкость металлопленочного С2 для схемы такого типа стандартная – 0,1 мкФ. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не менее 400В.

Однако, производитель микросхемы настаивает на монтаже конденсаторов С1 и С2 с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), чтобы избежать негативного влияния высокочастотных помех, возникающих при переключении драйвера.

Выпрямитель

Диодный мост выбирают, исходя из максимального прямого тока и обратного напряжения. Для эксплуатации в сети 220В его обратное напряжение должно быть не менее 600В. Расчетная величина прямого тока напрямую зависит от тока нагрузки и определяется как: I AC =(π*I LED)/2√2, А.

Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.

Выбор остальных элементов схемы

Конденсатор C3, установленный в цепи питания микросхемы должен быть ёмкостью 0,1 мкФ с низким значением ESR, аналогично C1 и C2. Незадействованные выводы PWMD и LD также через C3 соединяются с общим проводом.

Транзистор Q1 и диод D1 работают в импульсном режиме. Поэтому выбор следует делать с учетом их частотных свойств. Только элементы с малым временем восстановления смогут сдержать негативное влияние переходных процессов в момент переключения на частоте около 100 кГц. Максимальный ток через Q1 и D1 равен амплитудному значению тока светодиода с учетом выбранного коэффициента заполнения: I Q1 =I D1 = D*I LED , А.

Напряжение, прикладываемое к Q1 и D1, носит импульсный характер, но не более, чем выпрямленное напряжение с учетом емкостного фильтра, то есть 280В. Выбор силовых элементов Q1 и D1 следует производить с запасом, умножая расчетные данные на два.

Предохранитель (fuse) защищает схему от аварийного короткого замыкания и должен длительно выдерживать максимальный ток нагрузки, в том числе импульсные помехи.

I FUSE =5*I AC , А.

Установка терморезистора RTH нужна для ограничения пускового тока драйвера, когда фильтрующий конденсатор разряжен. Своим сопротивлением RTH должен защитить диоды мостового выпрямителя от пробоя в начальные секунды работы.

R TH =(√2*220)/5*I AC , Ом.

Другие варианты включения CPC9909

Плавный пуск и аналоговое диммирование

При желании CPC9909 может обеспечить мягкое включение светодиода, когда его яркость будет постепенно нарастать. Плавный пуск реализуется при помощи двух постоянных резисторов, подключенных к выводу LD, как показано на рисунке. Данное решение позволяет продлить срок службы светодиода.

Также вывод LD позволяет реализовывать функцию аналогового диммирования. Для этого резистор 2,2 кОм заменяют переменным резистором 5,1 кОм, тем самым плавно изменяя потенциал на выводе LD.

Импульсное димирование

Управлять свечением светодиода можно путем подачи импульсов прямоугольной формы на вывод PWMD (pulse width modulation dimming). Для этого задействуют микроконтроллер или генератор импульсов с обязательным разделением через оптопару.

Кроме рассмотренного варианта драйвера для светодиодных ламп, существуют аналогичные схемные решения от других производителей: HV9910, HV9961, PT4115, NE555, RCD-24 и пр. Каждая из них имеет свои сильные и слабые места, но в целом, они успешно справляются с возложенной нагрузкой при сборке своими руками.

Читайте так же

В последнее время потребители всё чаще интересуются светодиодным освещением. Популярность LED ламп вполне обоснована – новая технология освещения не выделяет ультрафиолетового изучения, экономична, а срок службы таких ламп – более 10 лет. Кроме того, при помощи LED элементов в домашних и офисных интерьерах, на улице легко создать оригинальные световые фактуры.

Если вы решились приобрести для дома или офиса такие приборы, то вам стоит знать, что они очень требовательны к параметрам электросетей. Для оптимальной работы освещения вам понадобится LED — драйвер. Так как строительный рынок переполнен устройствами как различного качества так и ценовой политики, перед тем, как приобрести светодиодные устройства и блок питания к ним, не лишним будет ознакомиться с основными советами, которые дают специалисты в этом деле.

Для начала рассмотрим, для чего нужен такой аппарат как драйвер.

Каково предназначение драйверов?

Драйвер (блок питания) — это устройство, которое выполняет функции стабилизации тока, протекающего через цепь светодиодов, и отвечает за то, чтобы купленный вами прибор отработал гарантированное производителем количество часов. При подборе блока питания необходимо для начала досконально изучить его выходные характеристики, среди которых ток, напряжение, мощность, коэффициент полезного действия (КПД), а также степень его защиты т воздействия внешних факторов.

К примеру, от проходных характеристик тока зависит яркость светодиод. Цифровое обозначение напряжения отражает диапазон, в котором функционирует драйвер при возможных скачках напряжения. Ну и конечно чем выше КПД, тем более эффективно будет работать устройство, а срок его эксплуатации будет больше.

Где применяются LED драйвера?

Электронное устройство – драйвер — обычно питается от электрической сети в 220В, но рассчитан на работу и с очень низким напряжением в10, 12 и 24В. Диапазон рабочего выходного напряжения, в большинстве случаев, составляет от 3В до нескольких десятков вольт. К примеру, вам нужно подключить семь светодиодов напряжением 3В. В этом случае потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 24В, который рассчитан на 780 мА. Обратите внимание, что, несмотря на универсальность, такой драйвер будет обладать малым коэффициентом полезного действия, если дать ему минимальную нагрузку.

Если вам нужно установить освещение в авто, вставить лампу в фару велосипеда, мотоцикла, в один или два небольших уличных фонаря или в ручной фонарь, питания от 9 до 36В вам будет вполне достаточно.

LED –драйверы по мощнее необходимо будет выбирать, если вы намерены подключить светодиодную систему, состоящую из трех и более устройств, на улице, выбрали её для оформления своего интерьера, или же у вас есть настольные офисные светильники, которые работают не менее 8 часов в день.

Как работает драйвер?

Как мы уже рассказывали, LED — драйвер выступает источником тока. Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, подключим к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом. Через него пойдет ток величиной 300мА.

Теперь включим сразу два резистора. Суммарный ток составит уже 600мА.

Блок питания поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться. Подключим так же резистор 40Ом к драйверу 300мА.

Блок питания создаст на резисторе падение напряжения 12В.

Если подключить параллельно два резистора, ток также будет 300мА, а напряжение упадет в два раза.

Каковы основные характеристики LED — драйвера?

При подборе драйвера обязательно обращайте внимание на такие параметры, как выходное напряжение, потребляемая нагрузкой мощность (ток).

— Напряжение на выходе зависит от падения напряжения на светодиоде; количества светодиодов; от способа подключения.

— Ток на выходе блока питания определяется характеристиками светодиодов и зависит от их мощности и яркости, количества и цветового решения.

Остановимся на цветовых характеристиках LED — ламп. От этого, к слову, зависит мощность нагрузки. Например, средняя потребляемая мощность красного светодиода варьирует в пределах 740 мВт. У зеленого цвета средняя мощность составит уже около 1.20 Вт. На основании этих данных можно заранее просчитать, какой мощности драйвер вам понадобится.

P=Pled x N

где Pled - это мощность LED, N - количество подключаемых диодов.

Еще одно важное правило. Д ля стабильной работы блока питания запас по мощности должен быть хотя бы 25%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

Pmax ≥ (1.2…1.3)xP

где Pmax - это максимальная мощность блока питания.

Как правильно подсоединять светодиоды-LED?

Подключать светодиоды можно несколькими способами.

Первый способ – это последовательное введение. Здесь потребуется драйвер напряжением 12В и током 300мА. При таком способе светодиоды в лампе или на ленте горят одинаково ярко, но если вы решитесь подключить большее число светодиодов, вам потребуется драйвер с очень большим напряжением.

Второй способ — параллельное подключение. Нам подойдет блок питания на 6В, а тока будет потребляться примерно в два раза больше, чем при последовательном подключении. Есть и недостаток — одна цепь может светить ярче другой.

Последовательно-параллельное соединение – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих и от постоянного, и от переменного напряжения.

Четвертый способ — подключение драйвера последовательно по два. Он наименее предпочтителен.

Есть еще и гибридный вариант. Он соединил в себе достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов.

Специалисты советуют драйвер выбирать перед тем, как вы купите светодиоды, да еще и желательно предварительно определить схему их подключения. Так блок питания будет для вас более эффективно работать.

Линейные и импульсные драйверы. Каковы их принципы работы?

Сегодня для LED ламп и лент выпускают линейные и импульсные драйверы.
У линейного выходом служит генератор тока, который обеспечивает стабилизацию напряжения, не создавая при этом электромагнитных помех. Такие драйверы просты в использовании и не дорогие, но невысокий коэффициент полезного действия ограничивает сферу их применения.

Импульсные драйверы, наоборот, имеют высокий коэффициент полезного действия (около 96%), да еще и компактны. Драйвер с такими характеристиками предпочтительнее использовать для портативных осветительных приборов, что позволяет увеличить время работы источника питания. Но есть и минус – из-за высокого уровня электромагнитных помех он менее привлекателен.

Нужен светодиодный драйвер на 220В?

Для включения в сеть 220В выпускаются линейные и импульсные драйверы. При этом если блоки питания обладают гальванической развязкой (передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ним), они демонстрируют высокий коэффициент полезного действия, надежность и безопасность в эксплуатации.

Без гальванической развязки блок питания обойдется вам дешевле, но будет не столь надежным, потребует осторожности при подсоединении из-за опасности удара током.

При подборе параметров по мощности специалисты рекомендуют останавливать свой выбор на светодиодных драйверах с мощностью, превышающей необходимый минимум на 25%. Такой запас мощности не даст электронному прибору и питающему устройству быстро выйти из строя.

Стоит ли покупать китайские драйверы?

Made in China – сегодня на рынке можно встретить сотни драйверов различных характеристик, произведенных в Китае. Что же они собой представляют? В основном это устройства с импульсным источником тока на 350-700мА. Низкая цена и наличие гальванической развязки позволяют таким драйверам быть в спросе у покупателей. Но есть и недостатки прибора китайской сборки. Зачастую они не имеют корпуса, использование дешевых элементов снижает надежность драйвера, да еще и отсутствует защита от перегрева и колебаний в электросети.

Китайские драйверы, как и многие товары, выпускаемые в Поднебесной, недолговечны. Поэтому если вы хотите установить качественную систему освещения, которая прослужит вам ни один год, лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от проверенного производителя.

Каков срок службы led драйвера?

Драйверы, как и любая электроника, имеют свой срок эксплуатации. Гарантийный срок службы LED — драйвера составляет 30 000 часов. Но не стоит забывать, что время работы аппарата будет зависеть еще от нестабильности сетевого напряжения, уровня влажности и перепада температур, влияния на него внешних факторов.

Неполная загруженность драйвера также снижает срок эксплуатации прибора. К примеру, если LED – драйвер рассчитан на 200Вт, а работает на нагрузку 90Вт, половина его мощности возвращается в электрическую сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания и прибор может перегореть, сослужив вам всего год.

Следуйте нашим советам и тогда не придется часто менять светодиодные устройства.

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 ,

N – количество кристаллов в цепи.

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.

Сегодня я кратенько рассмотрю вопрос о том, какие драйверы устанавливают в LED лампы. Виды, типы, их характеристики. Сразу отмечу, что все драйверы светодиодных ламп можно разделить на два вида: электронные и на конденсаторах. О некоторых достоинствах и недостатках мы и поговорим сегодня. А по большому счету буду раскрывать более детально этот вопрос не много позднее и добавлять в данную статью. Таким образом, предполагаю, что "светодиодные драйверы для ламп" станет достаточно объемной. Тем более материала накопилось много.

Производят драйверы, рассчитанные на один или группу светодиодов. Рассчитанных на определенный ток.

Электронные драйверы для LED ламп

Драйвер для светодиодной лампы

Вообще, по хорошему, любой электронный драйвер должен иметь ключевой транзистор, дабы разгрузить микросхему управления драйвером. Чтобы исключить или по максимуму сгладить пульсацию на выходе должен стоять конденсатор. Стоимость драйверов такого типа не маленькая, в отличии от балластных, но зато они стабилизируют токи до 750 мА и выше, чего обычным «бесхребетным» не под силу. Можно. Но лучше больше 200 мА не использовать… Опять же опыт эксплуатации.

Пульсация – не один недостаток драйверов. Другим можно считать высокочастотные помехи. В случае, если ваша розетка связана с лампой (разводка квартиры), то не избежать проблем с приемом цифровым телевидением, IP и т.п. Естественно, будет проблематично поймать радио. Задался сейчас вопросом: “А Wi-Fi будет страдать?»… Надо поставить опыты…

В хороших драйверах для сглаживания пульсаций стоит установить электролиты, а для снижения ВЧ помех пойдет керамика. В идеале, когда в драйвере присутствует и тот и другой кондер. Но такое сочетание большая редкость. Особенно в китайских лампах. Есть некоторые «индивидуумы», но их очень мало. Когда-нибудь я поговорю о них.

Ну и еще одна общая информация. Для тех, кто любит «очумелые ручки». Вы всегда можете изменить выходной ток своего электронного драйвера, «балуясь» номиналом резисторов. Хотя, нужно ли? Уже выпускается огромное количество драйверов и подобрать нужный – не проблема. И не обязательно приобретать дорогущий. Китайцы давно научились штамповать вполне приличную электронику.

Перейдем к не менее распространенным так называемым драйверам – на конденсаторах. Я их всегда называю «так называемые». Почему? Это будет понятно из выводов в конце статьи.

Светодиодные драйверы для ламп на основе конденсаторов

Обратимся к любой стандартной схеме светодиодной лампы, использующей такие «драйверы»

Схема общая и в ряде случаев ее постоянно модифицируют. Особенно любят китайские производители выкидывать оттуда что-нибудь.

Часто в дешевых лампах мы можем «наблюдать» пульсацию в 100 процентов. В этом случае можно даже не заглядывать внутрь лампы, чтобы утверждать об отсутствии одного из конденсаторов. А именно второго. Т.к. первый необходим для регулировки выходного тока. Его – то уж точно никуда не денут))).

Для тех, кто желает самостоятельно собирать такие драйвера, есть формулы, которые можно найти в сети. И по ним рассчитать номинал конденсатора.

Это можно отнести к большому плюсу такого вида драйвера. Ведь мощность лампы можно подогнать простым подбором конденсатора. Минусом стоит отметить отсутствие электробезопасности. Прикасаться к включенной лампе руками запрещено. Электротравма обеспечена.

Еще одним плюсом можно отметить 100 процентный КПД, ведь потери будут только на самих LEDs и сопротивлениях.

Огромный минус – пульсация. Она берется в результате выпрямления сетевого напряжения и составляет порядка 100 Гц. Согласно ГОСТ и САНпИН пульсация допустима от 10-20 процентов и то, в зависимости от того, в каком помещении установлен источник света. Уменьшить пульсацию можно подбором номинала конденсатора №2. Но все-равно Вы не получите полного отсутствия, а только не много сгладите всплески.

Это второй и главный минус такого типа драйверов. Как говорится: то что дешево – не всегда полезно. А пульсация очень вредна для здорового организма. Да и для не здорового))).

Сравнение электронных и балластных драйверов для светодиодных ламп

Из всего выше сказанного (возможно путанно) можно сделать сравнительную характеристику между двумя типами драйверов для светодиодных ламп:

Драйверы	Балластные на конденсаторах	Электронные
Вероятность электротравмы	Высокая. За счет отсутствия гальванической развязки с сетью. Запрещено прикосновение к элементам руками при включенной лампе	Низкая
Высокие токи	Не возможно получить высокие токи для свечения диодов, в результате того, что необходимы конденсаторы большого размера. Конструктивно и лампа будет больших размеров. Кроме того, увеличенные конденсаторы влекут увеличение пусковых токов, что приводит к быстрому выходу из строя выключателей	Возможно получить без особых проблем
Пульсация	Большая. Порядка 100 Гц. Практически невозможно избавиться из-за необходимости внедрения конденсаторов большой емкости на выходе, фильтрующих пульсацию	Легко регулируется либо отсутствует
Схема	Схема очень простая. Легко собирается на коленке и не требует больших познаний в радиоэлеткронике	Схема сложная. С большим количеством электронных компонентов
Выходное напряжение	Легко регулируется	Выходной диапазон напряжения узкий
Стоимость	Низкая	Высокая
Регулировка тока	Путем изменения емкости входного конденсатора	Более сложная. Как правило только при помощи резисторов. И то не всегда. Все зависит от сложности собранной схемы

Какие светодиодные драйверы для ламп лучше, а какие хуже – решать Вам. У обоих есть как сильные так и слабые стороны. И те и другие можно использовать. Только в разных помещениях. Но для себя я ввел градацию простую. Никогда не считаю качественными лампами те, которые собраны на балластах из конденсаторов по причине пульсации. Я сторонник здорового образа жизни))) и поэтому определяю такие источники света сразу в мусор.

Видео материал на тему светодиодных драйверов для ламп

Ну и на последок, как уже повелось, предлагаю интересное видео о светодиодных драйверах. Вернее об одном, самом простом, который можно собрать на коленке самостоятельно.

Преимущества светодиодных лап рассматривались неоднократно. Обилие положительных отзывов пользователей светодиодного освещения волей-неволей заставляет задуматься о собственных лампочках Ильича. Все было бы неплохо, но когда дело доходит до калькуляции переоснащения квартиры на светодиодное освещения, цифры немного «напрягают».

Для замены обыкновенной лампы на 75Вт идёт светодиодная лампочка на 15Вт, а таких ламп надо поменять десяток. При средней стоимости около 10 долларов за лампу бюджет выходит приличный, да и еще нельзя исключить риск приобретения китайского «клона» с жизненным циклом 2-3 года. В свете этого многие рассматривают возможность самостоятельного изготовления этих девайсов.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Самый бюджетный вариант можно собирать своими руками из вот таких светодиодов. Десяток таких малюток стоит меньше доллара, а по яркости соответствует лампе накаливания на 75Вт. Собрать всё воедино не проблема, вот только напрямую в сеть их не подключишь – сгорят. Сердцем любой светодиодной лампы является драйвер питания. От него зависит, насколько долго и хорошо будет светить лампочка.

Что бы собрать светодиодную лампу своими руками на 220 вольт, разберёмся в схеме драйвера питания.

Параметры сети значительно превышают потребности светодиода. Что бы светодиод смог работать от сети требуется уменьшить амплитуду напряжения, силу тока и преобразовать переменное напряжение сети в постоянное.

Для этих целей используют делитель напряжения с резисторной либо ёмкостной нагрузкой и стабилизаторы.

Компоненты диодного светильника

Схема светодиодной лампы на 220 вольт потребует минимальное количество доступных компонентов.

Светодиоды 3,3В 1Вт – 12 шт.;
керамический конденсатор 0,27мкФ 400-500В – 1 шт.;
резистор 500кОм — 1Мом 0,5 — 1Вт – 1 ш.т;
диод на 100В – 4 шт.;
электролитические конденсаторы на 330мкФ и 100мкФ 16В по 1 шт.;
стабилизатор напряжения на 12В L7812 или аналогичный – 1шт.

Изготовление драйвера светодиодов на 220В своими руками

Схема лед драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.

В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность. Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.

Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:

Делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
диодный мост;
каскад стабилизации напряжения.

Первый каскад – ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).

При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения. Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.

Второй каскад – диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.

Третий каскад – сглаживающий стабилизирующий фильтр.

Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.

Что бы сгладить пульсацию напряжения параллельно цепи подключаем электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от мощности нашей нагрузки.

В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.

Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.

Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.

На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.

Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора

Диаграмма в схеме со стабилизатором

Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.

Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.

Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт. Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.