Неотъемлемой частью любой качественной лампы или светильника на светодиодах является драйвер. Применительно к освещению, под понятием «драйвер» следует понимать электронную схему, которая преобразует входное напряжение в стабилизированный ток заданной величины. Функциональность драйвера определяется шириной диапазона входных напряжений, возможностью регулировки выходных параметров, восприимчивостью к перепадам в питающей сети и эффективностью.
От перечисленных функций зависят качественные показатели светильника или лампы в целом, срок службы и стоимость. Все источники питания (ИП) для светодиодов условно разделяют на преобразователи линейного и импульсного типа. Линейные ИП могут иметь узел стабилизации по току или напряжению. Часто схемы такого типа радиолюбители конструируют своими руками на микросхеме LM317. Такое устройство легко собирается и имеет малую себестоимость. Но, ввиду очень низкого КПД и явного ограничения по мощности подключаемых светодиодов, перспективы развития линейных преобразователей ограничены.
Импульсные драйверы могут иметь КПД более 90% и высокую степень защиты от сетевых помех. Их мощность потребления в десятки раз меньше мощности, отдаваемой в нагрузку. Благодаря этому они могут изготавливаться в герметичном корпусе и не боятся перегрева.
Первые импульсные стабилизаторы имели сложное устройство без защиты от холостого хода. Затем они модернизировались и, в связи с бурным развитием светодиодных технологий, появились специализированные микросхемы с частотной и широтно-импульсной модуляцией.
Схема питания светодиодов на основе конденсаторного делителя
К сожалению, в конструкции дешёвых светодиодных ламп на 220В из Китая не предусмотрен ни линейный, ни импульсный стабилизатор. Мотивируясь исключительно низкой ценой готового изделия, китайская промышленность смогла максимально упростить схему питания. Называть её драйвером не корректно, так как здесь отсутствует какая-либо стабилизация. Из рисунка видно, что электрическая схема лампы рассчитана на работу от сети 220В. Переменное напряжение понижается RC-цепочкой и поступает на диодный мост. Затем выпрямленное напряжение частично сглаживается конденсатором и через токоограничивающий резистор поступает на светодиоды. Данная схема не имеет гальванической развязки, то есть все элементы постоянно находятся под высоким потенциалом.
В результате частые просадки сетевого напряжения приводит к мерцанию светодиодной лампы. И наоборот, завышенное напряжение сети вызывает необратимый процесс старения конденсатора с потерей ёмкости, а, иногда, становится причиной его разрыва. Стоит отметить, что еще одной, серьезной отрицательной стороной данной схемы является ускоренный процесс деградации светодиодов вследствие нестабильного тока питания.
Схема драйвера на CPC9909
Современные импульсные драйверы для светодиодных ламп имеют несложную схему, поэтому ее можно легко смастерить даже своими руками. Сегодня, для построения драйверов, производится ряд интегральных микросхем, специально предназначенных для управления мощными светодиодами. Чтобы упростить задачу любителям электронных схем, разработчики интегральных драйверов для светодиодов в документации приводят типичные схемы включения и расчеты компонентов обвязки.
Общие сведения
Американская компания Ixys наладила выпуск микросхемы CPC9909, предназначенной для управления светодиодными сборками и светодиодами высокой яркости. Драйвер на основе CPC9909 имеет небольшие габариты и не требует больших денежных вложений. ИМС CPC9909 изготавливается в планарном исполнении с 8 выводами (SOIC-8) и имеет встроенный стабилизатор напряжения.
Благодаря наличию стабилизатора рабочий диапазон входного напряжения составляет 12-550В от источника постоянного тока. Минимальное падение напряжения на светодиодах – 10% от напряжения питания. Поэтому CPC9909 идеальна для подключения высоковольтных светодиодов. ИМС прекрасно работает в температурном диапазоне от -55 до +85°C, а значит, пригодна для конструирования светодиодных ламп и светильников для наружного освещения.
Назначение выводов
Стоит отметить, что с помощью CPC9909 можно не только включать и выключать мощный светодиод, но и управлять его свечением. Чтобы узнать обо всех возможностях ИМС, рассмотрим назначение ее выводов.
- VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
- CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
- GND. Общий вывод драйвера.
- GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
- PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
- VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
- LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
- RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.
Схема и ее принцип работы
Типичное включение CPC9909 с питанием от сети 220В показано на рисунке. Схема способна управлять одним или несколькими мощными светодиодами или светодиодами типа High Brightness. Схему можно легко собрать своими руками даже в домашних условиях. Готовый драйвер не нуждается в наладке с учетом грамотного выбора внешних элементов и соблюдением правил их монтажа. 
Драйвер для светодиодной лампы на 220В на базе CPC9909 работает по методу частотно-импульсной модуляции. Это означает, что время паузы является постоянной величиной (time-off=const). Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается емкостным фильтром C1, C2. Затем оно поступает на вход VIN микросхемы и запускает процесс формирования импульсов тока на выходе GATE. Выходной ток микросхемы управляет силовым транзистором Q1. В момент открытого состояния транзистора (время импульса «time-on») ток нагрузки протекает по цепи: «+диодного моста» – LED – L – Q1 – R S – «-диодного моста».
За это время катушка индуктивности накапливает энергию, чтобы отдать её в нагрузку во время паузы. Когда транзистор закрывается, энергия дросселя обеспечивает ток нагрузки в цепи: L – D1 – LED – L.
Процесс носит циклический характер, в результате чего ток через светодиод имеет пилообразную форму. Наибольшее и наименьшее значение пилы зависит от индуктивности дросселя и рабочей частоты. 
Частота импульсов определяется величиной сопротивления RT. Амплитуда импульсов зависит от сопротивления резистора RS. Стабилизация тока светодиода происходит путем сравнения внутреннего опорного напряжения ИМС с падением напряжения на R S . Предохранитель и терморезистор защищают схему от возможных аварийных режимов.
Расчет внешних элементов
Частотозадающий резистор
Длительность паузы выставляют внешним резистором R T и определяют по упрощенной формуле:
t паузы =R T /66000+0,8 (мкс).
В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:
t паузы =(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.
Датчик тока
Номинал сопротивления R S задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: R S =U CS /(I LED +0.5*I L пульс), где U CS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;
I LED – ток через светодиод;
I L пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*I LED .
После преобразования формула примет вид: R S =0,25/1.15*I LED (Ом).
Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: P S =R S *I LED *D (Вт).
К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.
Дроссель
Как известно, ток дросселя не может измениться скачком, нарастая за время импульса и убывая во время паузы. Задача радиолюбителя в том, чтобы подобрать катушку с индуктивностью, обеспечивающей компромисс между качеством выходного сигнала и её габаритами. Для этого вспомним об уровне пульсаций, который не должен превышать 30%. Тогда потребуется индуктивность номиналом:
L=(US LED *t паузы)/ I L пульс, где U LED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.
Фильтр питания
В цепи питания установлены два конденсатора: С1 – для сглаживания выпрямленного напряжения и С2 – для компенсации частотных помех. Так как CPC9909 работает в широком диапазоне входного напряжения, то в большой ёмкости электролитического С1 нет нужды. Достаточно будет 22 мкФ, но можно и больше. Емкость металлопленочного С2 для схемы такого типа стандартная – 0,1 мкФ. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не менее 400В.
Однако, производитель микросхемы настаивает на монтаже конденсаторов С1 и С2 с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), чтобы избежать негативного влияния высокочастотных помех, возникающих при переключении драйвера.
Выпрямитель
Диодный мост выбирают, исходя из максимального прямого тока и обратного напряжения. Для эксплуатации в сети 220В его обратное напряжение должно быть не менее 600В. Расчетная величина прямого тока напрямую зависит от тока нагрузки и определяется как: I AC =(π*I LED)/2√2, А.
Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.
Выбор остальных элементов схемы
Конденсатор C3, установленный в цепи питания микросхемы должен быть ёмкостью 0,1 мкФ с низким значением ESR, аналогично C1 и C2. Незадействованные выводы PWMD и LD также через C3 соединяются с общим проводом.
Транзистор Q1 и диод D1 работают в импульсном режиме. Поэтому выбор следует делать с учетом их частотных свойств. Только элементы с малым временем восстановления смогут сдержать негативное влияние переходных процессов в момент переключения на частоте около 100 кГц. Максимальный ток через Q1 и D1 равен амплитудному значению тока светодиода с учетом выбранного коэффициента заполнения: I Q1 =I D1 = D*I LED , А.
Напряжение, прикладываемое к Q1 и D1, носит импульсный характер, но не более, чем выпрямленное напряжение с учетом емкостного фильтра, то есть 280В. Выбор силовых элементов Q1 и D1 следует производить с запасом, умножая расчетные данные на два.
Предохранитель (fuse) защищает схему от аварийного короткого замыкания и должен длительно выдерживать максимальный ток нагрузки, в том числе импульсные помехи.
I FUSE =5*I AC , А.
Установка терморезистора RTH нужна для ограничения пускового тока драйвера, когда фильтрующий конденсатор разряжен. Своим сопротивлением RTH должен защитить диоды мостового выпрямителя от пробоя в начальные секунды работы.
R TH =(√2*220)/5*I AC , Ом.
Другие варианты включения CPC9909
Плавный пуск и аналоговое диммирование
При желании CPC9909 может обеспечить мягкое включение светодиода, когда его яркость будет постепенно нарастать. Плавный пуск реализуется при помощи двух постоянных резисторов, подключенных к выводу LD, как показано на рисунке. Данное решение позволяет продлить срок службы светодиода.
Также вывод LD позволяет реализовывать функцию аналогового диммирования. Для этого резистор 2,2 кОм заменяют переменным резистором 5,1 кОм, тем самым плавно изменяя потенциал на выводе LD.
Импульсное димирование
Управлять свечением светодиода можно путем подачи импульсов прямоугольной формы на вывод PWMD (pulse width modulation dimming). Для этого задействуют микроконтроллер или генератор импульсов с обязательным разделением через оптопару.
Кроме рассмотренного варианта драйвера для светодиодных ламп, существуют аналогичные схемные решения от других производителей: HV9910, HV9961, PT4115, NE555, RCD-24 и пр. Каждая из них имеет свои сильные и слабые места, но в целом, они успешно справляются с возложенной нагрузкой при сборке своими руками.
Читайте так же
Сегодня, наверное, ни одна квартира или частный дом не обходится без светодиодного освещения. Да и уличное освещение постепенно меняется на экономичные и долговечные LED-элементы. Но глядя на сегодняшнюю тему разговора спрашивается – при чем тут водитель (с английского «driver» переводится именно так)? Это первый вопрос, приходящий в голову человеку, несведущему в устройстве светодиодного освещения. На самом деле без такого устройства световые диоды не работают с напряжением в сети 220 В. Сегодня разберемся, какую функцию выполняет драйвер для светодиодов, как подключить это устройство и возможно ли изготовить собственными руками.
Читайте в статье:
Зачем нужны драйверы для светодиодов и что это такое
Ответ на вопрос, что такое драйвер для светодиода, довольно прост. Это устройство, стабилизирующее напряжение и придающее ему те характеристики, которые нужны для работы LED-элементов. Чтобы было понятнее, проведем аналогию с пускорегулирующим устройством люминесцентной лампы, которая также не может работать без дополнительного оборудования. Разница лишь в том, что драйвер имеет компактный размер и умещается в корпусе светового прибора. По сути его можно назвать стабилизирующим пусковым устройством или преобразователем частоты.
Где применяют стабилизирующие устройства для LED-элементов
LED-драйверы для светодиодов применяются в различных областях:
- фонари уличного освещения;
- лампы бытового освещения;
- светодиодные ленты и различная подсветка;
- офисные светильники с формой люминесцентных ламп.
Даже дневные ходовые огни автомобилей требуют установки такого устройства, но здесь все гораздо проще, можно обойтись одним резистором. И хотя драйвер для светодиодной ленты (к примеру) по характеристикам отличается от стабилизатора напряжения лампочки, функцию они выполняют одну.
Принцип работы схемы драйвера светодиодной лампы 220 В
Принцип работы устройства заключается в поддержании на выходном напряжении (независимо от его величины) заданного тока. В этом и состоит отличие от стабилизирующего блока питания, который отвечает за напряжение.
Рассматривая схему видим, что ток, проходя через сопротивления, стабилизируется, а конденсатор придает ему нужную частоту. Затем в дело вступает выпрямляющий диодный мост. Получаем стабилизированный прямой ток на светодиодах, который повторно ограничивается резисторами.
Характеристики драйверов, достойные внимания
Характеристики преобразователей, необходимых в том или ином случае, определяются, исходя из параметров LED-потребителей. Основными можно назвать:
- Номинальную мощность драйвера – этот параметр должен превышать общую мощность, потребляемую световыми диодами, которые будут в его схеме.
- Выходное напряжение – зависит от величин падения напряжения на каждом из световых диодов.
- Номинальный ток , который зависит от яркости свечения и потребляемой мощности элемента.
Важно знать! Падение напряжения на светодиоде зависит от его цвета. К примеру, если к БП 12 В получится подключить 16 светодиодов красного цвета, то максимальное количество зеленых составит уже 9.
Разделение LED-драйверов по типу устройства
Разделить преобразователи можно на два типа – линейные и импульсные. Оба типа применимы к световым диодам, но различия между ними заметны и по стоимости, и по техническим характеристикам.
Линейные преобразователи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Но такие драйверы имеют существенный недостаток – возможность подключения только маломощных световых элементов. Часть энергии тратится на выделение тепла, что способствует снижению коэффициента полезного действия (КПД).
Импульсные преобразователи основаны на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и при их работе величины выходных токов обусловлены таким параметром, как коэффициент заполнения. Это означает, что изменения частоты импульсов нет, а вот коэффициент заполнения способен изменяться на величины от 10 до 80%. Такие драйверы позволяют продлить срок службы световых диодов, но имеют один недостаток. При их работе возможно наведение электромагнитных помех. Попробуем разобраться, чем это грозит человеку на простом примере.
У проживающего в квартире или доме установлен кардиостимулятор. При этом в небольшой комнате установлена люстра с множеством приборов, работающих на импульсных лед драйверах для . Кардиостимулятор при этом может начать давать сбои. Конечно, это утрировано и для создания столь сильных помех нужно очень много ламп, которые находятся на расстоянии менее метра от кардиостимулятора, но все же риск присутствует.
Как подобрать драйвер для светодиода: некоторые нюансы
Перед тем, как приобретать преобразователь, рассчитывают потребляемую светодиодами мощность. Номинальная мощность устройства должна превышать этот показатель на 25÷30%. Так же стабилизатор должен совпадать по выходному напряжению.
Если планируется скрытое размещение, лучше выбрать преобразователь без корпуса – стоимость выйдет ниже при тех же технических характеристиках.
Важно! Драйверы китайского производства обычно не соответствуют заявленным характеристикам. Не стоит экономить на приобретении преобразователя «made in оттуда». Лучше отдать предпочтение российскому производителю.
Как подключить LED-элементы к преобразователю: способы и схемы
Светодиоды к драйверу подключаются двумя способами – последовательно или параллельно. Для примера возьмем 6 LED-излучателей с падением напряжения 2 В. При последовательном подключении понадобится драйвер на 12 В и 300 мА. При этом свечение будет ровным по всем элементам.
Подключив излучатели параллельно в группе по 3, получим возможность использования преобразователя 6 В, но уже на 600 мА. Проблема в том то, что из-за неравномерного падения напряжения одна линия будет светиться ярче, чем другая.
Рассчитываем характеристики преобразователя для светодиодов
Для точного расчета сначала определяемся с потребляемой мощностью светодиодов. После решается вопрос со схемой подключения – будет она параллельной или последовательной. От этого будет зависеть выходное напряжение и номинальная мощность необходимого преобразователя. Это вся работа, которую нужно выполнить. Теперь в магазине электротехники или на онлайн ресурсе подбираем драйвер согласно высчитанным показателям.
Полезно знать! Приобретая преобразователь, спрашивайте у продавца сертификат соответствия на изделие. Если он отсутствует, от покупки лучше воздержаться.
Что такое диммируемый драйвер для световых диодов
Диммируемым называется драйвер для светодиодного светильника, поддерживающий изменение входных параметров тока и способный в зависимости от этого изменять выходные. Эти достигается изменение интенсивности свечения LED-излучателей. Примером может послужить контроллер для светодиодной ленты с дистанционным управлением. При желании появляется возможность «приглушить» освещение в помещении, дать отдохнуть глазам. Так же это уместно, если в комнате спит ребенок.
Диммирование выполняется с ПДУ, или со штатного механического бесступенчатого переключателя.
Китайские преобразователи – что в них особенного
Китайские друзья славятся умением подделать оборудование так, что им становится невозможно пользоваться. По отношению к драйверам можно сказать так же. Приобретая китайское устройство будьте готовыми к завышенным заявленным характеристикам, низкому качеству и быстрому выходу преобразователя из строя. Если же собирается первый в жизни LED-светильник, потренироваться и получить навыки в радиоэлектронике, такие изделия незаменимы по причине низкой стоимости и простоты исполнения.
Что влияет на срок службы преобразователей
Причинами выхода из строя преобразователя становятся:
- Резкие скачки напряжения в сети.
- Повышенная влажность, если устройство не соответствует по степени защиты.
- Перепады температур.
- Недостаточная вентиляция.
- Повышенная запыленность.
- Неправильный расчет мощности потребителей.
Любую из этих причин можно предупредить или исправить. Это означает, что в силах домашнего мастера продлить срок службы стабилизирующего устройства.
Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости
Речь пойдет о китайском производителе, который является исключением из правил. Микросхема, на основе которой можно собрать простейший преобразователь как раз его производства. Микропроцессор PT4115 обладает хорошими характеристиками и набирает популярность в России.
Статья по теме:
Если освещение светодиодное и обычные регуляторы не подходят, то тогда устанавливаются , которые немного отличаются конструктивно и технически. Сегодня разберемся, какими они бывают, как выбрать и даже изготовить подобное устройство самостоятельно.
На рисунке представлена простейшая схема драйвера PT4115 для светодиодов, собрать которую сможет начинающий домашний мастер без опыта работы с радиоэлектроникой. Интересным в микросхеме является дополнительный выход (DIM) позволяющий подключение светорегулятора (диммера).
Как сделать драйвер для светодиодов своими руками
Собрать схему драйвера светодиодной лампы сможет любой начинающий мастер. Но для этого потребуется аккуратность и терпение. С первого раза стабилизирующее устройство может не получиться. Чтобы читателю было понятнее, как выполняется работа, предлагаем несколько простейших схем.
Как можно убедиться, ничего сложного в схемах драйверов для светодиодов от сети 220 В нет. Попробуем рассмотреть пошагово все этапы работ.
Пошаговая инструкция изготовления драйвера для светодиодов своими руками
| Фото пример | Выполняемое действие |
|---|---|
 | Для работы нам понадобится обычный блок питания для телефона. С его помощью все выполняется быстро и просто. |
 | После разборки зарядного устройства в руках у нас уже практически полноценный драйвер для трех одноваттных светодиодов, однако его нужно немного доработать. |
 | Выпаиваем ограничительный резистор на 5 кОм, который находится возле выходного канала. Именно он не дает зарядному устройству подать слишком большое напряжение на сотовый телефон. |
 | Вместо ограничительного впаиваем подстроечный резистор, выставив на нем те же 5кОм. Впоследствии добавим напряжение до необходимого. |
 | На выходной канал припаивается 3 светодиода по 1 Вт каждый, соединенные последовательно, что в сумме даст нам 3 Вт. |
 | Находим входные контакты и отпаиваем от печатной платы. Они нам уже не нужны… |
 | …а на их место припаиваем сетевой шнур, по которому будет подаваться питание 220 В. |
 | При желании в разрыв можно поставить резистор на 1 Ом, выставить амперметром все показатели. В этом случае диапазон затухания светодиодов будет шире. |
 | После полной сборки проверяем работоспособность. Выходное напряжение 5 В, светодиоды пока не светятся. |
 | Поворачивая регулятор на резисторе видим, как LED-элементы начинают «разгораться». |
Будьте внимательны. От такого преобразователя можно получить разряд не только в 220 В (от сетевого шнура), но и удар порядка 450 В, что довольно неприятно (проверено на себе).
Очень важно! Перед тем, как проверить драйвер для светодиодов на работоспособность и подключить к источнику питания, стоит еще раз визуально проверить правильность собранной схемы. Поражение электрическим током опасно для жизни, а вспышка от короткого замыкания может причинить вред глазам.
Преобразователи тока для световых диодов: где приобрести и какова стоимость
Такие устройства приобретаются в магазинах электротехники или на интернет ресурсах. Второй вариант выгоднее по цене. К тому же многие производители предлагают бесплатную доставку. Рассмотрим некоторые модели со входным напряжением 220 В с техническими характеристиками и стоимостью по состоянию на декабрь 2017 года.
| Фото | Модель | Класс защиты, IP | Выходное напряжение, В | Мощность, Вт | Стоимость, руб. |
|---|---|---|---|---|---|
| DFT-I-40- LD64 | 20 | 60-130 | 45 | 400 | |
| ZF-AC LD49 | 40 | 40-70 | 54 | 450 | |
| XS0812-12W PS12 | 20 | 24-44 | 12 | 200 | |
| PS100 (открытый) | 20 | 30-36 | 100 | 1100 | |
| PF4050A PS50 | 65 | 27-36 | 50 | 500 | |
| PF100W LD100 | 65 | 23-36 | 100 | 1000 |
Глядя на цены можно сказать, что самостоятельное изготовление преобразователя тока скорее подойдет тем, для кого это только увлечение. Приобрести такое устройство можно довольно недорого.
Подведём итог
Выбирая преобразователь тока для светодиодных ламп, следует все внимательно просчитать. Любая погрешность может привести к уменьшению срока службы приобретенного прибора. Несмотря на невысокую стоимость стабилизатора, довольно неприятно постоянно выкидывать деньги на ветер. Только в этом случае драйвер прослужит положенный ему срок. А при самостоятельном изготовлении соблюдайте правила электробезопасности и будьте аккуратны и внимательны при сборке схемы.
Надеемся, что предоставленная сегодня информация была полезна нашему читателю. Возникшие вопросы можно задать в обсуждении – мы на них обязательно ответим. Пишите, спрашивайте, делитесь опытом с другими читателями.
А напоследок небольшое видео по сегодняшней теме:
Работали максимально ярко и эффективно, используются специальные модули - драйверы. Собрать самостоятельно схему драйвера для светодиодов сможет каждый, если, конечно, имеются познания в электротехнике. Смысл работы прибора - преобразовать переменное напряжение, протекающее в сети, в постоянное (пониженное). Но прежде чем приступать к сборке, нужно определиться с тем, какие требования к устройству предъявляются - проанализируйте характеристики и виды приборов.
Для чего нужны драйверы?
Основное назначение драйверов - это стабилизация тока, который проходит через светодиод. Причем нужно учесть, что сила тока, который проходит по кристаллу полупроводника, должна быть точно такой же, как и у светодиода по паспорту. Благодаря этому обеспечивается устойчивое освещение. Кристалл в светодиоде намного дольше прослужит. Чтобы узнать напряжение, необходимое для питания светодиодов, нужно воспользоваться вольт-амперной характеристикой. Это график, показывающий зависимость между напряжением питания и током.
Если планируется проводить освещение светодиодными лампами жилого или офисного помещения, то драйвер должен питаться от бытовой сети переменного тока с напряжением 220 В. Если же светодиоды используются в автомобильной или мототехнике, нужно использовать драйверы, питающиеся от постоянного напряжения, значение 9-36 В. В некоторых случаях (если светодиодная лампа небольшой мощности и питается от сети 220 В) допускается убрать схему драйвера светодиода. От сети если запитано устройство, достаточно включить в схему постоянный резистор.
Параметры драйверов
Прежде чем приобрести устройство или самостоятельно его изготовить, нужно ознакомиться с тем, какие у него имеются основные характеристики:
- Номинальный ток потребления.
- Мощность.
- Выходное напряжение.
Напряжение на выходе преобразователя напрямую зависит от того, какой выбран способ подключения источника света, числа светодиодов. Ток имеет прямую зависимость от яркости и мощности элементов.
Преобразователь должен обеспечивать ток, при котором светодиоды будут работать с одинаковой яркостью. На PT4115 схема драйвера светодиодов реализуется довольно просто - это самый распространенный преобразователь напряжения для использования с LED-элементами. Изготовить прибор на его основе можно буквально «на коленке».
Мощность драйвера
Мощность прибора - это самая важная характеристика. Чем мощнее драйвер, тем большее число светодиодов можно подключить к нему (конечно, придется проводить простые расчеты). Обязательное условие - мощность драйвера должна быть больше, чем у всех светодиодов в сумме. Выражается это такой формулой:
Р = Р(св) х N,
где Р, Вт - мощность драйвера;
Р(св), Вт - мощность одного светодиода;
N - количество светодиодов.
Например, при сборке схемы драйвера для светодиода 10W вы можете смело подключать в качестве нагрузки LED-элементы мощностью до 10 Вт. Обязательно нужно иметь небольшой запас по мощности - примерно 25%. Поэтому, если планируется подключение светодиода 10 Вт, драйвер должен обеспечивать мощность не менее 12,5-13 Вт.
Цвета светодиодов
Обязательно нужно учитывать то, какой цвет испускает светодиод. От этого зависит то, какое падение напряжения будет у них при одинаковой силе тока. Например, при токе питания 0,35 А, падение напряжения у красных LED-элементов примерно 1,9-2,4 В. Мощность в среднем 0,75 Вт. Аналогичная модель с зеленым цветом будет уже иметь падение в интервале 3,3-3,9 В, а мощность 1,25 Вт. Поэтому, если вы применяете схему драйвера светодиода 220В с преобразованием в 12 В, к нему можно подключить максимум 9 элементов с зеленым цветом или 16 с красным.
Типы драйверов
Всего можно выделить два типа драйверов для светодиодов:
- Импульсные. С помощью таких устройств создаются в выходной части устройства высокочастотные импульсы. Функционирование основывается на принципах ШИМ-модуляции. Среднее значение тока зависит от коэффициента заполнения (отношения длительности одного импульса к частоте его повторения). Ток на выходе меняется за счет того, что коэффициент заполнения колеблется в интервале 10-80%, а частота остается постоянной.
- Линейные - типовая схема и структура выполнены в виде генератора тока на транзисторах с р-каналом. С их помощью можно обеспечить максимально плавную стабилизацию питающего тока в случае, если напряжение на входе неустойчиво. Отличаются дешевизной, но у них малая эффективность. При работе выделяется большое количество тепла, поэтому можно использовать только для маломощных светодиодов.
Импульсные получили большее распространение, так как у них КПД намного выше (может достигать 95%). Устройства компактные, диапазон входного напряжения достаточно широкий. Но есть один большой недостаток - высокое влияние различного рода электромагнитных помех.
На что обратить внимание при покупке?
Покупку драйвера обязательно нужно совершать при выборе светодиодов. На PT4115 схема драйвера светодиодов позволяет обеспечить нормальное функционирование Устройства, использующие ШИМ-модуляторы, построенные по схемам с одной микросхемой, применяются по большей части в автомобильной технике. В частности, для подключения подсветки и ламп головного освещения. Но качество у таких простейших приборов довольно низкое - для использования в бытовых системах они не годятся.
Диммируемый драйвер
Практически все конструкции преобразователей позволяют регулировать яркость свечения LED-элементов. С помощью таких устройств можно выполнять следующие действия:
- Уменьшать интенсивность освещенности днем.
- Скрывать или же подчеркивать определенные элементы интерьера.
- Зонировать помещение.
Благодаря этим качествам можно существенно сэкономить на электроэнергии, увеличить ресурс элементов.
Разновидности диммируемых драйверов
Типы диммируемых драйверов:
- Подключаются между БП и источником света. Они позволяют управлять энергией, которая поступает на LED-элементы. В основе конструкции находятся ШИМ-модуляторы с микроконтроллерным управлением. Вся энергия идет к светодиодам импульсами. От длины импульсов напрямую зависит энергия, которая поступит на светодиоды. Такие конструкции драйверов применяются в основном для работы модулей со стабилизированным питанием. Например, для лент или бегущих строк.
- Второй тип устройств позволяет проводить управление блоком питания. Управление производится при помощи ШИМ-модулятора. Также изменяется величина тока, который протекает через светодиоды. Как правило, такие конструкции применяются для питания тех устройств, которым необходим стабилизированный ток.
Нужно обязательно учесть тот факт, что ШИМ-регулирование плохо влияет на зрение. Лучше всего использовать схемы драйверов для питания светодиодов, в которых регулируется величина тока. Но вот один нюанс - в зависимости от величины тока свечение будет различным. При низком значении элементы будут излучать свет с желтым оттенком, при увеличении - с синеватым.
Какую микросхему выбрать?
Если нет желания искать готовое устройство, можно сделать его самостоятельно. Причем произвести расчет под конкретные светодиоды. Микросхем для изготовления драйверов довольно много. Вам потребуется только умение читать электрические схемы и работать с паяльником. Для простейших устройств (мощностью до 3 Вт) можно использовать микросхему PT4115. Она дешевая, и достать очень просто. Характеристики элемента такие:
- Напряжение питания - 6-30 В.
- Выходной ток - 1,2 А.
- Допустимая погрешность при стабилизации тока - не более 5%.
- Защита от отключения нагрузки.
- Выводы для диммирования.
- КПД - 97%.
Обозначение выводов микросхемы:
- SW - подключение выходного коммутатора.
- GND - отрицательный вывод источников питания и сигнала.
- DIM - регулятор яркости.
- CSN - датчик входного тока.
- VIN - положительный вывод, соединяемый с источником питания.
Варианты схем драйверов
Варианты исполнения устройств:
- Если имеется источник питания с постоянным напряжением 6-30 В.
- Питание от переменного напряжения 12-18 В. В схему вводится диодный мост и электролитический конденсатор. По сути, «классическая» схема мостового выпрямителя с отсечением переменной составляющей.
Нужно отметить тот факт, что электролитический конденсатор не сглаживает пульсации напряжения, а позволяет избавиться от переменной составляющей в нем. В схемах замещения (по теореме Кирхгофа) электролитический конденсатор в цепи переменного тока является проводником. А вот в цепи постоянного тока он заменяется разрывом (нет никакого элемента).
Собрать схему драйвера светодиодов 220 своими руками можно только в том случае, если использовать дополнительный блок питания. В нем обязательно задействован трансформатор, которым понижается напряжение до необходимого значения в 12-18 В. Учтите, что нельзя подключать драйверы к светодиодам без электролитического конденсатора в блоке питания. При необходимости установки индуктивности необходимо произвести ее расчет. Обычно величина составляет 70-220 мкГн.
Процесс сборки
Все элементы, которые используются в схеме, нужно подбирать, опираясь на даташит (техническую документацию). Обычно в нем приводятся даже практические схемы использования устройств. Обязательно использовать в схеме выпрямителя низкоимпедансные конденсаторы (значение ESR должно быть низким). Применение иных аналогов снижает эффективность регулятора. Емкость должна быть не менее 4,7 мкФ (в случае использования схемы с постоянным током) и от 100 мкФ (для работы в цепи переменного тока).
Собрать по схеме драйвер для светодиодов своими руками можно буквально за несколько минут, потребуется только наличие элементов. Но нужно знать и особенности проведения монтажа. Катушку индуктивности желательно располагать возле вывода микросхемы SW. Изготовить ее можно самостоятельно, для этого необходимо всего несколько элементов:
- Ферритовое кольцо - можно использовать со старых блоков питания компьютеров.
- Провод типа ПЭЛ-0,35 в лаковой изоляции.
Старайтесь все элементы располагать максимально близко к микросхеме, это позволит исключить появление помех. Никогда не проводите соединения элементов при помощи длинных проводов. Они не только создают множество помех, но и способны принимать их. В результате микросхема, неустойчивая к этим помехам, будет работать неправильно, нарушится регулировка тока.
Вариант компоновки
Разместить все элементы можно в корпусе от старой лампы дневного света. В ней уже все имеется - корпус, патрон, плата (которую можно повторно использовать). Внутри расположить все элементы блока питания и микросхему можно без особого труда. А с внешней стороны установить светодиод, который планируете запитывать от устройства. Схемы драйверов для светодиодов 220 В можно использовать практически любые, главное - понизить напряжение. Сделать это легко простейшим трансформатором.
Монтажную плату желательно использовать новую. А лучше вообще обойтись без нее. Конструкция очень простая, допустимо применить навесной монтаж. Обязательно удостоверьтесь в том, что на выходе выпрямителя напряжение в допустимых пределах, в противном случае микросхема сгорит. После сборки и подключения произведите замер потребляемого тока. Учтите, что в случае снижения тока питания увеличится ресурс светодиодного элемента.
Тщательно выбирайте схему драйвера для питания светодиодов, рассчитывайте каждый компонент конструкции - от этого зависит срок службы и надежность. При правильном подборе драйверов характеристики светодиодов останутся максимально высокими, а ресурс не пострадает. Схемы драйверов для мощных светодиодов отличаются тем, что в них большее число элементов. Зачастую применяется ШИМ-модуляция, но в домашних условиях, что называется, «на коленке», такие устройства уже сложно собрать.
Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать для светодиодов своими руками.
Как сделать драйвер для светодиодов
В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.
Необходимые материалы и инструменты
Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:
- Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, т.к. обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.
- Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.
- Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Бессвинцовые припои менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.
- Небольшие плоскогубцы для сгибания выводов.
- Кусачки или бокорезы для обкусывания длинных концов выводов и проводов.
- Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.
- Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.
- Изолента или термоусадочная трубка.
- Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.
Макетная плата из текстолита для быстрого монтажа
Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт
Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:
Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.
В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.
Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.
Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.
Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.
Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:
Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:
Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:
где I – сила тока в амперах.
В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом . Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.
Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:
Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.
Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.
Схема мощного драйвера с входом ШИМ
Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:
Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.
Особенности драйвера
- Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
- Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
- Выходная мощность: до 18 Вт;
- Защита от КЗ по выходу;
- Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала (интересно будет почитать, как ).
Принцип действия
Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.
Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.
Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.
D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.
Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:
- 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
- 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
- 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.
В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.
Сборка и настройка драйвера
Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.
Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.
При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.
Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.
После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.
Список элементов:
Заключение
Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.
Статья посвящена ремонту драйверов светодиодных прожекторов. Напоминаю, что недавно у меня уже была статья по , рекомендую ознакомиться.
Статья по схемам светодиодных драйверов и их ремонту
Саша, здравствуйте.
В частности, по теме освещения - схемы двух модулей от автомобильных LED прожекторов с напряжением на 12В. Заодно, хочу задать Вам и читателям несколько вопросов по комплектующим этих модулей.
Я не силён писать статьи, об опыте ремонта каких-то электронных устройств (это, в основном, – силовая электроника) пишу только на форумах, отвечая на вопросы участников форума. Там же делюсь схемами, срисованными мною с устройств, которые мне приходилось ремонтировать. Надеюсь, схемы светодиодных драйверов, нарисованные мною, помогут читателям в ремонте.
На схемы этих двух LED драйверов, обратил внимание потому, что они просты, как самокат, и их очень легко повторить своими руками. Если с драйвером модуля YF-053CREE-40W, вопросов не возникло, то по топологии схемы второго модуля LED прожектора TH-T0440C, их несколько.
Схема LED драйвера светодиодного модуля YF-053CREE-40W
Внешний вид этого прожектора приведен вначале статьи, а вот так этот светильник выглядит сзади, виден радиатор:
Светодиодные модули этого прожектора выглядят так:
Опыт по срисовыванию схем с реальных сложных устройств у меня имеется большой, поэтому схему этого драйвера срисовал легко, вот она:
YF-053 CREE Драйвер LED прожектора, схема электрическая
Принципиальная схема LED драйвера TH-T0440C
Как выглядит этот модуль (это автомобильная светодиодная фара):
Электрическая схема:
В этой схеме больше непонятного, чем в первой.
Во-первых, из-за необычной схемы включения ШИМ-контроллера, мне не удалось эту микросхему идентифицировать. По некоторым подключениям она похожа на AL9110, но тогда непонятно, как она работает без подключения к схеме её выводов Vin (1), Vcc (Vdd) (6) и LD (7) ?
Также возникает вопрос по подключению MOSFET-а Q2 и всей его обвязки. Он ведь он имеет N-канал, а подключён в обратной полярности. При таком подключении работает только его антипараллельный диод, а сам транзистор и вся его “свита”, совершенно бесполезны. Достаточно было вместо него поставить мощный диод Шоттки, или “баян” из более мелких.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Светодиоды для LED драйверов
Я не смог определиться со светодиодами. Они в обоих модулях одинаковые, хотя их производители разные. На светодиодах нет никаких надписей (с обратной стороны – тоже). Искал у разных продавцов по строке “Сверхяркие светодиоды для LED-прожекторов и LED-люстр”. Там продают кучу разных светодиодов, но все они, или без линз, или с линзами на 60º, 90º и 120º .
Похожих по виду на мои, не встретил ни разу.
Собственно, у обоих модулей одна неисправность – частичная, или полная деградация кристаллов светодиодов. Думаю, причина – максимальный ток с драйверов, установленный производителями (китаёзы) в целях маркетинга. Мол, смотрите, какие яркие наши люстры. А то, что они светят от силы часов 10, их не волнует.
Если возникнут претензии от покупателей, они всегда могут ответить, что прожекторы вышли из строя от тряски, ведь такие “люстры” в основном покупают владельцы джипов, а они ездят не только по шоссе.
Если удастся найти светодиоды, буду уменьшать ток драйвера до тех пор, пока не станет заметно уменьшаться яркость светодиодов.
Светодиоды лучше искать на АлиЭкспресс, там большой выбор. Но это рулетка, как повезёт.
Даташиты (техническая информация) на некоторые мощные светодиоды будут в конце статьи.
Думаю, главное для долговечной работы светодиодов – не гнаться за яркостью, а устанавливать оптимальный ток работы.
До связи, Сергей.
P.S. электроникой “болею” с 1970 г., когда на уроке физики собрал свой первый детекторный приёмник.
Ещё схемы драйверов
Ниже размещу немного информации по схемам и по ремонту от меня (автора блога СамЭлектрик.ру)
Светодиодный прожектор Навигатор, рассмотренный в статье (ссылку уже давал в начале статьи).
Схема стандартная, выходной ток меняется за счет номиналов элементов обвязки и мощности трансформатора:
LED Driver MT7930 Typical. Схема электрическая принципиальная типовая для светодиодного прожектора
Схема взята из даташита на эту микросхему, вот он:
/ Описание, типовая схема включения и параметры микросхемы для драйверов светодиодных модулей и матриц., pdf, 661.17 kB, скачан:1674 раз./
В даташите подробно расписано, что и как надо поменять, чтобы получить нужный выходной ток драйвера.
Вот более развернутая схема драйвера, приближенная к реальности:
Видите слева от схемы формулу? Она показывает, от чего зависит выходной ток. Прежде всего, от резистора Rs, который стоит в истоке транзистора и состоит из трех параллельных резисторов. Эти резисторы, а заодно и транзистор выгорают.
Имея схему, можно приниматься за ремонт драйвера.
Но и без схемы можно сразу сказать, что в первую очередь надо обратить внимание на:
- входные цепи,
- диодный мост,
- электролиты,
- силовой транзистор,
- пайку.
Сам я именно подобные драйвера ремонтировал несколько раз. Иногда помогала только полная замена микросхемы, транзистора и почти всей обвязки. Это очень трудозатратно и экономически неоправданно. Как правило – это гораздо проще и дешевле – покупал и устанавливал новый Led Driver, либо отказывался от ремонта вообще.
Скачать и купить
Вот даташиты (техническая информация) на некоторые мощные светодиоды:
/ Техническая информация по мощному светодиоду для фар и прожекторов, pdf, 689.35 kB, скачан:725 раз./
/ Техническая информация по мощному светодиоду для фар и прожекторов, pdf, 1.82 MB, скачан:906 раз./
Особая благодарность тем, кто схемы реальных светодиодных драйверов, для коллекции. Я опубликую их в этой статье.