Как да изберем драйвер за светодиодна лампа: видове, предназначение + особености на свързване

Светодиодните осветители получиха масово разпространение, в резултат на което започна активно производство на вторични източници на захранване. Драйверът на светодиодна лампа е способен да поддържа стабилно зададените стойности на тока на изхода на устройството, стабилизирайки напрежението, преминаващо през веригата от диоди.

Ще разкажем всичко за видовете и принципите на действие на устройството за преобразуване на тока за работа на диодната крушка. В предложената от нас статия са дадени насоки за избор на драйвер, дадени са полезни препоръки. Самостоятелните домашни електротехници при нас ще намерят изпитани на практика схеми за свързване.

Предназначение и сфера на използване

Диодните кристали се състоят от два полупроводника – анод (плюс) и катод (минус), които отговарят за трансформацията на електросигналите. Едната област има проводимост от P-тип, втората – N. При свързване на източник на захранване през тези елементи ще потече ток.

Благодарение на тази полярност електроните от зоната P-тип се устремяват към зоната N-тип, и обратно, зарядите от точка N се устремяват към Р. Но всеки раздел на областта има свои граници, наричани P-N преходи. На тези участъци частиците се срещат и взаимно се поглъщат или се рекомбинират.

Диодът принадлежи към полупроводниковите елементи и притежава само един p-n преход. Поради тази причина, главната характеристика, определяща степента на яркост на тяхното светене, е не напрежението, а токът.

При P-N преходите напрежението се намалява с определен брой волта, винаги еднакъв за всеки елемент от веригата. Като се вземат предвид тези стойности, драйверът стабилизира показателите на входящия ток и образува на изхода постоянна величина.

Каква мощност е необходима и какви стойности на загубите при P-N преминаване са посочени в паспорта на светодиодното устройство. Затова при избора на диодна крушка е необходимо да се вземат предвид параметрите на захранващия блок, чийто диапазон трябва да е достатъчен за компенсиране на загубената енергия.

За да могат мощните светодиоди да изработят посоченото в характеристиките време, е необходимо стабилизиращо устройство – драйвер. На корпуса на електронния механизъм винаги е показано неговото изходно напрежение.

Захранващи блокове с напрежение от 10 до 36 V се използват за оборудване на осветителни уреди.

Техниката може да бъде от най-различни видове:

• фарове на автомобили, велосипеди, мотоциклети и т.н.;
• малки преносими или улични фенери;
• светодиодни линийки, ленти, таванни крушки и модули.

Въпреки това за слаботокови светодиоди, както и в случай на използване на постоянно напрежение, драйверите е допустимо да не се прилагат. Вместо тях във веригата се добавя резистор, който също се захранва от мрежа 220 V.

Принцип на работа на захранващия блок

Нека разберем в какво се състоят разликите между източник на напрежение и захранващ блок. Като пример разглеждаме схемата, изобразена по-долу.

След като се свърже резистор 40 Ω към захранващ източник 12 V, през него ще преминава ток от 300 mA (фигура A). При паралелно включване на втори резистор във веригата стойността на тока ще бъде 600 mA (Б). Въпреки това напрежението ще остане непроменено.

Въпреки свързването на два резистора към захранващия източник, напрежението на изхода му ще бъде постоянно, тъй като при идеални условия то не се подчинява на товара.

Сега нека разгледаме как ще се променят стойностите, ако във веригата бъдат свързани резистори към захранващия блок. По аналогичен начин въвеждаме реостат 40 Ω с драйвер 300 mA. Последният създава върху него напрежение от 12 V (схема В).

Ако веригата е съставена от два резистора, то големината на тока е неизменна, а напрежението ще бъде 6 V (Г).

Драйверът, за разлика от източника на напрежение, поддържа на изхода зададените параметри на тока, но мощността на напрежението може да се променя.

Правейки изводи, може да се каже, че качественият преобразувател доставя на товара номинален ток дори при спад на напрежението. Съответно кристалите на диодите за 2 V или за 3 V и ток от 300 mA ще светят еднакво ярко при намалено напрежение.

Отличителни характеристики на преобразувателя

Един от най-важните показатели е предаваната мощност под товар. Устройството не трябва да се претоварва и да се опитва да се получат максимално възможни резултати.

Неправилното използване допринася за бързото излизане от строя не само на обзорния механизъм, но и на LED чиповете.

Към основните фактори, влияещи върху работата, се отнасят:

• съставни елементи, използвани в процеса на сглобяване;
• степен на защита (IP);
• минимални и максимални стойности на входа и изхода;
• производител.

Съвременните модели преобразуватели се произвеждат на базата на микросхеми и прилагат технологията на широчинно-импулсно преобразуване (ШИМ).

По време на работа на захранващия блок, за регулиране на стойността на изходното напрежение е внедрен методът на широчинно-импулсна модулация, като на изхода се запазва същият вид ток, както на входа.

Такива устройства се отличават с висока степен на защита от къси съединения, претоварвания на мрежата, както и притежават повишена ефективност (КПД).

Правила за избор на преобразувател на ток

За закупуване на преобразувател за LED лампа е необходимо да се проучат ключовите характеристики на уреда. Трябва да се ориентираме според изходното напрежение, номиналния ток и изходната мощност.

Мощност на светодиодите

Нека първо разгледаме изходното напрежение, което е подчинено на няколко фактора:

• стойност на загубите на напрежение в P-N преходите на кристалите;
• брой на светодиодите във веригата;
• схема на свързване.

Параметрите на номиналния ток могат да се определят по характерните особености на консуматора, а именно мощността на LED елементите и степента на тяхната яркост.

Този показател ще влияе върху тока, консумиран от кристалите, чийто диапазон варира в зависимост от необходимата яркост. Задачата на преобразувателя е да осигури на тези елементи подаването на необходимото количество енергия.

Стойността на напрежението на изхода трябва да бъде по-голяма или равна на общата сума на изразходваната енергия във всеки блок на електрическата схема

Мощността на устройството зависи от мощността на всеки LED елемент, техния цвят и брой.

За изчисляване на консумираната енергия се използва следната формула:

P_H = P_LED * N,

Където

• P_LED – електрическият товар, създаван от един диод,
• N – броят на кристалите във веригата.

Получените стойности не трябва да са по-малки от мощността на драйвера. Сега е необходимо да се определи необходимата номинална стойност.

Максимална мощност на уреда

Следва да се вземе предвид и фактът, че за осигуряване на стабилна работа на преобразувателя, неговите номинални стойности трябва да надвишават с 20-30% получената стойност P_H.

По този начин формулата придобива вида:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

където P_max е номиналната мощност на захранващия блок.

Освен мощността и броя на консуматорите на платката, силата на натоварването също е подчинена на цветовите фактори на консуматора. При еднакъв ток, в зависимост от нюанса, те имат различни показатели на падане на напрежението.

Драйверът за LED лампи трябва да подава такъв ток, който е необходим за осигуряване на максимална яркост. При избора на устройство купувачът трябва да помни, че мощността трябва да бъде по-голяма от тази, която използват всички светодиоди.

Да вземем за пример светодиодите на американската фирма Крий от серията XP-E в червен цвят.

Техните характеристики изглеждат по следния начин:

• пад на напрежение 1,9-2,4 V;
• ток 350 mA;
• средна консумирана мощност 750 mW.

Аналогът в зелен цвят при същия ток ще има съвсем различни показатели: загуби на P-N преходите 3,3-3,9 V, а мощност 1,25 W.

Съответно могат да се направят изводи: драйвер, проектиран за 10 W, се прилага за захранване на дванадесет червени кристала или осем зелени.

Схема за свързване на светодиоди

Изборът на драйвер трябва да се осъществи след определяне на схемата за свързване на LED-консуматорите. Ако първо се закупят светодиоди, а след това се подбира преобразувател за тях, този процес ще бъде съпроводен с множество трудности.

За намиране на устройство, осигуряващо работата на точно такъв брой консуматори при зададена схема на свързване, ще трябва да се отдели немалко време.

Да дадем пример с шест консуматора. Загубите на напрежение при тях са 3 V, консумираният ток – 300 mA. За тяхното свързване може да се използва един от методите, като във всеки отделен случай изискваните параметри на захранващия блок ще бъдат различни.

Недостатък на последователното разположение на диодите е нуждата от захранващ блок с голямо напрежение, ако във веригата има много кристали.

В нашия случай при последователно свързване е необходим блок на 18 V с ток 300 mA. Основният плюс на този начин е, че през цялата линия преминава еднаква сила на тока, съответно всички диоди светят с идентична яркост.

Минус на паралелното разположение на консуматорите е разликата в яркостта на светене на всяка верижка. Такова негативно явление възниква поради разсейване на параметрите на диодите вследствие на разликите между токовете, преминаващи през всяка линия.

Ако се приложи паралелно разположение – достатъчно е да се използва преобразувател на 9 V, но стойността на изразходвания ток ще бъде увеличена двойно в сравнение с предишния метод.

Методът на последователно разположение по два диода не може да бъде приложен с промяна на броя на кристалите, включени в групата – 3 и повече. Такива ограничения са свързани с това, че през един елемент може да премине твърде голям ток, а това създава вероятност за повреда на цялата верига.

Ако се използва последователен метод с формиране на двойки от по два светодиода, се използва драйвер с аналогични показатели, както в предишния случай. При това яркостта на осветлението ще бъде равномерна.

Въпреки това и тук не липсват отрицателни нюанси: при подаване на захранване към групата, поради разсейване на характеристиките, един от светодиодите може да се отвори по-бързо от втория, съответно през него ще протече ток, двойно по-голям от номиналната стойност.

Много видове светодиоди за домашно осветление са проектирани за подобни краткосрочни скокове, но този метод е по-малко търсен.

Видове драйвери по тип устройство

Устройствата, преобразуващи захранването 220 V в необходимите показатели за светодиоди, условно се делят на три категории: електронни; на базата на кондензатори; димируеми.

Пазарът на осветителни аксесоари е представен от широко разнообразие от модели драйвери, основно от китайски производител. И въпреки ниския ценови диапазон, от тези устройства може да се избере напълно достоен вариант. Въпреки това трябва да се обръща внимание на гаранционната карта, тъй като не цялата представена продукция има приемливо качество.

Електронен вид на уреда

В идеалния случай електронният преобразувател трябва да бъде оборудван с транзистор. Неговата роля се състои в осъществяване на разтоварване на регулиращата микросхема. За изключване или максимално изглаждане на пулсациите, на изхода се монтира кондензатор.

Устройство от този тип принадлежи към скъпата категория, но то е способно да стабилизира тока до 750 mA, на което баластните механизми не са способни.

Най-новите драйвери основно се инсталират на крушки с цокъл E27. Изключение от правилото са продуктите Gauss GU5,3. Те са оборудвани с безтрансформаторен преобразувател. Въпреки това степента на пулсация при тях достига няколкостотин Hz.

Пулсацията не е единственият недостатък на преобразувателите. Вторият може да се нарече електромагнитни смущения от високочестотен (ВЧ) диапазон. Така че, ако в контакта, свързан с осветителя, се включат други електроуреди, например радио, може да се очакват смущения при приемане на цифрови FM честоти, телевизия, рутер и т.н.

В опционалното устройство на качествен уред трябва да има два кондензатора: един – електролитен за изглаждане на пулсации, друг – керамичен за понижаване на ВЧ. Въпреки това такава комбинация може да се срещне рядко, особено когато става въпрос за китайски изделия.

Тези, които имат общи понятия в подобни електросхеми, могат самостоятелно да избират изходните параметри на електронния преобразувател, като променят номинала на резисторите.

Поради високия КПД (до 95%) такива механизми са подходящи за мощни уреди, използвани в различни сфери, например за тунинг на автомобили, в улични осветителни тела, както и за битови LED източници.

Захранващ блок на базата на кондензатори

Сега преминаваме към не толкова популярните устройства – на базата на кондензатори. Почти всички схеми на евтини светодиодни лампи, в които са използвани драйвери от този тип, имат сходни характеристики.

Въпреки това, поради модификации от производителя те претърпяват промени, например премахване на някой елемент от веригата. Особено често тази част е един от кондензаторите – изглаждащият.

Поради безконтролното запълване на пазара с евтин и некачествен продукт, потребителите могат да „усещат“ в лампите стопроцентна пулсация. Дори без да се задълбочаваме в устройството им, може да се твърди, че изглаждащият елемент е премахнат от схемата.

Предимствата на такива механизми са само две: те са достъпни за самостоятелно сглобяване, а техният КПД се равнява на сто процента, тъй като загубите ще са само на p-n преходите и съпротивленията.

Същият брой са и отрицателните страни: ниска електробезопасност и висока степен на пулсация. Вторият недостатък е около 100 Hz и се образува в резултат на изправяне на променливотоково напрежение. В ГОСТ е записана норма за допустима пулсация от 10-20 % в зависимост от предназначението на помещението, в което е инсталирано осветителното тяло.

Единственият начин да се изглади този недостатък е подбор на кондензатор с правилен номинал. Въпреки това не трябва да се разчита на пълно отстраняване на проблема – такова решение може само да изглади интензитета на импулсите.

Димируеми преобразуватели на ток

Драйвери-светлорегулатори за димируеми LED-крушки позволяват да се променят входящите и изходящите показатели на тока, като при това се намалява или увеличава степента на яркост на светлината, излъчвана от диодите.

Съществуват два метода на свързване:

• първият предполага плавен старт;
• вторият – импулсен.

Разгледайте принципа на работа на димируемите драйвери на базата на микросхемата CPC9909, използвана като регулиращ апарат за светодиодни вериги, включително и с висока яркост.

Схема на стандартно включване на CPC9909 с захранване 220 V. Съгласно схематичните указания, има възможност за управление на един или няколко мощни консуматора

При плавен старт микросхемата с драйвера осигурява постепенно включване на диодите с нарастваща яркост. За този процес се използват два резистора, свързани към извода LD, предназначен за изпълнение на задачата за плавно димиране. Така се реализира важна задача – удължаване на експлоатационния живот на LED елементите.

Този същият изход осигурява и аналогово регулиране — резистор от 2,2 кΩ се заменя с по-мощен променлив аналог — 5,1 кΩ. По този начин се постига плавна промяна на потенциала на изхода.

Прилагането на втория начин предполага подаване на импулси от правоъгълен тип на нискочестотния извод PWMD. При това се използва или микроконтролер, или импулсен генератор, които задължително се разделят с оптопара.

С корпус или без него?

Драйверите се произвеждат с корпус или без. Първият вариант е най-разпространен и по-скъп. Такива устройства са защитени от проникване на влага и прахови частици.

Приспособленията от втория тип се използват при скрит монтаж и съответно са по-евтини.

Захранването на всички представени устройства може да бъде от мрежа 12 V или 220 V. Въпреки че безкорпусните модели печелят по цена, те значително изостават по отношение на безопасност и надеждност на механизма.

Всеки от тях се отличава с допустимата температура по време на експлоатация – на това също трябва да се обърне внимание при избора.

Класическа схема на драйвера

За самостоятелно сглобяване на LED захранващ блок ще разгледаме най-простото устройство от импулсен тип, което няма галванична развръзка. Основното предимство на този вид схеми е простото свързване и надеждна работа.

Схемата на преобразувателя за 220 V е представена като импулсен захранващ блок. При сглобяването трябва да се спазват всички правила за електробезопасност, тъй като тук няма граници за токоотдаване.

Схемата на такъв механизъм е съставена от три основни каскадни области:

1. Делител на напрежение на капацитивно съпротивление.
2. Изправител.
3. Стабилизатори на напрежение.

Първият участък – противодействие, оказвано на променливия ток от кондензатора C1 с резистора. Последният е необходим единствено за осъществяване на самостоятелно зареждане на инертния елемент. Той не оказва влияние върху работата на схемата.

Номиналната стойност на резистора може да бъде в диапазон 100 kΩ – 1 MΩ, с мощност 0,5–1 W. Кондензаторът трябва да бъде електролитен, а ефективната му амплитудна стойност на напрежението – 400–500 V

Когато образуваният полувълнов импулс на напрежението преминава през кондензатора, токът протича, докато плочите се заредят напълно. Колкото по-малък е капацитетът на механизма, толкова по-малко време ще бъде изразходвано за пълното му зареждане.

Например, устройство с капацитет 0,3–0,4 μF се зарежда за 1/10 от периода на полувълната, т.е. само една десета от преминаващото напрежение преминава през този участък.

Процесът на изправяне в този участък се извършва по схема на Грец. Диодният мост се подбира, като се отчитат номиналният ток и обратното напрежение. При това последната стойност не трябва да бъде по-малка от 600 V.

Вторият каскад е електрическо устройство, което преобразува (изправя) променлив ток в пулсиращ. Такъв процес се нарича двуполупериоден. Тъй като една част от полувълната е била изгладена от кондензатора, на изхода на този участък постоянният ток ще бъде равен на 20-25 V.

Тъй като захранването на светодиодите не трябва да надвишава 12 V, за схемата е необходимо да се използва стабилизиращ елемент. За тази цел се въвежда емкостен филтър. Например, може да се използва модел L7812.

Третият каскад работи на базата на изглаждащ стабилизиращ филтър – електролитен кондензатор. Изборът на неговите капацитивни параметри зависи от силата на товара.

Тъй като сглобената схема започва работа веднага, не трябва да се докосват оголените проводници, тъй като провежданият ток достига десетки ампери – предварително се извършва изолация на линиите.

Изводи и полезно видео по темата

Всички трудности, с които може да се сблъска радиолюбителят, подбиращ преобразувател за мощни LED лампи, са подробно описани във видеоклипа:

Основни особености на самостоятелното включване на преобразувателното устройство в електронната схема:

Поетапен инструктаж, описващ процеса на сглобяване със собствени ръце на светодиоден драйвер от подръчни средства:

Въпреки обявените от производителя десетки хиляди часове непрекъсната работа на светодиодните лампи, съществуват много фактори, които значително намаляват тези показатели.

За изглаждане на всички скокове на тока в електронната система са предвидени драйвери. Към техния избор или самостоятелно сглобяване трябва да се подхожда отговорно след изчисляване на всички необходими параметри.

Разкажете за това, как подбрахте драйвер за работа на светодиодната крушка. Споделете своите аргументи и начини за стабилизиране на подаването на напрежение към диодното осветително устройство. Оставете коментари в блока по-долу, задавайте въпроси, публикувайте снимки по темата на статията.