Как рассчитать драйвер
Чтобы рассчитать драйвер питания для светодиодов со стабильным током:
- составьте на бумаге схему подключения;
- если драйвер китайский, то желательно проверить выдержит он заявленную мощность или нет;
- учитывайте, что для разных цветов (синий, красный, зеленый) разное падение вольт;
- суммарная мощность не должна быть выше, чем у источника тока.
Нарисуйте схему включения, на которой распределите элементы, если они подключены не просто последовательно, а комбинировано с параллельным соединением.
На китайском блоке питания неизвестного производителя мощность может быть значительно ниже. Они запросто указывают максимальную пиковую мощность, а не номинальную долговременную. Проверять сложнее, надо предельно нагрузить блок питания и замерить параметры.
Для третьего пункта используйте примерные таблицы для 1W,3W, 5W, 10W, 20W, 30W, 50W, 100W, которые приведены выше. Но больше доверяйте характеристикам, которые вам дал продавец. Для однокристальных бывает 3V, 6V, 12V.
Если энергопотребление цепи в сумме превысит номинальную мощность источника питания, то ток просядет и увеличится нагрев. Он восстановится до нормального уровня, если снизить нагрузку.
Для светодиодных лент сделать расчёт очень просто. Измерьте количество Ватт на 1 метр и умножьте на количество метров. Именно измерьте, в большинстве случаем мощность завышена и вместо 14,4 Вт/м получите 7 Вт/м. Ко мне слишком часто обращаются с такой проблемой разочарованные покупатели.
Встроенный драйвер, хит 2016
В начале 2016 года стали набирать популярность светодиодные модули и COB диоды с интегрированным драйвером. Они включаются сразу в сеть 220В, идеальный вариант для сборки светотехники своими руками. Все элементы находятся на одной теплопроводящей пластине. ШИМ контроллеры миниатюрные, благодаря хорошему контакту с системой охлаждения. Тестировать надежность и стабильность еще не приходилось, первые отзывы появятся минимум через полгода использования. Уже заказал самую дешевую и доступную модель COB на 50W. Чтобы найти такие на китайском базаре Алиэкспресс, укажите в поиске «integrated led driver».
Что такое светодиод и как он работает
Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).
Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.
Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.
Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.
Способы управления цветом свеченияRGB светодиодных лент
Есть два способа управления цветовым режимом работы RGB светодиодной ленты, с помощью трех выключателей или электронного устройства.
Принцип работы простейшего контроллера на выключателях
Рассмотрим принцип работы самого простого контроллера, на механических выключателях. В качестве выключателя для ручного управления свечением RGB ленты можно применить трех клавишный настенный выключатель, предназначенный для включения люстр и светильников в бытовую сеть 220 В. Электрическая схема подключения тогда будет иметь следующий вид.
Резисторы R1-R3 служат для ограничения тока и их можно устанавливать в любом месте цепи питания кристаллов одного цвета. По этой схеме можно подключать RGB ленты, рассчитанные на напряжение питания как 12 В, так и 24 В.
Как видно из схемы, плюсовой вывод блока питания подключается непосредственно к плюсовому выводу светодиодной ленты, который является общий для светодиодов всех цветов, а минусовой вывод подключается к R, G и B контактам ленты через выключатель. Коммутатором из трех выключателей можно получить семь цветов свечения ленты. Это самый простой, надежный и дешевый способ управления цветами свечения RGB ленты.
Принцип работы электронного контроллера
Для получения бесконечного количества цветов свечения RGB ленты и в автоматическом режиме динамическое изменение величины светового потока, вместо выключателей используют электрический блок, который называется RGB контроллер. Его включают в разрыв цепи между блоком питания и RGB лентой. Обычно в комплект контроллера входит пульт дистанционного управления, позволяющий на расстоянии управлять режимом его работы, и как следствие режимом свечения светодиодной ленты.
Так как для работы светодиодной ленты требуется, как правило, напряжение постоянного тока 12 В (реже 24 В), то для подключения ее к электросети переменного тока 220 В применяется блок питания или адаптер, преобразующий переменное напряжение в напряжение постоянного тока, которое через разъемное соединение подается на блок контроллера.
Рассмотрим принцип работы RGB контроллера на примере самого простого и широко применяемого контроллера модели LN-IR24. Он состоит из трех функциональных узлов – контроллера управления RGB, силовых ключей и микросхемы инфракрасного сенсора (ИК). Микросхема контроллера прошита на требуемый алгоритм работы светодиодной ленты. Управление микросхемой контроллера осуществляется сигналом, поступающим с микросхемы сенсора ИК. На ИК сенсор управляющий сигнал поступает при нажатии кнопок на пульте дистанционного управления.
Управление подачей питающего напряжения на светодиодную ленту осуществляется с помощью трех полевых транзисторов, работающих в ключевом режиме. При поступлении сигнала с микросхемы контроллера управления RGB на затвор транзистора, его переход сток-исток открывается, и через светодиоды начинает протекать ток, в результате чего они начинают излучать свет. Управление яркостью свечения светодиодов осуществляется за счет высокочастотного изменения ширины импульсов подаваемого питающего напряжения (широтно-импульсной модуляции).
Трансформаторный блок
Сегодня уже довольно редко можно встретить применение трансформаторного БП. Схема их сборки и работы довольно проста и понятна.
Самый главный элемент здесь, безусловно трансформатор. В домашних условиях он преобразует напряжение 220В в напряжение 12 или 24В. То есть, идет прямое преобразование одного напряжения в другое.
Частота сети при этом, привычные нам всем 50 Герц.
Далее за ним стоит выпрямитель. Он выпрямляет синусоиду переменного напряжения и на выходе выдает «постоянку». То есть 12В, подаваемые к потребителю, это уже постоянное напряжение 12V, а не переменное.
У такой схемы 3 главных достоинства:
ее простота
незамысловатость конструкции
относительная надежность
Однако есть здесь и недостатки, которые заставили разработчиков задуматься и придумать что-то более современное.
во-первых это большой вес и приличные габариты
как следствие первого недостатка – большой расход металла на сборку всей конструкции
ну и ухудшает все дело низкий косинус фи и низкий КПД
Именно поэтому и были изобретены импульсные источники питания. Здесь уже несколько иной принцип работы.
Подключение от 12В
Одно из самых распространенных напряжений это 12 Вольт, они присутствуют в бытовой технике, в автомобиле и автомобильной электронике. Используя 12V можно полноценно подключить 3 лед диода. Примером служит светодиодная лента на 12V, в которой 3 штуки и резистор подключены последовательно.
Пример на диоде 1W, его номинальный ток 300мА.
- Если на одном LED падает 3,2В, то для 3шт получится 9,6В;
- на резисторе будет 12В – 9,6В = 2,4В;
- 2,4 / 0,3 = 8 Ом номинал нужного сопротивления;
- 2,4 * 0,3 = 0,72W будет рассеиваться на резисторе;
- 1W + 1W + 1W + 0,72 = 3,72W полное энергопотребление всей цепи.
Аналогичным образом можно вычислить и для другого количества элементов в цепи.
Выбор производительности адаптеров
В описании каждой ленты есть технические данные. Там обязательно указывается напряжение, которое необходимо подать (12 или 24 В) и потребляемый ток. Вот только ток обычно указывают на 1 метр ленты. Если вы подключать будете 5 метров, соответственно, надо будет умножить эту цифру на 5. Если будете подключать к этому блоку питания 10 метров, умножаете на 10, и т.д.
Если вы пока прикидываете, во сколько вам обойдется подсветка и ленты пока нет или вы еще не выбрали, можно воспользоваться усредненными данными. Потребление тока монохромными лентами самого распространенного типа приведены в таблице. Их можно брать для примера.
Потребляемый светодиодными лентами SMD3528 и SMD5050 ток в зависимости от количества светодиодов на одном метре длины
Полученная цифра — минимальное значение силы тока, которое должен выдавать искомый блок питания. Но постоянная работа на пределе возможностей очень сокращает срок службы электротехнических изделий. Потому, к найденной цифре добавляем 20-25% запаса (умножаем на 1,2 или на 1,25), полученную цифру округляем в большую сторону до целого. Это и будет тот ток, который должен выдавать адаптер.
Чтобы было понятнее, приведем пример. Пусть метр ленты потребляет 0,8 А, подключать к адаптеру будем 18 метров. Ищем суммарный потребляемый ток: 0,8 А * 18 = 14,4 А. Добавляем запас: 14,4 А * 1,2 = 17,28 А. Итак, искать будем адаптер, который будет выдавать не менее 17 Ампер.
В случае с цветными RGB светодиодными лентами, к найденной цифре добавляется ток, который необходим контроллеру (диммеру) и усилителям (если они питаются от этого источника). Эти данные есть в техническом описании устройств.
Потребление светодиода ватт. Как узнать мощность светодиодной ленты
Для организации наружного и внутреннего освещения, особенно для создания разнообразных локальных подсветок интерьерных зон, все чаще прибегают к использованию светодиодных лент .
Светодиодные ленты универсальны, по сравнению со светильниками они недороги, по сравнению с люминесцентными лампами — весьма энергетически экономичны, к тому же их очень несложно монтировать, – все это объясняет растущую популярность светодиодных лент у самого широкого круга потребителей.
В связи с актуальностью данной темы давайте поговорим о параметрах светодиодных лент, о том как узнать и рассчитать мощность ленты и на что стоит ориентироваться при выборе светодиодной ленты для своих нужд.
Типичная светодиодная лента — это своеобразная гибкая печатная плата со смонтированными на ней в определенном порядке SMD-светодиодами с одной стороны, и с проводящими дорожками с обратной стороны. Данные ленты выпускаются на постоянное напряжение 5, 12, 24 или 36 вольт. Класс защиты ленты может быть от IP20 (самая открытая и незащищенная) до IP68 (полностью водонепроницаемая, облаченная в силиконовую трубку).
Наиболее популярные SMD светодиоды, применяемые на таких лентах: SMD3528, SMD5050, SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке светодиода обозначают габаритные размеры светодиодов в миллиметрах, например светодиод SMD5630 имеет длину 5,6 мм и ширину 3,0 мм.
Сами же светодиодные ленты на бобинах имеют того рода маркировку: 24W 12V 2A – это характерные параметры, например, 5 метров ленты с потреблением 4,8 Вт на метр, это может быть лента с 60 светодиодами SMD3528 на каждый метр. Более детально о типах светодиодов расскажем далее.
Вот мощности наиболее популярных светодиодов, которые встречаются на лентах:
SMD3528 – 0,11 Вт;
SMD5050 – 0,3 Вт;
SMD5630 – 0,5 Вт;
SMD5730 – 0,5 Вт.
Самый маленький из перечисленных SMD-светодиодов используемых в изготовлении лент — это SMD3528 , имеющий габариты 3,5 на 2,8 мм и номинальную мощность 0,1 Вт. Это однокристальный светодиод. Ленты, собранные из данных диодов, отличаются дешевизной и особой универсальностью: обычно напряжение питания ленты составляет 12 В. Такие ленты популярны в декоративном оформлении потолков и различных интерьерных ниш.
Одиночная цепь на ленте содержит три светодиода SMD3528 и один токоограничительный резистор. Таких параллельно соединенных цепей на ленте много, их можно отрезать столько, сколько нужно. Из-за наличия токоограничительного резистора на один светодиод ленты приходится уже в среднем не 0,1 Вт, а 0,08 Вт при напряжении питания 12 В.
Ленты выпускаются с разной плотностью светодиодов на метровый отрезок ленты, обычно кратно 30 или 60: 30, 60, 120, 180 и 240 светодиодов на метр. Таким образом мощность отрезка ленты определенной длины можно узнать просто сосчитав светодиоды на отрезке. Причем отрезать ленту следует строго по специальным меткам, нанесенным на лицевую сторону ленты.
Один метр ленты с 60 светодиодами SMD3528 на метр будет иметь мощность 4,8 Вт; соответственно 120 светодиодов на метр — 9,6 Вт; 180 — 14,4 Вт: 240 — 19,2 Вт на метр. Если нужно меньше или больше — отрезается кусок по отрезным меткам и тогда мощность изменится пропорционально: пол метра — 2,4 Вт, полтора метра — 7,2 Вт (60 светодиодов на метр) и т. д.
Ленты на светодиодах SMD5050 втрое мощнее лент на диодах SMD3528, ведь в одном SMD-элементе здесь содержится три светоизлучающих кристалла таких как в одном SMD3528. Данные ленты хорошо подходят для построения систем подсветки рабочих столов, потолков и дверных проемов, также популярен данный типоразмер в подсветке автомобильных салонов.
Примечательно, что светодиодные ленты с диодами типоразмера SMD5050 бывают и трехцветными. Здесь 1 метр с 30 светодиодами на метр будет потреблять 7,2 Вт, а с 60 и 120 светодиодами на метр — соответственно 14,4 и 28,8 Вт. Отрезок в полметра — 3,6 Вт.
Очевидно, мощность пропорциональна длине. Отрезать следует только по отметкам, иначе одна из параллельных цепочек с резистором будет нарушена и у вас останутся неиспользуемые светодиоды на ленте. Чем выше напряжение питания ленты (по документации) — тем длиннее единичная цепочка светодиодов которую нельзя нарушать отрезая.
Далее по размеру идут SMD5730 и SMD5630 , каждый светодиод на 0,5 Вт. Из лент на данных светодиодах можно строить полноценное освещение. 30 светодиодов на метр такой ленты будут потреблять 15 Вт, а 60 на метр — все 30 Вт. Если нужно 3 метра ленты с диодами SMD5630 с плотностью диодов 60 элементов на метр — потребуется стабилизированный блок питания на 90 Вт.
Импульсные блоки питания
Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.
Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача – создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.
Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.
Третий элемент в схеме – импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие – это маленькие габаритные размеры.
Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.
Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.
Преимущества импульсных блоков:
маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе
КПД от 90 до 98%
напряжение питания можно подавать в большом разбросе
при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи
Есть и недостатки:
усложненность сборочной схемы
сложная конструкция
если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования
Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.
Типы блоков питания
Прежде всего, нужно определить, где будет установлен блок питания. От этого зависит тип блока, который вам нужно будет приобрести. Блоки питания делятся на три типа:
- в пластмассовом корпусе, как блоки питания ноутбука или планшета. Их легко спрятать под подвесным потолком или в шкафу, но мощность их не очень велика. Мощность таких блоков не более 75Вт;
- в алюминиевом корпусе, герметичные; Их мощность может быть до 100Вт. Эти блоки больших размеров, но не боятся воды и низких температур. Их используют в подсветке рекламы и витрин магазинов;
- в перфорированном корпусе, со встроенными кулерами или без них. Эти блоки могут быть любой мощности. Если в них встраивается кулер, то блок при работе шумит. Их целесообразно использовать, если в доме или квартире прокладывается отдельная сеть 12V. В любом случае, блоки этого типа нельзя устанавливать в замкнутое пространство. Для нормального охлаждения эти блоки нуждаются в хорошей циркуляции воздуха.
Блоки питания могут быть разной сложности. В некоторых встраивается диммер — устройство, позволяющее регулировать яркость свечения ленты. Они могут быть с дистанционным управлением и программируемые по времени включения и отключения. Если диммера нет, а вы хотите его установить, то придется покупать его отдельно. В некоторых блоках питания есть возможность регулировки выходного напряжения для компенсации падения напряжения в длинных проводах. Блоки питания отличаются еще и ценой. От дешевых, но вполне надежных до дорогих, известных фирм. Очень дешевые блоки непонятных производителей лучше не покупать. Никто не даст гарантию, что он будет работать длительное время, а не сгорит через две недели или при коротком замыкании. В тоже время, в хороших блоках есть защита короткого замыкания и от перегрузки.
Ремонт блока питания светодиодной ленты
Многие блоки питания, рассчитанные на среднюю и большую мощность (30 и более Вт), построены на интегральном драйвере со встроенным силовым ключом, типа KA5l0365, FSDH065RN и т.д. Такие решения применяются и в бытовой технике, например, в блоках питания DVD проигрывателей. Такие микросхемы взаимозаменяемы, стоит только определить цоколевку сгоревшего чипа и установить тот, который вам удалось найти.
Для ремонта блока питания для светодиодной ленты на 12В (и не только), схема почти не изменяется. Нужно совершить подключение подобно тому, что изображено ниже. Разумеется, с учетом распиновки.
Более сложные и надежные блоки построены на ШИМ-контроллерах:
- TL494;
- KIA494AP;
- MB3759;
- KA7500;
Они аналогичны, ниже схема блока питания для светодиодной ленты с их использованием:
ШИМ-контроллер расположен в нижней части схемы, с помощью P1 (справа на схеме) осуществляется регулировка. Подбирая его величину, можно добиться нужного напряжения на выходе, чем-то похоже на регулировку 431 стабилизатора.
Даже если на вашем блоке нет потенциометра или подстроечника, вы можете его установить самостоятельно, заменив постоянный, аналогично приведенной мной схеме.
При ремонте смотрите на сигнал на выходе ШИМ, силовые ключи Т12 и Т13 подключенные к выводам 8 и 11 TL494.
На картинке ниже более наглядно изображена регулировка, потенциометр подключается к 1 вывод ИМС.
Таким образом вы можете своими руками экспериментальным путем сделать питание для светодиодной ленты из любого БП на 494 ШИМ-контроллере.
Практически все блоки питания можно своими руками перенастроить в узких пределах на необходимое напряжение питания светодиодной ленты. При этом вы обойдетесь минимальными затратами.
Как-то недавно мне в интернете попалась одна схема очень простого блока питания с возможностью регулировки напряжения. Регулировать напряжение можно было от 1 Вольта и до 36 Вольт, в зависимости от выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Внимательно посмотрите на LM317T в самой схеме! Третья нога (3) микросхемы цепляется с конденсатором С1, то есть третяя нога является ВХОДОМ, а вторая нога (2) цепляется с конденсатором С2 и резистором на 200 Ом и является ВЫХОДОМ.
С помощью трансформатора из сетевого напряжения 220 Вольт мы получаем 25 Вольт, не более. Меньше можно, больше нет. Потом все это дело выпрямляем диодным мостом и сглаживаем пульсации с помощью конденсатора С1. Все это подробно описано в статье как получить из переменного напряжения постоянное . И вот наш самый главный козырь в блоке питания – это высокостабильный регулятор напряжения микросхема LM317T. На момент написания статьи цена этой микросхемы была в районе 14 руб. Даже дешевле, чем буханка белого хлеба.
Описание микросхемы
LM317T является регулятором напряжения. Если трансформатор будет выдавать до 27-28 Вольт на вторичной обмотке, то мы спокойно можем регулировать напряжение от 1,2 и до 37 Вольт, но я бы не стал подымать планку более 25 вольт на выходе трансформатора.
Микросхема может быть исполнена в корпусе ТО-220:
или в корпусе D2 Pack
Она может пропускать через себя максимальную силу тока в 1,5 Ампер, что вполне достаточно для питания ваших электронных безделушек без просадки напряжения. То есть мы можем выдать напряжение в 36 Вольт при силе тока в нагрузку до 1,5 Ампера, и при этом наша микросхема все равно будет выдавать также 36 Вольт – это, конечно же, в идеале. В действительности просядут доли вольта, что не очень то и критично. При большом токе в нагрузке целесообразней поставить эту микросхему на радиатор.
Для того, чтобы собрать схему, нам также понадобится переменный резистор на 6,8 Килоом, можно даже и на 10 Килоом, а также постоянный резистор на 200 Ом, желательно от 1 Ватта. Ну и на выходе ставим конденсатор в 100 мкФ. Абсолютно простая схемка!
Сборка в железе
Раньше у меня был очень плохой блок питания еще на транзисторах. Я подумал, почему бы его не переделать? Вот и результат;-)
Здесь мы видим импортный диодный мост GBU606. Он рассчитан на ток до 6 Ампер, что с лихвой хватает нашему блоку питания, так как он будет выдавать максимум 1,5 Ампера в нагрузку. LM-ку я поставил на радиатор с помощью пасты КПТ-8 для улучшения теплообмена. Ну а все остальное, думаю, вам знакомо.
А вот и допотопный трансформатор, который выдает мне напряжение 12 Вольт на вторичной обмотке.
Все это аккуратно упаковываем в корпус и выводим провода.
Ну как вам?
Минимальное напряжение у меня получилось 1,25 Вольт, а максимальное – 15 Вольт.
Ставлю любое напряжение, в данном случае самые распространенные 12 Вольт и 5 Вольт
Все работает на ура!
Очень удобен этот блок питания для регулировки оборотов мини-дрели , которая используется для сверления плат.
