В нашей разработке, мы взяли LED элемент мощностью 1 ватт, но можно изменить радиокомпоненты Led драйвера и использовать светодиоды и большей мощности.
Параметры схемы драйвера:
- входное напряжение: 2В до 18В
- выходное напряжение: на 0,5 меньше, чем входное напряжение (0.5V падение на полевом транзисторе)
- ток: 20 ампер
В качестве источника питания я применил готовый трансформаторный блок питания на 5 Вольт, т.к для питания одного светодиода его вполне хватит. Радиатор на мощный транзистор не нужен, т.к ток около 200 мА. Поэтому резистор R3 будет около 2 кОм (I=0,5/R3). Он является установочным и закрывает транзистор Q2, если течет повышенный ток
Транзистор FQP50N06L в соответствии с паспортными данными работает только до 18 Вольт, если требуется больше вам следует воспользоваться .
Т.к данная схема очень проста собрал ее без печатной платы с помощью навесного монтажа. Следует также сказать о назначении транзисторов в этой конструкции. FQP50N06L применен в качестве переменного резистора, а 2N5088BU в роли токового датчика. Он также задает обратную связь, которая следит за параметрами тока и держит его в заданных пределах.
Эту схему можно использовать для запитки светодиодов как в автомобиле и не только в нем. Данная схема ограничивает ток и обеспечивает нормальную работу светодиода. Этот драйвер может запитать светодиоды мощностью 0,2-5 ватт от 9-25 Вольт благодоря применению микросхемы стабилизатора напряжения .
Сопротивление резистора можно определить по следующей формуле R = 1.25/I, где I - ток светодиода в Амперах. Если вы хлтите применить мощные светодиоды, микросхему LM317 обязательно установите на теплоотвод.
Для стабильной работы схемы Led драйвера на LM317, входное напряжение должно немного превышать напряжение питания светодиода примерно на 2 вольта. Диапазон ограничения выходного тока составляет 0,01А…1,5А и с выходным напряжением до 35 вольт. При необходимости схему можно подключить к .
На рисунке ниже показана схема светодиодного драйвера мощность которого рассчитана на 6 светодиодов, в роли питающего источника используется батарея 1,5В типа АА. Катушка индуктивности L1 намотана на ферритовое кольцо диаметром 10 мм и содержит 10 витков медного провода диаметром 0,5 мм.
За основу схемы взята микросхема МАХ756, она проектировалась для переносных устройств с независимым питанием. Драйвер продолжает работать даже при понижении питающего напряжения до 0,7 В. Если возникнет необходимость выходное напряжение драйвера можно задать от3 до 5 вольт при токе нагрузки до 300мА. КПД при максимальной нагрузке более 87 %.
Работы драйвера на микросхеме MAX756 можно условно поделить на два цикла, а именно:
Первый: Внутренний транзистор микросхеме в данный момент открыт и через дроссель течет линейно-нарастающий ток. В электромагнитном поле дросселя копится энергия. Конденсатор C3 потихоньку разряжается и отдает ток светодиодам. Продолжительность цикла около 5 мкс. Но этот цикл может быть завершен досрочно, в том случае, если максимально допустимый ток стока транзистора возрастет более 1 А.
Второй: Транзистор в этом цикле заперт. Ток от дросселя через диод заряжает конденсатор C3, взамен того, что он потерял в первом цикле. С увеличением напряжения на конденсаторе до некоторого уровня данный этап цикла финиширует.
Микросхема MAX756 переходит в режим с постоянной продолжительностью фазы (соответственно 5 мкс и 1 мкс соответственно). Выходное напряжение в этом случае не стабилизировано, оно снижается, но остается по возможности максимально возможным.
К схеме подключены четыре светодиода типа L-53PWC «Kingbright». Так как при токе 15 мА прямое падение на светодиодах будет 3,1 вольта, лишние 0,2 вольта погасит резистор R1,. По мере прогрева светодиодов, падение напряжения на них снижается, и резистор R1 в каком-то роде стабилизирует ток потребления светодиодов и их яркость свечения.
Дроссель можно взять самодельный, намотав проводом ПЭВ-2 0,28 на сердечник (кольцо размером К10x4x5 из магнитной проницаемостью 60) от сетевого фильтра 35 витков. Так же можно взять и готовые дроссели с индуктивностью от 40 до 100 мкГн и рассчитанные на ток более 1А
Микросборка CAT3063 это трех канальный светодиодный драйвер, который с минимальным внешним обвесом из 4-х емкостей и резистора отлично подходит для питания светодиодов.
С помощью R1 осуществляется настройка потока выходного тока. В момент включения, светодиодные драйверы будут работать в 1Х режиме, т.е выходное направление будет равно входному. Если выходного напряжения будет нехватать для запуска и работы светодиодных драйверов, то произойдет автоматическое увеличение уровня входного тока, в 1,5 Х раза. Сопротивление в схеме будет меняться в зависимости от тока светодиода (мA). Допустим, если он будет минимальным и равным 1 мА - R1 - 649кОм. 5 мА - 287 кОм, 10 мА - 102 кОм, 15 мА - 49.9 кОм, 20 мА - 32.4 кОм, 25 мА - 23.7 кОм, 30 мА - 15.4 кОм.
При конструирование светодиодной лампы, любой разработчик сталкивается с задачей отвода тепла, выделяющегося в небольшом объёме светильника, т.к перегрев светодиодам противопоказан. Кроме того источником выделения тепла, помимо самих светодиодов, является блок питания или другими словами - светодиодный драйвер.
Светодиоды, в последние годы серьезно потеснившие все остальные источники света, сегодня можно встретить повсеместно. Они используются в квартирах и офисах, освещают улицы, украшают здания и интерьеры. Но для правильной работы полупроводникового источника света необходим качественный и надежный драйвер для светодиодов. Сегодня мы поговорим об этом исключительно важном узле и разберемся, почему этот драйвер так необходим, как он работает, и даже попытаемся сделать led driver своими руками.
Что такое драйвер и зачем он нужен
Если заглянуть в англо-русский словарь, то можно узнать, что драйвер – это буквально «водитель» (driver – водитель, англ.). Откуда такое странное название и что он водит? Для того чтобы в этом разобраться, немного отвлечемся и поговорим о светодиодах.
Светодиод (led) – полупроводниковый прибор, способный излучать свет под воздействием приложенного к нему напряжения. Причем для правильной работы полупроводника напряжение, обеспечивающее оптимальный ток через кристалл, должно быть постоянным и строго стабилизированным. Особенно это касается мощных светодиодов, которые крайне критически относятся к всевозможным перепадам и скачкам питающего тока. Стоит питанию диода чуть снизиться, как упадет ток и, как следствие, уменьшится светоотдача. При малейшем превышении нормальной величины тока полупроводник мгновенно перегревается и сгорает.
Основное назначение драйвера – обеспечить светоизлучающий диод необходимым для его нормальной работы током. Таким образом, led драйвер – это, по сути, блок питания для светодиодов, их «водитель», обеспечивающий длительную и качественную работу полупроводникового осветителя.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Задать вопрос экспертуТы не встретишь ни одного осветительного прибора, имеющего в своем составе мощный светодиод, который бы не имел драйвера. Поэтому так важно разобраться, какими бывают драйверы, как они работают и какими характеристиками должны обладать.
Виды светодиодных драйверов
Все драйверы для светодиодов можно разделить по принципу стабилизации тока. На сегодняшний день таких принципов два:
- Линейный.
- Импульсный.
Линейный стабилизатор
Предположим, в нашем распоряжении мощный светодиод, который нужно зажечь. Соберем простейшую схему:
Схема, поясняющая линейный принцип регулировки тока Выставляем резистором R, выполняющим роль ограничителя, нужное значение тока – светодиод горит. Еcли напряжение питания изменилось (к примеру, батарея садится), поворачиваем движок резистора и восстанавливаем необходимый ток. Если увеличилось, то таким же образом ток уменьшаем. Именно это и делает простейший линейный стабилизатор: следит за током через светодиод и при необходимости «крутит ручку» резистора. Только делает он это очень быстро, успевая реагировать на малейшее отклонение тока от заданной величины. Конечно, никакой ручки у драйвера нет, ее роль выполняет транзистор, но суть пояснения от этого не меняется.
В чем недостаток линейной схемы стабилизатора тока? Дело в том, что через регулирующий элемент тоже течет ток и бесполезно рассеивает мощность, которая просто греет воздух. Причем чем входное напряжение больше, тем выше потери. Для светодиодов с небольшим рабочим током такая схема годится и успешно используется, но мощные полупроводники линейным драйвером питать себе дороже: драйверы могут съедать больше энергии, чем сам осветитель.
К преимуществам такой схемы питания можно отнести относительную простоту схемотехники и невысокую стоимость драйвера, сочетающуюся с высокой надежностью.
Линейный драйвер для питания светодиода в карманном фонаре Импульсная стабилизация
Перед нами тот же светодиод, но схему питания соберем несколько иную:
Схема, поясняющая принцип работы широтно-импульсного стабилизатора Теперь вместо резистора у нас кнопка КН и добавлен накопительный конденсатор С. Подаем напряжение на схему и нажимаем кнопку. Конденсатор начинает заряжаться, и при достижении на нем рабочего напряжения светодиод загорается. Если продолжать держать кнопку нажатой, то ток превысит допустимую величину, и полупроводник сгорит. Отпускаем кнопку. Конденсатор продолжает питать светодиод и постепенно разряжается. Как только ток опустится ниже допустимого для светодиода значения, снова нажимаем кнопку, подпитывая конденсатор.
Вот так сидим и периодически жмем кнопку, поддерживая нормальный режим работы светодиода. Чем выше питающее напряжение, тем нажатия будут короче. Чем напряжение ниже, тем кнопку придется держать нажатой дольше. Это и есть принцип широтно-импульсной модуляции. Драйвер следит за током через светодиод и управляет ключом, собранным на транзисторе или тиристоре. Делает он это очень быстро (десятки и даже сотни тысяч нажатий в секунду).
С первого взгляда работа утомительная и сложная, но только не для электронной схемы. Зато КПД импульсного стабилизатора может достигать 95%. Даже при питании потери энергии минимальны, а ключевые элементы драйвера не требуют мощных теплоотводов. Конечно, импульсные стабилизаторы несколько сложнее по конструкции и дороже, но все это окупается высокой производительностью, исключительным качеством стабилизации тока и отличными массогабаритными показателями.
Этот импульсный драйвер способен выдать ток до 3 А безо всяких радиаторов Как подобрать драйвер для светодиодов
Разобравшись с принципом работы led driver, осталось научиться их правильно выбирать. Если ты не забыл основ электротехники, полученных в школе, то дело это нехитрое. Перечислим основные характеристики преобразователя для светодиодов, которые будут участвовать в выборе:
- входное напряжение;
- выходное напряжение;
- выходной ток;
- выходная мощность;
- степень защиты от окружающей среды.
Прежде всего, необходимо решить, от какого источника будет питаться твой светодиодный светильник. Это может быть сеть 220 В, бортовая сеть автомобиля или любой другой источник как переменного, так и постоянного тока. Первое требование: то напряжение, которое ты будешь использовать, должно укладываться в диапазон, указанный в паспорте на драйвер в графе «входное напряжение». Кроме величины, нужно учесть и род тока: постоянный или переменный. Ведь в розетке, к примеру, ток переменный, а в автомобиле – постоянный. Первый принято обозначать аббревиатурой АС, второй DC. Почти всегда эту информацию можно увидеть и на корпусе самого прибора.
Этот драйвер рассчитан для работы от сети переменного тока напряжением от 100 до 265 В Далее переходим к выходным параметрам. Предположим, у тебя есть три светодиода на рабочее напряжение 3.3 В и ток 300 мА каждый (указано в сопроводительной документации). Ты решил сделать настольную лампу, схема соединения диодов последовательная. Складываем рабочие напряжения всех полупроводников, получаем падение напряжения на всей цепочке: 3.3 * 3 = 9.9 В. Ток при таком соединении остается тем же – 300 мА. Значит, тебе нужен драйвер с выходным напряжением 9.9 В, обеспечивающий стабилизацию тока на уровне 300 мА.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВажно! Все полупроводники, работающие от одного драйвера, должны быть однотипными и желательно из одной партии. В противном случае, неизбежен разброс параметров светодиодов, в результате которого один из них будет светить вполнакала, а второй быстро сгорит.
Конечно, именно на это напряжение прибор найти не удастся, но это и не нужно. Все драйверы рассчитаны не на конкретное напряжение, а на некоторый диапазон. Твоя задача – уложить свое значение в этот диапазон. А вот выходной ток должен точно соответствовать 300 мА. В крайнем случае он может быть несколько меньше (лампа будет светить не так ярко), но никогда не больше. Иначе твоя самоделка сгорит сразу либо через месяц.
Идем дальше. Выясняем, какой мощности драйвер нам нужен. Этот параметр должен как минимум совпадать с потребляемой мощностью нашей будущей лампы, а лучше превышать это значение на 10-20%. Как рассчитать мощность нашей «гирлянды» из трех светодиодов? Вспоминаем: электрическая мощность нагрузки – это ток, идущий через нее, умноженный на приложенное напряжение. Берем калькулятор и перемножаем общее рабочее напряжение всех светодиодов на ток, предварительно переведя последний в амперы: 9.9 * 0.3 = 2.97 Вт.
Последний штрих. Конструктивное исполнение. Прибор может быть как в корпусе, так и без него. Первый, естественно, боится пыли и влаги, и в плане электробезопасности он не лучший вариант. Если ты решил встроить драйвер в лампу, корпус которой является хорошей защитой от окружающей среды, тогда подойдет. Но если корпус лампы имеет кучу вентиляционных отверстий (светодиоды должны охлаждаться), а само устройство будет стоять в гараже, то лучше выбрать источник питания в собственном корпусе.
Итак, нам нужен светодиодный драйвер со следующими характеристиками:
- питающее напряжение — сеть 220 В переменного тока;
- выходное напряжение – 9.9 В;
- выходной ток – 300 мА;
- выходная мощность — не менее 3 Вт;
- корпус — пылевлагозащитный.
Отправляемся в магазин и смотрим. Вот он:
Драйвер для питания светодиодов Причем не просто подходящий, а идеально соответствующий запросам. Слегка пониженный выходной ток продлит жизнь светодиодов, но на яркости их свечения это абсолютно никак не отразится. Потребляемая мощность упадет до 2.7 Вт – будет запас мощности драйвера.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуЕсли у тебя очень большое количество светодиодов, то при последовательном включении их общее напряжение может превысить максимально возможное для существующих драйверов. В этом случае обратись к разделу Схема подключения драйвера к светодиодам, который находится в конце этой статьи.
В чем отличия между драйвером для светодиодов и блоком питания для LED ленты
Бытует мнение, что блоки питания для — нечто другое, чем обычный led драйвер. Попробуем прояснить этот вопрос, а заодно научимся правильно выбирать драйвер для светодиодной ленты. Светодиодная лента – это гибкая подложка, на которой расположены все те же светодиоды. Они могут стоять в 2, 3, 4 ряда, это не так важно. Важнее разобраться, как они соединены между собой.
Все полупроводники на ленте разбиты на группы по 3 светодиода, соединенных последовательно через токоограничивающий резистор. Все группы, в свою очередь, соединены параллельно:
Электрическая схема одной секции (слева) и всей светодиодной ленты Лента продается в бобинах обычно длиной по 5 м и рассчитана на рабочее напряжение 12 или 24 В. В последнем случае в каждой группе будет не 3, а 6 светодиодов. Предположим, ты купил ленту на 12 В с удельной потребляемой мощностью 14 Вт/м. Таким образом, общая мощность, потребляемая всей бобиной, составит 14 * 5 = 70 Вт. Если тебе не нужна такая длинная, ты можешь отрезать ненужную часть с условием, что будешь резать ее между секциями. Например, ты отрезал половину. Какие характеристики при этом изменятся? Только потребляемая мощность: она уменьшится вдвое.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВажно! Не забывай, что разрезать светодиодную ленту можно только между секциями по 3 светодиода (для 24-х вольтовой их будет 6), которые хорошо видны. На рисунке ниже я пометил их стрелками.
Места разделения секций хорошо видны и даже помечены пиктограммами ножниц Надо ли ограничивать и стабилизировать ток через обычный светодиод? Безусловно, иначе он сгорит. Но мы совсем забыли о резисторе, установленном в каждой секции ленты. Он служит для ограничения тока и подобран таким образом, что при подаче на секцию ровно 12-ти вольт ток через светодиоды будет оптимальным. В задачу драйвера светодиодной ленты входит удержание питающего напряжение строго на уровне 12 В. Все остальное берет на себя токоограничивающий резистор.
Таким образом, главное отличие блока питания led ленты от обычного led драйвера – четко фиксированное выходное напряжение 12 или 24 В. Здесь уже не получится использовать обычный драйвер с выходным напряжением, скажем, от 9 до 14 В.
Остальные критерии выбора блока питания для светодиодной ленты следующие:
- входное напряжение . Методика выбора та же, что и для обычного драйвера: прибор должен быть рассчитан на то входное напряжение и тот род тока, которым ты будешь питать светодиодную ленту;
- выходная мощность . Мощность блока питания должна быть минимум на 10% выше мощности ленты. При этом слишком большой запас брать не стоит: снижается КПД всей конструкции;
- класс защиты от окружающей среды . Методика та же, что и для светодиодного драйвера (см. выше): в прибор не должны попадать пыль и влага.
Драйвер для светодиодной ленты – не что иное, как высококачественный, но обычный стабилизатор напряжения. Он выдает строго фиксированное напряжение, но абсолютно не следит за выходным током. При желании и для эксперимента вместо него ты можешь использовать, к примеру, блок питания от ПК (шина 12 В). Яркость и долговечность ленты от этого не пострадают.
Схема подключения драйвера к светодиодам
Подключить драйвер к светодиодам просто, с этим справится каждый. Вся маркировка нанесена на его корпус. На входные провода (INPUT) подаешь входное напряжение, к выходным (OUTPUT) подключаешь линейку светодиодов. Единственно, необходимо соблюдать полярность, и на этом я остановлюсь подробнее.
Полярность входа (INPUT)
Если питающее драйвер напряжение постоянное, то вывод, помеченный знаком «+» необходимо подключить к положительному полюсу источника питания. Если напряжение переменное, то обрати внимание на маркировку входных проводов. Возможны следующие варианты:
- Маркировка «L» и «N»: на вывод «L» нужно подать фазу (находится при помощи индикаторной отвертки), на вывод «N» — ноль.
- Маркировка «~», «АС» или отсутствует: полярность соблюдать не нужно.
Полярность выхода (OUTPUT)
Здесь полярность соблюдается всегда! Плюсовой провод подключается к аноду первого светодиода, минусовой — к катоду последнего. Сами светодиоды соединяются между собой: анод последующего к катоду предыдущего.
Схема подключения драйвера к гирлянде из трех последовательно включенных светодиодов Если у тебя очень много светодиодов (скажем, 12 шт.), то их придется разбить на несколько одинаковых групп, а эти группы соединить параллельно. При этом учти, что общая потребляемая светильником мощность составит сумму мощностей всех групп, а рабочее напряжение будет соответствовать напряжению одной группы.
Линейный драйвер для светодиодов своими руками
С теорией закончим, перейдем к практике и попробуем собрать линейный драйвер своими руками. Проще всего эту задачу решить при помощи широко распространенного интегрального стабилизатора КР142ЕН12А (его импортный аналог — LM317). Найти его можно в любом соответствующем магазине, и стоит он в районе 20 рублей. Необходимые материалы и инструменты: паяльник, тестер и провода.
Эта микросхема рассчитана на входное напряжение до 40 В, выдерживает ток до 1.5 А и, главное, имеет встроенную защиту от перегрузки, короткого замыкания и перегрева. Правда, это стабилизатор напряжения, а драйвер должен стабилизировать ток. Но мы этот вопрос решим, чуть изменив типовую схему включения микросхемы.
Универсальный драйвер для светодиодов на интегральном стабилизаторе Здесь микросхема применяется в роли регулирующего элемента, стабилизирующего ток на заданном уровне. Какой величины этот ток будет? Все зависит от сопротивления резистора R1, номинал которого рассчитывается по простой формуле: R = 1.2/I, где:
- R – сопротивление в омах;
- I – необходимый ток в амперах.
Давай попробуем построить драйвер для тех светодиодов, из которых мы делали настольную лампу в начале статьи. Итак, нам нужен драйвер, на напряжение 9.9 В выдающий стабилизированный ток 300 мА. Делаем расчет номинала резистора R1: 1.2/0.3= 4 Ом. Поскольку резистор стоит в токовой цепи, мощность его выбираем не менее 4 Вт.
Здесь отлично подойдут резисторы, используемые практически во всех телевизорах в качестве гасящих по питанию (такие лежат в любом магазине). Они имеют мощность 2 Вт и сопротивление 1-2 Ом. Если резисторы одноомные, то их понадобится 4 шт, если двухомные – 2 шт. Соединяем их последовательно, чтобы сопротивления сложились.
Крепим микросхему на небольшой радиатор и подключаем к выходу нашего драйвера цепочку из трех последовательно соединенных светодиодов, соблюдая полярность. Можно включать. Но куда? Какое входное напряжение у этого драйвера? Вот тут начинается самое интересное. Напряжение на входе должно быть минимум на 2-3 вольта больше того, что необходимо светодиодам, но не более 40 В – больше микросхема не выдержит.
В нашем конкретном случае светодиодам нужно 9.9 В. Значит, на вход можно подать постоянное напряжение величиной от 12 до 40 В. Причем напряжение это может быть нестабилизированное. Подойдет автомобильный аккумулятор, блок питания ноутбука или ПК, понижающий трансформатор с диодным мостом. Подключаем, соблюдая полярность, и наш фонарь готов!
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуА как же с выходным напряжением? Об этом не нужно беспокоиться. Как только драйвер стабилизирует ток на заданном уровне, нужное напряжение на светодиодах установится без нашей помощи. Кто не верит, берет тестер и измеряет.
Вот и закончилась наша беседа о led драйверах. Надеюсь, теперь ты не только знаешь, как работает этот важный узел, но и сможешь его правильно выбрать, подключить, а при необходимости даже собрать своими руками.
Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.
В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.
Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:
Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.
Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.
Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.
Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.
Поверх первичной обмотки дросселя нужно намотать 20 витков эмальпровода. Затем припаиваем вторичную намотанную обмотку к выпрямительному диодному мостику. Подключаем к лампе напряжение 220В и измеряем напряжение на выходе с выпрямителя. Оно составило 9,7В. Светодиод, подключенный через амперметр, потребляет ток в 0,83А. У этого светодиода номинальный ток равен 900мА, но чтобы увеличить его ресурс в работе специально занижено потребление по току. Диодный мостик можно собрать на плате навесным монтажом.
Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.
Шаг третий. Сборка светодиодной настольной лампы.
Патрон для лампы на 220 вольт убираем. Светодиод мощностью 10Вт установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы. Абажур настольной лампы служит теплоотводом для светодиода.
Электронную плату питания и диодный мост разместил в корпусе подставки настольной лампы.
Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:
Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.
Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).
Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:
I LED = 0.1 / R
Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.
Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.
Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.
Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.
Для справки:
каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.
Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:
- Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
- Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.
Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:
Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.
Как работает схема
В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.
Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.
Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.
Важные нюансы сборки
Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.
Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).
Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).
Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.
В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .
Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.
При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.
Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.
Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.
Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.
Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.
И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.
К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:
- R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
- R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).
Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.
Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.
Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).
Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:
R = 0.1 / I LED [A]
Типовая схема включения выглядит так:
Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.
CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).
SN3350
SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).
Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:
R = 0.1 / I LED
Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.
Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).
Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.
Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.
Типовая схема включения:
Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).
ZXLD1350
Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.
Вот главные отличия:
- микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
- максимальный ток нагрузки - 350 мА;
- сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
- изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
- если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;
Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:
R = 0.1 / I LED
Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.
Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:
Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.
Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .
Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.
QX5241
QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).
В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).
Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.
Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.
Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:
- максимальный выходной ток - 2.5 А;
- КПД до 96%;
- максимальная частота диммирования - 5 кГц;
- максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
- точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
- напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
- выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED
Более подробно читайте в спецификации (на инглише).
Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:
Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.
Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.
Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).
AL9910
Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).
Вот ее основные характеристики:
- входное напряжение - до 500В (до 277В для переменки);
- встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
- возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
- встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
- рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
- для работы необходим внешний полевой транзистор;
- выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.
Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.
Светодиодные источники света быстро завоевывают популярность и вытесняют неэкономичные лампы накаливания и опасные люминесцентные аналоги. Они эффективно расходуют энергию, долго служат, а некоторые из них после выхода из строя подлежат ремонту.
Чтобы правильно произвести замену или починку сломанного элемента, потребуется схема светодиодной лампы и знание конструкционных особенностей. А эту информацию мы в деталях рассмотрели в нашей статье, уделив внимание разновидностям ламп и их конструкции. Также мы привели кратких обзор устройства самых популярных led моделей от известных производителей.
Близкое знакомство с конструкцией LED-светильника может потребоваться только в одном случае – если необходимо отремонтировать или усовершенствовать источник света.
Домашние умельцы, имея на руках комплект элементов, могут на светодиодах, но новичку это не по силам.
Учитывая, что приборы со светодиодами стали основой систем освещения современных квартир, умение разбираться в устройстве ламп и ремонтировать их может сохранить весомую часть семейного бюджета
Зато, изучив схему и имея элементарные навыки работы с электроникой, даже новичок сможет разобрать лампу, заменить сломанные детали, восстановив функциональность прибора. Чтобы ознакомиться с подробными инструкциями по выявлению поломки и самостоятельному ремонту светодиодной лампы, переходите, пожалуйста, .
Имеет ли смысл ремонт LED-лампы? Безусловно. В отличие от аналогов с нитью накаливания по 10 рублей за штуку, светодиодные устройства стоят дорого.
Предположим, «груша» GAUSS – около 80 рублей, а более качественная альтернатива OSRAM – 120 рублей. Замена конденсатора, резистора или диода обойдется дешевле, да и срок службы лампы своевременной заменой можно продлить.
Существует множество модификаций LED-ламп: свечи, груши, шары, софиты, капсулы, ленты и др. Они отличаются формой, размером и конструкцией. Чтобы наглядно увидеть отличие от лампы накаливания, рассмотрим распространенную модель в форме груши.
Вместо стеклянной колбы – матовый рассеиватель, нить накала заменили «долгоиграющие» диоды на плате, лишнее тепло отводит радиатор, а стабильность напряжения обеспечивает драйвер
Если отвлечься от привычной формы, можно заметить только один знакомый элемент – . Размерный ряд цоколей остался прежним, поэтому они подходят к традиционным патронам и не требуют смены электросистемы. Но на этом сходство заканчивается: внутреннее устройство светодиодных приборов намного сложнее, чем у ламп накаливания.
LED-лампы не предназначены для работы напрямую от сети 220 В, поэтому внутри устройства заключен драйвер, являющийся одновременно блоком питания и управления. Он состоит из множества мелких элементов, основная задача которых – выпрямить ток и снизить напряжение.
Разновидности схем и их особенности
Чтобы создать оптимальное напряжение для работы устройства на диодах, собирают на основе схемы с конденсатором или понижающим трансформатором. Первый вариант – более дешевый, второй применяют для оснащения мощных ламп.
Существует и третья разновидность – инверторные схемы, которые реализуют или для сборки диммируемых ламп, или для устройств с большим числом диодов.
Вариант #1 - с конденсаторами для снижения напряжения
Рассмотрим пример с участием конденсатора, так как подобные схемы являются распространенными в бытовых лампах.
Элементарная схема драйвера LED-лампы. Основными элементами, гасящими напряжение, являются конденсаторы (C2, C3), но ту же функцию выполняет и резистор R1
Конденсатор C1 защищает от помех электросети, а C4 сглаживает пульсации. В момент подачи тока два резистора – R2 и R3 – ограничивают его и одновременно предохраняют от короткого замыкания, а элемент VD1 преобразует переменное напряжение.
Когда прекращается подача тока, конденсатор разряжается при помощи резистора R4. К слову, R2, R3 и R4 используются далеко не всеми производителями светодиодной продукции.
Если существует опыт работы с контроллерами, можно заменить элементы схемы, перепаять ее, слегка усовершенствовать.
Однако скрупулезная работа и усилия по поиску элементов не всегда оправданы – легче купить новый осветительный прибор.
Вариант #1 – LED-лампа BBK P653F
У марки BBK существует две очень похожие модификации: лампа P653F отличается от модели P654F лишь конструкцией излучающего узла. Соответственно, и схема драйвера, и конструкция прибора в целом у второй модели построена по принципам устройства первой.
Вариант #4 – лампа Jazzway 7,5w GU10
Внешние элементы лампы отсоединяются легко, поэтому до контроллера можно добраться достаточно быстро, открутив две пары саморезов. Защитное стекло держится на защелках. На плате зафиксированы 17 диодов с последовательной связью.
Недостаток схемы в том, что функцию ограничителя тока выполняет обычный конденсатор. При включении лампы возникают броски тока, результатом чего является или перегорание светодиодов, или выход из строя светодиодного моста
Радиопомех не наблюдается – и все благодаря отсутствию импульсного контроллера, но на частоте 100 Гц наблюдаются ощутимые пульсации света, доходящие до 80% от максимального показателя.
Результат работы контроллера – 100 В на выходе, но по общей оценке лампа относится скорее к слабым приборам. Стоимость ее явно завышена и приравнена к стоимости марок, которые отличаются стабильным качеством продукции.
Другие особенности и характеристики ламп этого производителя мы привели в .
Самоделка из подручных элементов:
Сейчас на коммерческих интернет-площадках можно приобрести наборы и отдельные элементы для сборки осветительных приборов различной мощности.
При желании можно отремонтировать вышедшую из строя LED-лампу или доработать новую, чтобы получить лучший результат. При покупке рекомендуем тщательно проверять характеристики и соответствие деталей .
У вас остались вопросы после прочтения изложенного выше материала? Или вы хотите добавить ценные сведения и другие схемы лампочек, исходя из личного опыта ремонта led ламп? Пишите свои рекомендации, добавляйте фото и схемы, задавайте вопросы в блоке комментариев ниже.
