Драйверы для светодиодных лампочек. Микросхемы-драйверы светодиодов Что такое драйвер для диода

Реверс-инжиниринг

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?

Преимущества светодиодных лап рассматривались неоднократно. Обилие положительных отзывов пользователей светодиодного освещения волей-неволей заставляет задуматься о собственных лампочках Ильича. Все было бы неплохо, но когда дело доходит до калькуляции переоснащения квартиры на светодиодное освещения, цифры немного «напрягают».

Для замены обыкновенной лампы на 75Вт идёт светодиодная лампочка на 15Вт, а таких ламп надо поменять десяток. При средней стоимости около 10 долларов за лампу бюджет выходит приличный, да и еще нельзя исключить риск приобретения китайского «клона» с жизненным циклом 2-3 года. В свете этого многие рассматривают возможность самостоятельного изготовления этих девайсов.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Самый бюджетный вариант можно собирать своими руками из вот таких светодиодов. Десяток таких малюток стоит меньше доллара, а по яркости соответствует лампе накаливания на 75Вт. Собрать всё воедино не проблема, вот только напрямую в сеть их не подключишь – сгорят. Сердцем любой светодиодной лампы является драйвер питания. От него зависит, насколько долго и хорошо будет светить лампочка.

Что бы собрать светодиодную лампу своими руками на 220 вольт, разберёмся в схеме драйвера питания.

Параметры сети значительно превышают потребности светодиода. Что бы светодиод смог работать от сети требуется уменьшить амплитуду напряжения, силу тока и преобразовать переменное напряжение сети в постоянное.

Для этих целей используют делитель напряжения с резисторной либо ёмкостной нагрузкой и стабилизаторы.

Компоненты диодного светильника

Схема светодиодной лампы на 220 вольт потребует минимальное количество доступных компонентов.

Светодиоды 3,3В 1Вт – 12 шт.;
керамический конденсатор 0,27мкФ 400-500В – 1 шт.;
резистор 500кОм — 1Мом 0,5 — 1Вт – 1 ш.т;
диод на 100В – 4 шт.;
электролитические конденсаторы на 330мкФ и 100мкФ 16В по 1 шт.;
стабилизатор напряжения на 12В L7812 или аналогичный – 1шт.

Изготовление драйвера светодиодов на 220В своими руками

Схема лед драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.

В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность. Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.

Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:

Делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
диодный мост;
каскад стабилизации напряжения.

Первый каскад – ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).

При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения. Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.

Второй каскад – диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.

Третий каскад – сглаживающий стабилизирующий фильтр.

Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.

Что бы сгладить пульсацию напряжения параллельно цепи подключаем электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от мощности нашей нагрузки.

В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.

Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.

Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.

На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.

Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора

Диаграмма в схеме со стабилизатором

Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.

Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.

Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт. Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.

Самым оптимальным способом подключения к 220В, 12В является использование стабилизатора тока, светодиодного драйвера. На языке предполагаемого противника пишется «led driver». Добавив к этому запросу желаемую мощность, вы легко найдёте на Aliexpress или Ebay подходящий товар.

1. Особенности китайских
2. Срок службы
3. ЛЕД драйвер на 220В
4. RGB драйвер на 220В
5. Модуль для сборки
6. Драйвер для светодиодных светильников
7. Блок питания для led ленты
8. Led драйвер своими руками
9. Низковольтные
10. Регулировка яркости

Особенности китайских

Многие любят покупать на самом большом китайском базаре Aliexpress. цены и ассортимент радуют. LED driver чаще всего выбирают из-за низкой стоимости и хороших характеристик.

Но с повышением курса доллара покупать у китайцев стало невыгодно, стоимость сравнялась с Российской, при этом отсутствует гарантия и возможность обмена. Для дешевой электроники характеристики бывают всегда завышены. Например, если указана мощность в 50 ватт, в лучшем случае то это максимальная кратковременная мощность, а не постоянная. Номинальная будет 35W — 40W.

К тому же сильно экономят на начинке, чтобы снизить цену. Кое где не хватает элементов, которые обеспечивают стабильную работу. Применяются самые дешевые комплектующие, с коротким сроком службы и невысокого качества, поэтому процент брака относительно высокий. Как правило, комплектующие работают на пределе своих параметров, без какого либо запаса.

Если производитель не указан, то ему не надо отвечать за качество и отзыв про его товар не напишут. А один и тот же товар выпускают несколько заводов в разной комплектации. Для хороших изделий должен быть указан бренд, значит он не боится отвечать за качество своей продукции.

Одним из лучших является бренд MeanWell, который дорожит качеством своих изделий и не выпускает барахло.

Срок службы

Как у любого электронного устройства у светодиодного драйвера есть срок службы, который зависит от условий эксплуатации. Фирменные современные светодиоды уже работают до 50-100 тысяч часов, поэтому питание выходит из строя раньше.

Классификация:

ширпотреб до 20.000ч.;
среднее качество до 50.000ч.;
до 70.000ч. источник питания на качественных японских комплектующих.

Этот показатель важен при расчёте окупаемости на долгосрочную перспективу. Для бытового пользования хватает ширпотреба. Хотя скупой платит дважды, и в светодиодных прожекторах и светильниках это отлично работает.

ЛЕД драйвер на 220В

Современные светодиодные драйвера конструктивно выполняются на ШИМ контроллере, который очень хорошо может стабилизировать ток.

Основные параметры:

номинальная мощность;
рабочий ток;
количество подключаемых светодиодов;
степень защиты от влаги и пыли
коэффициент мощности;
КПД стабилизатора.

Корпуса для уличного использования выполняются из металла или ударопрочного пластика. При изготовлении корпуса из алюминия он может выступать в качестве системы охлаждения для электронной начинки. Особенно это актуально при заполнении корпуса компаундом.

На маркировке часто указывают, сколько светодиодов можно подключить и какой мощности. Это значение может быть не только фиксированным, но и в виде диапазона. Например, возможно от 4 до 7 штук по 1W. Это зависит от конструкции электрической схемы светодиодного драйвера.

RGB драйвер на 220В

Трёхцветные светодиоды RGB отличаются от одноцветных тем, что содержат в одном корпусе кристаллы разных цветов красный, синий, зелёный. Для управления ими каждый цвет необходимо зажигать отдельно. У диодных лент для этого используется RGB контроллер и блок питания.

Если для RGB светодиода указана мощность 50W, то это общая на всё 3 цвета. Чтобы узнать примерную нагрузку на каждый канал, делим 50W на 3, получим около 17W.

Кроме мощных led driver есть и на 1W, 3W, 5W, 10W.

Пульты дистанционного управления (ДУ) бывают 2 типов. С инфракрасным управлением, как у телевизора. С управлением по радиоканалу, ДУ не надо направлять на приёмник сигнала.

Модуль для сборки

Если вас интересует лед driver для сборки своими руками светодиодного прожектора или светильника, то можно использовать led driver без корпуса.

Прежде чем делать led driver 50W своими руками, стоит немного поискать, например есть в каждой диодной лампе. Если у вас есть неисправная лампочка, у которой неисправность в диодах, то можно использовать driver из неё.

Низковольтные

Подробно разберем виды низковольтных лед драйверов работающих от напряжения до 40 вольт. Наши китайские братья по разуму предлагают множество вариантов. На базе ШИМ контроллеров производятся стабилизаторы напряжения и стабилизаторы тока. Основное отличие, у модуля с возможностью стабилизации тока на плате находится 2-3 синих регулятора, в виде переменных резисторов.

В качестве технических характеристик всего модуля указывают параметры ШИМ микросхемы, на которой он собран. Например устаревший но популярный LM2596 по спецификациям держит до 3 Ампер. Но без радиатора он выдержит только 1 Ампер.

Более современный вариант с улучшенным КПД это ШИМ контроллер XL4015 рассчитанный на 5А. С миниатюрной системой охлаждения может работать до 2,5А.

Если у вас очень мощные сверхяркие светодиоды, то вам нужен led драйвер для светодиодных светильников. Два радиатора охлаждают диод Шотки и микросхему XL4015. В такой конфигурации она способна работать до 5А с напряжением до 35В. Желательно чтобы он не работал в предельных режимах, это значительно повысить его надежность и срок эксплуатации.

Если у вас небольшой светильник или карманный прожектор, то вам подойдет миниатюрный стабилизатор напряжения, с током до 1,5А. Входное напряжение от 5 до 23В, выход до 17В.

Регулировка яркости

Для регулирования яркости светодиода можно использовать компактные светодиодный диммеры, которые появились недавно. Если его мощности будет недостаточно, то можно поставить диммер побольше. Обычно они работают в двух диапазонах на 12В и 24В.

Управлять можно с помощью инфракрасного или радиопульта дистанционного управления (ДУ). Они стоят от 100руб за простую модель и от 200руб модель с пультом ДУ. В основном такие пульты используют для диодных лент на 12В. Но его с лёгкостью можно поставить к низковольтному драйверу.

Диммирование может быть аналоговым в виде крутящейся ручки и цифровым в виде кнопок.

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.

Отправим материал вам на e-mail

В последние годы все большую популярность стало набирать . Это вызвано тем, что используемые в светильниках светодиоды, их еще называют светоизлучающими диодами (СИД), довольно яркие, экономичные и долговечные. При помощи светодиодных элементов создаются интересные и оригинальные световые эффекты, которые можно применять в самых различных интерьерах. Однако, такие осветительные приборы очень требовательны к параметрам электросетей, особенно к величине тока. Поэтому для нормальной работы освещения в цепь должны быть включены драйверы для светодиодов. В этой статье мы попробуем разобраться, что же такое светодиодные драйверы, каковы их основные характеристики, как не ошибиться при выборе и можно ли сделать его своими руками.

Без такого миниатюрного устройства светодиоды работать не будут

Поскольку светодиоды являются токовыми приборами, то соответственно они очень чувствительны к этому параметру. Для нормальной работы освещения требуется, чтобы через LED-элемент проходил стабилизированный ток с номинальной величиной. Для этих целей и был создан драйвер для светодиодных светильников.

Некоторые читатели, увидев слово драйвер, будут в недоумении, поскольку все мы привыкли, что этим термином обозначается некое ПО, позволяющее управлять программами и устройствами. В переводе с английского языка driver означает: водитель, машинист, поводок, мачта, управляющая программа и еще более 10 значений, но всех их объединяет одна функция – управление. Так обстоит дело и с драйверами для , только управляют они током. Итак, с термином разобрались, теперь перейдем к сути.

LED-драйвер – электронное устройство, на выходе которого, после стабилизации, образуется постоянный ток необходимой величины, обеспечивающий нормальную работу светодиодных элементов. В этом случае стабилизируется именно ток, а не напряжение. Устройства, стабилизирующие выходное напряжение называются блоками питания , которые также используются для питания светодиодных элементов освещения.

Как мы уже поняли, основным параметром драйвера для светодиодов является выходной ток, который устройство может обеспечивать длительное время при включении нагрузки. Для нормального и стабильного свечения LED-элементов требуется, чтобы через светодиод протекал ток, величина которого должна совпадать со значениями указанными в техническом паспорте полупроводника.

Где нашли применение драйвера для светодиодов

Как правило, светодиодные драйверы рассчитаны на работу с напряжением 10, 12, 24, 220 В и постоянным током в 350 мА, 700 мА и 1 А. Стабилизаторы тока для светодиодов производят, в основном, под определенные изделия, но существуют и универсальные устройства, подходящие к LED-элементам ведущих производителей.

В основном LED-драйвера в сетях с переменным током используются для:

В электроцепях с постоянным током стабилизаторы нужны для нормальной работы бортового освещения и фар автомобиля, переносных фонарей и т.д.

Токовые стабилизаторы адаптированы для работы с системами контроля и датчиками фотоэлементов , а в силу своей компактности могут быть легко установлены в распределительных коробках. Также посредством драйверов можно легко менять яркость и цвет светодиодных элементов, уменьшая величину тока посредством цифрового управления.

Как работают стабилизирующие устройства для светодиодов

Принцип работы преобразователя для и лент состоит в поддержании заданной величины тока независимо от выходного напряжения. В этом и заключается разница между блоком питания и драйвером для светодиодов.

Если посмотреть на представленную выше схему то мы увидим, что ток, благодаря резистору R1, стабилизируется, а конденсатор C1 задает необходимую частоту. Далее в работу включается диодный мост, в результате чего на светодиоды поступает стабилизированный ток.

Характеристики устройства, на которые нужно обратить внимание

Подбирая ЛЕД-драйвер для светодиодных светильников необходимо обязательно учитывать тот основных параметра, а именно: ток, выходное напряжение и мощность, потребляемая подключаемой нагрузкой.

Выходное напряжение токового стабилизатора зависит от следующих факторов:

количество LED-элементов;
падение напряжения на СИД;
способ подключения.

Ток на выходе устройства обусловлен мощностью и яркостью светодиодов . Мощность нагрузки оказывает влияние на потребляемый ею ток в зависимости от требуемой интенсивности свечения. Именно стабилизатор обеспечивает светодиодам ток необходимой величины.

Мощность светодиодного светильника зависит непосредственно от:

мощности каждого LED-элемента;
общего количества светодиодов;
цвета.

Потребляемую нагрузкой мощность можно рассчитать по следующей формуле:

PН = PLED × N , где

PН – общая мощность нагрузки;
PLED – мощность отдельного светодиода;
N – количество светодиодных элементов, подключаемых в нагрузку.

Максимальная мощность токового стабилизатора не должна быть меньше PН. Для нормальной работоспособности LED-драйвера рекомендуется обеспечить запас мощности минимум на 20÷30%.

Помимо мощности и количества СИД, мощность нагрузки, подключаемой к драйверу, зависит и от цвета светодиодных элементов. Дело в том, что светодиоды разного цвета обладают разной величиной падения напряжения при одинаковом значении тока. Так, например, у светодиода CREE XP-E красного цвета падение напряжения при токе в 350 мА составляет 1,9÷2,4 В, и средняя мощность потребления будет порядка 750 мВт. У зеленого светодиодного элемента при том же токе падение напряжения будет 3,3÷3,9 В, а средняя мощность составит уже почти 1,25 Вт. Соответственно стабилизатором тока рассчитанным на мощность 10 Вт можно запитывать 12÷13 СИД красного цвета или 7-8 зеленых светодиодов.

Виды стабилизаторов по типу устройства

Токовые стабилизаторы для светоизлучающих диодов разделяются по типу устройства на импульсные и линейные.

У линейного драйвера выходом является токовый генератор, обеспечивающий плавную стабилизацию выходного тока при неустойчивом входном напряжении, не создавая при этом высокочастотных электромагнитных помех. Такие устройства имеют простую конструкцию и невысокую стоимость, однако не очень высокий КПД (до 80%) сужает область их использования до маломощных LED-элементов и лент.

Устройства импульсного типа позволяют создавать на выходе череду токовых импульсов высокой частоты. Подобные драйвера работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть средняя величина тока на выходе определяется отношением ширины импульсов к их частоте. Подобные устройства более востребованы в силу своей компактности и более высокого КПД, составляющего порядка 95%. Однако в сравнении с линейными драйверами ШИМ стабилизаторы имеют больший уровень электромагнитных помех.

Как подобрать драйвер для светодиодов

Необходимо сразу заметить, что резистор не может являться полноценной заменой драйверу, поскольку он не в состоянии защитить светодиоды от перепадов в сети и импульсных помех. Также не лучшим вариантом будет использование линейного источника тока вследствие его низкой эффективности, ограничивающей возможности стабилизатора.

При выборе LED-драйвера для светодиодов стоит придерживаться следующих основных рекомендаций:

приобретать стабилизатор тока лучше всего одновременно с нагрузкой;
учитывать падение напряжения на СИД;
ток высокого номинала уменьшает КПД светодиода и приводит его перегреву;
учитывать мощность нагрузки, подключаемой к драйверу.

Также необходимо обращать внимание, чтобы на корпусе стабилизатора была указана его мощность, рабочие диапазоны входного и выходного напряжения, номинальный стабилизированный ток и степень влаго- и пылезащищенности устройства.

Рекомендация! Насколько мощный и качественный будет драйвер для светодиодной ленты или СИД выбирать, конечно же, вам. Тем не менее, следует помнить, что для нормальной работы всей создаваемой системы освещения лучше всего купить фирменный преобразователь, особенно если речь идет о светодиодных прожекторах и других мощных осветительных приборах.

Подключение преобразователей тока для светодиодов: схема драйвера для светодиодной лампы 220 В

Большинство производителей выпускают драйвера на интегральных микросхемах (ИМС), которые позволяют запитываться от пониженного напряжения. Все преобразователи для , существующие на данный момент, делятся на простые, созданные на основе 1÷3 транзисторов и более сложные, выполненные с применением микросхем с ШИМ.

Выше представлена схема драйвера на базе микросхемы, но как мы упоминали, существуют способы подключения при помощи резисторов и транзисторов. На самом деле вариантов подключения много и рассмотреть их все подробно в одном обзоре просто невозможно. На просторах интернета можно найти практически любую схему, подходящую именно для вашей ситуации.

Как рассчитать токовый стабилизатор для светодиодного освещения

Для определения выходного напряжения преобразователя требуется рассчитать соотношение мощности и тока. Так, например, при мощности 3 Вт и токе 0,3 А максимальное напряжение на выходе будет равно 10 В. Далее необходимо определиться со способом подключения, параллельное или последовательное, а также количеством светодиодов. Дело в том, что от этого зависит номинальная мощность и напряжение на выходе драйвера. После вычисления всех этих параметров можно подбирать соответствующий стабилизатор.

Стоит отметить, что у преобразователей рассчитанных на определенное количество LED-элементов имеется защита от внештатных ситуаций. Такой тип устройств отличается некорректной работой при подключении меньшего числа светодиодов – наблюдается мерцание или вообще не работают.

Диммируемый драйвер для LED-элементов - что это?

Последние модели преобразователей для светодиодов адаптированы для работы с регуляторами яркости свечения полупроводниковых кристаллов – . Использование этих устройств позволяет более рационально использовать электроэнергию и увеличить ресурс LED-элемента.

Диммируемые преобразователи бывают двух типов. Одни включены в цепь между стабилизатором и светодиодными элементами освещения и работают посредством ШИМ-управления. Преобразователи подобного типа используются для работы со светодиодными лентами, бегущей строкой и т.п.

Во втором варианте диммер устанавливается на разрыве между источником питания и стабилизатором, а принцип работы заключается, как в управлении параметрами тока, проходящего через светодиоды, так и при помощи широтно-импульсной модуляции.

Особенности китайских преобразователей тока для светодиодов

Высокая востребованность драйверов для LED-освещения привела к их массовому производству в азиатском регионе, частности в Китае. А эта страна славится не только качественной электроникой, но и массовым производством всевозможных подделок. Светодиодные драйвера китайского производства представляют собой импульсные преобразователи тока, как правило, рассчитанные на 350÷700 мА и в бескорпусном исполнении.

Преимущества китайских преобразователей тока заключаются лишь в невысокой стоимости и наличии гальванической развязки, а вот недостатков все-таки больше и состоят они в:

высоком уровне радиопомех;
ненадежности, вызванной дешевыми схемными решениями;
незащищенность от сетевых колебаний и перегрева;
высокий уровень пульсаций на выходе стабилизатора;
малый срок эксплуатации.

Обычно комплектующие китайского производства работают на пределе своих возможностей, без наличия какого-либо запаса. Поэтому если желаете создать надежно работающую систему освещения лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от известного проверенного производителя.

Срок эксплуатации токовых преобразователей

Как и любое электронное устройство, драйвер для светодиодного источника тока имеет определенный срок эксплуатации, который зависит от следующих факторов:

стабильность напряжения в сети;
температурные перепады;
уровень влажности.

Известные производители дают гарантию на свои изделия в среднем на 30 000 часов работы. Дешевые самые простые стабилизаторы рассчитаны на эксплуатацию в течение 20 000 часов, среднего качества – 20 000 ч и японские – до 70 000 ч.

Схема светодиодного драйвера на базе РТ 4115

Благодаря появлению большого количества светодиодных элементов с мощностью 1÷3 Вт и невысокой ценой, большинство людей предпочитает на их основе делать домашнее и автомобильное освещение. Однако для этого необходим драйвер, который позволит стабилизировать ток до номинального значения.

Для корректной работы преобразователя рекомендуется использовать танталовые конденсаторы. Если не установить конденсатор по питанию, то интегральная микросхема (ИМС) просто выйдет из строя при включении устройства в сеть. Выше представлена схема драйвера для светодиода на ИМС PT4115.

Как сделать своими руками драйвер для светодиодов

При помощи готовых микросхем даже начинающий радиолюбитель в состоянии собрать преобразователь для светодиодов различной мощности. Для этого требуется умение чтения электросхем и опыт работы с паяльником.

Собрать токовый стабилизатор для 3-ваттных стабилизаторов, можно используя микросхему от китайского производителя PowTech – PT4115. Данная ИМС может быть использована для светодиодных элементов с мощностью более 1 Вт и состоит из блоков управления с довольно мощным транзистором на выходе. Преобразователь, созданный на основе PT4115, имеет высокую эффективность и минимальный набор компонентов.

Как видим при наличии опыта, знаний и желания можно собрать светодиодный драйвер практически по любой схеме. Теперь рассмотрим пошаговую инструкцию создания простейшего токового преобразователя для 3-х LED-элементов мощность по 1 Вт, из зарядного устройства для мобильного телефона. Кстати, это поможет лучше разобраться в работе устройства и позднее перейти к более сложным схемам, рассчитанным на большее количество светодиодов и ленты.

Инструкция по сборке драйвера для светодиодов

Изображение	Описание этапа
	Для сборки стабилизатора на потребуется старое зарядное устройство от мобильного телефона. Мы взяли от «Самсунга», так они надежны. Зарядное устройство с параметрами 5 В и 700 мА аккуратно разобрать.
	Также нам понадобится переменный (подстроечный) резистор на 10 кОм, 3 светодиода по 1 Вт и шнур с вилкой.
	Вот так выглядит разобранное зарядное, которое мы будет переделывать.
	Выпаиваем выходной резистор на 5 кОм и на его место ставим «подстроечник».
	Далее находим выход на нагрузку и определив полярность припаиваем светодиоды, заранее собранные последовательно.
	Выпаиваем старые контакты от шнура и на их место подсоединяем провод с вилкой. Перед тем как проверить на работоспособность драйвер для светодиодов нужно убедиться в правильности соединений, их прочности и чтобы ничего не создало короткого замыкания. Только после этого можно приступать к тестам.
	Подстроечным резистором начинаем регулировку пока светодиоды не начнут светиться.
	Как видим LED-элементы горят.
	Тестером проверяем необходимые нам параметры: выходное напряжение, ток и мощность. При необходимости выполняем регулировку резистором.
	Вот, и все! Светодиоды горят нормально, нигде ничего не искрит и не дымит, а значит переделка прошла успешно, с чем вас и поздравляем.

Как видите сделать простейший драйвер для светодиодов очень просто. Конечно, опытным радиолюбителям эта схема может быть не интересна, но для новичка она отлично подойдет для практики.