Виды и характеристики драйверов для светодиодных источников света. Алгоритм поиска неисправности в драйвере LED лампы или Эркюль Пуаро отдыхает Для чего нужен драйвер в светодиодной лампе

Для бесперебойной работы в светодиодных светильниках необходим источник питания, который будет подключаться к сети. Он называется драйвер для светодиодного светильника. Драйвер выполняет эту функцию, т.к. это и есть источник питания, задача которого - стабилизировать ток и напряжение в сети. Но как правильно подобрать нужный драйвер? Надо обращать внимание на его выходные параметры: параметр тока (в Амперах) и параметр напряжения (в Вольтах). Еще есть параметр мощности нагрузки устройства (W). Драйверы принято подбирать с запасом мощности и в разрешимом диапазоне выходного напряжения и, конечно же, обращать внимание на характеристику стабилизации тока. В противном случае, светильник подлежит утилизации или отправке на ремонт.

От драйвера также зависят такие характеристики, как:

уровень пульсации;
электробезопасность и др.

Характеристика светодиода определяют световой поток.

Выбор драйвера

Выбор драйвера во многом определяет место, где планируется установка светильника.

Например, в условиях складского помещения для светильника понадобится драйвер с рабочей температурой выше 0◦С и степенью влагостойкости от IP 20. Если освещать будем офис или любое другое административное помещение, где работают люди и нужна высокая освещаемость, то в таком случае надо брать во внимание и коэффициент пульсации: он не должен быть выше 5%. Границы входящего напряжения зависят от конкретных условий. Например, если в помещении установлено большое количество оборудования или оно достаточно мощное, то есть вероятность падения (скачков) напряжения в сети. В этом случае понадобится источник питания с универсальным входом.

Напряжение в сети офисных помещений обычно стабильно, и стандартного диапазона входных напряжений бывает более чем достаточно. Но в любом случае светодиодный светильник нуждается в корректоре коэффициента мощности, потому что прибавочная мощность оказывается выше порога в 25 Ватт. Есть модели, рассчитанные на внутреннее освещение. Это модели светильников PLD-40 и PLD-60. Их коэффициент пульсации не выше 20%, а значит, они подойдут для освещения помещений, не требовательных к яркому освещению. Драйверы таких моделей защищены от короткого замыкания и перегревов, а также имеют полное соответствие требованиям электромагнитной совместимости. Таким образом, примеры моделей PLD-40 и PLD-60 продемонстрировали нам прекрасное соответствие для стандартных светильников без регулировки освещения.

Требования к драйверам в зависимости от назначения светильника:

Если светильник устанавливается для наружного освещения, то главное требование для его драйвера – это широкий диапазон переносимых температур, гарантирующих исправную работу после длительного нахождения на морозе.

Вдобавок ко всему, здесь придется учитывать и уровень прочности корпуса. Потому что уличный светильник должен иметь абсолютную защиту от любых агрессивных воздействий, таких как пыль, грязь, химические испарения, вода (влагозащищенность должна быть IP 65). Охлаждением комплектующие светильника тоже не должны быть задеты.

Блок питания (кроме того, что он должен быть защищен указанным способом) должен обладать широким диапазоном входного напряжения ввиду того, что линии питания весьма нестабильны. Он должен быть надежно защищен от перепадов напряжения.

Если светильник устанавливается для освещения дорог, железной дороги, метро, то драйвер у такого светильника должен обладать виброустойчивостью. Этому способствует компаунд, который залит в блоки питания, что позволяет ему не воспринимать вибрации. В противном случае элементы просто отвалятся от платы при первой же вибрационной атаке.

От качества выполнения деталей драйвера зависят все параметры и возможности светильника. Среди них и такие важные, как уровень пульсации, диапазон рабочих температур, устойчивость к скачкам напряжения, температурный диапазон. Вот почему так важно качество комплектующих этого прибора. Как известно, светодиодный светильник led сам по себе является очень надежным осветительным прибором, отличающимся долговечностью. Однако он не сможет пройти весь срок своей службы, если не подойти должным образом к выбору драйвера в светодиодных лампах. Ведь основная причина выхода из строя светильника - не перегоревший светодиод, а плохой драйвер. Именно из-за него вам придется носить светильник на ремонт.

Комплектация светильника и как его подобрать

Обычный светодиодный светильник включает в себя всего несколько элементов:

светодиоды;
корпус;
теплоотвод;
радиатор;
драйвер.

Если комплект стандартный, как же тогда подобрать светильник, чтобы его предустановленный драйвер прослужил как можно дольше?

Как мы уже выяснили, драйвер необходим в целях стабилизации тока, который питает светодиоды, мощностью 1 Ватт.

Для исправной работы светодиодов от источника питания необходимо понизить напряжение. У каждого светильника есть следующие параметры, которые необходимо учитывать при выборе оптимального драйвера. Поговорим о них подробнее:

Мощность. Максимальная мощность у драйвера показывает, какую максимальную нагрузку он выдержит. К примеру, если на маркировке указанно (30х36)х1W, это значит, что к этому драйверу можно подключить 30 или 36 светодиодов мощностью 1 Ватт. Если мы говорим о подключении светодиодной ленты на 12-24 Вольт, то следует учесть, что источники питания для них ограничивают напряжение, а вовсе не ток.

А значит, мы должны внимательно следить за мощностью нагрузки, подключенной к блоку питания. В таком случае мощность драйвера ни в коем случае не должна быть ниже мощности цепи, иначе блок питания просто «сгорит».

Номинальные параметры тока и напряжения. Этот параметр указывается производителем на всех светодиодах, соответственно, и драйвер необходимо подбирать по этой отметке. Максимальный номинальный ток составляет 350 мА. При такой отметке в работе надо использовать источник питания с силой тока в интервале 300-330 мА. Это справедливо для любого вида подключения. Такой диапазон рабочего тока рекомендован для того, чтобы не сократить срок годности светильника, ведь теплоотвод может не выполнять свои функции в полной мере.
Класс герметичности и влагостойкости (защищенности). В настоящее время класс защиты определяется двумя цифрами, стоящими после IP. Первая цифра говорит о степени защиты от твердых воздействий (пыли, грязи, песка, льда). Вторая – о жидких средах (воде, веществах). Однако о требуемой температуре, при которой светильник может использоваться класс IP, ничего не сообщает. Можно или нельзя охлаждать, зависит от прочности корпуса.

Надо с не меньшей ответственностью подходить к покупке драйвера для светильника, чем к покупке самого светильника, потому что именно источник питания является гарантом долгой, исправной службы всего устройства. Если вы никак не можете выбрать подходящий драйвер для светильников, то его можно сделать своими руками. Схема сборки весьма проста.

Недавно один знакомый попросил меня помочь с проблемой. Он занимается разработкой LED ламп, попутно ими приторговывая. У него скопилось некоторое количество ламп, работающих неправильно. Внешне это выражается так – при включении лампа вспыхивает на короткое время (менее секунды) на секунду гаснет и так повторяется бесконечно. Он дал мне на исследование три таких лампы, я проблему решил, неисправность оказалась очень интересной (прямо в стиле Эркюля Пуаро) и я хочу рассказать о пути поиска неисправности.

LED лампа выглядит вот так:

Рис 1. Внешний вид разобранной LED лампы

Разработчик применил любопытное решение – тепло от работающих светодиодов забирается тепловой трубкой и передается на классический алюминиевый радиатор. По словам автора, такое решение позволяет обеспечить правильный тепловой режим для светодиодов, минимизируя тепловую деградацию и обеспечивая максимально возможный срок службы диодов. Попутно увеличивается срок службы драйвера питания диодов, так как плата драйвера оказывается вынесенной из теплового контура и температура платы не превышает 50 градусов Цельсия.

Такое решение – разделить функциональные зоны излучения света, отвода тепла и генерации питающего тока – позволило получить высокие эксплуатационные характеристики лампы по надежности, долговечности и ремонтопригодности.
Минус таких ламп, как ни странно, прямо вытекает из ее плюсов – долговечная лампа не нужна производителям:). Историю о сговоре производителей ламп накаливания о максимальном сроке службы в 1000 часов все помнят?

Ну и не могу не отметить характерный внешний вид изделия. Мой «госконтроль» (жена) не разрешил мне ставить эти лампы в люстру, где они видны.

Вернемся к проблемам драйвера.

Вот так выглядит плата драйвера:

Рис 2. Внешний вид платы LED драйвера со стороны поверхностного монтажа

И с обратной стороны:

Рис 3. Внешний вид платы LED драйвера со стороны силовых деталей

Изучение ее под микроскопом позволило определить тип управляющей микросхемы – это MT7930. Это микросхема контроля обратноходового преобразователя (Fly Back), обвешанная разнообразными защитами, как новогодняя елка – игрушками.

В МТ7930 встроены защиты:

От превышения тока ключевого элемента
понижения напряжения питания
повышения напряжения питания
короткого замыкания в нагрузке и обрыва нагрузки.
от превышения температуры кристалла

Декларирование защиты от короткого замыкания в нагрузке для источника тока носит скорее маркетинговый характер:)

Принципиальной схемы на именно такой драйвер добыть не удалось, однако поиск в сети дал несколько очень похожих схем. Наиболее близкая приведена на рисунке:

Рис 4. LED Driver MT7930. Схема электрическая принципиальная

Анализ этой схемы и вдумчивое чтение мануала к микросхеме привело меня к выводу, что источник проблемы мигания – это срабатывание защиты после старта. Т.е. процедура начального запуска проходит (вспыхивание лампы – это оно и есть), но далее преобразователь выключается по какой-то из защит, конденсаторы питания разряжаются и цикл начинается заново.

Внимание! В схеме присутствуют опасные для жизни напряжения! Не повторять без должного понимания что вы делаете!

Для исследования сигналов осциллографом надо развязать схему от сети, чтобы не было гальванического контакта. Для этого я применил разделительный трансформатор. На балконе в запасах были найдены два трансформатора ТН36 еще советского производства, датированные 1975 годом. Ну, это вечные устройства, массивные, залитые полностью зеленым лаком. Подключил по схеме 220 – 24 – 24 -220. Т.е. сначала понизил напряжение до 24 вольт (4 вторичных обмотки по 6.3 вольта), а потом повысил. Наличие нескольких первичных обмоток с отводами дало мне возможность поиграть с разными напряжениями питания – от 110 вольт до 238 вольт. Такое решение конечно несколько избыточно, но вполне пригодно для одноразовых измерений.

Рис 5. Фото разделительного трансформатора

Из описания старта в мануале следует, что при подаче питания начинает заряжаться конденсатор С8 через резисторы R1 и R2 суммарным сопротивлением около 600 ком. Два резистора применены из требований безопасности, чтобы при пробое одного ток через эту цепь не превысил безопасного значения.

Итак, конденсатор по питанию медленно заряжается (это время порядка 300-400 мс) и когда напряжение на нем достигает уровня 18,5 вольт – запускается процедура старта преобразователя. Микросхема начинает генерировать последовательность импульсов на ключевой полевой транзистор, что приводит к возникновению напряжения на обмотке Na. Это напряжение используется двояко – для формирования импульсов обратной связи для контроля выходного тока (цепь R5 R6 C5) и для формирования напряжения рабочего питания микросхемы (цепь D2 R9). Одновременно в выходной цепи возникает ток, который и приводит к зажиганию лампы.

Почему же срабатывает защита и по какому именно параметру?

Первое предположение

Срабатывание защиты по превышению выходного напряжения?

Для проверки этого предположения я выпаял и проверил резисторы в цепи делителя (R5 10 ком и R6 39 ком). Не выпаивая их не проверить, поскольку через обмотку трансформатора они запараллелены. Элементы оказались исправны, но в какой-то момент схема заработала!

Я проверил осциллографом формы и напряжения сигналов во всех точках преобразователя и с удивлением убедился, что все они – полностью паспортные. Никаких отклонений от нормы…

Дал схеме поработать часок – все ОК.

А если дать ей остыть? После 20 минут в выключенном состоянии не работает.

Очень хорошо, видимо дело в нагреве какого-то элемента?

Но какого? И какие же параметры элемента могут уплывать?

В этой точке я сделал вывод, что на плате преобразователя имеется какой-то элемент, чувствительный к температуре. Нагрев этого элемента полностью нормализует работу схемы.
Что же это за элемент?

Второе предположение

Подозрение пало на трансформатор. Проблема мыслилась так – трансформатор из-за неточностей изготовления (скажем на пару витков недомотана обмотка) работает в области насыщения и из-за резкого падения индуктивности и резкого нарастания тока срабатывает защита по току полевого ключа. Это резистор R4 R8 R19 в цепи стока, сигнал с которого подается на вывод 8 (CS, видимо Current Sense) микросхемы и используется для цепи ОС по току и при превышении уставки в 2.4 вольта отключает генерацию для защиты полевого транзистора и трансформатора от повреждений. На исследуемой плате стоит параллельно два резистора R15 R16 с эквивалентным сопротивлением 2,3 ома.

Но насколько я знаю, параметры трансформатора при нагреве ухудшаются, т.е. поведение системы должно быть другим – включение, работа минут 5-10 и выключение. Трансформатор на плате весьма массивный и тепловая постоянная у него ну никак не менее единиц минут.
Может, конечно в нем есть короткозамкнутый виток, который исчезает при нагреве?

Перепайка трансформатора на гарантированно исправный была в тот момент невозможна (не привезли еще гарантированно рабочую плату), поэтому оставил этот вариант на потом, когда совсем версий не останется:). Плюс интуитивное ощущение – не оно. Я доверяю своей инженерной интуиции.

К этому моменту я проверил гипотезу о срабатывании защиты по току, уменьшив резистор ОС по току вдвое припайкой параллельно ему такого же – это никак не повлияло на моргание лампы.

Значит, с током полевого транзистора все нормально и превышения по току нет. Это было хорошо видно и по форме сигнала на экране осциллографа. Пик пилообразного сигнала составлял 1,8 вольта и явно не достигал значения в 2,4 вольта, при котором микросхема выключает генерацию.

К изменению нагрузки схема также оказалась нечувствительна – ни подсоединение второй головки параллельно, ни переключение прогретой головы на холодную и обратно ничего не меняло.

Третье предположение

Я исследовал напряжение питания микросхемы. При работе в штатном режиме все напряжения были абсолютно нормальными. В мигающем режиме тоже, насколько можно было судить по формам сигналов на экране осциллографа.

По прежнему, система мигала в холодном состоянии и начинала нормально работать при прогреве ножки трансформатора паяльником. Секунд 15 погреть – и все нормально заводится.

Прогрев микросхемы паяльником ничего не давал.

И очень смущало малое время нагрева… что там может за 15 секунд измениться?

В какой-то момент сел и методично, логически отсек все гарантированно работающее. Раз лампа загорается - значит цепи запуска исправны.
Раз нагревом платы удается запустить систему и она часами работает - значит и силовые системы исправны.
Остывает и перестает работать - что-то зависит от температуры…
Трещина на плате в цепи обратной связи? Остывает и сжимается, контакт нарушается, нагревается, расширяется и контакт восстанавливается?
Пролазил тестером холодную плату - нет обрывов.

Что же еще может мешать переходу от режима запуска в рабочий режим?!!!

От полной безнадеги интуитивно припаял параллельно электролитическому конденсатору 10 мкф на 35 вольт по питанию микросхемы такой же.

И тут наступило счастье. Заработало!

Замена конденсатора 10 мкф на 22 мкф полностью решило проблему.

Вот он, виновник проблемы:

Рис 6. Конденсатор с неправильной емкостью

Теперь стал понятен механизм неисправности. Схема имеет две цепи питания микросхемы. Первая, запускающая, медленно заряжает конденсатор С8 при подаче 220 вольт через резистор в 600 ком. После его заряда микросхема начинает генерировать импульсы для полевика, запуская силовую часть схемы. Это приводит к генерации питания для микросхемы в рабочем режиме на отдельной обмотке, которое поступает на конденсатор через диод с резистором. Сигнал с этой обмотки также используется для стабилизации выходного тока.

Пока система не вышла в рабочий режим - микросхема питается запасенной энергией в конденсаторе. И ее не хватало чуть-чуть - буквально пары-тройки процентов.
Падения напряжения оказалось достаточно, чтобы система защиты микросхемы срабатывала по пониженному питанию и отключала все. И цикл начинался заново.

Отловить эту просадку напряжения питания осциллографом не получалось - слишком грубая оценка. Мне казалось, что все нормально.

Прогрев же платы увеличивал емкость конденсатора на недостающие проценты - и энергии уже хватало на нормальный запуск.

Понятно, почему только некоторая часть драйверов отказала при полностью исправных элементах. Сыграло роль причудливое сочетание следующих факторов:

Малая емкость конденсатора по питанию. Положительную роль сыграл допуск на емкость электролитических конденсаторов (-20% +80%), т.е. емкости номиналом 10 мкф в 80% случаев имеют реальную емкость около 18 мкф. Со временем емкость уменьшается из-за высыхания электролита.
Положительная температурная зависимость емкости электролитических конденсаторов от температуры. Повышенная температура на месте выходного контроля - достаточно буквально пары-тройки градусов и емкости хватает для нормального запуска. Если предположить, что на месте выходного контроля было не 20 градусов, а 25-27, то этого оказалось достаточно для практически 100% прохождения выходного контроля.

Производитель драйверов сэкономил конечно, применив емкости меньшего номинала по сравнению с референс дизайн из мануала (там указано 22 мкф) но свежие емкости при повышенной температуре и с учетом разброса +80% позволили партию драйверов сдать заказчику. Заказчик получил вроде бы работающие драйверы, которые со временем стали отказывать по непонятной причине. Интересно было бы узнать – инженеры производителя учли особенности поведения электролитических конденсаторов при повышении температуры и естественный разброс или это получилось случайно?

Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.

Назначение

Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов. Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.

Принцип работы

Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.

Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.

Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.

Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.

Подключим так же резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.

Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.

Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:

Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.

Основные характеристики

При подборе нужно учитывать три основных параметра: выходное напряжение, ток и потребляемая нагрузкой мощность.

Напряжение на выходе драйвера зависит от нескольких факторов:

падение напряжения на светодиоде;
количество светодиодов;
способ подключения.

Ток на выходе драйвера определяется характеристиками светодиодов и зависит от следующих параметров:

мощность светодиодов;
яркость.

Мощность светодиодов влияет на потребляемый ими ток, который может варьироваться в зависимости от требуемой яркости. Драйвер должен обеспечить им этот ток.

Мощность нагрузки зависит от:

мощности каждого светодиода;
их количества;
цвета.

В общем случае потребляемую мощность можно рассчитать как

где Pled — мощность светодиода,

N — количество подключаемых светодиодов.

Максимальная мощность драйвера не должна быть меньше.

Стоит учесть, что для стабильной работы драйвера и предотвращения выхода его из строя следует обеспечить запас по мощности хотя бы 20-30%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

где Pmax — максимальная мощность драйвера.

Кроме мощности и количества светодиодов, мощность нагрузки зависит еще от их цвета. Светодиоды разных цветов имеют разное падение напряжения при одинаковом токе. Например, красный светодиод XP-E обладает падением напряжения 1.9-2.4 В при токе 350 мА. Средняя потребляемая им мощность таким образом составляет около 750 мВт.

У XP-E зеленого цвета падение 3.3-3.9 В при том же токе, и его средняя мощность составит уже около 1.25 Вт. То есть драйвером, рассчитанным на 10 ватт, можно питать либо 12-13 красных светодиодов, либо 7-8 зеленых.

Как подобрать драйвер для светодиодов. Способы подключения LED

Допустим, имеется 6 светодиодов с падением напряжения 2 В и током 300 мА. Подключить их можно различными способами, и в каждом случае потребуется драйвер с определенными параметрами:

Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя.

Обратите внимание, что во всех случаях мощность драйвера составляет 3.6 Вт и не зависит от способа подключения нагрузки.

Таким образом, целесообразнее выбирать драйвер для светодиодов уже на этапе закупки последних, предварительно определив схему подключения. Если же сначала приобрести сами светодиоды, а потом подбирать к ним драйвер, это может оказаться нелегкой задачей, поскольку вероятность того, что Вы найдете именно тот источник питания, который сможет обеспечить работу именно этого количества светодиодов, включенных по конкретной схеме, невелика.

Виды

В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.

У линейного выходом служит генератор тока. Он обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении; причем подстройка происходит плавно, не создавая высокочастотных электромагнитных помех. Они просты и дешевы, но невысокий КПД (менее 80%) ограничивает сферу их применения маломощными светодиодами и лентами.

Импульсные представляют собой устройства, создающие на выходе серию высокочастотных импульсов тока.

Обычно они работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования (эта величина называется коэффициентом заполнения).

На диаграмме выше показан принцип работы ШИМ-драйвера: частота импульсов остается постоянной, но изменяется коэффициент заполнения от 10% до 80%. Это ведет к изменению среднего значения тока I cp на выходе.

Такие драйверы получили широкое распространение благодаря компактности и высокому КПД (около 95%). Основным недостатком является больший по сравнению с линейными уровень электромагнитных помех.

Светодиодный драйвер на 220 В

Для включения в сеть 220 В выпускаются как линейные, так и импульсные. Существуют драйверы с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первых являются высокий КПД, надежность и безопасность.

Без гальванической развязки обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении, поскольку есть вероятность поражения током.

Китайские драйверы

Востребованность драйверов для светодиодов способствует их массовому производству в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто не имеющие корпуса.

Китайский драйвер для светодиода 3w

Основные их достоинства – низкая цена и наличие гальванической развязки. Недостатки следующие:

низкая надежность из-за использования дешевых схемных решений;
отсутствие защиты от перегрева и колебаний в сети;
высокий уровень радиопомех;
высокий уровень пульсаций на выходе;
недолговечность.

Срок службы

Обычно срок службы драйвера меньше, чем у оптической части – производители дают гарантию на 30000 часов работы. Это связано с такими факторами, как:

нестабильность сетевого напряжения;
перепады температур;
уровень влажности;
загруженность драйвера.

Самым слабым звеном светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые имеют тенденцию к испарению электролита, особенно в условиях повышенной влажности и нестабильного питающего напряжения. В результате уровень пульсаций на выходе драйвера повышается, что негативно сказывается на работе светодиодов.

Также на срок службы влияет неполная загруженность драйвера. То есть если он, рассчитан на 150 Вт, а работает на нагрузку 70 Вт, половина его мощности возвращается в сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания. Рекомендуем почитать про .

Схемы драйверов (микросхемы) для светодиодов

Многие производители выпускают специализированные микросхемы драйверов. Рассмотрим некоторые из них.

ON Semiconductor UC3845 – импульсный драйвер с выходным током до 1А. Схема драйвера для светодиода 10w на этой микросхеме приведена ниже.

Supertex HV9910 – очень распространенная микросхема импульсного драйвера. Ток на выходе не превышает 10 мА, не имеет гальванической развязки.

Простой драйвер тока на этой микросхеме представлен ниже.

Texas Instruments UCC28810. Сетевой импульсный драйвер, имеет возможность организовать гальваническую развязку. Выходной ток до 750 мА.

Еще одна микросхема этой фирмы, — драйвер для питания мощных светодиодов LM3404HV — описывается в этом видео:

Устройство работает по принципу резонансного преобразователя типа Buck Converter, то есть функция поддержания требуемого тока здесь частично возложена на резонансную цепь в виде катушки L1 и диода Шоттки D1 (типовая схема приведена ниже). Также имеется возможность задания частоты коммутации подбором резистора R ON .

Maxim MAX16800 – линейная микросхема, работает при малых напряжениях, поэтому на ней можно построить драйвер 12 вольт. Выходной ток – до 350 мА, поэтому может использоваться как драйвер питания для мощного светодиода, фонарика, и т.д. Есть возможность диммирования. Типовая схема и структура представлены ниже.

Заключение

Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% для люминесцентной лампы не повлечет за собой серьезного ухудшения характеристик, для светодиодов же срок службы сократится в несколько раз. Поэтому выбирать драйвер для светодиодов следует особенно тщательно.

Сегодня, наверное, ни одна квартира или частный дом не обходится без светодиодного освещения. Да и уличное освещение постепенно меняется на экономичные и долговечные LED-элементы. Но глядя на сегодняшнюю тему разговора спрашивается – при чем тут водитель (с английского «driver» переводится именно так)? Это первый вопрос, приходящий в голову человеку, несведущему в устройстве светодиодного освещения. На самом деле без такого устройства световые диоды не работают с напряжением в сети 220 В. Сегодня разберемся, какую функцию выполняет драйвер для светодиодов, как подключить это устройство и возможно ли изготовить собственными руками.

Читайте в статье:

Зачем нужны драйверы для светодиодов и что это такое

Ответ на вопрос, что такое драйвер для светодиода, довольно прост. Это устройство, стабилизирующее напряжение и придающее ему те характеристики, которые нужны для работы LED-элементов. Чтобы было понятнее, проведем аналогию с пускорегулирующим устройством люминесцентной лампы, которая также не может работать без дополнительного оборудования. Разница лишь в том, что драйвер имеет компактный размер и умещается в корпусе светового прибора. По сути его можно назвать стабилизирующим пусковым устройством или преобразователем частоты.

Где применяют стабилизирующие устройства для LED-элементов

LED-драйверы для светодиодов применяются в различных областях:

фонари уличного освещения;
лампы бытового освещения;
светодиодные ленты и различная подсветка;
офисные светильники с формой люминесцентных ламп.

Даже дневные ходовые огни автомобилей требуют установки такого устройства, но здесь все гораздо проще, можно обойтись одним резистором. И хотя драйвер для светодиодной ленты (к примеру) по характеристикам отличается от стабилизатора напряжения лампочки, функцию они выполняют одну.

Принцип работы схемы драйвера светодиодной лампы 220 В

Принцип работы устройства заключается в поддержании на выходном напряжении (независимо от его величины) заданного тока. В этом и состоит отличие от стабилизирующего блока питания, который отвечает за напряжение.

Рассматривая схему видим, что ток, проходя через сопротивления, стабилизируется, а конденсатор придает ему нужную частоту. Затем в дело вступает выпрямляющий диодный мост. Получаем стабилизированный прямой ток на светодиодах, который повторно ограничивается резисторами.

Характеристики драйверов, достойные внимания

Характеристики преобразователей, необходимых в том или ином случае, определяются, исходя из параметров LED-потребителей. Основными можно назвать:

Номинальную мощность драйвера – этот параметр должен превышать общую мощность, потребляемую световыми диодами, которые будут в его схеме.
Выходное напряжение – зависит от величин падения напряжения на каждом из световых диодов.
Номинальный ток , который зависит от яркости свечения и потребляемой мощности элемента.

Важно знать! Падение напряжения на светодиоде зависит от его цвета. К примеру, если к БП 12 В получится подключить 16 светодиодов красного цвета, то максимальное количество зеленых составит уже 9.

Разделение LED-драйверов по типу устройства

Разделить преобразователи можно на два типа – линейные и импульсные. Оба типа применимы к световым диодам, но различия между ними заметны и по стоимости, и по техническим характеристикам.

Линейные преобразователи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Но такие драйверы имеют существенный недостаток – возможность подключения только маломощных световых элементов. Часть энергии тратится на выделение тепла, что способствует снижению коэффициента полезного действия (КПД).

Импульсные преобразователи основаны на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и при их работе величины выходных токов обусловлены таким параметром, как коэффициент заполнения. Это означает, что изменения частоты импульсов нет, а вот коэффициент заполнения способен изменяться на величины от 10 до 80%. Такие драйверы позволяют продлить срок службы световых диодов, но имеют один недостаток. При их работе возможно наведение электромагнитных помех. Попробуем разобраться, чем это грозит человеку на простом примере.

У проживающего в квартире или доме установлен кардиостимулятор. При этом в небольшой комнате установлена люстра с множеством приборов, работающих на импульсных лед драйверах для . Кардиостимулятор при этом может начать давать сбои. Конечно, это утрировано и для создания столь сильных помех нужно очень много ламп, которые находятся на расстоянии менее метра от кардиостимулятора, но все же риск присутствует.

Как подобрать драйвер для светодиода: некоторые нюансы

Перед тем, как приобретать преобразователь, рассчитывают потребляемую светодиодами мощность. Номинальная мощность устройства должна превышать этот показатель на 25÷30%. Так же стабилизатор должен совпадать по выходному напряжению.

Если планируется скрытое размещение, лучше выбрать преобразователь без корпуса – стоимость выйдет ниже при тех же технических характеристиках.

Важно! Драйверы китайского производства обычно не соответствуют заявленным характеристикам. Не стоит экономить на приобретении преобразователя «made in оттуда». Лучше отдать предпочтение российскому производителю.

Как подключить LED-элементы к преобразователю: способы и схемы

Светодиоды к драйверу подключаются двумя способами – последовательно или параллельно. Для примера возьмем 6 LED-излучателей с падением напряжения 2 В. При последовательном подключении понадобится драйвер на 12 В и 300 мА. При этом свечение будет ровным по всем элементам.

Подключив излучатели параллельно в группе по 3, получим возможность использования преобразователя 6 В, но уже на 600 мА. Проблема в том то, что из-за неравномерного падения напряжения одна линия будет светиться ярче, чем другая.

Рассчитываем характеристики преобразователя для светодиодов

Для точного расчета сначала определяемся с потребляемой мощностью светодиодов. После решается вопрос со схемой подключения – будет она параллельной или последовательной. От этого будет зависеть выходное напряжение и номинальная мощность необходимого преобразователя. Это вся работа, которую нужно выполнить. Теперь в магазине электротехники или на онлайн ресурсе подбираем драйвер согласно высчитанным показателям.

Полезно знать! Приобретая преобразователь, спрашивайте у продавца сертификат соответствия на изделие. Если он отсутствует, от покупки лучше воздержаться.

Что такое диммируемый драйвер для световых диодов

Диммируемым называется драйвер для светодиодного светильника, поддерживающий изменение входных параметров тока и способный в зависимости от этого изменять выходные. Эти достигается изменение интенсивности свечения LED-излучателей. Примером может послужить контроллер для светодиодной ленты с дистанционным управлением. При желании появляется возможность «приглушить» освещение в помещении, дать отдохнуть глазам. Так же это уместно, если в комнате спит ребенок.

Диммирование выполняется с ПДУ, или со штатного механического бесступенчатого переключателя.

Китайские преобразователи – что в них особенного

Китайские друзья славятся умением подделать оборудование так, что им становится невозможно пользоваться. По отношению к драйверам можно сказать так же. Приобретая китайское устройство будьте готовыми к завышенным заявленным характеристикам, низкому качеству и быстрому выходу преобразователя из строя. Если же собирается первый в жизни LED-светильник, потренироваться и получить навыки в радиоэлектронике, такие изделия незаменимы по причине низкой стоимости и простоты исполнения.

Что влияет на срок службы преобразователей

Причинами выхода из строя преобразователя становятся:

Резкие скачки напряжения в сети.
Повышенная влажность, если устройство не соответствует по степени защиты.
Перепады температур.
Недостаточная вентиляция.
Повышенная запыленность.
Неправильный расчет мощности потребителей.

Любую из этих причин можно предупредить или исправить. Это означает, что в силах домашнего мастера продлить срок службы стабилизирующего устройства.

Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости

Речь пойдет о китайском производителе, который является исключением из правил. Микросхема, на основе которой можно собрать простейший преобразователь как раз его производства. Микропроцессор PT4115 обладает хорошими характеристиками и набирает популярность в России.

Статья по теме:

Если освещение светодиодное и обычные регуляторы не подходят, то тогда устанавливаются , которые немного отличаются конструктивно и технически. Сегодня разберемся, какими они бывают, как выбрать и даже изготовить подобное устройство самостоятельно.

На рисунке представлена простейшая схема драйвера PT4115 для светодиодов, собрать которую сможет начинающий домашний мастер без опыта работы с радиоэлектроникой. Интересным в микросхеме является дополнительный выход (DIM) позволяющий подключение светорегулятора (диммера).

Как сделать драйвер для светодиодов своими руками

Собрать схему драйвера светодиодной лампы сможет любой начинающий мастер. Но для этого потребуется аккуратность и терпение. С первого раза стабилизирующее устройство может не получиться. Чтобы читателю было понятнее, как выполняется работа, предлагаем несколько простейших схем.

Как можно убедиться, ничего сложного в схемах драйверов для светодиодов от сети 220 В нет. Попробуем рассмотреть пошагово все этапы работ.

Пошаговая инструкция изготовления драйвера для светодиодов своими руками

Фото пример	Выполняемое действие
	Для работы нам понадобится обычный блок питания для телефона. С его помощью все выполняется быстро и просто.
	После разборки зарядного устройства в руках у нас уже практически полноценный драйвер для трех одноваттных светодиодов, однако его нужно немного доработать.
	Выпаиваем ограничительный резистор на 5 кОм, который находится возле выходного канала. Именно он не дает зарядному устройству подать слишком большое напряжение на сотовый телефон.
	Вместо ограничительного впаиваем подстроечный резистор, выставив на нем те же 5кОм. Впоследствии добавим напряжение до необходимого.
	На выходной канал припаивается 3 светодиода по 1 Вт каждый, соединенные последовательно, что в сумме даст нам 3 Вт.
	Находим входные контакты и отпаиваем от печатной платы. Они нам уже не нужны…
	…а на их место припаиваем сетевой шнур, по которому будет подаваться питание 220 В.
	При желании в разрыв можно поставить резистор на 1 Ом, выставить амперметром все показатели. В этом случае диапазон затухания светодиодов будет шире.
	После полной сборки проверяем работоспособность. Выходное напряжение 5 В, светодиоды пока не светятся.
	Поворачивая регулятор на резисторе видим, как LED-элементы начинают «разгораться».

Будьте внимательны. От такого преобразователя можно получить разряд не только в 220 В (от сетевого шнура), но и удар порядка 450 В, что довольно неприятно (проверено на себе).

Очень важно! Перед тем, как проверить драйвер для светодиодов на работоспособность и подключить к источнику питания, стоит еще раз визуально проверить правильность собранной схемы. Поражение электрическим током опасно для жизни, а вспышка от короткого замыкания может причинить вред глазам.

Преобразователи тока для световых диодов: где приобрести и какова стоимость

Такие устройства приобретаются в магазинах электротехники или на интернет ресурсах. Второй вариант выгоднее по цене. К тому же многие производители предлагают бесплатную доставку. Рассмотрим некоторые модели со входным напряжением 220 В с техническими характеристиками и стоимостью по состоянию на декабрь 2017 года.

Модель	Класс защиты, IP	Выходное напряжение, В	Мощность, Вт	Стоимость, руб.
DFT-I-40- LD64	20	60-130	45	400
ZF-AC LD49	40	40-70	54	450
XS0812-12W PS12	20	24-44	12	200
PS100 (открытый)	20	30-36	100	1100
PF4050A PS50	65	27-36	50	500
PF100W LD100	65	23-36	100	1000

Глядя на цены можно сказать, что самостоятельное изготовление преобразователя тока скорее подойдет тем, для кого это только увлечение. Приобрести такое устройство можно довольно недорого.

Подведём итог

Выбирая преобразователь тока для светодиодных ламп, следует все внимательно просчитать. Любая погрешность может привести к уменьшению срока службы приобретенного прибора. Несмотря на невысокую стоимость стабилизатора, довольно неприятно постоянно выкидывать деньги на ветер. Только в этом случае драйвер прослужит положенный ему срок. А при самостоятельном изготовлении соблюдайте правила электробезопасности и будьте аккуратны и внимательны при сборке схемы.

Надеемся, что предоставленная сегодня информация была полезна нашему читателю. Возникшие вопросы можно задать в обсуждении – мы на них обязательно ответим. Пишите, спрашивайте, делитесь опытом с другими читателями.

А напоследок небольшое видео по сегодняшней теме:

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.

КАТЕГОРИИ