Схема подключения led драйвера

Схема подключения led драйвера

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 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 CREE 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:

  1. Последовательно. При таком способе подключения потребуется драйвер напряжением 12 В и током 300 мА. Преимущество такого способа в том, что через всю цепь идет один и тот же ток, и светодиоды горят с одинаковой яркостью. Недостаток заключается в том, что для подключения большого числа светодиодов потребуется драйвер с очень большим напряжением.
  2. Параллельно. Здесь уже будет достаточно драйвера на 6 В, но потребляемый ток будет примерно в 2 раза больше, чем при последовательном соединении. Недостаток: токи, текущие в каждой цепи, немного различаются из-за разброса параметров светодиодов, поэтому одна цепь будет светить несколько ярче другой.
  3. Последовательно по два. Тут потребуется такой же драйвер, как и во втором случае. Яркость свечения будет уже более равномерная, но есть один существенный недостаток: при включении питания в каждой паре светодиодов из-за разброса характеристик один может открыться раньше другого, и через него пойдет ток, в 2 раза превышающий номинальный. Большинство светодиодов рассчитаны на такие кратковременные броски тока, но все-таки этот способ наименее предпочтителен.

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.

Читайте также:  Самогон аппарат своими руками

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 Icp 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.

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 срок службы светодиодных ламп.

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 RON.

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.

Мощные светодиоды 1 Вт и выше сейчас совсем недорогие. Я уверен, что многие из вас используют такие светодиоды в своих проектах.

Однако питание таких светодиодов по-прежнему не такое простое и требует специальных драйверов. Готовые драйвера удобны, но они не регулируемые, или зачастую их возможности излишни. Даже возможности моего собственного универсального светодиодного драйвера могут быть лишними. Некоторые проекты требуют самого простого драйвера, возможности которого хватит.

Poorman’s Buck – простой светодиодный драйвер постоянного тока.

Этот светодиодный драйвер построен без микроконтроллера или специализированной микросхемы. Все используемые детали легкодоступные.

Хотя драйвер задумывался как самый простой, я добавил функцию регулировки тока. Ток может подстраиваться регулятором, установленным на плате или ШИМ сигналом. Это делает драйвер идеальным для использования с Arduino или другими управляющими устройствами — вы можете управлять мощными светодиодами микроконтроллером, просто отправляя ШИМ сигнал. С Arduino вы можете просто подавать сигнал с "AnalogWrite ()" для управления яркостью мощных светодиодов.

Особенности драйвера

Работа по схеме buck-конвертера (импульсного понижающего (step-down) преобразователя)
Широкий диапазон выходных напряжения от 5 до 24В. Питание от батарей и адаптеров переменного тока.
Настраиваемый выходной ток до 1А.
Метод контроля тока "цикл за циклом"
До 18Вт выходной мощности (при напряжении питания 24В и шестью 3 Вт светодиодами)
Контроль тока при помощи потенциометра.
Контроль тока может быть использован как встроенный диммер.
Защита от короткого замыкания на выходе.
Возможность управления ШИМ сигналом.
Маленькие размеры — всего 1х1,5х0,5 дюйма(без учета ручки потенциометра).

Читайте также:  Как сделать деревянную кадку

Схема светодиодного драйвера

Схема построена на очень распространенном интегральном двойном компараторе LM393, включённым по схеме понижающего преобразователя.

Индикатор выходного тока сделан на R10 и R11. В результате напряжение пропорционально току в соответствии с законом Ома. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением на компараторе. Когда Q3 открывается, ток течёт через L1, светодиоды и резисторы R10 и R11. Индуктор не позволяют току повышаться резко, поэтому ток возрастает постепенно. Когда напряжение на резисторе повышается, напряжение на инвертирующем входе компаратора также увеличивается. Когда оно становится выше опорного напряжения, Q3 закрывается и ток через него перестаёт течь.

Поскольку индуктор "заряжен", в схеме остаётся ток. Он течет через диод Шоттки D3 и питает светодиоды. Постепенно этот ток затухает и цикл начинается снова. Этот метод контроля тока называется "цикл за циклом". Также этот метод имеет защиту от короткого замыкания на выходе.
Весь этот цикл происходит очень быстро — более чем 500 000 раз в секунду. Частота этих циклов изменяется в зависимости от напряжения питания, прямого падения напряжения на светодиоде и тока.

Опорное напряжение создается обычным диодом. Прямое падение напряжения на диоде составляет около 0,7В и после диода напряжение остаётся постоянным. Затем это напряжение регулируется потенциометром VR1 для контроля выходного тока. При помощи потенциометра выходной ток можно изменять в диапазоне около 11:01 или от 100% до 9%. Это очень удобно. Иногда после установки светодиодов они оказываются намного ярче, чем ожидалось. Вы можете просто уменьшить ток для получения необходимой вам яркости. Вы можете заменить потенциометр двумя обычными резисторами, если вы хотите установить яркость светодиодов один раз.

Преимущество такого регулятора в том, что он контролирует выходной ток без "сжигания" избыточной энергии. Энергии от источника питания берётся только столько, сколько нужно, чтобы получить необходимый выходной ток. Немного энергии теряется из-за сопротивления и других факторов, но эти потери минимальны. Такой конвертер имеет эффективность 90% и выше.
Этот драйвер при работе мало греется и не требует теплоотвода.

Настройка выходного тока

Драйвер может быть настроен на выходной ток от 350 мА до 1А. Изменяя значение R2 и подключая сопротивление R11, вы можете изменить выходной ток.

LED-источники должны подключаться к электросети через специальные устройства, стабилизирующие ток – драйверы для светодиодов. Это преобразователи напряжения переменного тока 220 В в постоянный ток с необходимыми для работы световых диодов параметрами. Только при их наличии можно гарантировать стабильную работу, длительный срок эксплуатации LED-источников, заявленную яркость, защиту от короткого замыкания и перегрева. Выбор драйверов небольшой, поэтому лучше сначала приобрести преобразователь, а потом под него подбирать светодиодные источники освещения. Собрать устройство можно самостоятельно по простой схеме. О том, что такое драйвер для светодиода, какой купить и как правильно его использовать, читайте в нашем обзоре.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светодиоды – это полупроводниковые элементы. За яркость их свечения отвечает ток, а не напряжение. Чтобы они работали, нужен стабильный ток, определенного значения. При p-n переходе падает напряжение на одинаковое количество вольт для каждого элемента. Обеспечить оптимальную работу LED-источников с учетом этих параметров – задача драйвера.

Какая именно нужна мощность и насколько падает напряжение при p-n переходе, должно быть указано в паспортных данных светодиодного прибора. Диапазон параметров преобразователя должен вписываться в эти значения.

По сути, драйвер – это блок питания. Но основной выходной параметр этого устройства – стабилизированный ток. Их производят по принципу ШИМ-преобразования с использованием специальных микросхем или на базе из транзисторов. Последние называют простыми.

Преобразователь питается от обычной сети, на выходе выдает напряжение заданного диапазона, которое указывается в виде двух чисел: минимального и максимального значения. Обычно от 3 В до нескольких десятков. Например, с помощью преобразователя с напряжением на выходе 9÷21 В и мощностью 780 мА можно обеспечить работу 3÷6 светодиодных элементов, каждый из которых создает падение в сети на 3 В.

Таким образом, драйвер – это устройство, преобразующее ток из сети 220 В под заданные параметры осветительного прибора, обеспечивающее его нормальную работу и долгий срок эксплуатации.

Где применяют

Спрос на преобразователи растет вместе с популярностью светодиодов. LED-источники освещения – это экономичные, мощные и компактные приборы. Их применяют в разнообразных целях:

  • для фонарей уличного освещения;
  • в быту;
  • для обустройства подсветки;
  • в автомобильных и велосипедных фарах;
  • в небольших фонарях;

При подключении в сеть 220 В всегда нужен драйвер, в случае использования постоянного напряжения допустимо обойтись резистором.

Светодиодные уличные фонари – мощные и экономичные

Как работает устройство

Принцип работы LED-драйверов для светодиодов заключается в поддержании заданного тока на выходе, независимо от изменения напряжения. Ток, проходящий через сопротивления внутри прибора, стабилизируется и приобретает нужную частоту. Затем проходит через выпрямляющий диодный мост. На выходе получаем стабильный прямой ток, достаточный для работы определенного количества светодиодов.

Читайте также:  Телевизор samsung без smart tv

Основные характеристики драйверов

Ключевые параметры приборов для преобразования тока, на которые нужно опираться при выборе:

  1. Номинальная мощность устройства. Она указана в диапазоне. Максимальное значение обязательно должно быть немного больше, чем потребляемая мощность, подключаемого осветительного прибора.
  2. Напряжение на выходе. Значение должно быть больше или равно общей сумме падения напряжения на каждом элементе схемы.
  3. Номинальный ток. Должен соответствовать мощности прибора, чтобы обеспечивать достаточную яркость.

В зависимости от этих характеристик, определяют какие LED-источники можно подключить при помощи конкретного драйвера.

Виды преобразователей тока по типу устройства

Производятся драйверы двух типов: линейные и импульсные. У них одна функция, но сфера применения, технические особенности и стоимость различаются. Сравнение преобразователей разных типов представлено в таблице:

Тип устройства Технические характеристики Плюсы Минусы Сфера применения

Линейный

Генератор тока на транзисторе с p-каналом, плавно стабилизирует ток при переменном напряжении Не создает помех, недорогой КПД менее 80%, сильно нагревается Маломощные светодиодные светильники, ленты, фонарики

Импульсный

Работает на основе широтно-импульсной модуляции Высокий КПД (до 95%), подходит для мощных приборов, продлевает срок службы элементов Создает электромагнитные помехи Тюнинг автомобилей, уличное освещение, бытовые LED-источники

Как подобрать драйвер для светодиодов и рассчитать его технические параметры

Драйвер для светодиодной ленты не подойдет для мощного уличного фонаря и наоборот, поэтому необходимо как можно точнее рассчитать основные параметры устройства и учесть условия эксплуатации.

Параметр От чего зависит Как рассчитать
Расчет мощности устройства Определяется мощностью всех подключаемых светодиодов Рассчитывается по формуле P = P LED-источника × n, где P – это мощность драйвера; P LED-источника – мощность одного подключаемого элемента; n – количество элементов. Для запаса мощности 30% нужно P умножить на 1,3. Полученное значение – это максимальная мощность драйвера, необходимая для подключения осветительного прибора
Расчет напряжения на выходе Определяется падением напряжения на каждом элементе Величина зависит от цвета свечения элементов, она указывается на самом устройстве или на упаковке. Например, к драйверу 12 В можно подключить 9 зеленых или 16 красных светодиодов.
Расчет тока Зависит от мощности и яркости светодиодов Определяется параметрами, подключаемого устройства

Преобразователи выпускаются в корпусе и без. Первые выглядят более эстетичными и имеют защиту от влаги и пыли, вторые используются при скрытом монтаже и стоят дешевле. Еще одна характеристика, которую необходимо учесть – допустимая температура эксплуатации. Для линейных и импульсных преобразователей она разная.

Важно! На упаковке с устройством должны быть указаны его основные параметры и производитель.

Способы подключения преобразователей тока

Светодиоды можно подключить к устройству двумя способами: параллельно (несколькими цепочками с одинаковым количеством элементов) и последовательно (один за одним в одной цепи).

Для соединения 6 элементов, падение напряжения которых составляет 2 В, параллельно в две линии понадобится драйвер 6 В на 600 мА. А при подключении последовательно преобразователь должен быть рассчитан на 12 В и 300 мА.

Последовательное подключение лучше тем, что все светодиоды будут светиться одинаково, тогда как при параллельном соединении яркость линий может различаться. При последовательном соединении большого количества элементов потребуется драйвер с большим выходным напряжением.

Диммируемые преобразователи тока для светодиодов

Диммирование – это регулирование интенсивности света, исходящего от осветительного прибора. Диммируемые драйверы для светодиодных светильников позволяют изменять входные и выходные параметры тока. За счет этого увеличивается или уменьшается яркость свечения светодиодов. При использовании регулирования, возможно изменение цвета свечения. Если мощность меньше, то белые элементы могут стать желтыми, если больше, то синими.

Диммирование светодиодов при помощи пульта ДУ

Китайские драйверы: стоит ли экономить

Драйверы выпускаются в Китае в огромном количестве. Они отличаются низкой стоимостью, поэтому довольно востребованы. Имеют гальваническую развязку. Их технические параметры нередко завышены, поэтому при покупке дешевого устройства стоит это учесть.

Чаще всего это импульсные преобразователи, с мощностью 350÷700 мА. Далеко не всегда они имеют корпус, что даже удобно, если прибор приобретается с целью экспериментирования или обучения.

Недостатки китайской продукции:

  • в качестве основы используются простые и дешевые микросхемы;
  • устройства не имеют защиты от колебаний в сети и перегрева;
  • создают радиопомехи;
  • создают на выходе высокоуровневую пульсацию;
  • служат недолго и не имеют гарантии.

Не все китайские драйверы плохие, выпускаются и более надежные устройства, например, на базе PT4115. Их можно применять для подключения бытовых LED-источников, фонариков, лент.

Срок службы драйверов

Срок эксплуатации лед драйвера для светодиодных светильников зависит от внешних условий и изначального качества устройства. Ориентировочный срок исправной службы драйвера от 20 до 100 тыс. часов.

Повлиять на срок службы могут такие факторы:

  • перепады температурного режима;
  • высокая влажность;
  • скачки напряжения;
  • неполная загруженность устройства (если драйвер рассчитан на 100 Вт, а использует 50 Вт, напряжение возвращается обратно, от чего возникает перегрузка).

Известные производители дают гарантию на драйверы, в среднем на 30 тыс. часов. Но если устройство использовалось неправильно, то ответственность несет покупатель. Если LED-источник не включается или перестал работать, возможно, проблема в преобразователе, неправильном соединении, или неисправности самого осветительного прибора.

Как проверить драйвер для светодиодов на работоспособность смотрите в видео ниже:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector