Для чего нужен и как выбрать драйвер для светодиодного освещения

Введение

Компаниями «Интеграл» (Республика Беларусь), «Тандем Электроника» (Российская Федерация) и СКТБ «Микроника» (Республика Беларусь) организовано производство LED-ламп и светильников, начиная от разработки, производства интегральных микросхем (ИМС) LED-драйверов и систем управления освещением и заканчивая изготовлением плат применения.

Производимые LED-лампы и светильники характеризуются продолжительным сроком эксплуатации, крайне низким уровнем энергопотребления, высокой светоотдачей, отсутствием пульсаций светового потока, нечувствительностью к нестабильной электросети и к частым включениям/выключениям, способностью уверенно работать в условиях повышенной влажности и серьезных морозов. В случае необходимости используется модульное расположение LED-диодов в осветительной системе, что позволяет не заменять незамедлительно LED-лампу при выходе из строя одного или нескольких светодиодов, так как общая светоотдача такой системы изменяется незначительно.

Светодиодные лампы и светильники обычно состоят из светодиодного модуля и платы источника тока (LED-драйвера), размещенных в корпусе-радиаторе. Все LED-лампы, трубки и светильники компаний «Интеграл» и «Тандем Электроника» комплектуются LED-драйверами, разработанными компанией СКТБ «Микроника», которая использует в их составе ИМС собственной разработки.

Во многих случаях актуально создание с целью экономии электроэнергии (системы уличного, офисного освещения, «умный дом») или для реализации специальных режимов освещения (птицеводческие фабрики, тепличное освещение и др.) управляемых систем освещения, в составе которых необходим управляемый источник питания (УИП). Использование УИП в таких системах освещения может обеспечивать как групповое, так и адресное управление каждым светильником. Кроме того, УИП обеспечивают поддержку открытой распределенной архитектуры с интеллектуальной периферией, которая позволяет, во-первых, оптимизировать систему управления освещением под индивидуальные требования заказчика, во-вторых, система имеет расширенные функции по управлению освещением и обеспечивает возможность ее интеграции с другими распределенными системами управления. Основная область применения таких систем — птицеводческие помещения, энергосберегающее уличное и офисное освещение.

Линейные драйверы светодиодов

Компания Maxim выпускает линейные и импульсные драйверы светодиодов. Выходной каскад линейных драйверов представляет собой генератор тока на полевом транзисторе с p-каналом. Структура и типовая схема включения линейного драйвера показана на рис. 3.

Рис. 3. Типовая схема включения и структура линейного драйвера

Ток через последовательно включенные светодиоды задается резистором RSENSE (датчиком тока). Падение напряжения на этом резисторе определяет выходное напряжение дифференциального усилителя DIFF AMP, поступающее на неинвертирующий вход регулирующего усилителя IREG. Регулирующий ОУ сравнивает напряжение ошибки с опорным, формируя на своем выходе потенциал для управления полевым транзистором с p-каналом, работающим в линейном режиме, поэтому рассматриваемые драйверы проигрывают в эффективности импульсным. Однако линейные драйверы обладают простотой применения, низкой ценой и минимальными электромагнитными излучениями (ЭМИ).

В некоторых приложениях (например, в автомобильных) цена и простота применения имеют определяющее значение при выборе светодиодного драйвера. Основные параметры линейных драйверов светодиодов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Линейные драйверы мощных светодиодов (Linear HB LED drivers)

Наименование	Области применения	Uвх, В	Iвых.макс., А	ШИМ-димминг (PWM-Dimming)	Корпус
Автомобильные приложения	Общее применение	Подсветка дисплея
MAX16800	Да	Да	6,5…40	0,35	1:30	16-TQFN
MAX16803	Да	Да	6,5…40	0,35	1:200	16-TQFN
MAX16804/05/06	Да	Да	5,5…40	0,35	1:200	20-TQFN
MAX16815	Да	Да	6,5…40	0,1	1:100	6-TDFN
MAX16823	Да	Да	5,5…40	0,1/канал	1:200	16-TQFN; 16-TSSOP
MAX16824	Да	Да	Да	6,5…28	0,15/канал	1:5000	16-TSSOP
MAX16825	Да	Да	Да	6,5…28	0,15/канал	1:5000	16-TSSOP
MAX16828	Да	Да	6,5…40	0,2	1:100	6-TDFN
MAX16835	Да	Да	6,5…40	0,35	1:80	16-TQFN
MAX16836	Да	Да	6,5…40	0,35	1:80	16-TQFN
MAX16839	Да	Да	5…40	0,1	1:200	6-TDFN; 8-SO

Большинство из них имеют диапазон входных напряжений 6,5…40 В. Максимальные значения выходных токов составляют 0,1…0,35 А. Каждая микросхема из таблицы 1 допускает импульсное регулирование выходного тока (ШИМ-димминг)

Управлять яркостью светодиодов можно с помощью регулировки скважности импульсов, формируемых таймером ICM7555. Рекомендуемая для этого производителем схема приведена на рис

4

Параметры внешних компонентов для ШИМ-последовательности импульсов, формируемой таймером, приведены в соответствующей документации для ICM7555

4. Параметры внешних компонентов для ШИМ-последовательности импульсов, формируемой таймером, приведены в соответствующей документации для ICM7555.

Рис. 4. Управление яркостью светодиодов с помощью таймера ICM7555

На рис.5 приведена рекомендуемая производителем схема для защиты мощных светодиодов от перегрева с помощью термистора NTC. Ток ограничения через светодиоды рассчитывается по формуле: ILED = V5]/R1, где V5- выходное напряжение 5В от встроенного стабилизатора напряжения. Такая несложная доработка схемы позволит исключить возможность выхода из строя дорогих светодиодов из-за недопустимо высокой температуры корпуса, ведь даже небольшое превышение максимально допустимой температуры резко сокращает их срок службы.

Рис. 5. Защита светодиодов от перегрева с помощью термистора

На рис. 6 показан способ увеличения выходного тока драйвера с помощью внешнего биполярного транзистора. Следует отметить, что в этом случае светодиоды подключаются между входом источника питания и коллектором биполярного транзистора, а это не всегда удобно.

Рис. 6. Увеличение тока драйвера с помощью внешнего биполярного транзистора

Схема для увеличения выходного тока, показанная на рис. 7, свободна от этого недостатка. Катод нижнего по схеме светодиода подключается непосредственно к общему проводу, что в большинстве случаев гораздо предпочтительнее предыдущего варианта, показанного на рис. 6, когда на катоде нижнего светодиода всегда присутствует ненулевой потенциал. Большинство микросхем линейных драйверов из таблицы 1 допускают рассмотренные варианты увеличения выходного тока. В качестве примера на рисунках 6 и 7 приведена микросхема MAX16803.

Рис. 7. Параллельное включение двух драйверов для увеличения выходного тока

Установка и подключение драйвера

Для правильной работы светодиодного светильника необходимо установить и подключить соответствующий драйвер. Перед началом установки следует ознакомиться с инструкцией по эксплуатации конкретного светильника, так как процесс установки может немного отличаться в зависимости от модели.

Во-первых, перед установкой драйвера следует убедиться, что натяжной потолок или другая конструкция, на которую планируется установка светильника, достаточно прочны и способны выдержать его вес.

Во-вторых, необходимо отключить электричество перед подключением драйвера. Для этого можно отключить соответствующий выключатель в электрощите или снять предохранитель. Также рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты, такие как перчатки из негорючего материала и защитные очки.

После подготовительных мероприятий можно приступить к установке драйвера. Для этого необходимо расположить его в указанном в инструкции для светильника месте. Обычно драйвер устанавливается на потолок или стену с помощью крепежных элементов, предоставляемых производителем. При установке следует быть внимательным и аккуратным, чтобы не повредить светильник или его компоненты.

После установки драйвера следует приступить к подключению. Для этого необходимо соединить выходные контакты драйвера с соответствующими контактами светодиодного светильника. Обычно это делается с помощью проводов или специальных разъемов, которые также предоставляются производителем. При подключении необходимо убедиться, что контакты подключены правильно, чтобы избежать неполадок и повреждений.

Когда драйвер установлен и подключен, можно включить электричество и проверить работу светильника. При необходимости можно настроить параметры драйвера, такие как яркость или цветовую температуру света, в соответствии с инструкцией производителя.

Будьте внимательны при установке и подключении драйвера, чтобы обеспечить безопасность и правильную работу светодиодного светильника. Если у вас возникнут трудности или сомнения, рекомендуется обратиться к специалисту, который поможет вам с установкой и подключением драйвера.

Особенности монтажа монохромных световых полос

Монохромные LED-полосы могут иметь различные оттенки, но наиболее распространёнными считаются ленты с белым свечением, которые, в свою очередь, делятся по температурным режимам. К примеру, полосы с тёплым белым светом, более близким по оттенку к лампам накаливания. Это приятное мягкое свечение чуть желтоватого оттенка применяется для спален, гостиных и детских. Если же говорить о холодном свете, то такой наиболее применим для офисных помещений.

ФОТО: designmyhome.ruМонохромная белая лента в интерьере смотрится довольно неплохо

Для подключения монохромной светодиодной ленты требуется лишь 2 контакта: плюс и минус. Монтаж их намного проще, чем RGB, однако и эффект, создаваемый при работе такой полосы, необычным назвать не получится. Попробуем подробно рассмотреть, как подключается монохромная LED-лента.

Инструкция по подключению монохромной световой полосы

Для того, чтобы пошаговая инструкция монтажа воспринималась читателем проще, мы проиллюстрируем все выполняемые действия фотопримерами.

ФОТО: yastroyu.ruМаломощную ленту можно использовать в виде подсветки

Рассмотрим наиболее простой вариант, когда всё оборудование приобретается одновременно в комплекте. В этом случае не потребуется паяльник или дополнительные коннекторы. Все необходимые штекеры уже установлены на оборудовании.

Для начала рассмотрим, что собой представляет комплект. Это:

• светодиодная лента длиной 5 м;
• диммер с пультом дистанционного управления для монохромной ленты;
• блок питания (в нашем случае, его мощность составляет 6 Вт).

ФОТО: youtube.comКомплект для обустройства подсветки: лента, диммер, блок питания

После распаковки требуется соединить светодиодную ленту с диммером, а после этого – с блоком питания. Сделать это крайне просто, нужно всего лишь вставить штекеры в соответствующие гнёзда.

ФОТО: youtube.comСоединение всех элементов цепи – теперь можно включать блок питания в сеть

Включение и выключение светодиодной подсветки осуществляется при помощи ПДУ. Для этого на нём имеются кнопки On и Off.

ФОТО: youtube.comКнопки для включения и выключения светодиодной полосы

Дополнительные кнопки, в нашем случае оранжево-коричневого цвета, регулируют интенсивность мигания светодиодов ленты от самого медленного (сверху) до ускоренного (снизу). Такая опция может создать необходимую атмосферу во время какого-либо праздника, танцев.

ФОТО: youtube.comКнопки для регулирования интенсивности режима стробоскопа

Также на пульте ДУ можно найти кнопки для включения других режимов, вроде цикличного медленного или ускоренного затухания. Если же требуется вручную немного приглушить интенсивность освещения, то вверху имеются клавиши и для этих целей. Это, собственно, и есть сам диммер.

ФОТО: youtube.comКнопки ручного диммирования на ПДУ

Подключение двух и более монохромных лент

Особой разницы в подключении дополнительных лент нет. Однако есть пара нюансов, игнорировать которые не стоит. Во-первых, светодиодные ленты нельзя подключать последовательно, делая из них полосы, длиной более пяти метров. Такие действия приведут к перегреву и перегоранию дорожек, находящихся ближе к блоку питания вследствие повышенной нагрузки на них. Поэтому здесь подойдёт только параллельное подключение.

ФОТО: carnovato.ruСхема коммутации монохромной ленты

Во-вторых, блок питания должен иметь выходную мощность соответствующую всем подключённым к нему светодиодным лентам. В идеале, выходная мощность выпрямителя должна превышать потребляемую на 30%. В противном случае, блок питания будет перегреваться и, в итоге, выйдет из строя.

Технические характеристики

Необходимость покупки драйвера возникает, если был найден интересный светильник без преобразователя тока. Другой вариант — создание источника света с нуля путем приобретения каждого элемента отдельно.

Перед покупкой преобразователя тока изучите три главные характеристики:

• выходной ампераж;
• рабочая мощность;
• выходной вольтаж.

Мощность изделия должна быть выше суммарного значения всех светодиодов. Для расчета используется формула P = P (led) × X, где

• P (led) — мощность диода;
• X — число диодов.

Для гарантии продолжительной эксплуатации драйвера нужно ориентироваться на запас мощности — покупайте преобразователи номинальной мощностью на 20 – 30 % выше требуемого значения. Не забывайте о цветовом факторе, непосредственно связанном с падением напряжения. Последняя величина изменяется в зависимости от разных цветов.

Виды

В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.

1. 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.
2. Импульсные представляют собой устройства, создающие на выходе серию высокочастотных импульсов тока.

Импульсные 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.

Соответствует ли новый источник света новому затемнению?

Другие источники света можно быстро отключить, изменив напряжение, но светодиоды можно отключить, только изменив отношение напряжения к току. Из-за этого существуют разные способы затемнения светодиодов:

При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) или широтно-импульсной модуляции (ШИМ) время подачи напряжения может быть изменено (ШИМ). Однако само напряжение не меняется. Другими словами, ШИМ быстро включает и выключает светодиоды. Это часто происходит, когда частота выше 100 Гц. Мозг думает, что в комнате темнее, потому что человеческий глаз не может определить мерцание, по крайней мере, до 75 Гц.

Симисторы и диммеры с управлением фазой были впервые созданы для ламп накаливания мощностью 60 Вт, которые излучают небольшое количество света при фазовом угле 130°. С другой стороны, светодиоды намного лучше и потребляют гораздо меньше электроэнергии для освещения. Из-за этого светодиоды не сильно тускнеют при фазовом угле 130°. Кроме того, ток удержания может оказаться недостаточным для поддержания симистора в проводящем состоянии при высоком уровне диммирования. Из-за этого светодиоды начинают мерцать. Тем не менее, некоторые драйверы светодиодов встроены внутрь, чтобы обойти эту проблему.

1-10В: В методе 1-10В балласты и блоки управления соединяются поляризованной двухпроводной линией управления. Напряжение постоянного тока от 1 до 10 вольт используется для управления светом, и по мере увеличения напряжения увеличивается и яркость света. Можно диммировать светодиодные элементы с 1-10В, но для них нужны источники питания. Блок управления также должен принимать ток, который блок питания посылает по линии управления. Таким образом, диммирование 1-10 В является лучшим выбором для больших систем освещения.

Моменты, на которые нужно обратить внимание

Китайские продавцы предлагают ленту в бобинах по 5 м и в маркетинговых целях указывают полное количество светодиодов.

При выборе следует обращать внимание на такие параметры:

• тип установленных светодиодов. Это будет определять уровень освещенности;
• мощность потребления. От нее зависят параметры блока питания;
• количество светодиодов;
• цвет, монохромная или трехцветная лента нужна;
• напряжения питания;
• степень защиты;
• способы монтажа.

Цветовой оттенок и количество цветов

Внимание! Выбирая замену вышедшей из строя ленты, следует обратить внимание на производителя. Заводы выпускают продукцию, имеющую отличные друг от друга оттенки свечения. Цвет зависит от такого параметра, как длина волны, узнать его можно в технических характеристиках изделия

Цвет зависит от такого параметра, как длина волны, узнать его можно в технических характеристиках изделия.

Светодиодные ленты выпускают следующих цветов:

• холодный белый;
• теплый белый;
• красный;
• зеленый;
• синий;
• желтый;
• RGB, многоцветные.

Приобретает популярность розовый цвет. Производители и продавцы продвигают его продажу, обосновывая полезностью для растений. Обещают, трава, посаженная в аквариум, приобретет пышный вид.

Световой поток

Для светодиодов разного цвета, но одинаковой мощности, генерируемый световой поток будет отличаться. Общие параметры указаны в таблицах характеристик светодиодов. Полный световой поток зависит от мощности светодиодов.

Напряжение питания и мощность

Напряжение питания конкретной модели указывается производителем. Существуют изделия с номиналом:

• +5 В, такое питание применяется в световых приборах, питающихся от разъемов USB компьютеров и их специальных видах, применяемых для отделки элементов одежды. В этом случае используется драйвер преобразующий напряжение батареек 1,5 В в постоянный ток 5 В.
• +12 В, самый распространенный номинал для питания лент. Используются специальные блоки питания – драйвера.
• + 24 В, чаще всего применяется в том случае, когда необходимо резервирование питания при пропадании напряжения. Сила тока будет для одинаковых по мощности отрезков в два раза меньше, аккумулятор будет работать дольше. Другой вариант применения лент с таким питанием используется в случаях больших расстояний от источника питания до ленты. Таким способом снижается падение напряжения, вызванное сопротивлением электропроводки.
• + 36 В. Используется редко. Главная причина в том, что не все производители выпускают продукцию с таким напряжением питания, и найти замену вышедшему из строя блоку питания быстро не удастся. Выгода использования заключается в сниженном токе, который будет потреблять светильник и, соответственно, в применении проводов меньшего сечения.

Энергия, потребляемая лентой должна рассчитываться как произведение количества ампер и напряжения питания. Для измерений используется мультиметр.

Расчет мощности светодиодной ленты можно осуществить, зная ее энергопотребление. Для этого параметр потребления 1 метра умножают на длину применяемого отрезка.

Узнать мощность можно по виду установленных светодиодов. Размеры для разных видов и их параметры приведены ранее.

Степень защиты

Степень защиты обычно указывается в соответствии с международными стандартами, она обязательно указывается производителем на упаковке.

Маркировкой IP 20 обозначаются открытые светодиодные ленты, они применимы для помещений, в которых не требуется влагозащита. Ее можно использовать для подсветки потолков, мебели.

IP 65 – частично влагозащищенное изделие. Подходит для ванных комнат, в рабочих зонах кухни.

IP 68 – лента полностью защищена от влаги. Возможно использование в воде, на глубине до 1 метра. Однако при использовании, например, для подсветки бассейна желательно установить УЗО (устройство защитного отключения) для предотвращения поражения электрическим током.

Определить степень защиты можно по маркировке на упаковке изделия.

Качество сборки

Качество сборки напрямую зависит от производителя. Надежностью отличается продукция фирм OSRAM, Navigator, Feron, Gauss, Cree, Arlight.

Приобретать ленту лучше в местах, где можно посмотреть ее в работе, подержать в руках.

Возможные дефекты:

• некачественная пайка;
• неработающие или мигающие отрезки;
• спайка изделия из нескольких отдельных кусков.

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.

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.