Правила подбора драйвера светодиодной лампы: виды, назначение + подключение

Распространение светодиодных светильников привело к активному производству вторичных источников питания. Драйвер светодиодной лампы способен стабильно поддерживать значения тока, установленные на выходе устройства, за счет стабилизации напряжения, проходящего через диодную цепочку.

Мы расскажем о типах и принципах работы устройства преобразования тока для работы диодной лампочки. В предлагаемой нами статье даны рекомендации по выбору драйвера, даны полезные рекомендации. Практичные схемы подключения найдут у нас независимые электрики.

Назначение и сфера использования

Диодные кристаллы состоят из двух полупроводников: анода (плюс) и катода (минус), которые отвечают за преобразование электрических сигналов. Одна область имеет проводимость типа P, другая — N. При подключении источника питания через эти элементы будет течь ток.

Из-за этой полярности электроны из зоны P-типа устремляются в зону N-типа, и наоборот, заряды из точки N устремляются к P. Однако каждый участок области имеет свои собственные границы, называемые PN переходами. В этих областях частицы встречаются и поглощают или рекомбинируют друг друга.

Диод относится к полупроводниковым элементам и имеет только один pn переход. По этой причине основной характеристикой, определяющей степень яркости их свечения, является не напряжение, а сила тока

Во время переходов PN напряжение уменьшается на определенное количество вольт, всегда одинаковое для каждого элемента схемы. Учитывая эти значения, драйвер стабилизирует входной ток и формирует постоянное выходное значение.

Какая мощность требуется и какие значения потерь при прохождении ПН указаны в паспорте светодиодного устройства. Поэтому при выборе диодной лампы необходимо учитывать параметры блока питания, диапазон которых должен быть достаточным для компенсации потерянной энергии.

Чтобы мощные светодиоды проработали указанное в характеристиках время, требуется стабилизирующее устройство — драйвер. Выходное напряжение электронного механизма всегда указано на корпусе

Источники питания напряжением от 10 до 36 В используются для оснащения осветительных приборов.

Техника бывает разных видов:

• фары автомобилей, велосипедов, мотоциклов и тд;
• небольшие переносные или уличные фонари;
• светодиодные ленты, ленты, потолочные светильники и модули.

Однако для маломощных светодиодов, а также в случае использования постоянного напряжения допустимо не использовать драйверы. Вместо этого в схему вводят резистор, также питающийся от сети 220 В.

Принцип работы блока питания

Разберемся, в чем отличия источника напряжения от блока питания. В качестве примера рассмотрим диаграмму ниже.

При подключении резистора 40 Ом к источнику питания 12 В через него будет протекать ток 300 мА (Рисунок A). Когда второй резистор подключен параллельно цепи, значение тока будет — 600 мА (В). Однако напряжение останется неизменным.

Несмотря на подключение двух резисторов к источнику питания, второй на выходе будет создавать постоянное напряжение, так как в идеальных условиях он не подчиняется нагрузке

Теперь посмотрим, как изменятся значения, если резисторы будут подключены к источнику питания в цепи. Точно так же мы представляем реостат на 40 Ом с драйвером на 300 мА. Последний создает на нем напряжение 12 В (цепь В).

Если схема состоит из двух резисторов, значение тока останется неизменным, а напряжение будет 6 В (G).

Драйвер, в отличие от источника напряжения, поддерживает на выходе заданные параметры тока, однако мощность напряжения может меняться

Делая выводы, можно сказать, что качественный преобразователь подает на нагрузку номинальный ток даже при падении напряжения. В результате кристаллы диодов 2 В или 3 В и ток 300 мА будут гореть одинаково ярко при пониженном напряжении.

Отличительные особенности преобразователя

Один из важнейших показателей — мощность, передаваемая под нагрузкой. Не перегружайте устройство и постарайтесь получить наилучший результат.

Неправильное использование способствует быстрому выходу из строя не только механизма отображения, но и светодиодных микросхем.

К основным факторам, влияющим на работу, относятся:

• строительные блоки, используемые в процессе сборки;
• степень защиты (IP);
• минимальные и максимальные значения на входе и выходе;
• режиссер.

Современные модели преобразователей производятся на основе микросхем и используют технологию широтно-импульсного преобразования (ШИМ).

В процессе работы источника питания вводится метод модуляции ширины импульса для регулировки значения выходного напряжения, при этом на выходе остается тот же тип тока, что и на входе

Такие устройства отличаются высокой степенью защиты от коротких замыканий, перегрузок сети, а также обладают повышенным КПД.

Текущие правила выбора конвертера

Чтобы приобрести преобразователь светодиодной лампы, следует изучить ключевые особенности устройства. Стоит полагаться на выходное напряжение, номинальный ток и мощность.

Мощность светодиода

Давайте проанализируем начальное выходное напряжение, которое зависит от нескольких факторов:

• величина потерь напряжения на PN переходах кристаллов;
• количество светодиодов в цепи;
• схема подключения.

Параметры номинального тока могут определяться характеристиками потребителя, а именно мощностью светодиодных элементов и степенью их яркости.

Этот индикатор будет влиять на ток, потребляемый кристаллами, диапазон которого варьируется в зависимости от требуемой яркости. Задача преобразователя — подавать на эти элементы необходимое количество энергии.

Значение выходного напряжения должно быть больше или равно общему количеству энергии, потребляемой на каждом блоке электрической цепи

Мощность устройства зависит от мощности каждого светодиодного элемента, их цвета и количества.

Для расчета потребления энергии используйте следующую формулу:

PH = PLED * N,

Где

• PLED — электрическая нагрузка, создаваемая диодом,
• N — количество кристаллов в цепочке.

Полученные показатели не должны быть меньше мощности водителя. Теперь необходимо определить требуемый номинал.

Максимальная мощность устройства

При этом следует учитывать, что для обеспечения стабильной работы преобразователя его номиналы должны превышать полученное значение PH на 20-30.

Тогда формула принимает вид:

Pmax ≥ (1,2..1,3) * PH,

где Pmax — номинальная мощность источника питания.

Помимо мощности и количества потребителей на плате, сопротивление нагрузки также зависит от цветовых факторов потребителя. При одинаковом токе в зависимости от оттенка у них разная скорость падения напряжения.

Драйвер светодиодной лампы должен подавать необходимый ток для обеспечения максимальной яркости. При выборе светильника покупатель должен помнить, что мощность должна быть выше, чем у всех светодиодов

Взять, к примеру, светодиоды американской компании Cree линейки XP-E красного цвета.

Их характеристики следующие:

• падение напряжения 1,9-2,4В;
• ток 350 мА;
• средняя потребляемая мощность 750 мВт.

Аналог зеленого цвета при таком же токе будет иметь совершенно другие показатели: потери на PN переходах 3,3-3,9 В и мощность 1,25 Вт.

В итоге можно сделать выводы: драйвер на 10 Вт используется для питания двенадцати красных или восьми зеленых кристаллов.

Схема подключения светодиодов

Выбор драйвера следует производить после определения схемы подключения потребителей светодиодов. Если сначала купить светодиоды, а потом подобрать к ним преобразователь, то этот процесс будет сопровождаться множеством сложностей.

Чтобы найти устройство, гарантирующее работу такого количества потребителей при определенной схеме подключения, придется потратить много времени.

Возьмем пример с шестью потребителями. У них потеря напряжения 3В, потребление тока 300мА. Для их подключения можно использовать один из способов, и в каждом случае требуемые параметры блока питания будут разными.

Недостатком чередующихся диодов является необходимость источника питания высокого напряжения, если в схеме много кристаллов

В нашем случае при последовательном подключении требуется блок 18В с током 300мА. Основное преимущество этого метода в том, что по всей линии проходит одинаковая сила, соответственно, все диоды горят с одинаковой яркостью.Недостатком параллельного размещения потребителей является разница в яркости свечения каждой цепочки. Это негативное явление возникает из-за разброса параметров диодов из-за разницы между током, протекающим через каждую линию

Если используется параллельное позиционирование, достаточно использовать преобразователь 9 В, однако значение потребляемого тока будет удвоено по сравнению с предыдущим методом.

Метод последовательного расположения двух диодов не может применяться при замене количества кристаллов, входящих в группу, — 3 и более. Такие ограничения связаны с тем, что через элемент может проходить слишком большой ток, и это создает вероятность выхода из строя всей цепи

Если используется последовательный метод с формированием пар из двух светодиодов, то используется драйвер с теми же характеристиками, что и в предыдущем случае. В этом случае яркость освещения уже будет равномерной.

Однако и здесь были некоторые отрицательные нюансы: при подаче питания на группу из-за разброса характеристик один из светодиодов может открываться быстрее второго, соответственно через него будет протекать ток, вдвое превышающий номинал.

Многие типы светодиодов домашнего освещения рассчитаны на такие кратковременные пики, но этот метод требуется меньше.

Типы драйверов по типу устройства

Устройства, преобразующие источник питания 220 В в индикаторы, необходимые для светодиодов, условно делят на три категории: электронные; на основе конденсаторов; диммируемый.

Рынок осветительных аксессуаров представлен самыми разнообразными моделями драйверов, в основном от китайского производителя. И, несмотря на невысокий ценовой диапазон, из этих устройств можно выбрать довольно приличный вариант. Однако стоит обратить внимание на гарантийный талон, ведь не вся представленная продукция имеет приемлемое качество.

Электронный дисплей устройства

В идеале электронный преобразователь должен быть оснащен транзистором. Его роль — разряжать управляющую микросхему. Для устранения или максимального сглаживания пульсаций на выходе установлен конденсатор.

Этот тип устройств относится к категории дорогих, но способен стабилизировать ток до 750 мА, на что не способны балластные механизмы.

Последние версии драйверов в основном устанавливаются на лампы накаливания E27. Исключением из правил являются изделия Gauss GU5.3. Они оснащены бестрансформаторным преобразователем. Однако степень пульсации в них достигает нескольких сотен Гц

Пульсация — не единственный недостаток преобразователей. Второй — это высокочастотные электромагнитные помехи (ВЧ). Таким образом, если другие электрические устройства, такие как радио, подключены к розетке, подключенной к лампе, могут возникнуть помехи при приеме цифровых FM-частот, телевидения, маршрутизатора и т.д.

В дополнительном устройстве высококачественного устройства должно быть два конденсатора: один — электролитический для ослабления пульсаций, другой — керамический для понижения радиочастоты. Однако такое сочетание встречается редко, особенно если речь идет о китайских товарах.

Те, кто имеет общие понятия в подобных схемах подключения, могут самостоятельно подобрать выходные параметры электронного преобразователя, изменив номинал резисторов

Благодаря высокому КПД (до 95%) такие механизмы подходят для мощных устройств, используемых в различных сферах, например, для тюнинга автомобилей, уличного освещения и бытовых светодиодных источников.

Конденсатор мощности

Теперь перейдем к не очень популярным устройствам на основе конденсаторов. Практически все схемы светодиодных ламп недорогого образца, в которых используются драйверы этого типа, имеют схожие характеристики.

Однако из-за модификаций производителя они претерпевают изменения, например, удаление элемента схемы. Особенно часто из этой части служит один из конденсаторов — пескоструйный.

Из-за неконтролируемого наполнения рынка дешевой и некачественной продукцией пользователи могут «чувствовать» 100% пульсацию в лампах. Даже не вникая в их структуру, можно поспорить об удалении выравнивающего элемента из схемы

У таких механизмов всего два преимущества: они доступны для самостоятельной сборки, а их КПД стопроцентный, поскольку потери будут только на переходах и pn резисторах.

Столько же недостатков: низкая электробезопасность и высокая степень пульсации. Второй недостаток — около 100 Гц и образован за счет выпрямления переменного напряжения. ГОСТ предписывает допустимую пульсацию 10-20% в зависимости от назначения помещения, в котором установлен осветительный прибор.

Единственный способ уменьшить этот недостаток — выбрать конденсатор правильного номинала. Однако не стоит рассчитывать на полное устранение проблемы — такое решение может только снизить интенсивность взрывов.

Диммируемые преобразователи тока

Регулируемые диммеры с драйвером светодиодов позволяют изменять показания входного и выходного тока, уменьшая или увеличивая яркость света, излучаемого диодами.

Есть два способа подключения:

• первый предполагает плавный старт;
• второй — импульс.

Рассмотрим принцип работы диммируемых драйверов на базе микросхемы CPC9909, используемой в качестве устройства управления цепями светодиодов, в том числе с повышенной яркостью.

Стандартная схема подключения для CPC9909 с питанием 220 В. Согласно схематическим указаниям можно управлять одним или несколькими мощными потребителями

При плавном запуске микросхема с драйвером обеспечивает плавное включение диодов с увеличением яркости. Для этого используются два резистора, подключенные к клемме LD, предназначенные для выполнения задачи сглаживания. Так решается важная задача: продление срока службы светодиодных элементов.

Этот же выход обеспечивает аналоговое регулирование: резистор 2,2 кОм заменен на более мощный переменный аналог — 5,1 кОм. Таким образом достигается постепенное изменение выходного потенциала.

Применение второго метода заключается в подаче прямоугольных импульсов на низкочастотный выход ШИМД. В этом случае используется микроконтроллер или генератор импульсов, которые обязательно разделены оптопарой.

С телом или без?

Драйверы доступны с корпусом или без него. Первый вариант — самый распространенный и самый дорогой. Такие устройства защищены от влаги и частиц пыли.

Устройства второго типа используются для скрытой установки и, соответственно, стоят недорого.

Все представленные устройства могут питаться от 12 В или 220 В. Несмотря на то, что модели с открытой рамой растут в цене, они заметно отстают по безопасности и надежности механизма

Каждый из них отличается допустимой температурой при эксплуатации — на это также необходимо обращать внимание при выборе.

Классическая пилотная схема

Для самостоятельной сборки блока питания светодиодов мы будем иметь дело с простейшим устройством импульсного типа, не имеющим гальванической развязки. Основные преимущества схемы такого типа — простота электромонтажа и надежная работа.

Схема преобразователя 220В выглядит как импульсный блок питания. На этапе сборки необходимо соблюдать все правила электробезопасности, так как нет ограничений на подаваемый ток

Схема этого механизма состоит из трех основных каскадных областей:

1. Емкостной разделитель напряжения.
2. Выпрямитель.
3. Защита от перенапряжения.

Первый участок — это противодействие переменному току через конденсатор С1 с резистором. Последнее необходимо только для самозагрузки инертной ячейки. Это не влияет на работу схемы.

Номинал резистора может быть от 100 кОм до 1 МОм, с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор должен быть электролитическим, а его эффективное пиковое значение напряжения составляет 400-500 В

Когда полуволна генерируемого напряжения проходит через конденсатор, ток течет до тех пор, пока пластины не будут полностью заряжены. Чем меньше емкость механизма, тем меньше времени потребуется для его полной зарядки.

Например, устройство объемом 0,3-0,4 мкФ заряжается за 1/10 периода полуволны, то есть через этот участок будет проходить только одна десятая передаваемого напряжения.

Процесс правки на этом участке осуществляется по схеме Гретца. Диодный мост выбирается исходя из номинального тока и обратного напряжения. В этом случае последнее значение не должно быть меньше 600В

Вторая ступень — электрическое устройство, преобразующее (выпрямляющее) переменный ток в пульсирующий. Этот процесс называется полной волной. Поскольку часть полуволны сглажена конденсатором, на выходе этого участка постоянный ток будет 20-25 В.

Поскольку напряжение питания светодиодов не должно превышать 12 В, необходимо использовать стабилизирующий элемент схемы. Для этого введен емкостной фильтр. Например, вы можете использовать модель L7812

Третий каскад работает на базе выравнивающего фильтра-стабилизатора — электролитического конденсатора. Выбор его емкостных параметров зависит от силы нагрузки.

Поскольку собранная схема сразу воспроизводит свою работу, касаться оголенных проводов невозможно, так как проводимый ток достигает десятков ампер — линии сначала изолируются.

Выводы и полезные видео по теме

Все трудности, с которыми может столкнуться радиолюбитель при выборе преобразователя для мощных светодиодных ламп, подробно описаны в видео:

Основные особенности самостоятельного включения преобразовательного устройства в электрическую схему:

Пошаговая инструкция, описывающая процесс сборки драйвера светодиода своими руками из доступных инструментов:

Несмотря на заявленные производителем десятки тысяч часов бесперебойной работы светодиодных ламп, существует множество факторов, существенно снижающих эти показатели.

Драйверы предназначены для сглаживания всех скачков тока в электрической системе. К их выбору или самостоятельной сборке нужно подойти ответственно после расчета всех необходимых параметров.

Расскажите, как вы выбрали драйвер для светодиодной лампы. Делитесь своими темами и методами стабилизации напряжения питания диодного светильника. Оставляйте комментарии в блоке ниже, задавайте вопросы, размещайте фото по теме статьи.