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.
Содержание
К сожалению, в конструкции дешёвых светодиодных ламп на 220В из Китая не предусмотрен ни линейный, ни импульсный стабилизатор. Мотивируясь исключительно низкой ценой готового изделия, китайская промышленность смогла максимально упростить схему питания. Называть её драйвером не корректно, так как здесь отсутствует какая-либо стабилизация.
Из рисунка видно, что электрическая схема лампы рассчитана на работу от сети 220В. Переменное напряжение понижается RC-цепочкой и поступает на диодный мост. Затем выпрямленное напряжение частично сглаживается конденсатором и через токоограничивающий резистор поступает на светодиоды. Данная схема не имеет гальванической развязки, то есть все элементы постоянно находятся под высоким потенциалом.
В результате частые просадки сетевого напряжения приводит к мерцанию светодиодной лампы. И наоборот, завышенное напряжение сети вызывает необратимый процесс старения конденсатора с потерей ёмкости, а, иногда, становится причиной его разрыва. Стоит отметить, что еще одной, серьезной отрицательной стороной данной схемы является ускоренный процесс деградации светодиодов вследствие нестабильного тока питания.
Современные импульсные драйверы для светодиодных ламп имеют несложную схему, поэтому ее можно легко смастерить даже своими руками. Сегодня, для построения драйверов, производится ряд интегральных микросхем, специально предназначенных для управления мощными светодиодами. Чтобы упростить задачу любителям электронных схем, разработчики интегральных драйверов для светодиодов в документации приводят типичные схемы включения и расчеты компонентов обвязки.
Американская компания Ixys наладила выпуск микросхемы CPC9909, предназначенной для управления светодиодными сборками и светодиодами высокой яркости. Драйвер на основе CPC9909 имеет небольшие габариты и не требует больших денежных вложений. ИМС CPC9909 изготавливается в планарном исполнении с 8 выводами (SOIC-8) и имеет встроенный стабилизатор напряжения.
Благодаря наличию стабилизатора рабочий диапазон входного напряжения составляет 12-550В от источника постоянного тока. Минимальное падение напряжения на светодиодах – 10% от напряжения питания. Поэтому CPC9909 идеальна для подключения высоковольтных светодиодов. ИМС прекрасно работает в температурном диапазоне от -55 до +85°C, а значит, пригодна для конструирования светодиодных ламп и светильников для наружного освещения.
Стоит отметить, что с помощью CPC9909 можно не только включать и выключать мощный светодиод, но и управлять его свечением. Чтобы узнать обо всех возможностях ИМС, рассмотрим назначение ее выводов.
Типичное включение CPC9909 с питанием от сети 220В показано на рисунке. Схема способна управлять одним или несколькими мощными светодиодами или светодиодами типа High Brightness. Схему можно легко собрать своими руками даже в домашних условиях. Готовый драйвер не нуждается в наладке с учетом грамотного выбора внешних элементов и соблюдением правил их монтажа.
Драйвер для светодиодной лампы на 220В на базе CPC9909 работает по методу частотно-импульсной модуляции. Это означает, что время паузы является постоянной величиной (time-off=const). Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается емкостным фильтром C1, C2. Затем оно поступает на вход VIN микросхемы и запускает процесс формирования импульсов тока на выходе GATE. Выходной ток микросхемы управляет силовым транзистором Q1. В момент открытого состояния транзистора (время импульса «time-on») ток нагрузки протекает по цепи: «+диодного моста» – LED – L – Q1 – RS – «-диодного моста». За это время катушка индуктивности накапливает энергию, чтобы отдать её в нагрузку во время паузы. Когда транзистор закрывается, энергия дросселя обеспечивает ток нагрузки в цепи: L – D1 – LED – L. Процесс носит циклический характер, в результате чего ток через светодиод имеет пилообразную форму. Наибольшее и наименьшее значение пилы зависит от индуктивности дросселя и рабочей частоты. Частота импульсов определяется величиной сопротивления RT. Амплитуда импульсов зависит от сопротивления резистора RS. Стабилизация тока светодиода происходит путем сравнения внутреннего опорного напряжения ИМС с падением напряжения на RS. Предохранитель и терморезистор защищают схему от возможных аварийных режимов.
Длительность паузы выставляют внешним резистором RT и определяют по упрощенной формуле:
tпаузы=RT/66000+0,8 (мкс).
В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:
tпаузы=(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.
Рекомендованный производителем диапазон рабочих частот составляет 30-120 кГц. Таким образом, сопротивление RT можно найти так: RT=(tпаузы-0,8)*66000, где значение tпаузы подставляют в микросекундах.
Номинал сопротивления RS задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: RS=UCS/(ILED+0.5*IL пульс), где UCS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;
ILED – ток через светодиод;
IL пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*ILED.
После преобразования формула примет вид: RS=0,25/1.15*ILED (Ом).
Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: PS=RS*ILED*D (Вт).
К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.
Как известно, ток дросселя не может измениться скачком, нарастая за время импульса и убывая во время паузы. Задача радиолюбителя в том, чтобы подобрать катушку с индуктивностью, обеспечивающей компромисс между качеством выходного сигнала и её габаритами. Для этого вспомним об уровне пульсаций, который не должен превышать 30%. Тогда потребуется индуктивность номиналом:
L=(USLED*tпаузы)/ IL пульс, где ULED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.
В цепи питания установлены два конденсатора: С1 – для сглаживания выпрямленного напряжения и С2 – для компенсации частотных помех. Так как CPC9909 работает в широком диапазоне входного напряжения, то в большой ёмкости электролитического С1 нет нужды. Достаточно будет 22 мкФ, но можно и больше. Емкость металлопленочного С2 для схемы такого типа стандартная – 0,1 мкФ. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не менее 400В.
Однако, производитель микросхемы настаивает на монтаже конденсаторов С1 и С2 с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), чтобы избежать негативного влияния высокочастотных помех, возникающих при переключении драйвера.
Диодный мост выбирают, исходя из максимального прямого тока и обратного напряжения. Для эксплуатации в сети 220В его обратное напряжение должно быть не менее 600В. Расчетная величина прямого тока напрямую зависит от тока нагрузки и определяется как: IAC=(π*ILED)/2√2, А.
Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.
Конденсатор C3, установленный в цепи питания микросхемы должен быть ёмкостью 0,1 мкФ с низким значением ESR, аналогично C1 и C2. Незадействованные выводы PWMD и LD также через C3 соединяются с общим проводом.
Транзистор Q1 и диод D1 работают в импульсном режиме. Поэтому выбор следует делать с учетом их частотных свойств. Только элементы с малым временем восстановления смогут сдержать негативное влияние переходных процессов в момент переключения на частоте около 100 кГц. Максимальный ток через Q1 и D1 равен амплитудному значению тока светодиода с учетом выбранного коэффициента заполнения: IQ1=ID1= D*ILED, А.
Напряжение, прикладываемое к Q1 и D1, носит импульсный характер, но не более, чем выпрямленное напряжение с учетом емкостного фильтра, то есть 280В. Выбор силовых элементов Q1 и D1 следует производить с запасом, умножая расчетные данные на два.
Предохранитель (fuse) защищает схему от аварийного короткого замыкания и должен длительно выдерживать максимальный ток нагрузки, в том числе импульсные помехи.
IFUSE=5*IAC, А.
Установка терморезистора RTH нужна для ограничения пускового тока драйвера, когда фильтрующий конденсатор разряжен. Своим сопротивлением RTH должен защитить диоды мостового выпрямителя от пробоя в начальные секунды работы.
RTH=(√2*220)/5*IAC, Ом.
При желании CPC9909 может обеспечить мягкое включение светодиода, когда его яркость будет постепенно нарастать. Плавный пуск реализуется при помощи двух постоянных резисторов, подключенных к выводу LD, как показано на рисунке. Данное решение позволяет продлить срок службы светодиода.
Также вывод LD позволяет реализовывать функцию аналогового диммирования. Для этого резистор 2,2 кОм заменяют переменным резистором 5,1 кОм, тем самым плавно изменяя потенциал на выводе LD.
Управлять свечением светодиода можно путем подачи импульсов прямоугольной формы на вывод PWMD (pulse width modulation dimming). Для этого задействуют микроконтроллер или генератор импульсов с обязательным разделением через оптопару.
Кроме рассмотренного варианта драйвера для светодиодных ламп, существуют аналогичные схемные решения от других производителей: HV9910, HV9961, PT4115, NE555, RCD-24 и пр. Каждая из них имеет свои сильные и слабые места, но в целом, они успешно справляются с возложенной нагрузкой при сборке своими руками.
Светодиоды на современном строительном рынке занимают лидирующие позиции по продаже. Данные осветительные приборы имеют широкое применение.
Их используют в освещении:
Также популярным и востребованным есть драйвер, предназначенный для питания светодиодов от электричества (переменного тока 220 В и частоты 50 Гц. Чтобы осветительные приборы (на 1 w,10 w и больше) имели хорошую яркость, не мигали во время работы и не перегорали раньше времени, для их питания нужен постоянный ток (350, 500, 700, 1000 мА).
Для этого изготавливают специальные модули. Они бывают разных типов. Драйвер может быть встроен в сам светодиодный прибор, а также подключаться отдельно. Сделать самодельный драйвер для мощного светодиода можно собственными руками. Есть устройства специального назначения, например те, которые используют в rgp пикселях. Их называют rgp led pixel. Такие схемы также можно собрать своими силами или заказать у специалистов.
Светодиодные осветительные приборы (на 1 w, 10 w и больше) достаточно эффективны. С их помощью можно хорошо сэкономить на электричестве. Светодиоды в 8-9 раз эффективнее, чем обычные лампы накаливания (на 1 w, 10 w и больше). В случаях, когда драйвер установлен рядом с группой светодиодных приборов, он имеет хорошие технические показатели. Прибор будет работать даже в самых жарких условиях. Он выдерживает температуру окружающей среды до 800С. Также устройство имеет различные режимы работы. С его помощью можно регулировать яркость освещения в помещении, машине, улице прочее.
Для питания светодиодной ленты часто используют диммируемый драйвер. Устройство идеально подходит для регулировки яркости осветительных приборов. Диммируемый драйвер обеспечивает настраивание выходной мощности плавно и без фликкерного шума. Собрать схему драйвера для светодиодов своими руками можно без проблем.
Есть случаи, когда нет необходимости регулировать яркость осветительных приборов в помещении или другом пространстве. Тогда схема подключения драйвера достаточно проста. Светодиоды подключаются последовательно. В одной цепочке может быть от 1 до 8 штук осветительных приборов. Она подключается к одному выходу драйвера. Такая схема самая оптимальная. Любой повышающий драйвер для светодиода, будь он самодельный или нет, служит источником постоянного тока, но не напряжения. Это значит, что включать в схему специальный резистор, который будет ограничивать поступление тока, нет необходимости. На выходе драйвера устанавливается определенное напряжение (В) и мощность (Вт). Их величина зависит от количества подключенных осветительных приборов в цепочке.
Токоограничиющий резистор включается в схему, если светодиоды подключены и последовательно, и параллельно. Такие случаи бывают, когда нужно подключить более 8 осветительных приборов. Так светодиоды подсоединяют последовательно в отдельные цепи, которые связаны между собой параллельным подключением. Входное напряжение драйвера может быть в диапазоне от 2 до 18 В. А выходное – на 0,5 вольт меньше, чем изначальное. Напряжение падает на полевом транзисторе.
Вольт – амперная характеристика у осветительных приборов, таких как светодиоды, под воздействием температуры изменяется. У разных моделей она имеет свои незначительные отличия. Стоит это учитывать при подключении схемы собственными руками. Повышающий яркость драйвер осветительных приборов должен давать постоянный ток в различных случаях. То есть его функции должны выполняться независимо от того, изменились ли характеристики светодиодов или произошел скачок входного напряжения. Любой драйвер (диммируемый, из специальным стабилизатором прочее), должен обеспечивать поступление тока к осветительному прибору согласно его эксплуатационным характеристикам.
Простыми драйверами для светодиодов (на 10 w и больше) есть такие микросхемы, как LM 317. Они имеют свои отличие от резисторов. Микросхемы данного типа надежны в эксплуатации, их производство не занимает много времени и требует больших затрат расходного материала. Но все же они имеют недостатки. Микросхемы LM 317 отличаются низким КПД. Для них характерно малое входное напряжение.
Питание светодиодов от сети 220 В с помощью шим – стабилизаторов тока более практичное в эксплуатации. Активная мощность на драйвере минимальная. Шим – стабилизатор – это электронная схема специального назначения. Ее разработали для того, чтобы производить постоянный ток для питания осветительных приборов наилучшим способом. Такие драйверы используют в rgp пикселях. Шим – стабилизаторы дают дополнительные функции в управлении. С помощью драйверов можно регулировать питание от сети 220 В, яркость и цвет rgp пикселя. Управление осуществляется с помощью, подключенных к шим – стабилизаторов, микроконтроллеров. Такие драйвера, как WS2801 или LDP8806, можно наблюдать на каждом rgp пикселе светодиодной ленты с управлением.
Так, как технологии прогрессируют стоимость мощных светодиодов (1 Вт и больше) уже достаточно доступная. Исходя из этого, приборы все чаще используют для освещения. Чтобы эффективность мощных светодиодов была высокой, их нужно правильно запитать, можно от сети 220 В. Самодельный драйвер, повышающий яркость освещения, можно собрать по простой схеме, основанной на дискретных элементах. Выходная мощность – 15 Вт, резервная – 0,5 Вт. Схема защищает от короткого замыкания.
Вот действительно простая и недорогая схема драйвера Power LED. Схема представляет собой «источник постоянного тока», что означает, что она поддерживает постоянную яркость светодиода независимо от того, какой источник питания вы используете или условия окружающей среды, которым вы подвергаете светодиоды. Или, говоря по-другому: «это лучше, чем использование резистора». Это более последовательно, более эффективно и более гибко. Он идеально подходит, в частности, для мощных светодиодов и может использоваться для любого количества и конфигурации обычных или мощных светодиодов с любым типом источника питания. В качестве простого проекта я построил схему драйвера и соединил ее с мощным светодиодом и силовым блоком, сделав подключаемый источник света. Мощные светодиоды сейчас стоят около 3 долларов, так что это очень недорогой проект с множеством применений, и вы можете легко изменить его, чтобы использовать больше светодиодов, батарей и т. д. Детали цепи (см. принципиальную схему) R1: резистор приблизительно 100 кОм (серия Yageo CFR-25JB) Прочие части: источник питания: я использовал старый «настенный» трансформатор, или вы можете использовать батарейки. для питания одного светодиода подойдет напряжение от 4 до 6 вольт с достаточным током. вот почему эта схема удобна! вы можете использовать самые разные источники питания, и он всегда будет светиться одинаково. радиаторы: здесь я делаю простой светильник без радиатора. что ограничивает нас током светодиода около 200 мА. для большего тока вам нужно поместить светодиод и Q2 на радиатор (см. мои заметки в других инструкциях по питанию, которые я сделал). макетные платы: изначально я не использовал прототипную плату, но позже я построил вторую на прототипной плате, в конце есть несколько фотографий, если вы хотите использовать прототипную плату. выбор R3: Цепь является источником постоянного тока, значение R3 задает ток. Расчеты: Я установил ток светодиода на 225 мА, используя резистор R3 2,2 Ом. Мощность резистора R3 составляет 0,1 Вт, поэтому подойдет стандартный резистор на 1/4 Вт. Здесь я объясню, как работает схема и каковы максимальные ограничения, вы можете пропустить это, если хотите. Технические характеристики: входное напряжение: от 2 до 18 В
9Выходное напряжение 0010: до 0,5 В меньше входного напряжения (пропадание 0,5 В) Максимальные пределы: единственным реальным ограничением для источника тока является Q2 и используемый источник питания. Q2 действует как переменный резистор, понижая напряжение источника питания, чтобы оно соответствовало потребностям светодиодов. поэтому Q2 потребуется радиатор, если есть большой ток светодиода или если напряжение источника питания намного выше, чем напряжение светодиодной цепочки. с большим радиатором эта схема может обрабатывать БОЛЬШУЮ мощность. Указанный транзистор Q2 будет работать при напряжении питания примерно до 18 В. Если вам нужно больше, посмотрите мои инструкции по светодиодным схемам, чтобы увидеть, как нужно изменить схему. При полном отсутствии радиаторов Q2 может рассеивать только около 1/2 Вт, прежде чем сильно нагреется — этого достаточно для тока 200 мА с разницей до 3 вольт между источником питания и светодиодом. Функция цепи: — Q2 используется как переменный резистор. Q2 начинается с включения R1. — Q1 используется в качестве переключателя датчика перегрузки по току, а R3 является «чувствительным резистором» или «установочным резистором», который запускает Q1, когда протекает слишком большой ток. — Основной ток проходит через светодиоды, через Q2 и через R3. Эта схема настолько проста, что я соберу ее без печатной платы. я просто соединим провода частей в воздухе! но вы можете использовать небольшую макетную плату, если хотите (см. фотографии в конце для примера). сначала определите контакты на Q1 и Q2. укладывая детали перед собой этикетками вверх и штифтами вниз, штифт 1 слева, штырь 3 справа. по сравнению со схемой: Q1: Итак: начнем с подключения провода от минуса светодиода к контакту 2 Q2 Теперь приступим к подключению Q1. Сначала приклейте Q1 в перевернутом виде к передней части Q2, чтобы с ним было легче работать. у этого есть дополнительное преимущество: если Q2 сильно нагреется, это заставит Q1 уменьшить ограничение тока — функция безопасности! — соедините контакт 3 Q1 с контактом 1 Q2. — соединить контакт 2 Q1 с контактом 3 Q2. — припаять резистор одну ножку резистора R1 к этому болтающемуся проводу LED-plus — припаяйте другую ногу R1 к контакту 1 Q2. — присоединить плюсовой провод от аккумулятора или источника питания к плюсовому проводу светодиода. вероятно, было бы проще сделать это сначала на самом деле. — приклейте R3 сбоку от Q2, чтобы он оставался на месте. — подключить один вывод R3 к контакту 3 Q2 — подключите другой вывод R3 к контакту 1 Q1 Теперь подключите отрицательный провод от источника питания к контакту 1 Q1. готово! мы сделаем его менее хрупким на следующем шаге. Теперь проверьте цепь, подав питание. если это работает, нам просто нужно сделать его прочным. Самый простой способ — нанести большую каплю силиконового клея на всю цепь. это сделает его механически прочным и водонепроницаемым. просто капните на силикон и постарайтесь избавиться от пузырьков воздуха. я называю этот метод: «BLOB-TRONICS». это не выглядит как много, но это работает очень хорошо и дешево и легко. Кроме того, связывание двух проводов вместе также помогает снизить нагрузку на провода. Я также добавил фото той же схемы, но на макетной плате (это «Capital US-1008», доступна на digikey) и с 0,47 Ом R3. Загрузки Схема драйвера светодиода питания — ссылка
|
Фарва Навази
1245 просмотровСветоизлучающий диод (LED) широко используется в электронных схемах и устройствах. Но в прошлом они обычно использовались в качестве индикаторов или в приложениях для отображения. Но с развитием белых светодиодов они теперь используются во многих осветительных приборах. Например, сейчас они приняты в качестве уличного освещения, внутреннего освещения и т. д. Проще говоря, белые светодиоды сейчас встречаются повсеместно. Таким образом, определенные технологии помогают этим белым светодиодам излучать белый свет. Но наша главная тема — не эти определенные технологии, а схема, которая управляет этими светодиодами.
В этом уроке мы собираемся создать «схему драйвера белого светодиода с использованием TPS61161A». Схема проста в изготовлении и требует очень мало внешних компонентов, что делает ее доступной для начинающих студентов, изучающих электронику.
Buy From Amazon
The following components are required to make LED Driver Circuit
Sr.No | Components | Value | Qty |
---|---|---|---|
1 | IC | TPS61161A | 1 |
2 | Diode | MBR0540T1 | 1 |
3 | Connector | 4-Pin | |
4 | LED | 8 | |
5 | SMD Capacitor | 1uF,220nF | 2,1, |
6 | SMD Resistor | 10-Ohm, 256-Ohm | 1,1 |
7 | SMD Inductor | 22uF | 1 |
For a detailed description of pinout, dimension features, and specifications download the datasheet of TPS61161A
Для создания схемы драйвера белого светодиода мы использовали микросхему TPS61161A.