Драйвери для світлодіодів: види, характеристики та критерії вибору пристроїв

Опубликовано 28.12.2018 автором discocsid

Гарантією яскравості світіння, ефективності і довговічності LED-джерел є правильне харчування, яке можуть забезпечити спеціальні електронні пристрої — драйвери для світлодіодів. Вони перетворюють напругу змінного струму в мережі 220 в напругу постійного струму заданого значення. Розібратися в тому, яку функцію виконують перетворювачі і на що звернути увагу при їх виборі, допоможе аналіз основних видів і характеристик пристроїв.

Драйвер гарантує ефективність і яскравість світіння LED-джерела

Призначення LED-драйверів для світлодіодів

Основною функцією драйвера світлодіодів є забезпечення стабілізованого струму, що проходить через LED-прилад. Значення струму, що протікає через кристал напівпровідника, повинно відповідати паспортним параметрам світлодіода. Це забезпечить стійкість світіння кристала і допоможе уникнути його передчасної деградації. Крім того при заданому струмі падіння напруги буде відповідати величині, необхідної для p-n переходу. Дізнатися відповідна напруга живлення світлодіода можна скориставшись вольт-амперною характеристикою.

LED-драйвер забезпечує стабілізацію струму, що проходить через прилад

При освітленні житлових і офісних приміщень світлодіодними лампами і світильниками застосовують драйвери, харчування яких забезпечується від мережі змінного струму 220В. В автомобільному освітлення (фари, ДХО тощо), велосипедних фарах, портативних ліхтарях використовують джерела живлення постійної напруги в діапазоні від 9 до 36В. Деякі світлодіоди невеликої потужності можна підключати без драйвера, але тоді в схему включення світлодіода в мережу 220 вольт повинен бути внесений резистор.

Напруга драйвера на виході зазначається в інтервалі двох кінцевих значень, між якими забезпечується стабільне функціонування. Існують адаптери з інтервалом від 3В до декількох десятків. Щоб живити схему з 3-х послідовно сполучених світлодіодів білого кольору, кожен з яких має потужність 1 Вт, буде потрібно драйвер з вихідними значеннями U – 9-12В, I – 350 мА. Падіння напруги для кожного кристала складе близько 3,3 В, а в загальній сумі 9,9, що увійде в діапазон драйвера.

Основні характеристики перетворювачів

Перед тим як купити драйвер для світлодіодів, слід ознайомитися з основними характеристиками пристроїв. До них відносять напруга, номінальний струм і потужність. Вихідна напруга перетворювача залежить від величини падіння напруги на LED-джерелі, а також від способу підключення та кількості світлодіодів схеми. Струм знаходиться в залежності від потужності і яскравості випромінюючих діодів. Драйвер повинен забезпечити світлодіодам такий струм, який необхідний їм для підтримки необхідної яскравості.

До характеристик драйвера ставляться напруга, номінальний струм і потужність

Однією з важливих характеристик драйвера вважається потужність, яку прилад видає у вигляді навантаження. На вибір потужності драйвера впливає потужність кожного LED-приладу, загальна кількість та колір світіння світлодіодів. Алгоритм розрахунку потужності полягає в тому, що максимальна потужність пристрою не повинна бути нижче споживання всіх світлодіодів:

P = P(led) × n,

де P(led) – потужність одиничного LED-джерела, а n — кількість світлодіодів.

Крім того повинно виконуватися обов’язкова умова, при якому забезпечувався б запас потужності в межах 25-30%. Таким чином значення максимальної потужності повинен бути не менше значення (1,3 х P).

Слід також брати до уваги колірні характеристики світлодіодів. Адже різні за кольором напівпровідникові кристали мають різну величину падіння напруги при проходженні через них струму однакової сили. Оскільки падіння напруги червоного світлодіода при струмі 350 мА становить 1,9-2,4 В, тоді середнє значення його потужності буде дорівнює 0,75 Вт. У аналога зеленого кольору величина падіння напруги знаходиться в межах від 3,3 до 3,9 і при такому ж струмі потужність складе 1,25 Вт. Значить до драйвера для світлодіодів 12В можна під’єднати 16 червоних LED-джерел або 9 зелених.

Корисна порада! При виборі драйвера світлодіодів фахівці радять не нехтувати максимальним значенням потужності приладу.

Напівпровідникові кристали різних кольорів мають різну величину падіння напруги

Якими бувають драйвери для світлодіодів за типом пристрою

Драйвери для світлодіодів класифікують за типом пристрою на лінійні та імпульсні. Структура і типова схема драйвера світлодіодів лінійного типу являє собою генератор струму на транзисторі з р-каналом. Такі пристрої забезпечують плавну стабілізацію струму за умови нестійкого напруги на вхідному каналі. Вони є простими і дешевими пристроями, однак відрізняються низькою ефективністю, виділяють при роботі багато тепла і не можуть бути використані як драйвера для потужних світлодіодів.

Імпульсні пристрої створюють у вихідному каналі ряд високочастотних імпульсів. Їх робота заснована на принципі ШІМ (широтно-імпульсної модуляції), коли середня величина струму на виході обумовлюється коефіцієнтом заповнення, тобто відношенням тривалості імпульсу до його повторень. Зміна величини середнього вихідного струму відбувається внаслідок того, що частота імпульсів залишається незмінною, а коефіцієнт заповнення змінюється від 10-80%.

Завдяки високому ККД перетворень (до 95%) і компактність пристроїв, вони знайшли широке застосування для портативних світлодіодних конструкцій. Крім того, ефективність пристроїв позитивно позначається на тривалості функціонування автономних приладів живлення. Перетворювачі імпульсного типу мають компактні розміри і відрізняються великим діапазоном вхідних напруг. Недоліком цих пристроїв є високий рівень електромагнітних перешкод.

Корисна порада! Купувати LED-драйвер слід на етапі вибору світлодіодних джерел, попередньо визначившись зі схемою світлодіодів від 220 вольт.

ККД світлодіодних драйверів досягає 95%

Перед тим як вибрати драйвер для світлодіодів, необхідно знати умови його функціонування і місце розміщення світлодіодних приладів. Широтно-імпульсні драйвери, в основі яких лежить одна мікросхема, мають мініатюрні розміри і розраховані на живлення від автономних низьковольтних джерел. Основне застосування цих пристроїв – тюнінг автомобілів і світлодіодне підсвічування. Проте через використання спрощеної електронної схеми якість таких перетворювачів трохи нижче.

Диммируемые драйвери для світлодіодів

Сучасні драйвери для світлодіодів сумісні з пристроями регулювання яскравості світіння напівпровідникових приладів. Використання диммируемых драйверів дозволяє управляти рівнем освітленості в приміщеннях: знижувати інтенсивність світіння в денний час, підкреслювати або приховувати окремі елементи в інтер’єрі, зонувати простір. Це, в свою чергу, дає змогу не лише раціонально використовувати електроенергію, але й економити ресурс світлодіодного джерела світла.

Диммируемые драйвери бувають двох типів. Одні приєднуються між блоком живлення і LED-джерелами. Такі пристрої керують енергією, що надходить від джерела живлення до світлодіодів. В основі таких пристроїв використовується ШІМ-управління, при якому енергія надходить до навантаження у вигляді імпульсів. Тривалість імпульсів визначає кількість енергії від мінімального до максимального значення. Драйвери такого типу застосовуються здебільшого для світлодіодних модулів з фіксованою напругою, таких як світлодіодні стрічки, біжучі рядки та ін.

Управління драйвером здійснюється з допомогою диммера або ШІМ

Диммируемые перетворювачі другого типу управляють безпосередньо джерелом живлення. Принцип їх роботи полягає в ШІМ-регулюванні, так і в управлінні величиною протікає через світлодіоди струму. Диммируемые драйвери цього типу використовуються для LED-приладів зі стабілізованим струмом. Варто відзначити, що при управлінні світлодіодами допомогою ШІМ-регулювання спостерігаються негативно впливають на зір ефекти.

Порівнюючи ці два методи регулювання, варто відзначити, що при регулюванні величини струму через LED-джерела спостерігається не тільки зміна яскравості світіння, але і зміна кольору світіння. Так, білі світлодіоди при меншому струмі випромінюють жовтуватий світло, а при збільшенні – світяться синім. При управлінні світлодіодами допомогою ШІМ-регулювання спостерігаються негативно впливають на зір ефекти і високий рівень електромагнітних перешкод. У зв’язку з цим ШІМ-управління використовується досить рідко, на відміну від регулювання струму.

Схеми драйверів для світлодіодів

Багато виробників випускають для світлодіодів мікросхеми драйверів, що дозволяють живити джерела від зниженої напруги. Всі існуючі драйвери ділять на прості, виконані на базі від 1-3 транзисторів і більш складні з використанням спеціальних мікросхем з широтно-імпульсною модуляцією.

Схема драйверів для світлодіодів на 1W

Компанія ON Semiconductor пропонує у якості основи для драйверів широкий вибір мікросхем. Вони відрізняються прийнятною вартістю, відмінною ефективністю перетворення, економічністю і низьким рівнем електромагнітних імпульсів. Виробником представлений драйвер імпульсного типу UC3845 з величиною струму на виході до 1А. На такий мікросхемі можна реалізувати схему драйвера для світлодіода 10W.

Електронні компоненти HV9910 (Supertex) є популярною мікросхемою для драйверів, завдяки простому схемного розв’язання і невисокою ціною. Вона має вбудований регулятор напруги та висновки для здійснення управління яскравістю, а також висновок для програмування частоти перемикань. Вихідне значення струму становить до 0,01 А. На даній мікросхемі можливо втілити простий драйвер для світлодіодів.

На базі мікросхеми UCC28810 (пр-во компанії Texas Instruments) можна створити схему драйвера для потужних світлодіодів. У такій схемі LED-драйвера може створюватися вихідна напруга величиною 70-85В для світлодіодних модулів, що складаються з 28 LED-джерел струмом 3 А.

Корисна порада! Якщо ви плануєте купити сверхяркие светодиоды потужністю 10 Вт, для конструкцій з них можна використовувати імпульсний драйвер на мікросхемі UCC28810.

Схема підключення потужного світлодіода

Компанія Clare пропонує створення простого драйвера імпульсного типу на основі мікросхеми CPC 9909. Вона включає контролер перетворювача, розміщеного в компактному корпусі. За рахунок вбудованого стабілізатора напруги допускається живлення перетворювача від напруги 8-550В. Мікросхема CPC 9909 дозволяє експлуатувати драйвер в умовах широкого розкиду температурних режимів від -50 до + 80°С.

Як підібрати драйвер для світлодіодів

На ринку представлений широкий асортимент драйверів для світлодіодів від різних виробників. Багато хто з них, особливо китайського виробництва, відрізняються низькою ціною. Однак купувати такі пристрої не завжди вигідно, так як більшість з них не відповідає заявленим характеристикам. Крім того такі драйвери не супроводжуються гарантією, а у разі виявлення браку їх не можна повернути чи замінити на якісні.

Так існує ймовірність придбання драйвера, заявлена потужність якого становить 50 W. Однак на ділі виявляється, що ця характеристика має непостійний характер і така потужність є лише короткочасною. В реальності ж такий пристрій буде працювати як LED-driver 30W або максимум 40W. Так само може виявитися, що в начинці не буде вистачати деяких компонентів, що відповідають за стале функціонування драйвера. Крім того, можуть застосовуватися компоненти низької якості і з невеликим терміном служби, що є по суті шлюбом.

Ресурс роботи якісного драйвера — понад 70 тис. годин

При покупці варто звертати увагу на вказівку бренду вироби. На якісному товарі обов’язково буде вказаний виробник, який надасть гарантію і буде готовий відповідати за свою продукцію. Слід зазначити, що і термін служби драйверів від перевірених виробників буде набагато більше. Нижче наведено орієнтовний час роботи драйверів в залежності від виробника:

драйвер від сумнівних виробників – не більше 20 тис. годин;
пристрої середньої якості – близько 50 тис. годин;
перетворювач від перевіреної фірми-виробника з використанням якісних компонентів – понад 70 тис. годин.

Корисна порада! Якої якості буде світлодіодний драйвер – вибирати вам. Однак слід зауважити, що особливо важливо купувати фірмовий перетворювач, якщо мова йде про застосуванні його для прожекторів з світлодіодів і потужних світильників.

Для розрахунку необхідного напруги на виході, необхідно враховувати потужність і силу струму

Розрахунок драйверів для світлодіодів

Щоб визначити напругу на виході світлодіодного драйвера, необхідно розрахувати відношення потужності (Вт) до значення струму (А). Наприклад, драйвер має наступні характеристики: потужність 3 Вт і струм 0,3 А. Розрахункове відношення становить 10В. Таким чином, це буде максимальна величина вихідної напруги даного перетворювача.

Стаття по темі:

Характеристики світлодіодів: споживання струму, напруга, потужність і світловіддача

Типи. Схеми підключення LED-джерел. Розрахунок опору для світлодіодів. Перевірка світлодіода мультиметром. LED-конструкції своїми руками.

Якщо необхідно підключити 3 LED-джерела, струм кожного з яких становить 0,3 мА при напрузі живлення 3В. Підключаючи до світлодіодного драйверу один з приладів, то вихідна напруга буде дорівнювати 3В і струм 0,3 А. Зібравши послідовно два LED-джерела, вихідна напруга буде дорівнювати 6В і струм 0,3 А. Додавши в послідовну ланцюжок третій світлодіод, отримаємо 9В і 0,3 А. При паралельному з’єднанні 0,3 А однаково розподіляться між світлодіодами по 0,1 А. Підключаючи світлодіоди до пристрою на 0,3 А при значенні струму 0,7, їм дістанеться всього 0,3 А.

У деяких драйверах передбачена захист від аварійних ситуацій

Такий алгоритм функціонування світлодіодних драйверів. Вони видають таку кількість струму, на яку вони розраховані. Спосіб підключення LED-приладів в цьому випадку не грає ролі. Є моделі драйверів, що передбачають будь-кількість підключаються до них світлодіодів. Але тоді існує обмеження по потужності LED-джерел: вона не повинна перевищувати потужність самого драйвера. Випускаються драйвери, розраховані на певне число підключаються світлодіодів До них дозволяється підключити меншу кількість світлодіодів. Але такі драйвери мають низьку ефективність, на відміну від пристроїв, розрахованих на конкретну кількість LED-приладів.

Слід зазначити, що у драйверів, розрахованих на фіксовану кількість випромінюючих діодів, передбачена захист від аварійних ситуацій. Такі перетворювачі некоректно працюють, якщо до них підключити меншу кількість світлодіодів: вони будуть мерехтіти або взагалі не будуть світитися. Таким чином, якщо підключити до драйвера напруга без навантаження, він буде працювати нестабільно.

Де купити драйвери для світлодіодів

Купити LED-driver можна в спеціалізованих точках продажу радіодеталей. Крім того набагато зручніше ознайомитися з продукцією і замовити необхідний виріб, використовуючи каталоги відповідних сайтів. Крім цього в інтернет-магазинах можна придбати не тільки перетворювачі, а також прилади світлодіодного освітлення та супутню продукцію: блоки живлення, пристрої управління, засоби підключення, електронні компоненти для ремонту і складання драйвера світлодіодів своїми руками.

Вартість драйвера може досягати 300 рублів і вище

Реалізують компаніями представлений величезний асортимент драйверів для світлодіодів, технічні характеристики та ціни яких можна побачити в прайсах. Як правило ціни на продукцію носять орієнтовний характер і уточнюються при замовленні у менеджера проекту. В асортименті є перетворювачі різної потужності та ступеня захисту, застосовувані для зовнішнього та внутрішнього освітлення, а також для підсвічування і тюнінгу автомобілів.

Вибираючи драйвер слід враховувати умови його використання та споживану потужність світлодіодного конструкції. Тому купувати драйвер необхідно перед покупкою світлодіодів. Так, перш ніж купити драйвер для світлодіодів 12 вольт, необхідно взяти до уваги, що він повинен мати запас потужності близько 25-30%. Це потрібно для того, щоб зменшити ризик пошкодження або повного виходу з ладу приладу при короткому замиканні або перепадах напруги в мережі. Вартість перетворювача залежить від кількості придбаних пристроїв, форми оплати та термінів доставки.

У таблиці наведені основні параметри і розміри стабілізаторів напруги 12 вольт для світлодіодів з зазначенням їх орієнтовної ціни:

Модифікація LD DC/AC 12 VГабариты, мм (в/ш/г)Вихідний струм, АМощность, WЦена, руб. 1x1W 3-4VDC 0.3 A MR118/25/120,31х1733x1W 9 12VDC 0.3 A MR118/25/120,33х11143x1W 9 12VDC 0.3 A MR1612/28/180,33х1355-7x1W 15-24VDC 0.3A12/14/140,35-7х18010W 21-40V 0.3 A AR11121/300,31033812 W 21-40V 0.3 A AR1118/30/220,3123213x2W 9 12VDC 0.4 A MR1612/28/180,43х2183x2W 9 12VDC 0.45A12/14/140,453х254

Виготовлення драйверів для світлодіодів своїми руками

Використовуючи готові мікросхеми, радіоаматори можуть самостійно збирати драйвери для світлодіодів різної потужності. Для цього необхідно вміти читати електричні схеми і мати навички роботи з паяльником. Для прикладу можна розглянути кілька варіантів LED-драйверів своїми руками для світлодіодів.

Схему драйвера для світлодіода 3W можна реалізувати на основі мікросхеми PT4115 китайського виробництва PowTech. Мікросхема може бути застосована для живлення LED-приладів понад 1W і включає в себе блоки управління, які мають на виході досить потужний транзистор. Драйвер на базі PT4115 володіє високою ефективністю і має мінімальну кількість компонентів обв’язки.

Огляд PT4115 і технічні параметри її компонентів:

функція управління яскравістю світіння (керування яскравістю);
вхідна напруга – 6-30В;
значення вихідного струму – 1,2 А;
відхилення стабілізації струму до 5%;
захист від розривів навантаження;
наявність висновків для регулювання яскравості;
ефективність – до 97%.

Потужний драйвер зі значеннями 5А і 35В на виході

Мікросхема має наступні висновки:

для вихідного перемикача – SW;
для сигнального і живлячої ділянки схеми – GND;
для регулювання яскравості – DIM;
вхідний датчик струму – CSN;
напруга живлення – VIN;

Схема драйвера світлодіодів своїми руками на базі PT4115

Схеми драйвера для живлення LED-приладів розсіює потужністю 3 Вт можуть бути виконані в двох варіантах. Перший передбачає наявність джерела живлення напругою від 6 до 30В. В іншій схемі передбачено живлення від джерела змінного струму напругою від 12 до 18В. У цьому випадку в схему введено діодний міст, на виході якого встановлюється конденсатор. Він сприяє згладжуванню коливань напруги, його ємність становить 1000 мкФ.

Для першої і другої схеми особливе значення має конденсатор (CIN): цей компонент покликаний зменшити пульсацію і компенсувати накопичену котушкою індуктивності енергію при закритті MOP-транзистора. У відсутність конденсатора вся енергія індуктивності через напівпровідниковий діод ДШБ (D) потрапить на висновок напруги живлення (VIN) і стане причиною пробою мікросхеми щодо харчування.

Мікросхема PT4115

Корисна порада! Слід обов’язково враховувати, що підключення драйвера світлодіодів в відсутність вхідного конденсатора не дозволяється.

Враховуючи кількість і те, скільки споживають світлодіоди, розраховується індуктивність (L). У схемі світлодіодного драйвера слід підбирати індуктивність, величина якої 68-220 мкГн. Про це свідчать дані технічної документації. Можна допустити невелике збільшення значення L, проте слід врахувати, що тоді знизиться ККД схеми в цілому.

Як тільки подається напруга, величина струму при проходженні його через резистор RS (працює як датчик струму) і L буде нульова. Далі, CS comparator аналізує рівні потенціалів, що знаходяться до резистора і після нього – в результаті з’являється висока концентрація на виході. Струм, що йде в навантаження, наростає до певного значення, контрольованого RS. Струм збільшується в залежності від значення індуктивності і від величини напруги.

Схема драйвера для світлодіодів з використанням PT4115

Зборка компонентів драйвера

Компоненти обв’язки мікросхеми РТ 4115 підбираються з урахуванням вказівок виробника. Для CIN слід застосовувати низкоимпедансный конденсатор (конденсатор з низьким ESR), так як застосування інших аналогів негативно позначиться на ефективності драйвера. Якщо пристрій буде запитано від блоку зі стабілізованим струмом, на вході знадобиться один конденсатор ємністю від 4,7 мкФ. Його рекомендується розмістити поряд з мікросхемою. Якщо струм змінний, потрібно ввести твердотільний танталовий конденсатор, ємність якого не нижче 100 мкФ.

В схему живлення для світлодіодів 3 Вт необхідно встановити котушку індуктивності на 68 мкГн. Вона повинна розташовуватися якомога ближче до висновку SW. Можна зробити котушку самостійно. Для цього знадобиться кільце з, що вийшов з ладу комп’ютера і обмотувальний дріт (ПЕЛ-0,35). В якості діода D можна використовувати діод FR 103. Його параметри: ємність 15 пФ, час відновлення 150 нс, температура від -65 до 150°С. Він може впоратися з імпульсами струму до 30 А.

Мінімальна величина резистора RS в схемі світлодіодного драйвера становить 0,082 Ом, струм – 1,2 А. Щоб розрахувати резистор, необхідно використовувати значення струму, необхідного для світлодіода. Нижче наведена формула для розрахунку:

RS = 0,1 / I,

де I – номінальна величина струму LED-джерела.

Низьковольтний драйвер на мікросхемі

Величина RS в схемі світлодіодного драйвера становить 0,13 Ом, відповідно значення струму – 780 мА. Якщо такий резистор не вдається відшукати, можна використовувати кілька низькоомних компонентів, використовуючи при розрахунку формулу опору для паралельного і послідовного включення.

Компонування драйвера для світлодіода 10 Ват своїми руками

Зібрати драйвер для потужного світлодіода можна самостійно, використовуючи електронні плати від вийшли з ладу люмінесцентних ламп. Найчастіше в таких світильниках перегорають лампи. Електронна плата залишається робочою, що дозволяє використовувати її компоненти для саморобних блоків живлення, драйверів і інших пристроїв. Для роботи можуть знадобитися транзистори, конденсатори, діоди, котушки індуктивності (дроселі).

Несправну лампу необхідно акуратно розібрати за допомогою викрутки. Щоб зробити драйвер світлодіода 10 Вт, слід скористатися люмінесцентною лампою, потужність якої 20 Вт. Це необхідно для того, щоб дросель міг з запасом витримати навантаження. Для більш потужної лампи потрібно підбирати відповідну плату, або замінити сам дросель на аналог з великою серцевиною. Для LED-джерел з меншою потужністю можна відрегулювати число витків обмотки.

Маленький стабілізатор напруги на мікросхемі МР1584

Далі поверх первинних витків обмотки необхідно зробити 20 витків дроту і за допомогою паяльника з’єднати цю обмотку з выпрямительным діодним мостом. Після цього слід подати напругу від мережі 220В і виміряти вихідну напругу на випрямлячі. Його значення склало 9,7 Ст. LED-джерело через амперметр споживає 0,83 А. Номінал цього світлодіода 900 мА, однак щоб занижене споживання струму дозволить збільшити його ресурс. Збірка діодного моста здійснюється шляхом навісного монтажу.

Нову плату і діодний міст можна розмістити у підставці від старого настільного світильника. Таким чином, світлодіодний драйвер можна зібрати самостійно з наявних радіодеталей від вийшли з ладу пристроїв.

В силу того що світлодіоди досить вимогливі до джерел живлення, необхідно правильно підбирати до них драйвер. Якщо перетворювач обраний правильно, можна бути впевненим, що параметри LED-джерел не погіршаться і світлодіоди прослужать визначений ним строк.

Кирило Ябченко 2017-12-04T14:25:45+00:00 Електрика| ОЦІНИТЕ
МАТЕРІАЛ Завантаження… ПОДІЛІТЬСЯ
У СОЦСЕТЯХFacebookTwitterOkGoogle+PinterestVk