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.
Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:
Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.
Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).
Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:
I LED = 0.1 / R
Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.
Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.
Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.
Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.
Для справки:
каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.
Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:
- Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
- Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.
Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:
Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.
Как работает схема
В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.
Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.
Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.
Важные нюансы сборки
Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.
Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).
Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).
Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.
В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .
Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.
При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.
Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.
Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.
Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.
Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.
И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.
К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:
- R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
- R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).
Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.
Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.
Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).
Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:
R = 0.1 / I LED [A]
Типовая схема включения выглядит так:
Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.
CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).
SN3350
SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).
Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:
R = 0.1 / I LED
Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.
Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).
Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.
Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.
Типовая схема включения:
Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).
ZXLD1350
Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.
Вот главные отличия:
- микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
- максимальный ток нагрузки - 350 мА;
- сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
- изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
- если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;
Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:
R = 0.1 / I LED
Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.
Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:
Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.
Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .
Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.
QX5241
QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).
В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).
Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.
Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.
Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:
- максимальный выходной ток - 2.5 А;
- КПД до 96%;
- максимальная частота диммирования - 5 кГц;
- максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
- точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
- напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
- выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED
Более подробно читайте в спецификации (на инглише).
Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:
Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.
Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.
Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).
AL9910
Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).
Вот ее основные характеристики:
- входное напряжение - до 500В (до 277В для переменки);
- встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
- возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
- встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
- рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
- для работы необходим внешний полевой транзистор;
- выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.
Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.
У каждого диода, в свою очередь, в описании указано падение напряжения при разных токах. Например, для красного диода 660 нм при токе 600 мА оно составит 2,5 В:
.jpg)
Количество диодов, которое можно подключить на драйвер, суммарным падением напряжения должно укладываться в пределы выходного напряжения драйвера. То есть на драйвер 50Вт 600 мА с выходным напряжением 60-83 В можно подключить от 24 до 33 красных диодов 660 нм. (То есть 2,5*24 = 60, 2,5*33 = 82,5).
Другой пример:
Хотим собрать биколорную лампу красный + синий. Выбрали соотношение красного к синему 3:1 и хотим рассчитать, какой драйвер нужно взять для 42 красных и 14 синих диодов. Считаем: 42*2,5 + 14*3,5 = 154 В. Значит, нам потребуется два драйвера 50 Вт 600 мА, на каждый будет приходиться 21 красных и 7 синих диодов, суммарное падение напряжения на каждом получится по 77 В, что попадает в его выходное напряжение.
Теперь несколько важных пояснений:
1) Не стоит искать драйвер мощностью более 50 Вт: они есть, но они менее эффективны, чем аналогичный набор драйверов меньшей мощности. Более того, они будут сильно греться, что потребует от Вас дополнительных расходов на более мощное охлаждение. Кроме тго, драйвера мощностью более 50Вт как правило сильно дороже, например драйвер на 100Вт может быть дороже чем 2 драйвера по 50Вт. Поэтому гнаться за ними не стоит. Да и надежнее когда цепи светодиодов разделены на секции, если вдруг что-то перегорит - то сгорит не все а только чать. Поэтому выгодно разделять на несколько драйверов, а не стремиться все повесить на один. Вывод: 50Вт - оптимальный вариант, не больше.
2) Ток у драйверов бывает разный: 300 мА, 600 мА, 750 мА - это ходовые. Других вариантов довольно много.
По большому счету, более эффективным с точки зрения КПД на 1 Вт будет использование драйвера на 300 мА, также он не будет сильно нагружать светодиоды, и они будут меньше греться и дольше прослужат. Но главный минус таких драйверов, что диоды будут работать "вполсилы", и поэтому их потребуется примерно в два раза больше, чем для аналога с 600 мА.
Драйвер с током 750 мА будет питать диоды на пределе возможностей, поэтому диоды будут очень сильно греться, и им потребуется очень мощное, хорошо продуманное охлаждение. Но даже несмотря на это, они в любом случае деградируют от перегрева раньше среднего срока "жизни" светодиодных ламп работающих например на 500-600 мА токе.
Поэтому мы рекомендуем использовать драйверы с током 600 мА. Они получаются самым оптимальным решением с точки зрения соотношения цена-эффективность-срок службы.
3) Мощность диодов указывается номинальная, то есть максимально возможная. Но на максимум они никогда не запитываются (почему - см. п.2). Реальную мощность диода рассчитать очень просто: необходимо ток используемого драйвера умножить на падение напряжения диода. Например, при подключении драйвера на 600 mA к красному диоду 660 нм мы получим реальное напряжение на диоде: 0,6(А) * 2,5(В) = 1,5 Вт.
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.
Микросхема PT4115 от компании PowTech продолжает зарабатывать положительные отзывы среди российских радиолюбителей. Малоизвестному китайскому производителю удалось вместить в компактном корпусе несколько блоков управления с мощным транзистором на выходе. Микросхема разработана для стабилизации тока и питания им светодиодов мощностью более 1 Вт. Драйвер на основе PT4115 имеет минимальную обвязку и высокий КПД. Убедиться в этом и узнать о тонкостях подбора элементов принципиальной схемы поможет данная статья.
Краткое описание микросхемы PT4115
Согласно официальной документации, LED драйвер с функцией диммирования на основе PT4115 обладает следующими техническими характеристиками:
- диапазон рабочего входного напряжения: 6–30В;
- регулируемый выходной ток до 1,2А;
- погрешность стабилизации выходного тока 5%;
- имеется защита от обрыва нагрузки;
- имеется вывод для регулировки яркости и включения/выключения при помощи DC или ШИМ;
- частота переключения до 1 МГЦ;
- КПД до 97%;
- обладает эффективным корпусом, с точки зрения рассеивания мощности.
Назначение выводов PT4115:
- SW. Вывод выходного переключателя (МОП-транзистора), который подключен непосредственно к его стоку.
- GND. Общий вывод сигнальной и питающей части схемы.
- DIM. Вход для задания диммирования.
- CSN. Вход с датчика тока.
- VIN. Вывод напряжения питания.
Микросхема PT4115 имеет отдельный вывод для управления включением и выключением светодиодов, а также возможностью регулировки яркости с помощью изменения уровня напряжения или ШИМ на выводе DIM.
Принципиальная схема драйвера
На рисунке представлены две принципиальные схемы драйвера для 3w светодиода на основе PT4115. Первая схема питается источником постоянного тока напряжением от 6 до 30 вольт. Вторую схему дополняет диодный мост, питается она источником переменного тока с напряжением 12-18В.
Важным элементом обоих схем является конденсатор C IN . Он непросто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия ключа (МОП-транзистора). Без C IN индуктивная энергия через диод Шоттки D поступит на вывод VIN и спровоцирует пробой микросхемы по питанию. Поэтому включение драйвера без входного конденсатора категорически запрещено.
Индуктивность L подбирается исходя из количества светодиодов и тока в нагрузке.
Согласно документации, в схеме драйвера для 3 ватного светодиода рекомендуется использовать индуктивность на 68-220 мкГн.
Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением номинала индуктивности в большую сторону. При этом снижается эффективность всей схемы, но схема остается работоспособной. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы компенсировать пульсации, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.
Резистор R S выполняет функцию датчика тока. В первый момент времени, при подаче входного напряжения ток через R S и L равен нулю. Затем внутрисхемный CS comparator сравнивает потенциалы до и после резистора R S и на его выходе появляется высокий уровень. Ток в нагрузке, ввиду наличия индуктивности, начинает плавно нарастать до величины, определяемой R S . Скорость увеличения тока зависит не только от величины индуктивности, но и от размера напряжения питания.
Работа драйвера основана на переключении компаратора внутри микросхемы, который постоянно сравнивает уровни напряжения на выводах IN и CSN. Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R S с максимальным отклонением от номинала 1%.
Для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM остаётся не задействован, а ток на выходе определяется исключительно номиналом R S . Управление диммированием (яркостью) можно осуществляться одним из двух вариантов.
Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0,5 до 2,5В. При этом ток будет меняться пропорционально уровню потенциала на выводе DIM. Дальнейший рост напряжения, до 5В, не влияет на яркость и соответствует 100% току в нагрузке. Снижение потенциала ниже 0,3В приводит к отключению всей схемы. Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания. Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц.
Конструкция и детали сборки
Выбор элементов, расположенных в обвязке микросхемы PT4115, следует производить на основании рекомендаций изготовителя. В качестве C IN рекомендуется использовать конденсатор с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Данный параметр является вредным и негативно влияет на КПД. При питании от стабилизированного источника достаточно одного входного конденсатора ёмкостью не менее 4,7 мкФ, который должен быть размещен в непосредственной близости от микросхемы. При питании от источника переменного тока компания PowTech указывает на необходимость монтажа танталового конденсатора ёмкостью более 100 мкФ.
Типовая схема включения PT4115 для 3w светодиода подразумевает установку катушки индуктивности на 68 мкГн, располагать ее следует максимально близко к выводу SW PT4115.
Катушку индуктивности можно сделать своими руками, используя кольцо из старого компьютера и провод ПЭЛ-0,35.
К диоду D выдвигаются особые требования: малое прямое падение напряжения, малое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при росте температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки. Этим условиям отвечает диод Шоттки FR103, способный выдерживать импульсы тока до 30А при температуре до 150°C.
Наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера для 3w светодиода – резистор R S . Минимальное значение R S =0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А. Его рассчитывают, исходя из необходимого тока питания светодиода, по формуле:
R S =0,1/I LED , где I LED – номинальное значение тока светодиода, А.
В схеме включения PT4115 для 3w светодиода значение R s составляет 0,13 Ом, что соответствует току 780 мА. В магазинах не всегда можно найти резистор такого номинала. Поэтому придется вспомнить формулы расчета суммарного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:
- R посл =R1+R2+…+R n ;
- R пар =(R1xR2)/(R1+R2).
Таким образом, можно с высокой точностью получить нужное сопротивление из нескольких низкоомных резисторов.
В заключение хочется ещё раз подчеркнуть важность стабилизации тока, а не напряжения для обеспечения нормальной длительной работы мощных светодиодов. Известны случаи, когда в светодиодах китайского происхождения ток плавно продолжает нарастать в течение некоторого времени после включения и останавливается на значении, превышающем паспортный номинал. Это приводит к перегреву кристалла и постепенному снижению яркости. Драйвер для 3w светодиода на микросхеме PT4115 – это гарантия стабильной светоотдачи в сочетании с высоким КПД при условии эффективного отвода тепла от кристалла.
Читайте так же
Загрузка...
