Как изготовить драйвер для светодиодов своими руками
Для работы требуется:
- маломощный
паяльник (25-40 Вт); - флюс
(желательно нейтральный); - оловянно-свинцовый
припой; - кусачки
и пласкогубцы; - многожильные
медные провода в изоляции с сечением 0,35-1 м2; - изолента
(термоусадочная трубка); - мультиметр;
- печатная
плата.
Перечень компонентов зависит от того,
какой блок питания необходимо сделать.
Пример
расчета
Самая простая схема для подключения
светодиодов к источникам с низким напряжением. Прежде всего, рассчитывается
мощность блока, базируясь на параметры источников света. Вольтаж должен быть на
20-30% выше показателя подключаемой лампочки или ленты. На выходе напряжение
зависит от падения вольтажа на светодиоде.
Если нужно подключить 6 светодиодов, падение напряжения в которых 2 В (на каждом), требуется блок на 12 В и 300 мА при последовательном размещении. Чтобы подключить те же элементов в 2 параллельные линии, необходимы другие показатели – напряжение 6 В, ток 600 мА. Для таких диодов подойдет простой драйвер, состоящий из диодного моста, 2-х конденсаторов и резистора.
Диодный мост состоит из 4-х
разнонаправленные диодов, задача которых – превратить синусоидальный переменный
электроток в пульсирующий. К плюсу моста (со стороны входа) присоединяется пленочный
конденсатор, к минусу – сопротивление, параллельно –электролитический конденсатор
(для сглаживания перепадов напряжения). Значение электротока зависит от метода подключения
(если диодов несколько, их можно соединить последовательно или параллельно).
Для мощного
светодиода (например, 3Вт) подойдет стабилизатор-драйвер,
созданный на основе микросхемы LM317
и резистора. У стабилизатора LM317 постоянный вольтаж 1,25. Если лампа новая,
ей требуется ток 700 мА (максимальное значение). Чтобы рассчитать сопротивление
резистора, нужно напряжение разделить на ток:
1,25/0,7 = 1,78 Ом.
Такого резистора нет, поэтому нужно
купить элемент на 1,8 Ом.
Так как микросхема LM317 предназначена
для тока до 1,5 А, потребуется радиатор.
Драйвер для трех led по 1 Втможно
сделать из зарядного устройства мобильного телефона, если немного
усовершенствовать микросхему. Нужно снять корпус и выпаять имеющийся резистор и
припаять другой (на 5 кОм). Светодиоды соединить последовательно и подключить к
выходному каналу. Входные каналы заменить шнуром для присоединения к сети.
Для светодиодного источника с мощностью 10 Вт можно собрать блок питания на электронной плате люминесцентной лампы на 20 Вт. Купить нужно дроссели, диоды, конденсаторы и транзисторы.
Важные нюансы сборки
Падение напряжения на светодиодах 3-30 В.
Это очень мало, если сравнивать с вольтажом сети. Готовые микросхемы отличаются
только показателями входного напряжения. При выборе необходимо учесть, что
падения напряжения на источниках света должно составлять 10-20% от вольтажа драйвера.
Поэтому не стоит делать на основе микросхемы блок для подключения к сети, если
имеется 1 или 2 диода на 3-6 В.
Все элементы на плате размещаются так, чтобы между ними было минимальное расстояние и количество перемычек. Полярность и распиновку лучше проверить в технической документации. Если элементы не новые, обязательна проверка мультиметром. Паяльник лучше выбрать небольшой, способный нагреваться до 260оС.
Конденсаторы, резисторы, диоды,
микросхемы паять достаточно сложно, если их нельзя предварительно закрепить на
плате. Чтобы повысить качество пайки, желательно залудить места, куда будут
ставиться компоненты. Для этого капается немного флюса, на паяльник берется
припой и наносится на то же место.
Каждый элемент нужно брать пинцетом за
ножку, которую нужно припаять, и приставить к месту пайки. Потом на ножку
наносится капля флюса, берется паяльник и подносится к припаиваемой ножке.
Прикоснуться достаточно примерно на секунду, так как припой и флюс уже есть.
Ножка сразу погружается в припой, нанесенный в процессе лужения.
Если элементы можно закрепить на плате,
припой должен быть с флюсом. В одну руку нужно взять паяльник, в другую –
проволоку. Место пайки греется 3-4 секунды, потом к нему подносится припой. При
соприкосновении элемента, паяльника и проволоки последняя плавится, флюс
вытекает, через секунду паяльник можно убрать.
Одновременно с паяльником желательно купить специальный отсос и очки. Если случится, что элемент припаялся не туда или на месте пайки образовался огромный бугор, нужно разогреть припой, взять отсос и нажать на кнопку. Все лишнее с платы моментально исчезнет. При работе с проводами и ножками элементов они могут отпружинить. Чтобы горячий припой не попал в глаза, работать желательно в очках.
Как работает драйвер
LED-драйвер – источник постоянного тока, который создает на выходе напряжение. В идеале оно не должно зависеть от подаваемой на драйвер нагрузки. Сеть переменного тока характеризуется нестабильностью и нередко в ней наблюдаются значительные перепады параметров. Стабилизатор должен сглаживать перепады и предотвращать их негативное влияние.
К примеру, подключая к источнику напряжения 12 В резистор на 40 Ом можно получить стабильный показатель тока в 300 мА.
Рисунок 2. Внешний вид регулятора.
Если подключить параллельно два одинаковых резистора на 40 Ом, ток на выходе будет составлять уже 600 мА. Такая схема достаточно проста и характерна для самых дешевых электрических приборов. Она не способна автоматически поддерживать нужную силу тока и противостоять пульсациям напряжения в полной мере.
Текущие правила выбора конвертера
Чтобы приобрести преобразователь светодиодной лампы, следует изучить ключевые особенности устройства. Стоит полагаться на выходное напряжение, номинальный ток и мощность.
Мощность светодиода
Давайте проанализируем начальное выходное напряжение, которое зависит от нескольких факторов:
- величина потерь напряжения на PN переходах кристаллов;
- количество светодиодов в цепи;
- схема подключения.
Параметры номинального тока могут определяться характеристиками потребителя, а именно мощностью светодиодных элементов и степенью их яркости.
Этот индикатор будет влиять на ток, потребляемый кристаллами, диапазон которого варьируется в зависимости от требуемой яркости. Задача преобразователя – подавать на эти элементы необходимое количество энергии.
Мощность устройства зависит от мощности каждого светодиодного элемента, их цвета и количества.
Для расчета потребления энергии используйте следующую формулу:
PH = PLED * N,
Где
- PLED – электрическая нагрузка, создаваемая диодом,
- N – количество кристаллов в цепочке.
Полученные показатели не должны быть меньше мощности водителя. Теперь необходимо определить требуемый номинал.
Максимальная мощность устройства
При этом следует учитывать, что для обеспечения стабильной работы преобразователя его номиналы должны превышать полученное значение PH на 20-30.
Тогда формула принимает вид:
Pmax ≥ (1,2..1,3) * PH,
где Pmax – номинальная мощность источника питания.
Помимо мощности и количества потребителей на плате, сопротивление нагрузки также зависит от цветовых факторов потребителя. При одинаковом токе в зависимости от оттенка у них разная скорость падения напряжения.
Взять, к примеру, светодиоды американской компании Cree линейки XP-E красного цвета.
Их характеристики следующие:
- падение напряжения 1,9-2,4В;
- ток 350 мА;
- средняя потребляемая мощность 750 мВт.
Аналог зеленого цвета при таком же токе будет иметь совершенно другие показатели: потери на PN переходах 3,3-3,9 В и мощность 1,25 Вт.
В итоге можно сделать выводы: драйвер на 10 Вт используется для питания двенадцати красных или восьми зеленых кристаллов.
Схема подключения светодиодов
Выбор драйвера следует производить после определения схемы подключения потребителей светодиодов. Если сначала купить светодиоды, а потом подобрать к ним преобразователь, то этот процесс будет сопровождаться множеством сложностей.
Чтобы найти устройство, гарантирующее работу такого количества потребителей при определенной схеме подключения, придется потратить много времени.
Возьмем пример с шестью потребителями. У них потеря напряжения 3В, потребление тока 300мА. Для их подключения можно использовать один из способов, и в каждом случае требуемые параметры блока питания будут разными.
В нашем случае при последовательном подключении требуется блок 18В с током 300мА. Основное преимущество этого метода в том, что по всей линии проходит одинаковая сила, соответственно, все диоды горят с одинаковой яркостью.
Если используется параллельное позиционирование, достаточно использовать преобразователь 9 В, однако значение потребляемого тока будет удвоено по сравнению с предыдущим методом.
Если используется последовательный метод с формированием пар из двух светодиодов, то используется драйвер с теми же характеристиками, что и в предыдущем случае. В этом случае яркость освещения уже будет равномерной.
Однако и здесь были некоторые отрицательные нюансы: при подаче питания на группу из-за разброса характеристик один из светодиодов может открываться быстрее второго, соответственно через него будет протекать ток, вдвое превышающий номинал.
Многие типы светодиодов домашнего освещения рассчитаны на такие кратковременные пики, но этот метод требуется меньше.
Расчет резистора для светодиода
Надежная работа светодиода зависит от тока, протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.
Вычисление номинала сопротивления
Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома, чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.
Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт — амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p — n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.
Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку
Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике
Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:
- Инфракрасный — до 1.9 В.
- Красный – от 1.6 до 2.03 В.
- Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
- Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
- Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
- Синий – от 2.5 до 3.7 В.
- Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
- Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
- Белый – от 3 до 3.7 В.
Рисунок 1 – схема подключения светодиода
Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.
Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:
R = U (R)/ I,
где, U (R) — падение напряжения на резисторе
I – ток в цепи
Расчет U (R) на резисторе:
U (R) = E – U (Led )
где, U (Led) — падение напряжения на светодиодном элементе.
С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.
Подбор мощности резистора
Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.
Понятие сетевого драйвера и его предназначение
Драйвер — электронный компонент, на который поступает напряжение переменного тока, происходит стабилизация и выходит напряжение постоянного тока
Здесь важно понимать, что речь идет о получении тока. Для преобразования напряжения используются обычные блоки питания (на корпусе указывается значение выходного напряжения)
Блоки питания эксплуатируются в диодных лентах.
Главная характеристика преобразователя для светодиодных осветительных приборов — выходной ток. Для нагрузки используют вспомогательные led-диоды или другие полупроводники. Практически всегда драйвер питается от промышленной сети 220 В, а диапазон напряжения на выходе начинается от 2 – 3 и заканчивается десятками Вольт. Чтобы подключить три светодиода на 3 Вт, необходим электронный драйвер с выходным напряжением 9 – 21 В и током 780 мА. При небольшой нагрузке универсальное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия (КПД).
Для питания фар транспортных средств применяют источник с постоянным напряжением от 10 до 35 В. Если мощность невысокая, драйвер необязателен, но потребуется соответствующий резистор. Данный компонент — незаменимая часть бытового выключателя, но при коммутации led-диода к переменной сети 220 В нельзя рассчитывать на надежную и долговечную работу.
Модуль для сборки
Если вас интересует лед driver для сборки своими руками светодиодного прожектора или светильника, то можно использовать led driver без корпуса.
Если у вас уже есть стабилизатор тока для светодиодов, который не подходит по силе тока, то её можно увеличить или уменьшить. Найдите на плате микросхему ШИМ контроллера, от которого зависят характеристики led драйвера. На ней указана маркировка, по которой необходимо найти спецификации на неё. В документации будет указана типовая схема включения. Обычно ток на выходе задаётся одним или несколькими резисторами, подключенными к ножкам микросхемы. Если изменить номинал резисторов или поставить переменное сопротивление согласно информации из спецификаций, то можно будет изменить ток. Только нельзя превышать начальную мощность, иначе может выйти из строя.
Решение проблем с драйвером
Неполадки в драйвере – довольно распространенная проблема светодиодных ламп. Чаще всего в драйвере горят резистор или конденсатор.
Имеющимися под рукой домашнего мастера измерительными приборами выявить уровень работоспособности этого элемента довольно проблематично. Поэтому рекомендуется его просто заменить на исправный с аналогичными параметрами.
Причинами, по которым выходит из строя конденсатор, могут стать изначальный заводской дефект или регулярный перегрев модуля в результате некачественного теплоотвода
Найти подходящую деталь в магазинах светотехники получается не всегда. Лучше сразу отправиться на радиорынок или в место продажи радиоэлектроники и там попытаться отыскать нужную вещь.
Когда она будет куплена, потребуется демонтировать неисправный узел, а на его место поставить рабочий элемент.
Для корректного проведения разборки и ремонта лампочек светодиодного типа не понадобится сложное, дорогостоящее оборудование. Устранить возникшие неполадки поможет минимальный набор простых инструментов.
Мультиметр позволит проверить наличие напряжения в цепи, даст возможность обнаружить наличие обрывов и покажет, насколько работоспособны остальные детали схемы.
Мультиметр представляет собой универсальный прибор, предназначенный для измерения основных базовых параметров различных электронных изделий. С его помощью можно узнать, в каком состоянии находятся светодиоды любого LED-изделия
Паяльный прибор с канифолью и припоем потребуется для восстановления обрывов, найденных в цепи, и последующей замены поврежденных деталей и элементов.
Температура разогрева в момент пайки не должна превышать 260°. Простой паяльник нагревается сильнее, поэтому на его жало нужно плотной спиралью намотать кусок медной жилы с сечением не более 4 мм. Чем сильнее удастся удлинить жало, тем ниже будет его рабочая температура
Отверткой небольших размеров удастся аккуратно отделить от корпуса лампы управляющие элементы, а тонким, прочным канцелярским ножиком получится деликатно отсоединить детали от монтажной печатной платы.
Критерии выбора
Сразу хочется отметить, что резистор – это не альтернатива драйверу для светодиода. Он никогда не защитит от импульсных помех и перепадов в питающей сети. Любое изменение входного напряжения пройдёт через резистор и приведет к скачкообразному изменению тока из-за нелинейности ВАХ светодиода. Драйвер, собранный на базе линейного стабилизатора – тоже не лучший вариант. Низкая эффективность сильно ограничивает его возможности.
Выбирать LED-драйвер нужно только после того, как будет точно известно количество и мощность подключаемых светодиодов.
Касаемо технических параметров, то на корпусе LED-драйвера обязательно должно быть указано:
- мощность;
- рабочий диапазон входного напряжения;
- рабочий диапазон выходного напряжения;
- номинальный стабилизированный ток;
- степень защиты от влаги и пыли.
Очень привлекательны бескорпусные драйверы с питанием от 12 В и 220 В. Среди них существуют разные модификации, в которых можно подключать как один, так и несколько мощных светодиодов. Такие устройства удобны для проведения лабораторных исследований и экспериментов. Для домашнего использования всё равно придётся поместить изделие в корпус. В итоге денежная экономия на плате драйвера открытого типа достигается в ущерб надежности и эстетики.
Кроме подбора драйвера для светодиода по электрическим параметрам, потенциальный покупатель должен четко представлять условия его будущей эксплуатации (место размещения, температура, влажность). Ведь оттого, где и как будет установлен драйвер, зависит надёжность всей системы.
Принцип работы и устройство ламп.
Конструкция LED лампы.
Светодиодный источник света состоит из нескольких элементов, соединенных в одном корпусе. Это цоколь, драйвер, радиатор, светодиод и светорассеивающая колба.
- Цоколь – элемент, который вкручивается в патрон люстры или другого светильника. Чаще всего для бытового применения выпускают винтовой цоколь типа Е27 и Е14. Он изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием. Для других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
- Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение, преобразуя переменный ток в постоянный. Также он обеспечивает питание светодиода. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. В недорогих LED изделиях драйвер может отсутствовать. Вместо него применятся простой блок питания, не обеспечивающий стабилизации тока и напряжения. Также драйвер не устанавливают в миниатюрных лампочках из-за нехватки места внутри корпуса.
- Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает для них оптимальный температурный режим работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса осветительного прибора. Радиатор может изготавливаться из различных материалов: от дорогой керамики до дешевого пластика. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю нишу: они достаточно бюджетны и качественно отводят тепло.
- Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Кроме этого рассеиватель предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
- Светодиоды – главный рабочий элемент лампы. За счет работы диода и появляется свечение.
Принцип работы светодиодных ламп основан на физических процессах в полупроводниках. Свечение появляется после прохождения электрического тока через границу соприкосновения двух полупроводников (n и p), в одном из которых должны преобладать отрицательно заряженные электроны, а в другом – положительно заряженные ионы. Стоит отметить, что данные материалы пропускают ток только в одну сторону. При его прохождении в носители заряда осуществляют рекомбинацию – электроны переходят на другой энергетический уровень. В результате появляется видимое глазу световое излучение. Кроме свечения происходит еще и выделение тепла, которое отводится от светодиода при помощи радиатора.
Схема появления оптического излучения в LED-элементе.
На заре появления светодиоды могли испускать только определенную световую волну: зеленую, красную или желтую. Поэтому LED-элементы встраивались в электрические схемы в виде индикаторов. В процессе развития микроэлектроники были найдены материалы, позволяющие получить световую волну широкого спектра. Однако полностью эта проблема не решена: в свечении светодиодных ламп преобладает или синяя длина волны или красная с желтым. По этой причине они и делятся на холодные и теплые соответственно.
Виды драйверов
Существуют две основные категории преобразователей тока для светодиодов — линейного и импульсного типов. На линейном оборудовании выход — генератор тока, гарантирующий стабилизацию при любых перепадах сетевого напряжения. Компонент выполняет плавную подстройку без образования электромагнитных волн высокой частоты. Простые и дешевые изделия с КПД ниже 80 %, что ограничивает область использования до светодиодов и лент малой мощности.
Принцип действия импульсных драйверов сложнее — на выходе образуется серия импульсов тока высокой частоты.
Частота появления импульсов тока всегда постоянна, но коэффициент заполнения может изменяться в диапазоне 10 – 80 %, что приводит к изменению значения выходного тока. Компактные габариты и высокий КПД (90 – 95 %) обусловили широкое распространение импульсных драйверов. Их главный недостаток — большее число электромагнитных помех (в сравнении с линейными).
Принцип работы блока питания
Разберемся, в чем же состоят различия между источником напряжения и блоком питания. В качестве примера рассмотрим схему, изображенную ниже.
Подключив к источнику питания 12 В резистор на 40 Ом, через него будет проходить ток в 300 мА (рисунок А). При параллельном включении в цепь второго резистора значение тока составит – 600 мА (Б). Однако напряжение будет неизменным.
Теперь рассмотрим, как изменятся значения, если в схеме будут подключены резисторы к блоку питания. Аналогичным образом вводим реостат 40 Ом с драйвером 300 мА. Последний создает на нем напряжение в 12 В (схема В).
Если же цепь составлена из двух резисторов, то величина тока неизменна, а напряжение составит 6 В (Г).
Делая выводы, можно сказать, что качественный преобразователь поставляет нагрузке номинальный ток даже при падении напряжения. Соответственно, кристаллы диодов на 2 В или на 3 В и током на 300 мА будут гореть одинаково ярко со сниженным напряжением.
Принцип работы, классическая схема и отличие от блока питания
Несмотря на то, что драйвер часто называют блоком питания, между этими двумя понятиями есть разница. Драйвер – источник тока, который поддерживает его неизменное значение для прохождения через светодиод, а блок питания поддерживает стабильное напряжение.
Рассмотрим, как работает блок питания на конкретном примере:
- Подключим к источнику на 12 В сопротивление (R) 40 Ом.
- Пусть через резистор протекает ток (I) 300 мА. При установке двух резисторов ток удвоится и станет равен 600 мА. При этом напряжение не изменится, так как оно имеет пропорциональную связь с током и сопротивлением (закон Ома I=U/R).
Теперь посмотрим, как работает драйвер:
- Пусть в цепь с драйвером на 225 мА включено сопротивление (R) 30 Ом.
- Если при напряжении (U) 12 В включить два параллельно включенных резистора по 30 Ом, ток останется прежним – 225 мА, а напряжение станет вдвое меньше – 6 В.
Драйвер в итоге обеспечивает нагрузку заданным выходным током независимо от скачков напряжения. Поэтому светодиоды, на которые будет подаваться напряжение 6 В, будут светить так же ярко, как и при источнике в 10 В, если на него будет подан ток заданного уровня.
Схема драйвера для светодиодов:
Цепь драйвера состоит из трех взаимосвязанных узлов:
- емкостного сопротивления для разделения напряжения;
- выпрямляющего модуля;
- стабилизатора.
Принцип работы схемы:
- При прохождении тока конденсатор С заряжается до полной зарядки. Чем его емкость меньше, тем быстрее он зарядится.
- Переменный ток преобразуется в пульсирующий. Первая часть волны сглаживается при прохождении через конденсатор С.
- Электролитический конденсатор, завершающий цепь, служит сглаживающим фильтром-стабилизатором.
Виды драйверов
Все драйвера различают по трем критериям – по способу стабилизации, конструкционным особенностям и наличию/отсутствию защиты. Рассмотрим все варианты подробнее.
Линейные и импульсные
В зависимости от схемы стабилизации тока драйверы делятся на два типа – линейные и импульсные. Они отличаются принципом работы и эффективностью.
Перед электронной схемой драйвера поставлена задача – обеспечение стабильных значений тока и напряжения, подводимых к кристаллу (светодиоду). Самый простой и дешевый вариант – включение в цепь ограничительного резистора.
Линейная схема питания:
Эта элементарная схема не способна обеспечивать автоматическое поддержание тока. При повышении напряжения он пропорционально растет и, когда превысит допустимое значение, кристалл разрушится от перегрева.
Более сложное управление осуществляется путем включения в цепь транзистора. Минус линейной схемы – снижение мощности при росте напряжения. Такой вариант допустим при работе led-источников малой мощности, но при работе мощных светодиодов такие схемы не применяют.
Плюсы линейной схемы:
- простота;
- дешевизна;
- относительная надежность.
Наряду с линейными схемами, стабилизировать ток и напряжение можно путем импульсной стабилизации:
- после нажатия кнопки заряжается конденсатор;
- после отпускания конденсатор разряжается, отдавая запасённую энергию полупроводниковому элементу (светодиоду), который начинает испускать свет;
- если напряжение растет, то время зарядки конденсатора сокращается, если падает – увеличивается.
Нажимать кнопку пользователю не приходится – за него всё делает электроника. Роль кнопочного механизма в современных источниках питания выполняют полупроводники – тиристоры или транзисторы.
Рассмотренный принцип работы называется в электронике широтно-импульсной модуляцией. За секунду может происходить десятки и даже тысячи срабатываний. КПД такой схемы достигает 95 %.
Упрощенная схема импульсной стабилизации:
Электронные, диммируемые и на базе конденсаторов
От принципа устройства драйвера зависит область его применения и эксплуатационные характеристики.
Виды драйверов по принципу устройства:
- Электронные. В их схемах обязательно используется транзистор. На выходе устанавливается конденсатор, исключающий или хотя бы сглаживающий пульсации тока. Электронные преобразователи способны стабилизировать токи до 750 мА. Драйверы электронного типа борются не только с пульсациями, но и с электромагнитными высокочастотными помехами, наводимыми электроприборами (радио, телевизор, роутер и т. п.). Минимизировать помехи позволяет наличие специального керамического конденсатора. Минус электронного драйвера – высокая стоимость, плюс – КПД близкий к 95 %. Их используют в мощных led-светильниках: автофарах, прожекторах, уличных фонарях.
- Диммируемые. Особенность диммируемых драйверов – возможность управления яркостью светильника. Регулировка основана на изменении тока на выходе, который и определяет яркость светопотока. Драйвер можно включать в схему двумя способами: между светильником и стабилизатором или между источником питания и преобразователем.
- На основе конденсаторов. Это недорогие модели, используемые для бюджетных светодиодных светильников. Если в схеме производитель не предусмотрел сглаживающий конденсатор, то на выходе наблюдается пульсация. Другой минус – недостаточная безопасность. Плюс подобных моделей – высокий КПД, стремящийся к 100 %, и простота схемы. Подобные драйверы легко собрать своими руками.
В корпусе и без него
Драйвер может быть размещен внутри защитного корпуса, но может и не иметь его. Электронные схемы уязвимы перед многими внешними факторами, поэтому более надежным вариантом считается размещение драйвера в корпусе.
Корпус защищает электронный преобразователь от влаги, пыли, попадания прямых солнечных лучей и т. д. Бескорпусные модели обходятся дешевле, но у них меньше срок службы и хуже стабильность эксплуатации. Они больше подходят для скрытого монтажа.
Как подключить к светодиодам
Подключить драйвер к светодиодам можно даже без специальных навыков. Контакты и разъемы обозначены маркировкой на корпусе.
Маркировкой INPUT помечены контакты входного тока, OUTPUT обозначает выход
Важно соблюдать полярность. Если подключаемое напряжение постоянное, то контакт «+» нужно подключить к положительному полюсу батареи
При использовании переменного напряжения учитывают маркировку входных проводов. На «L» подается фаза, на «N» – ноль. Фазу можно найти индикаторной отверткой.
Если присутствуют маркировки «~», «АС» или отсутствуют обозначения, соблюдение полярности не обязательно.
Рисунок 6. Подключение диодов последовательно.
При подключении светодиодов к выходу полярность важно соблюдать в любом случае. В данном случае «плюс» от драйвера подключается к аноду первого светодиода цепи, а «минус» к катоду последнего
Рисунок 7. Параллельное подключение.
Наличие в цепи большого количества светодиодов может вызвать необходимость разбить их на несколько групп, соединенных параллельно. Мощность будет складываться из мощностей всех групп, тогда как рабочее напряжение окажется равным показателю одной группы в цепи. Токи в данном случае также складываются.
Как рассчитать
Для правильной организации электрической цепи важно рассчитать выходные параметры. На основе полученных данных реализуется подбор конкретной модели
Расчет начинается с рассмотрения светодиодов с учетом их напряжения и тока. Характеристики можно увидеть в документах. К примеру, используются диоды напряжением 3,3 В с током 300 мА. Необходимо создать светильник, в котором три светодиода расположены один за другим последовательно. Рассчитывается падение напряжение в цепи: 3,3 * 3 = 9,9 В. Ток в данном случае остается постоянным. Значит пользователю потребуется драйвер с выходным напряжением 9,9 В и силой тока 300 мА.
Конкретно такой блок найти не удастся, поскольку современные приборы рассчитаны на использование в некотором диапазоне. Ток прибора может быть немного меньше, лампа будет менее яркой. Превышать ток запрещено, поскольку такой подход способен вывести прибор из строя.
Теперь требуется определить мощность устройства. Хорошо, если она будет превышать нужный показатель на 10-20%. Расчет мощности осуществляется по формуле, умножая рабочее напряжение на ток: 9,9 * 0,3 = 2,97 Вт.
Рисунок 7. Плата драйвера.
