Как да изберем драйвера на LED лампата: видове, предназначение + особености на свързването

Определяне на драйвери за светодиоди

Яркостта на светодиодната лампа зависи от 2 параметъра: протичащия през нея ток и идентичността на характеристиките на полупроводниците, тъй като всяко несъответствие ще извади частите от строя. Но съвременното производство не може да гарантира, че кристалите са напълно идентични.

Той преобразува електрическия ток:

• задава неговата амплитуда;
• коригира го - прави го постоянно;
• захранва всички клетки с един и същ ток (малко под максималния) и ги предпазва от разпадане.

Основни характеристики

Основната разлика в драйвера е, че при входното напрежение, за което е проектиран (например 140-240 V), той задава определено ниво на тока на светодиодите. В същото време потенциалът на изхода на устройството може да бъде всякакъв.

Той има 3 основни характеристики:

1. Номиналният ток. Това не трябва да надвишава номиналната стойност на светодиода, в противен случай диодите ще изгорят или ще горят слабо.
2. Изходно напрежение. Зависи от връзката на полупроводниците и броя на полупроводниците. Тя е равна на произведението на потенциалния спад на 1 елемент от техния брой и може да варира в широк диапазон.
3. Захранване. Цялата работа на устройството зависи от правилното изчисляване на тази характеристика. За тази цел съберете мощността на всички елементи и добавете 20-25% (резерв при претоварване).

За светодиодна лампа с 10 елемента с мощност 0,5 W този параметър е 5 W. Като се има предвид претоварването, трябва да се избере драйвер с мощност 6-7 W.

Но последните два параметъра (консумация на енергия и изходно напрежение) зависят пряко от спектъра на излъчване на светодиода. Например клетките XP-E (червени) при 1,9-2,5 V консумират 0,75 W, а зелените - 1,25 W при 3,3-3,9 V. Оказва се, че 10 W драйвер може да захранва 7 диода от един цвят или 12 от друг.

Теорията за захранване на LED лампи от 220 V

Светодиодната лампа, лентата под тавана или подсветката в модерен телевизор представляват съвкупност от няколко мощни малки светодиода, разположени по подходящ начин в пространството.

Ако всеки от тях може да пренася ток от 1 А при напрежение 3,3 V, не можете да ги включите към осветителна мрежа - те ще изгорят веднага. Можете да използвате делител от резистори, но те ще разсеят много енергия. Поради това ефективността на осветителното тяло е ниска.

Драйверите се използват за намаляване на напрежението и преобразуване на тока в постоянен ток. В тези устройства може да има различни стабилизатори на тока, капацитивно-съпротивителни делители и др.

Схемата може да включва транзистори, микросхеми, кондензатори и др. Тези преобразуватели променят напрежението и гарантират, че всеки компонент получава правилното количество ток.

AL9910

Diodes Incorporated е създала един много интересен чип за LED драйвер: AL9910. Интересното при него е, че диапазонът на работното му напрежение позволява да бъде свързан директно към 220V електрическа мрежа (чрез обикновен диоден изправител).

Ето и основните му характеристики:

• входно напрежение до 500 V (до 277 V за променлив ток);
• Вграден регулатор на напрежение за захранване на микросхемата без необходимост от гасителен резистор;
• Възможност за регулиране на яркостта чрез промяна на потенциала на контролния щифт от 0,045 V до 0,25 V;
• вградена защита от прегряване (активира се при 150°C);
• Работна честота (25-300kHz), задавана чрез външен резистор;
• За работата е необходим външен полеви транзистор;
• Предлагат се в осемклетъчни пакети SO-8 и SO-8EP.

Драйверът, сглобен от чипа AL9910, няма галванична изолация от електрическата мрежа, така че трябва да се използва само там, където не е възможен пряк контакт с елементите на веригата.

Чипът се предлага в две версии: AL9910 и AL9910a. Те се различават по минималното стартово напрежение (съответно 15 V и 20 V) и изходното напрежение на вътрешния регулатор ((съответно 7,5 V или 10 V). AL9910a има и малко по-висока консумация в режим на заспиване.

Цената на чиповете е около 60 рубли за брой.

Типична схема на свързване Схемата (без димиране) изглежда по следния начин:

Тук светодиодите винаги горят с пълна мощност, която се задава от стойността на резистора R_{чувство}:

R_{чувство} = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED)

За да се регулира яркостта, седмото краче се изолира от Vdd и се свързва към потенциометър, който дава напрежение между 45 и 250 mV. Яркостта може да се регулира и чрез подаване на ШИМ сигнал към извод PWM_D. Ако този щифт е свързан към земя, интегралната схема се изключва, изходният транзистор се затваря напълно и консумацията на ток на веригата спада до ~0,5 mA.

Честотата на генериране трябва да е в диапазона от 25 до 300 kHz и, както беше споменато по-горе, се определя от резистора R_osc. Връзката може да се изрази със следното уравнение:

f_osc = 25 / (R_osc + 22), където R_osc - е съпротивлението в килооми (обикновено между 75 и 1000 килоома).

Резисторът е свързан между 8-ия крак на чипа и земята (или извода GATE).

Индуктивността на дросела се изчислява по страшната на пръв поглед формула:

L ≥ (V_В - V_{Светодиоди})⋅V_{Светодиоди} / (0.3⋅V_В⋅f_osc⋅I_LED)

Пример за изчисление

Като пример, нека изчислим параметрите на елементите на чипа за последователно свързване на два светодиода Cree XML-T6 и минималното захранващо напрежение (15 волта).

Да предположим, че искаме чипът да работи на честота 240 kHz (0,24 MHz). Стойността на резистора R_osc трябва да бъде:

Rosc = 25/fosc - 22 = 25/0,24 - 22 = 82 kΩ.

Да продължим. Номиналният ток на светодиодите е 3 А, а работното напрежение е 3,3 V. Следователно двата последователно свързани светодиода ще имат пад на напрежение от 6,6 V. С тези първоначални данни можем да изчислим индуктивността:

L ≥ (V_В - V_{Светодиоди})⋅V_{Светодиоди} / (0.3⋅V_В⋅f_osc⋅I_LED) = (15-6,6)⋅6,6 / (0,3⋅15⋅240000⋅3) = 17 µH

Т.е. по-голяма или равна на 17 µH. Нека вземем обичайната фабрична индуктивност от 47 µHn.

Остава да се изчисли R_{усещане}:

R_{усещане} = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED) = 0,25 / (3 + 0,15⋅3) = 0,072 Ом

Използваме подходящ изходен MOSFET, например добре познатия N-канален 50N06 (60V, 50A, 120W).

Всъщност ето каква е схемата, с която разполагаме:

Въпреки посочения в информационния лист минимум от 15 волта, тази схема се стартира отлично при 12 волта, така че може да се използва като мощен автомобилен прожектор. Всъщност показаната схема е действителната 20-ватова схема на водача на светодиодния прожектор YF-053CREE, която е получена чрез обратно инженерство.

Разгледаните от нас интегрални схеми за драйвери за светодиоди PT4115, CL6808, CL6807, SN3350, AL9910, QX5241 и ZXLD1350 ви позволяват бързо да създадете собственоръчно драйвер за мощни светодиоди и се използват широко в съвременните светодиодни осветителни тела и лампи.

В тази статия са използвани следните радиокомпоненти:

Видове LED драйвери

Всички драйвери за светодиоди могат да бъдат разделени по принципа на стабилизиране на тока. Към момента съществуват два такива принципа:

1. Линейни.
2. Импулс.

Линеен стабилизатор

Да предположим, че имаме мощен светодиод, който трябва да бъде осветен. Нека сглобим най-простата схема:

Схема, илюстрираща линейния принцип на регулиране на тока

Настройваме стойността на тока, като използваме резистора R като ограничител на тока, и светодиодът светва. Ако захранващото напрежение се промени (например при изключване на батерията), завъртете плъзгача на резистора и възстановете необходимия ток. Ако тя се е увеличила, токът се намалява по същия начин. Точно това прави най-простият линеен регулатор: той следи тока през светодиода и при необходимост "завърта копчето" на резистора. Но той прави това много бързо, като има време да реагира и на най-малкото отклонение на тока от зададената стойност. Разбира се, няма копче за управление, но същността на това обяснение не се променя.

Какъв е недостатъкът на линейната схема на токовия регулатор? Факт е, че токът преминава и през контролния елемент и безполезно разсейва енергия, която просто затопля въздуха. Колкото по-високо е входното напрежение, толкова по-големи са загубите. Тази схема е подходяща и успешно се използва за светодиоди с малък работен ток, но захранването на мощни полупроводници с линеен драйвер е по-скъпо: драйверите могат да изразходват повече енергия, отколкото самият осветител.

Предимствата на тази схема включват относителната простота на схемата и ниската цена на драйвера, съчетани с висока надеждност.

Линеен драйвер за захранване на LED в джобно осветление

Стабилизиране на импулсите

Това е същият светодиод, но схемата е малко по-различна:

Схема, обясняваща принципа на широчинно-импулсния регулатор на напрежение

Сега вместо резистора имаме бутон KN и добавяме кондензатор за съхранение C. Прилагаме напрежение към веригата и натискаме бутона. Кондензаторът започва да се зарежда и светодиодът светва, когато достигне работно напрежение. Ако бутонът се задържи натиснат допълнително, токът ще надвиши допустимата стойност и полупроводникът ще изгори. Освободете бутона. Кондензаторът продължава да захранва светодиода и постепенно се разрежда. Щом токът спадне под допустимия за светодиода, натискаме отново бутона, като захранваме кондензатора.

По този начин седим там и периодично натискаме бутона, като поддържаме нормалното функциониране на светодиода. Колкото по-високо е захранващото напрежение, толкова по-кратки ще са пресите. Колкото по-ниско е напрежението, толкова по-дълго трябва да се натиска бутонът. Това е принципът на широчинно-импулсната модулация. Драйверът следи тока през светодиода и управлява превключвателя, който е транзистор или тиристор. Това става много бързо (десетки или дори стотици хиляди кликвания в секунда).

На пръв поглед работата е досадна и сложна, но не и за една електронна схема. От друга страна, ефективността на импулсен регулатор може да достигне до 95 %. Дори при захранване на мощни LED прожектори загубата на енергия е минимална, а ключовите елементи на драйвера не изискват мощни радиатори. Разбира се, импулсните драйвери са малко по-сложни като конструкция и по-скъпи, но всичко това си заслужава високата производителност, изключителното качество на стабилизиране на тока и отличните показатели на масовия размер.

Този импулсен драйвер може да доставя до 3A без радиатори

Как да си направите собствен LED драйвер

С помощта на готовите чипове дори начинаещ радиолюбител може да сглоби преобразувател за светодиоди с различен капацитет. Изисква се умение за разчитане на електрически схеми и опит с поялник.

Можете да създадете токов регулатор за светодиод с мощност 3 вата, като използвате чип на китайския производител PowTech - PT4115. Тази интегрална схема може да се използва за светодиодни елементи с мощност над 1 W и се състои от управляващи блокове с доста мощен транзистор на изхода. Преобразувателят, базиран на PT4115, се отличава с висока ефективност и минимален набор от компоненти.

Както виждате, с опит, знания и желание можете да сглобите LED драйвер на базата на почти всяка схема. Сега разгледайте инструкциите стъпка по стъпка за създаване на прост преобразувател на ток за 3 светодиодни елемента, всеки с мощност 1 W, от зарядно устройство за мобилен телефон. Между другото, това ще ви помогне да разберете по-добре устройството и по-късно да преминете към по-сложни схеми, предназначени за по-голям брой светодиоди и ленти.

Инструкции за сглобяване на LED драйвера

Снимка	Описание на стъпката
	За да възстановите регулатора, ще ви е необходимо старо зарядно устройство за мобилен телефон. Взехме го от Samsung, тъй като те са много надеждни. Зарядното устройство с напрежение 5 V и 700 mA се разглобява внимателно.
	Необходими са ни също така променлив резистор (тример) 10 kΩ, 3 светодиода по 1 W и кабел с щепсел.
	Ето как изглежда разглобеното зарядно устройство, което ще преработим.
	Откачаме изходния резистор 5kOhm и поставяме на негово място "тример".
	След това намираме изхода на товара, определяме полярността и запояваме светодиодите, предварително сглобени последователно.
	Отстранете старите контакти от кабела и на тяхно място свържете проводника с щепсела. Преди да тествате работата на LED драйвера, трябва да се уверите, че връзките са правилни, здрави и че нищо няма да създаде късо съединение. Едва след това могат да започнат тестовете.
	Използвайте тример-резистора, за да започнете да регулирате, докато светодиодите започнат да светят.
	Както можете да видите, LED елементите светят.
	Използвайте тестер, за да проверите необходимите параметри: изходно напрежение, ток и мощност. Ако е необходимо, регулирайте с резистор.
	Това е всичко! Светодиодите светят нормално, никъде няма искри или дим, което означава, че преобразуването е успешно и ви поздравяваме.

Както виждате, много е лесно да се направи прост драйвер за светодиоди. Разбира се, опитните радиолюбители може и да не се интересуват от тази схема, но за начинаещите тя ще бъде чудесна за практика.

Вариант 4 " най-добрата схема с токоограничаващ кондензатор, резистор и изправителен мост

Мисля, че това е най-добрият начин за свързване на индикаторния светодиод към 220 волта. Единственият недостатък (ако мога така да се изразя) на тази схема е, че тя има най-много части. Предимствата са, че няма елементи, които да се нагряват прекомерно, тъй като има диоден мост, светодиодът работи с два полупериода на променливо напрежение, поради което няма видимо за окото трептене. Тази схема консумира най-малко електричество (икономично).

Тази схема работи по следния начин. Вместо токоограничаващ резистор (който в предишните схеми е бил 24 kOhm) е поставен кондензатор, което елиминира загряването на този елемент. Този кондензатор трябва да е от филмов тип (не електролитен) и да е предназначен за напрежение не по-малко от 250 волта (400 волта е по-добре). Чрез избора на капацитета му може да се регулира количеството на тока във веригата. В таблицата в илюстрацията която показва капацитетите на кондензаторите и съответстващите им токове. Паралелно с кондензатора има резистор, чиято единствена задача е да разрежда кондензатора, когато веригата е изключена от 220 волта. Той не играе активна роля в самата верига на захранване 220 V.

След това има обичайния диоден мост на токоизправителя, който създава постоянен ток от променливия ток. Можете да използвате всякакви диоди (сглобяеми диодни мостове), чийто максимален ток ще бъде по-голям от тока, консумиран от самия светодиод. Обратното напрежение на тези диоди не трябва да е по-малко от 400 волта. Можете да използвате най-популярните диоди от серията 1N4007. Те са евтини, с малки размери и са предназначени за ток до 1 ампер и обратно напрежение от 1000 волта.

Във веригата има още един резистор - токоограничаващ, но той е необходим за ограничаване на тока, който възниква от случайни скокове на напрежението, идващи от самата 220-волтова мрежа. Ако някой в съседство използва мощни устройства, съдържащи намотки (индуктивен елемент, който допринася за краткотрайни скокове на напрежението), се получава краткотрайно повишаване на мрежовото напрежение. Кондензаторът позволява на този скок на напрежението да премине безпрепятствено. И тъй като големината на тока на това пренапрежение е достатъчна, за да унищожи индикаторния светодиод, във веригата е предвиден токоограничаващ резистор, който предпазва веригата от такива пренапрежения в мрежата. Този резистор се нагрява незначително в сравнение с резисторите в предишните схеми. И още - самият светодиод на индикатора. Вие сами избирате яркостта, цвета и размерите му. Когато сте избрали светодиод, трябва да изберете подходящ кондензатор според таблицата по-долу.

P.S. Като алтернатива на електрическото светодиодно осветление можете да използвате класическа схема за неонова светлина (паралелно с нея трябва да поставите резистор 500 kOhm-2mOhm). Ако сравните яркостта, светодиодната подсветка е с по-голяма яркост, но ако не се нуждаете от допълнителна яркост, можете да се справите с тази версия на веригата на неоновата лампа.

Класическата схема на водача

За самостоятелно сглобяване на светодиодно захранване се работи с най-простото устройство от импулсен тип, което няма галванична изолация. Основното предимство на този тип вериги е лесното окабеляване и надеждната работа.

Представена е схема на 220V преобразувател като захранване с комутируем режим. По време на сглобяването трябва да се спазват всички правила за електрическа безопасност, тъй като няма ограничения на токовия капацитет.

Схемата на такъв механизъм се състои от три основни каскадни области:

1. Делител на напрежение с капацитивен резистор.
2. Изправител.
3. Стабилизатори на напрежението.

Първата област е противодействието на променливия ток върху кондензатора С1 с помощта на резистор. Последното е необходимо само за да може инертният елемент да се зареди. Той не оказва влияние върху работата на веригата.

Номиналната стойност на резистора може да бъде в диапазона от 100 kohm до 1 Mohm, с изходна мощност от 0,5 до 1 W. Кондензаторът трябва да е електролитен и амплитудата на ефективното му напрежение да е 400-500 V

Когато полувълновото напрежение премине през кондензатора, протича ток, докато намотките се заредят напълно. Колкото по-малък е капацитетът на механизма, толкова по-малко време ще е необходимо за пълното му зареждане.

Например устройство с капацитет 0,3-0,4 μF ще бъде заредено за 1/10 от периода на половин вълна, т.е. само една десета от преминаващото напрежение ще премине през този сегмент.

Процесът на изправяне в този раздел се извършва по схемата на Грац. Диодният мост се избира въз основа на номиналния ток и обратното напрежение. Обратното напрежение не трябва да е по-малко от 600 V.

Второто стъпало е електрическо устройство, което преобразува (изправя) променливия ток в пулсиращ. Този процес се нарича процес с два полупериода. Тъй като една част от полувълната е изгладена от кондензатор, изходът на тази секция ще бъде 20-25 V DC.

Тъй като захранването на светодиодите не трябва да превишава 12 V, във веригата трябва да се използва стабилизиращ елемент. За тази цел се въвежда капацитивен филтър. Например може да се използва L7812.

Третото стъпало работи на базата на изглаждащ стабилизиращ филтър - електролитен кондензатор. Изборът на параметрите на кондензатора зависи от силата на товара.

Тъй като сглобената схема възпроизвежда работата си незабавно, не трябва да се докосват оголени проводници, тъй като пренасяният ток достига десетки ампери - линиите трябва да бъдат предварително изолирани.

Кратък преглед и тестване на популярни LED лампи

Въпреки че принципите на драйверните вериги за различните осветителни устройства са сходни, съществуват разлики както в последователността на връзките, така и в избора на елементи.

Нека разгледаме схемите на 4 свободно достъпни лампи. Ако желаете, можете да ги поправите със собствените си ръце.

Ако имате опит с контролери, можете да замените елементи от веригата, да я презапоите, да я подобрите леко.

Въпреки това щателната работа и усилията за намиране на елементи невинаги са оправдани - по-лесно е да се купи ново осветително тяло.

Вариант #1 - BBK P653F LED крушка

Марката BBK има две много сходни модификации: лампата P653F се различава от модела P654F само по дизайна на излъчващия блок. Съответно както драйверната схема, така и конструкцията на устройството като цяло във втория модел се основават на принципите на устройството от първия модел.

Платката е с компактен размер и интелигентно разположение на компонентите, за чието закрепване се използват и двете равнини. Наличието на пулсации се дължи на липсата на филтриращ кондензатор, който трябва да е на изхода.

Лесно е да се открият недостатъци в дизайна. Например мястото на монтиране на контролера: отчасти в радиатора, без изолация, отчасти в цокъла. Сглобката на чипа SM7525 извежда 49,3 V.

Вариант #2 - LED лампа Ecola 7W

Радиаторът е алуминиев, а основата е от термоустойчив сив полимер. Върху печатна платка с дебелина половин милиметър са монтирани и последователно свързани 14 диода.

Между радиатора и платката има слой от топлопроводима паста. Основата се закрепва със самонарезни винтове.

Схемата на контролера е проста, реализирана върху компактна платка. Светодиодите нагряват основната плоча до +55 ºC. На практика няма пулсации и радиосмущения

Платката се поставя изцяло в основата и се свързва със скъсени проводници. Късо съединение не е възможно, защото около него има пластмаса - изолационен материал. Резултатът на изхода на контролера е 81 V.

Вариант #3 - сгъваема лампа Ecola 6w GU5,3

Благодарение на сгъваемата конструкция можете сами да извършвате ремонти или да подобрявате драйвера на устройството.

Това, което разваля впечатлението, обаче, е грозният външен вид и конструкция на устройството. Прекалено големият радиатор увеличава теглото, така че се препоръчва допълнително закрепване при закрепване на лампата към цокъла.

Платката е компактна и умело подредена, като за монтаж се използват и двете равнини. Наличието на пулсации се дължи на липсата на филтриращ кондензатор, който трябва да е на изхода.

Недостатъкът на схемата е наличието на забележими пулсации на светлинния поток и висока степен на радиосмущения, което със сигурност ще се отрази на експлоатационния живот. Контролерът е базиран на чип BP3122, а изходът е 9,6 V.

Повече информация за светодиодните крушки Ecola в друга наша статия.

Вариант #4 - крушка Jazzway 7,5w GU10

Външните елементи на лампата се отделят лесно, така че можете да стигнете до контролера сравнително бързо, като отвиете два чифта самонарезни винтове. Защитното стъкло се държи на място с помощта на ключалки. Към платката са прикрепени 17 последователно свързани диода.

Самият контролер, който се намира в гнездото, обаче е обилно напълнен с разтвор, а проводниците са притиснати в клемите. За да ги освободите, трябва да използвате бормашина или да ги запоите.

Недостатъкът на схемата е, че ограничителят на тока е обикновен кондензатор. Когато лампата се включи, възникват токови удари, които водят до изгаряне на светодиода или до повреда на моста на светодиода.

Няма радиосмущения - и всичко това благодарение на липсата на импулсен контролер, но при 100 Hz има забележими светлинни пулсации, достигащи до 80% от максималната стойност.

Изходът на контролера е 100 V, но в общия случай лампата принадлежи към най-слабите устройства. Цената му е очевидно завишена и се равнява на цената на марките, които се отличават с постоянно качество на продуктите си.

Други характеристики и особености на лампите от този производител сме изброили в следващата статия.

Как е устроена LED крушка за 220 V?

Това е модерна версия на светодиодната лампа, която е произведена по съвременна технология. Тук светодиодът е твърд, има няколко кристала, така че не е необходимо да се запояват много контакти. По правило се свързват само два контакта.

Таблица 1. Конструкция на стандартна LED крушка

Драйвер за LED крушка

Друга разлика между светодиодните крушки и другите продукти е местоположението на силната топлинна зона. Другите светлинни източници разпръскват топлина навсякъде отвън, докато светодиодните кристали допринасят само за нагряването на вътрешната платка. Това налага монтирането на радиатор за бързо отвеждане на топлината.

Ако възникне необходимост от ремонт на осветително тяло с неизправен светодиод, той се подменя изцяло. Тези лампи могат да бъдат кръгли или цилиндрични на външен вид. Те се свързват към захранването чрез основа (с щифт или резба).

Заключение

Цената на светодиодните лампи бавно, но сигурно намалява. Цената обаче все още е висока. Не всеки може да си позволи да смени нискокачествена, но евтина лампа или да купи скъпа. В този случай ремонтът на такива осветителни тела не е лошо решение.

Ако спазвате правилата и предпазните мерки, ще спестите прилична сума пари.

Надяваме се, че информацията в днешната статия ще бъде полезна за читателите. Ако имате някакви въпроси, докато четете, моля, не се колебайте да ги зададете в дискусиите. Ще им отговорим възможно най-пълно. Ако някой е имал подобен опит, ще ви бъдем благодарни да го споделите с други читатели.

И накрая, в духа на традицията, кратък информационен видеоклип по днешната тема: