Драйверы для мощных светодиодов схема: Самодельный драйвер для мощных светодиодов

Содержание

Самодельный драйвер для мощных светодиодов


Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись «Калькулятором светодиодов».

Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД — до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока — резисторы — обеспечить это не могут по своей природе.

Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье «Драйвера для светодиодов».

Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.

Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2

Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением VLED / VIN, где VLED – падение напряжения на светодиоде, а VIN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, VIN должно быть больше VLED на, как минимум, 1-2В.

Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2. Напряжение источника питания — 9В, падение напряжения на светодиоде — 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.

Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.

Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.

Еще более простой драйвер на микросхеме LM317

Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1. 5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница VIN и VLED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.

На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.

Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241.

Драйвер для мощных светодиодов на микросхеме QX5241

Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.

Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 — любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.

Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.

Готовые изделия для питания мощных светодиодов можно посмотреть здесь.

Существует огромное количество принципиальных схем стабилизаторов тока, которые могут быть использованы как драйвера для мощных светодиодов. Производится также бесчисленное количество специализированных микросхем, на базе которых можно собирать драйвера самой разной сложности – все ограничивается только Вашим желанием и потребностями. Мы рассмотрели только самые простые самодельные драйвера. Читайте также статью, в которой рассматривается схема драйвера для светодиода от сети в 220В.


Драйвер для мощных светодиодов

ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕРХЯРКИХ СВЕТОДИОДОВ

    Микросхема HV 9910 выпускается фирмой Supertex I nc . для применения в светодиодных лампах, питающихся напряжением от 8 до 450 V (!).
    Микросхема представляет собой импульсный источник стабильного тока через светодиод или светодиодную матрицу составленную из последовательно включенных суперярких светодиодов . Входное напряжение постоянного тока мо жет быть от 8 до 450 V ( при работе от переменного тока используется мостовой или другой выпрямитель ).
    Микросхема работает совместно с внешним высоковольтным MOSFET транзистором . Частоту переключения можно регулировать от нескольких десятков килогерц до 300 кГц путем изменения сопротивления одного резистора , подключенного к выводу RT . Ток через светодиоды можно задать от единиц миллиампер до 1 А путем изменения величины контрольного сопротивления , включенного в цепи истока выходного транзистора . Напряжение с этого сопротивления поступает на вывод CS микросхемы , и по величине этого напряжения вычисляется величина тока .
    Кроме того , яркостью светодиода ( или светодиодов ) можно управлять подачей управляющих импульсов на вывод PWM , при этом происходит модуляция этими импульсами более высокочастотного импульсного сигнала , на котором происходит преобразование. Соответственно скважности модулирующих импульсов изменяется и яркость светодиодов . При подаче логической единицы на вывод PWM генератор включен , а при подаче нуля — выключен . В микросхеме имеется встроенный стаби лизатор напряжения 7,5 V, который может быть использован для системы управления . Частоту генератора можно установить в диапазоне от 25 до 300 кГц изменением сопротивления резистора на выводе Rt ( или Rosc ). Частота определяется по формуле : F = 25000/( R +22). Частота выражена в кГц , сопротивление в кОм . Частота импульсов ШИМ , подаваемых на вывод PWM может быть от 100 Гц до 5 кГц . При этом , скважность импульсов может быть от нуля до 100% , то есть , практически любая . Соответствующим образом будет изменяться яркость светодиода ( или светодиодов ). Сопротивление контрольного резистора в цепи истока выходного транзистора выбирают таким , чтобы при максимальном токе напряжение на нем было равно 0.25 V .

 

    Используя подобный драйвер Вы однозначно избежите злоключений, кторые постигли меня — спешка в при включении мощных светодиодов разлучила меня с несколькими, пусть и не очень дорогими светодиодами:

    Светодиоды покупал ЗДЕСЬ, но товар видимо закончился, поэтому в следующий раз буду брать ЗДЕСЬ. Разумеется в планах есть покупка и описанного в статье драйвера для светодиодов. Результаты поисков ЗДЕСЬ.

    По поводу мощных светодиодов для освещения остается добавить, что ТЕПЛЫЙ СВЕТ лучше для жилых помещений, он хоть немного тусклее, но намного приятней глазу, а вот для уличных фонарей лучше брать ХОЛОДНЫЙ — светит заметно ярче.

    Разумеется, что это не единственная схема драйвера для светодиодов. Можно использовать и схемы работающие в линейном режиме стабилизатора тока. Для начала схема подобного драйвера была исследована в симуляторе, причем проверялись практически все режимы работы с различным количеством светодиодов и при различных величинах напряжения питания:

 

    В приведенной схеме диодный мост и сглаживающий фильтр сетевого напряжения питания заменен на эквивалент — источник постоянного тока с напряжением 310 вольт. Проверка показала возможность запитки до 50-60 штук светодиодов с током от 15 до 25 мА, при этом диапазон питающего сетевого напряжения составляет от 160 до 260 вольт без изменения яркости свечения. Если диапазон питания уменьшить, то возможно подключение и 60-70 светодиодов. Единственный недостаток данного драйвера — довольно высокое тепловыделение на силовом транзисторе и тем оно выше, чем мощнее будут светодиоды. Поэтому при использовании данного драйвера необхдимо предусмотреть соответствующий радиатор для силового транзитора. Для питания сорока светодиодов при токе 24-25 мА радиатора от чипсета материнской платы треьего Пентиума вполне хватило.
    Более подробно об этой схеме линейного драйвера можно посмотреть в видео:

    В видео использованы светодиоды купленные ЗДЕСЬ.

       Разумеется были опробованы и SMD светодиоды, однако выяснилось несколько интересных моментов. Но обо всем по порядку. Для начала была смоделирована схема:

 

    На схеме установлено 84 светодиода и номинал измерительного резистора составил 3,6 Ома. Однако при первичных тестах от пониженного напряжения стало понятно, что ток в 0,15 А для этих светодиодов слишком велик и после нескольких подюоров измерительный резистор стабилизатора тока приобрел номинал равный 26 Омам. Плата со светодиодами была установлена на радиаотор через термопасту и через 20-30 минут нагревается до температуры 60 градусов, т.е. как бы и этого многовато.
    По поводу этой матрицы было снято видео и благодаря подписчику LINKS_234 стала доступна более расширенная информация по пооводу этих и им аналогичных светодиодов.

    Использования данного стабилизатора тока в схеме светодиодного драйвера на светодиодах SMD.

    Прежде всего удалось выявить более-менее надежного продавца, чьи светодиоды соответствуют заявленым в описании характеристикам. Светодиоды конечно же несколько дороже, однако тут уж выбирайте сами — либо цена, либо качество.
    Я покупал ЗДЕСЬ, а надо было покупать светодиоды ЗДЕСЬ.
    Кроме всего прочего так же выяснилось, что совсем не обязательно самому паять SMD светодиоды, поскольку уже есть уже ГОТОВЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МАТРИЦЫ на различные мощности. Разннобразие и мощностной диапазон просто огромный и я обязательно что то для себя приобрету.
    Было бы не справедливо умолчать еще об одной интересной ссылке — светодиодные лампы на 220 вольт нового поколения. Конструктив данных ламп провел впечатление, а положительный отзыв давнего проверенного подписчика позволяет верить тому, что лампы действительно хороши. Лампы на 3, 7, 9 и 12 Вт.

 

    Как и положено есть возможность выбора ТЕПЛОГО или ХОЛОДНОГО света, впрочем подроности смотрите сами ЗДЕСЬ.

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Схема драйвера для светодиодной лампы на 220В

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.

Схема питания светодиодов на основе конденсаторного делителя

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.

Схема драйвера на CPC9909

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.

Общие сведения

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.

Назначение выводов

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.

  1. VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
  2. CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
  3. GND. Общий вывод драйвера.
  4. GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
  5. PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
  6. VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
  7. LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
  8. RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.

Схема и ее принцип работы

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.

Расчет внешних элементов

Частотозадающий резистор

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.

Датчик тока

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.

Дроссель

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.

Фильтр питания

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.

Выпрямитель

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.

Выбор остальных элементов 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.

Другие варианты включения CPC9909

Плавный пуск и аналоговое диммирование

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.

Импульсное димирование

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.

РадиоКот :: Сетевой драйвер мощного светодиода

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Сетевой драйвер мощного светодиода

Здравствуйте уважаемые коты. Хочу представить вам схему, которая может использоваться для питания мощных светодиодов. В данной статье постараюсь показать и описать схему, объяснить методику правильной настройки работы с использованием осциллографа.

Покупал себе вот такой светодиод. (На фото я уже прикрутил его к радиатору для охлаждения)

Такие светодиоды есть различной мощности. Данный экземпляр 10W. Рекомендуемый производителем ток 1 Ампер, падение напряжения на нем от 10 до 12 вольт. Поэтому будем собирать импульсный источник питания, рассчитанный на поддержание тока через светодиод в пределах 1 Ампер и напряжение 12 вольт.

Эта же схема успешно может работать и как зарядное устройство для небольших аккумуляторов (к примеру, таких, которые используются в UPS). О том, что нужно изменить в данной схеме для использования ее в качестве зарядного устройства в конце статьи.


Приступим к изучению схемы

 Хотелось бы отметить, что эта схема (как и все обратноходовые блоки питания) не боится короткого замыкания на выходе. Ее можно использовать и как обычный блок питания, исключив их схемы шунт Ri, транзистор VT2, конденсатор C12 и резистор R12, поставив вместо шунта перемычку. И даже тогда схема не боится КЗ – все дело в том, что передача энергии в нагрузку происходит во время обратного хода (в это время силовой транзистор закрыт), а во время прямого хода (даже если на выходе короткое замыкание) ток через транзистор не превысит максимальный, так как микросхема KA3845 (UC3845…) следит за падением напряжения на истоковом резисторе ключа.

 

Принцип работы CC-CV (Constant current, constant voltage).

При включении в сеть ИИП (импульсный источник питания) с малой нагрузкой, напряжение на выходе будет равно 12 вольт (задается делителем на резисторах R10 и R11 в цепи управляемого стабилитрона VD6).

Ограничение выходного тока задается шунтом Ri. При превышении некоторого порога, падения напряжения на этом резисторе хватит для открытия транзистора VT2, который включен, как и TL431, в цепь оптопары PC817, при этом выходное напряжение уменьшается, а значит, уменьшается и ток. Таким образом, происходит стабилизация выходного тока. При сопротивлении резистора Ri 0,6 Ом выходной ток будет равен 1 амперу (на самом деле, возможно, потребуется подбор номинала, так как у деталей может быть отклонение от номинала).

И так вот она эта схема:

Транзистор VT2, на самом деле, не обязательно 2SC1815, просто такие очень часто используются в ATX блоках питания, а многие детали сняты именно с них.

Конденсатор C12 нужен для того, чтобы схема не реагировала на прикосновения к выходным проводам, этот номинал можно изменить – я подбирал минимальную емкость при которой данный эффект исчезает, можно использовать вплоть до 0.1мкФ, но желательно меньше.

Резистор R12 ограничивает ток базы транзистора VT2.

Приступим к изучению принципиальной схемы зарядного устройства.

По входу стоит предохранитель на 1 ампер (думаю, что его предназначение ясно), NTC резистор (для ограничения пускового тока, можно использовать любой с сопротивлением 5-10 Ом). При включении в сеть, пока заряжается конденсатор С1 после диодного моста VDS1, схема потребляет значительный ток, и чтобы его ограничить, нужен NTC резистор. Можно конечно поставить более мощный диодный мост, но это увеличивает габариты и стоимость. Диодный мост у меня RS206, опять же это не обязательно, можно применить любой на ток примерно 2А – ну чтоб с небольшим запасом.

Резистор R1 обеспечивает начальное напряжение питания микросхемы, после запуска она питается с дополнительной обмотки трансформатора. Смотрим на 4 и 8 вывод микросхемы – резистор R3 и конденсатор C5 задают частоту на выходе микросхемы (6 вывод) примерно 110 кГц, именно на нее рассчитываем трансформатор. Стабилитрон VD4 защищает нагрузку от перенапряжения при неисправности ОС (Обратной Связи).

В истоке силового транзистора VT1 стоит резистор R6 сопротивлением 2,2 Ома – о нем расскажу позже.

О цепочке RCD клампера (R7 C13 VD3) также расскажу попозже.

И теперь печатка.


Файл в формате программы Sprint Layout можно скачать в конце статьи.

Открываем нужный файл с помощью программы Sprint Layout 5.0, после открытия можно распечатать печатную плату для повторения конструкции. Маленькая подсказка: При наведении курсором мыши на детали всплывают их номиналы. Размер платы 70мм на 45мм.

Расчет трансформатора велся программой уважаемого Старичка (Starichok51), а именно Денисенко Владимира, его программы есть на форуме. Хочу поблагодарить Владимира за огромную помощь в написании статьи!
Ссылка на тему Программы расчета трансформаторов и дросселей

Для дальнейшей работы нам понадобится программа Flyback с первой страницы темы, поэтому скачиваем ее.

Скриншот расчета трансформатора

Трансформатор – сердечник EE19 (Такие сердечники во многих АТХ блоках имеются, нужно его разобрать и перемотать).

Методов для разбора трансформатора несколько:

Кипячение – опускаем трансформатор в чайник и кипятим, вытаскиваем, пробуем разобрать, если сердечник еще не расклеивается, то процедуру повторяем. Нужно добиться размягчения клея, которым склеены половинки сердечника. При расклеивании не спешим – если не поддается, то сильно ковырять не стоит, так как феррит очень хрупкий.

Замачивание – нужно опустить сердечник в емкость и залить ацетоном, желательно герметичную емкость, чтобы меньше запаха было. Остается ждать — лучше оставлять на ночь, чтобы точно расклеился.

Микроволновка – некоторые разбирают трансформатор, положив его в микроволновку и включив на несколько секунд для разогрева (при этом желательно, чтобы еще стакан с водой рядом был), потом вытаскивают и пробуют разобрать.

P/s метод разборки трансформатора с помощью микроволновки я бы не рекомендовал, есть возможность сжечь ее. Хотя такой метод тоже описывают в интернете и пишут, что проблем нет. Я же его тут указал, чтобы коллекция была полной.

Трансформатор разобрали, теперь нужно намотать под необходимые нужды. Для этого берем программу расчета трансформатора для обратноходового ИИП, называется Flyback – ссылку на тему, где можно скачать смотреть выше.

В программе нужно выбрать необходимый сердечник и указывать

минимальное и максимальное напряжение в сети.

Частота преобразования – я указал 110 кГц (задается резистором R3 и конденсатором С5), Отраженное напряжение можно так и оставить 125 вольт

Максимальное допустимое напряжение на ключе – смотрим даташит на имеющийся транзистор, значение Vdss

Сопротивление канала Rds(on) — смотрим даташит на имеющийся транзистор, значение Rds(on)

Плотность тока – я поставил 5А/мм2 (это значение зависит от условий охлаждения и размеров сердечника. При естественном охлаждении следует выбирать 4-6А/мм2. Если есть искусственная вентиляция, то можно задавать выше, до 8-10А/мм2. Следует учитывать что для маленьких сердечников можно задавать плотность тока выше, а для больших – меньше. Зависит от условия охлаждения обмоток, в больших сердечниках условия охлаждения хуже, поэтому плотность тока нужно выбирать ниже).

Неразрывность тока – лучше задавать равное 0, это соответствует разрывному току.

Диаметр провода первичной обмотки – если поставить галочку “Использовать диаметры проводов”, то при расчете программа будет опираться на данное значение. Сначала эту галочку лучше не ставить, чтобы программа сама рекомендовала диаметр провода. А потом можно подобрать из имеющихся проводов подходящие диаметры взамен рекомендованных.


Вторичные обмотки

Указываем необходимое напряжение, ток, падение напряжение на диоде.

В моем случае:

выходная обмотка питания 12 вольт, 1 ампер, 0,8 вольт

обмотка питания микросхемы 15 вольт, 0,01ампер, 0,8 вольт

 

При нажатии кнопки Рассчитать программа выдает нам следующие данные:

Первичная обмотка — 136 витков проводом 0,18 мм одна жила,

Вторичная обмотка – 14 витков проводом 0,35 мм три жилы (мотается сразу тремя проводами указанного диаметра)

Обмотка питания микросхемы — 18 витков проводом 0,07 мм в одну жилу

 

Диаметр провода можно выбрать немного больше — главное, чтобы при намотке все обмотки поместились в окно сердечника. Программа показывает Коэффициент заполнения окна, при значении до 0,3 провод должен поместиться в окно, но все зависит от того, как будете мотать трансформатор. Витки нужно укладывать плотно, виток к витку. Если мотать не очень аккуратно, то провод может не поместиться, поэтому тут только тренировка…

 

Чтобы была как можно меньше индуктивность рассеяния, с которой потом придется бороться с помощью RCD клампера, мотать трансформатор нужно так: половина первички, вторичка, обмотка питания микросхемы, вторая половина первички. Не забываем про межслойную изоляцию. После намотки нужно выставить зазор сердечника (Если сердечник с зазором по центральному керну, то зазор нужен не менее 0,3 мм – в скриншоте указано, если без зазора в центральном керне, то нужно выставить зазор 0,15 мм по крайним). Самое идеальное решение при подборе зазора – измерять индуктивность первички, и зазором подогнать необходимую величину индуктивности. Не путаем начала и концы обмоток (отмечены точками), для этого нужно мотать все обмотки в одну сторону.

Конденсатор фильтра питания 22мкФ, рекомендованное значение программа расчета также выдает.

Резистор в истоке силового транзистора, по схеме 2,2 Ома – это соответствует току через транзистор 0,45А. Сопротивление резистора = 1 / Амплитуда тока транзистора, (амплитуду смотрим по программе расчета). Если нет подходящего номинала резистора (при условии что будете делать расчет под свои нужды), то можно взять чуть меньше, но сильно не занижаем – помним, что этот резистор ограничивает ток через ключ и его нельзя превышать.

Силовой транзистор VT1 –полевик 2N60, можно применить и другие подходящие по параметрам. Я снимал его также с блока АТХ (в дежурке стоят… иногда там используются биполярники – ищем даташит на имеющийся транзистор, чтобы не воткнуть нечаянно биполярник в эту схему)

Обратная связь – оптопара. У меня pc817 – думаю, найти такую нет проблем.

Выходной диод шотки или любой быстродействующий, рассчитанный на ток выше чем максимально потребляемый нагрузкой и обратным напряжением равным или выше чем Ud обрат. (смотрим в программе расчета). В данной схеме можно использовать что-нибудь типа MBR3100, MBR1660 и т.п. – смотреть, что есть в продаже или в наличии.

Вот мы и намотали и запаяли трансформатор, теперь возьмемся за RCD клампер.

В программе расчета из меню можно вызвать вспомогательную программу расчета RCD клампера.

или

Верхний рисунок в положении переключателя Амплитуда выброса, нижний рисунок в положении Емкость конденсатора.

Остановимся подробнее на полях программы.

Отраженное напряжение – берем из результатов расчета трансформатора

Амплитуда выброса – желаемое напряжение выброса от энергии, запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки, над отраженным напряжением

  С правой стороны можно поставить галочку для расчета емкости клампера по заданной амплитуде выброса либо расчет амплитуды выброса по заданной емкости. Амплитуду выброса можно выбирать 100-110 вольт.

Амплитуда тока – амплитуда тока в первичной обмотке, берем из результатов расчета трансформатора

Частота преобразования – лучше вводить реальную частоту преобразования, а не расчетную (при отсутствии возможности измерить частоту можно подставить расчетную, но тогда расчет может быть не совсем точный)

Индуктивность рассеяния – индуктивность рассеяния первичной обмотки, либо измеряем при закорачивании ВСЕХ вторичных обмоток, либо пользуемся предварительными расчетами по периодам свободных колебаний

Эквивалентная емкость — это сумма нескольких емкостей: выходная емкость ключа, емкость первичной обмотки, емкость монтажа, в общем все емкости, которые участвуют в колебательном процессе.

При нажатии кнопки Рассчитать, программа выдаст нам либо емкость конденсатора, сопротивление резистора и мощность рассеиваемую на нем, марку “медленного” диода и сопротивление резистора и мощность рассеиваемую на нем при использовании “быстрого” диода, либо те же данные, но с указанием в результатах амплитуды выброса (Зависит от положения переключателя)

 

Далее рассмотрим нижнюю часть подпрограммы расчета.

Расчет эквивалентной емкости и индуктивности рассеяния

 

Индуктивность L1 – полная индуктивность первичной обмотки трансформатора

Период колебаний по L1 – период свободных колебаний по полной индуктивности первичной обмотки после окончания передачи энергии. Эти свободные колебания можно увидеть только в режиме разрывного тока

Период колебаний по Ls — период свободных колебаний по индуктивности рассеяния первичной обмотки. Этот период следует измерять на том участке, где уже нет клампинга этих колебаний. (На осциллограмме покажу, что это значит)

При нажатии кнопки Рассчитать, программа выдаст нам Индуктивность рассеяния и Эквивалентную емкость. Если выбрать галочку автоперенос результатов в основной расчет, то эти значения автоматом подставятся в необходимые поля.

 

Важное замечание: Величины емкости и сопротивления, которые выдает подпрограмма расчета RCD клампера, могут немного отличаться от действительно необходимых величин для правильной настройки работы клампера. Емкость конденсатора программа рассчитывает довольно таки точно. Если нет необходимого номинала, то можно взять ближайший номинал из стандартного ряда, а вот с резистором все равно придется поработать.

Ну а теперь приступим к изучению осциллограмм, чтобы представлять, что мы должны видеть на приборе и знать, что означает каждая часть осциллограмм для правильной настройки ИИП.


Фото осциллограмм…

Сначала одно важное замечание: все измерения осциллографом проводить относительно плюса питания, чтобы пульсации напряжения на сетевом выпрямителе не размазывали картинку.

 

Чтобы правильно рассчитать и увидеть хорошую осциллограмму нам нужно измерить реальную частоту, на которой работает ИИП.

Вот что у нас получилось с реальной частотой:

На осциллографе положение переключателя 2мкс. В клетке 5 делений, значит одно деление 0,4мкс. Период колебаний почти 27 делений, итого 10,8 мкс. Частота в герцах равна единице, деленой на полученное значение в секундах.
10,8мкс/1 000 000 = 0,0000108 сек. Значит частота = 1/0,0000108 = примерно 92,6кГц

92,6кГц  — запоминаем

Теперь нам еще нужно узнать Период колебаний по L1 – период свободных колебаний по полной индуктивности первичной обмотки. Для более точного измерения я переключил осциллограф в положение 1мкс_100v/дел и измеряем на стоке полевика.

Смотрим следующий рисунок

1,8мкс – запоминаем

 

Период колебаний по Ls — период свободных колебаний по индуктивности рассеяния. Для измерения этого периода пришлось еще растянуть шкалу, я переключил осциллограф в положение 0,2мкс_100v/дел и измерил этот период на стоке полевика.

0,28мкс – запоминаем

Вводим частоту и периоды колебаний в подпрограмму расчета RCD клампера. И видим, что нам предлагает программа. Конденсатор C13 нужен 463пФ — я поставил 470пФ, резистор R7 нужен 131кОм – у меня стоит 150кОм. Отличие настройки клампера от расчетов объясняется приближенностью расчетов. В первую очередь, приближенной оценкой мощности, возвращаемой через «медленный» диод.


на стоке полевого транзистора (осциллограф в режиме 5мкс 100V_дел)


на конденсаторе RCD клампера (осциллограф в режиме 5мкс 100V_дел)

На истоке (осциллограф в режиме 2мкс 1V_дел)


Общая картина видна, теперь для более точного измерения будем растягивать шкалу

 

Осциллограф в режиме 2мкс 100V_дел

Уровень отраженного напряжения

Выброс над отраженным напряжением

Уровень отраженного напряжения по верхним осциллограммам, снятых на стоке полевого транзистора, примерно 125 вольт. Выброс над отраженным примерно 100 вольт. При правильном подборе RCD клампера выброс над отраженным напряжением, снятым на стоке, и на клампере будет одинаков и уровень, до которого разряжается конденсатор (нижний рисунок) должен доходить до полки отраженного напряжения (смотрим осциллограмму выше – отметка уровень отраженного напряжения)

У нас это условие выполняется, значит, можно считать, что ИИП собран и настроен на оптимальный режим работы!

Ну и несколько фотографий собранной платы:

Путем расчета трансформатора и некоторых деталей данную схему можно применить и для других целей. А именно: можно использовать как маломощный блок питания или как зарядное устройство для небольших аккумуляторов с UPS. 

В виду того, что вышла новая версия программы расчета обратноходовых источников питания flyback 7.0 у многих пользователей начались проблемы с расчетом RCD клампера. Причина одна — оставляют пустым поле остаток напряжения после выброса, чтобы таких вопросов не возникало прилагаю следующую осциллограмму

На ней я пометил на уже существующей осциллограмме уровень остаток напряжения после выброса. Осциллограф в режиме 2мкс 100V_дел — считаем: указанная линия примерно 145 вольт, уровень отраженного напряжения примерно 125 вольт, значит для того чтобы узнать остаток напряжения после выброса нужно от 145 вольт вычесть 125 вольт = 20 вольт, вот именно это значение и вводим в поле остаток напряжения после выброса.
А теперь смотрим, что получилось:
В программу расчета Flyback 7.0 я ввел те же значения, что и в младшей версии программы. По расчетам отличий нет (незначительные есть, но они никак не влияют в целом на конструкцию)

Теперь вводим все необходимые данные в расчет RCD клампера

что мы видим? А видим то, что номинал резистора клампера даже еще ближе к установленному мной в данной конструкции!
Хотелось бы еще раз сказать огромное Спасибо Владимиру за его программы!!!
Всем Спасибо и удачи в построении импульсных источников питания!

Продолжение следует (ждем подробную статью по сборке зарядного устройства)


Файлы:
01_pre.jpg Фото светодиода
21_pre.jpg фото 4
19_pre.jpg фото 1
20_pre.jpg фото 2
02_pre.jpg Схема
14_pre.jpg исток
15_pre.jpg клампер 2мкс 100V_дел
13_pre.jpg клампер
16_pre.jpg Уровень отраженного напряжения
08_pre.jpg измерение реальной частоты
05_pre.jpg Скриншот расчета
11_pre.jpg Период колебаний по Ls
10_pre.jpg Период колебаний по L1
08_pre.jpg измерение реальной частоты
12_pre.jpg сток полевого транзистора
17_pre.jpg Выброс над отраженным напряжением
18_pre.jpg выброс и разряд
04_pre.jpg Печатка
02_pre.jpg Схема
06_pre.jpg переключатель в положении Амплитуда выброса
07_pre.jpg переключатель в положении Емкость конденсатора
Печатная плата



Все вопросы в
Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Драйвер для мощного светодиода своими руками, LED driver 30w схема

Типы схем

Схема подключения светодиодов бывает двух типов, которые зависят от источника питания:

  1. светодиодный драйвер со стабилизированным током;
  2. блок питания со стабилизированным напряжением.

В первом варианте применяется специализированный источник, который имеет определенный стабилизированный ток, например 300мА. Количество подключаемых LED диодов ограничено только его мощностью. Резистор (сопротивление) не требуется.

Во втором варианте стабильно только напряжение. Диод имеет очень малое внутреннее сопротивление, если его включить без ограничения Ампер, то он сгорит. Для включения необходимо использовать токоограничивающий резистор.
Расчет резистора для светодиода можно сделать на специальном калькуляторе.

Калькулятор учитывает 4 параметра:

  • снижение напряжения на одном LED;
  • номинальный рабочий ток;
  • количество LED в цепи;
  • количество вольт на выходе блока питания.

Разница кристаллов

Если вы используете недорогие LED элементы китайского производства, то скорее всего у них будет большой разброс параметров. Поэтому реальное значение Ампер цепи будет отличатся и потребуется корректировка установленного сопротивления. Чтобы проверить насколько велик разброс параметров, необходимо включить все последовательно. Подключаем питание светодиодов и затем понижаем напряжение до тех пор, когда они будут едва светиться. Если характеристики отличаются сильно, то часть LED будет работать ярко, часть тускло.

Это приводит к тому, что на некоторых элементах электрической цепи мощность будет выше, из-за этого они будут сильнее нагружены. Так же будет повышенный нагрев, усиленная деградация, ниже надежность.

Подключение светодиода к сети 220в, схема

Для подключения к сети 220 вольт используется драйвер, который является источником стабилизированного тока.

Схема драйвера для светодиодов бывает двух видов:

  1. простая на гасящем конденсаторе;
  2. полноценная с использованием микросхем стабилизатора;

Собрать драйвер на конденсаторе очень просто, требуется минимум деталей и времени. Напряжение 220В снижается за счёт высоковольтного конденсатора, которое затем выпрямляется и немного стабилизируется. Она используется в дешевых светодиодных лампах. Основным недостатком является высокой уровень пульсаций света, который плохо действует на здоровье. Но это индивидуально, некоторые этого вообще не замечают. Так же схему сложно рассчитывать из-за разброса характеристик электронных компонентов.

Полноценная схема с использованием специализированных микросхем обеспечивает лучшую стабильность на выходе драйвера. Если драйвер хорошо справляется с нагрузкой, то коэффициент пульсаций будет не выше 10%, а в идеале 0%. Чтобы не делать драйвер своими руками, можно взять из неисправной лампочки или светильника, если проблема у них была не с питанием.

Если у вас есть более менее подходящий стабилизатор, но сила тока меньше или больше, то её можно подкорректировать с минимум усилий. Найдите технические характеристики на микросхему из драйвера. Чаще всего количество Ампер на выходе задаётся резистором или несколькими резисторами, находящимися рядом с микросхемой. Добавив к ним еще сопротивление или убрав один из них можно получить необходимую силу тока. Единственное нельзя превышать указанную мощность.

Светодиодные драйверы для авто

Светодиодные драйверы для авто — этот материал для тех, кому уже порядком поднадоело заниматься выпаиванием резисторов из светодиодной ленты класса SMD, в случае их выхода из строя. А это, как показывает практика, происходит очень часто. И вот встает вопрос, что можно сделать, чтобы избавиться от этого трудоемкого процесса? Какое сконструировать устройство, чтобы оно являлось надежным и в то же время самым простым вариантом для обеспечения светодиодов напряжением питания.

Если взять 12 вольтовые лампы MR16 — не подойдут, так как создают ощутимые помехи в радио эфире. Использовать стабилизатор тока на lm317 для мощных светодиодов, тоже не подойдет из-за технической сложности, то есть для него требуется сторонний ограничительный резистор по току. Ну а воспользоваться просто мощным резистором, такой вариант совсем отпадает, поскольку значение тока непосредственно зависит от напряжения в бортовой сети автомобиля. И вот после некоторого отчаяния от неопределенности, хорошие люди подсказали — светодиодный линейный драйвер NSI45030AT1G.

Вот их внешний вид

А это их компактные размеры

По габаритам похожи на SMD-резисторы

Цифры находящиеся в конце маркировки обозначают ток. Для примера: драйвер NSI50350AST3G обеспечивает постоянным током 360 мА в независимости от действующего напряжения в бортовой сети автомобиля. Отличительная особенность — способны работать в параллельном включении. Как известно, при параллельном соединении значение рабочего тока прибавляется. Вам необходим рабочий ток в 1А?

Включите параллельно три регулятора постоянного тока NSI50350 для управления светодиодами . Результат будет такой: 350+350+350 =1050мА

Если вам необходимо построить устройство с маленьким током потребления, то тогда нужно воспользоваться компонентами с различными номиналами: NSI50010YT1G – 10 мА, NSI45015WT1G – 15 мА NSI45020AT1G – 20мА, NSI45030AT1G — 30 мА.

Вот с ними можете экспериментировать, то-есть подгонять под нужные вам токи и не вспоминайте больше про резисторы. В популярной литературе про приборы NSI, вот что пишут:

Светодиодные драйверы для авто и в частности всей линейки NSI-устройства и их особенностей, то это простейшие с высокой надежностью электронные элементы, предназначенные для регулировки потребляемого светодиодами тока, имеющие высокоэффективный отвод тепла от теплоотвода и не большую стоимость. Как драйвер в цепи светодиода микросхема в основном направлена для модулей освещения в автомобилях. Регулятор управления реализован на базовых принципах технологического решения SBT, что гарантирует стабильный ток в большом спектре входящих напряжений. Защиту светодиода от температурной составляющей при высоких значениях напряжениях и тока, осуществляет установленный в тракте регулировки тока терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Также в регулирующем тракте имеется защита от импульсных скачков напряжения.

Следовательно, вопрос: где их можно задействовать? Для подсветки щитка приборов? Подсветка номерного знака? Габаритные огни авто? Да, именно там они будут очень эффективно полезны.
В общем приобретаем стабилизаторы:

NSI45030AT1G – 30 мА.

Светодиоды

LEMWS59R80HZ2D00.h2X, 5630, 5000K Производитель: LG INNOTEK

полоска фольгированного алюминия

Подготавливаем прозрачную пленку Lomond, которую можно использовать для печати различных изображений, фоторезист и для травления — хлорное железо. Конечно можно изготовить плату методом прорезки дорожек, как вам будет удобнее.

Изготавливаем половинки

Нужны хорошо наточенные ножницы

Где-то добываем вышедшие из строя светодиодные лампы W5W

Извлекаем пластиковый цоколь W5W

Делаем точную разметку, что резать

Здесь нужно убрать все лишнее, чтобы плата свободно заходила в цоколь

Гравер

Делаем плату с размером цоколя

Готовим паяльную пасту

С помощью шприца наносим пасту на контактные площадки и сажаем на плату светодиоды с драйверами

Здесь нужно заметить, что в схеме имеется две NSI45030AT1G, а поэтому на обеих зеркальных половинках ток будет по 60 мА
Затем помещаем плату на хорошо разогретый утюг

И как только паяльная паста оплавит выводы деталей сразу же снимаем плату с утюга

Затем нужно будет облудить провод от сетевого кабеля

и припаять отрезки провода к контактным площадкам половинок

в цоколе

я сделал отверстия сбоку, через них пройдут выводы

поместил половинки в цоколи

перед этим я убрал все остатки канифоли с платы

а затем уже одел цоколи

выводы сделал короче, на нужную длину

выводы между собой не скручивал

выводы аккуратно загнул

Теперь все, сборка закончена, сейчас будем проверять.

Яркость свечения мощнее нежели у лампочки W5W. Проработала больше часа, замерил температуру — было около 50 градусов

В этой статье вобще-то не было целью создать источник света с яркостью большей, чем у аналогичной лампы накаливания. Речь шла именно об приборах NSI, при использовании которых не потребуются резисторы.

Необходимые материалы и инструменты

Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:

  • Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, т.к. обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.
  • Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.
  • Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Бессвинцовые припои менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.
  • Небольшие плоскогубцы для сгибания выводов.
  • Кусачки или бокорезы для обкусывания длинных концов выводов и проводов.
  • Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.
  • Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.
  • Изолента или термоусадочная трубка.
  • Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.

Макетная плата из текстолита для быстрого монтажа

Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

R=1,2/I

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом радиаторе. Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Схема мощного драйвера с входом ШИМ

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера

  • Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
  • Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
  • Выходная мощность: до 18 Вт;
  • Защита от КЗ по выходу;
  • Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала (интересно будет почитать, как регулировать яркость светодиодной ленты через диммер).

Принцип действия

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

  • 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
  • 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
  • 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Список элементов:

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.

ДРАЙВЕР ДЛЯ МОЩНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ МАТРИЦ 10 — 100W схема — Самоделки

ДРАЙВЕР ДЛЯ МОЩНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ МАТРИЦ  10 — 100W

          

    В последнее время мощные сверхяркие светодиоды в качестве источников света всё больше завоевывают рынок, вытесняя лампы накаливания и энергосберегающие люминесцентные лампы,  Тому есть несколько причин: малое энергопотребление, большой срок  службы, небольшие габариты, безопасность, удобство монтажа.  Мощные светодиоды выпускаются как с одиночным кристаллом, так и  с несколькими, расположенными на одной подложке.  Из-за нелинейной вольтамперной характеристики питание светодиодов осуществляется только стабильным током, величиной, определяемой паспортными данными прибора.  Устройство, обеспечивающее стабильный ток питания нагрузки, обычно называют драйвером.  Основные требования к драйверу:  высокий коэффициент полезного действия, надёжность, стабильность выходного тока независимо от напряжения питания.  Чаще всего схемотехника драйверов основана на использовании импульсных схем с использованием накопительного дросселя, ключевого элемента и схемы управления ключевым элементом, работающим на частоте 30 -100 кГц.  Если рабочее напряжение светодиода ниже напряжения источника питания, в схеме драйвера светодиод подключается последовательно с дросселем и ключевым элементом (наиболее распространённая ситуация), а если на светодиод требуется подать напряжение выше, чем у источника питания —  используется схема с накопительным дросселем, ток через который прерывается с высокой скоростью, что вызывает появление всплесков  напряжения в десятки раз выше питающего.  Повышенное напряжение  подаётся на светодиод, ток в цепи которого контролируется и используется для регулирования выходного напряжения.  Драйверы для питания низковольтных светодиодов от  источников напряжения  90 — 240 В широко распространены и доступны,  схемотехника достаточно освещена  в различных публикациях, в драйверах часто используются специализированные микросхемы, обеспечивающие минимальное количество внешних элементов.   В случае, когда несколько последовательно соединённых светодиодов или многокристальная светодиодная матрица подключается к  источнику с меньшим напряжением  схема  незначительно изменяется. На рисунке  показана схема такого драйвера для светодиодной матрицы с напряжением около 32В и рабочим током 350 мА.

    Основными элементами в схеме являются: накопительный дроссель L1, ключевой транзистор VT1  и микросхема задающего генератора DA1.  Микросхема обеспечивает импульсы с короткими фронтами для управления транзистором VT1, что позволяет  получить на стоке транзистора всплески напряжения до 50В  (зависит от параметров дросселя, транзистора и крутизны фронтов управления). Ток на сборку светодиодов поступает через токоизмерительный резистор R7.  При достижении тока 0,35А  напряжение на R7 составляет 0,7В, транзистор VT2 открывается и обеспечивает прерывание импульсов запуска. При снижении тока импульсы запуска транзистора VT1 появляются вновь, обеспечивая стабилизацию тока на нагрузке.  Резисторы R3, R4  служат для ограничения выходного напряжения на выходе при отключении нагрузки, предотвращая выход из строя электронных компонентов.

    В схеме можно использовать подходящие дроссели, намотанные проводом 0,3 … 1,0 мм на стержневых ферритовых сердечниках (несколько хуже на ферритовых кольцах), имеющие индуктивность 40 — 200 мкГн.  Габариты дросселя определяются требуемой мощностью нагрузки.  В качестве транзистора VT1  можно использовать n-канальные полевые транзисторы, имеющие небольшую ёмкость затвор-исток,  ток стока  5 -30А и максимальное напряжение стока свыше 55В.  Конденсаторы С2, С4 должны иметь низкое внутренне сопротивление для обеспечения большого импульсного тока через дроссель L1,  желательно использовать танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа.  Недостаток схемы — сильная зависимость работы схемы от параметров дросселя и полевого транзистора.

     У автора возникла необходимость переделать распространённые Китайские светодиодные прожекторы с напряжением питания 90 -240 В  на напряжение 12 В.  В прожекторах используются светодиодные матрицы 10 — 100 Вт с рабочим напряжением 32-34 В (матрица из 9 кристаллов).  Поиски готовых драйверов в торговой сети не привели к успеху — найденное подходило только для низковольтных светодиодов.  Из-за  большой требуемой мощности  и  условия некритичности к типу  используемых элементов  схема драйвера была несколько доработана.  В качестве задающего генератора использована распространённая микросхема MC33063AP1, имеющая более чувствительный вход обратной связи по току (1,2 В вместо 2,5 В у предыдущей схемы).  Для формирования запускающих импульсов с короткими фронтами  для  полевого транзистора используется микросхема- драйвер TLP250,  часто используемая  в различных преобразователях и источниках бесперебойного питания для управления мощными полевыми или IGBT транзисторами.  Использование этого драйвера позволило использовать практически любые  мощные полевые транзисторы, например IRF8010, что позволяет легко получить мощность на выходе 100 Вт и более. 

В качестве дросселя L1  использовались готовые катушки  диаметром 15 мм, намотанные на стержневых ферритовых сердечниках от старых мониторов проводом 0,8 — 1,2 мм.   Индуктивность катушек  должна составлять 40 — 160 мкГн. Чем выше индуктивность, тем ниже может быть рабочая частота задающего генератора.  При индуктивности 40 мкГн она должна быть около 100 кГц, а  160 мкГн — 30 кГц. Ток нагрузки определяется сопротивлением резистора R4.  На нём всегда падает 1,25 В.  Сопротивление этого резистора подсчитывается по формуле:  R (Ом) = 1,25 / I нагрузки (А).  Резисторы R2, R3  и стабилитрон VD2  служат для ограничения выходного напряжения на уровне 50В при отключении нагрузки, в противном случае напряжение на выходе может достигнуть 100 В и более.

   Схема имеет высокий КПД, достигающий 88%, поэтому нагрев элементов минимальный. Радиатор транзистору VT1 не требуется, достаточно охлаждения на печатную плату (см. снимок и чертёж печатной платы). 

 

Схема может использоваться для питания цепочек светодиодов или светодиодных матриц с рабочим напряжением 15 — 50 В.  При  иной нагрузке и выходном напряжении необходимо пересчитать  сопротивление R4, а также соотношение резисторов R2, R3.  Может потребуется замена диода VD1 на более мощный. 

   Правильно собранная схема начинает работать сразу.  Если нет уверенности в исправности элементов или правильности монтажа, вначале вместо светодиодов подключают  нагрузочный резистор с таким расчётом, чтобы при нормальном режиме ток через него и напряжение совпадали с рабочими параметрами светодиода.  В случае использования 10W светодиодных матриц  с рабочим напряжением 32В и током 0,35 А  резистор должен быть сопротивлением примерно 100 Ом и мощностью 10Вт.  Плату подключают к блоку питания через ограничительный резистор с сопротивлением 3 .. 5 Ом. Убедившись, что всё работает нормально и ток потребления не превышает расчётного, резистор отключают.

Источник http://kravitnik.narod.ru/other/leddr1.html

Универсальный драйвер для светодиодов. Мощные светодиоды: схемы драйверов

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.

Схема питания светодиодов на основе конденсаторного делителя

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.

Схема драйвера на CPC9909

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.

Общие сведения

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.

Назначение выводов

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.

  1. VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
  2. CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
  3. GND. Общий вывод драйвера.
  4. GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
  5. PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
  6. VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
  7. LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
  8. RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.

Схема и ее принцип работы

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 – R S – «-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 R S . Предохранитель и терморезистор защищают схему от возможных аварийных режимов.

Расчет внешних элементов

Частотозадающий резистор

Длительность паузы выставляют внешним резистором R T и определяют по упрощенной формуле:

t паузы =R T /66000+0,8 (мкс).

В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:

t паузы =(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.

Датчик тока

Номинал сопротивления R S задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: R S =U CS /(I LED +0.5*I L пульс), где U CS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;

I LED – ток через светодиод;

I L пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*I LED .

После преобразования формула примет вид: R S =0,25/1.15*I LED (Ом).

Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: P S =R S *I LED *D (Вт).

К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.

Дроссель

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=(US LED *t паузы)/ I L пульс, где U LED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.

Фильтр питания

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.

Выпрямитель

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: I AC =(π*I LED)/2√2, А.

Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.

Выбор остальных элементов 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: I Q1 =I D1 = D*I LED , 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.

I FUSE =5*I AC , 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.

R TH =(√2*220)/5*I AC , Ом.

Другие варианты включения CPC9909

Плавный пуск и аналоговое диммирование

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.

Импульсное димирование

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.

Читайте так же

Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.

Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов. Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.

Принцип работы

Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.

Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.

Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.

Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.

Подключим так же резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.

Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.

Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:

Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.

Основные характеристики

При подборе нужно учитывать три основных параметра: выходное напряжение, ток и потребляемая нагрузкой мощность.

Напряжение на выходе драйвера зависит от нескольких факторов:

  • падение напряжения на светодиоде;
  • количество светодиодов;
  • способ подключения.

Ток на выходе драйвера определяется характеристиками светодиодов и зависит от следующих параметров:

  • мощность светодиодов;
  • яркость.

Мощность светодиодов влияет на потребляемый ими ток, который может варьироваться в зависимости от требуемой яркости. Драйвер должен обеспечить им этот ток.

Мощность нагрузки зависит от:

  • мощности каждого светодиода;
  • их количества;
  • цвета.

В общем случае потребляемую мощность можно рассчитать как

где Pled — мощность светодиода,

N — количество подключаемых светодиодов.

Максимальная мощность драйвера не должна быть меньше.

Стоит учесть, что для стабильной работы драйвера и предотвращения выхода его из строя следует обеспечить запас по мощности хотя бы 20-30%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

где Pmax — максимальная мощность драйвера.

Кроме мощности и количества светодиодов, мощность нагрузки зависит еще от их цвета. Светодиоды разных цветов имеют разное падение напряжения при одинаковом токе. Например, красный светодиод XP-E обладает падением напряжения 1.9-2.4 В при токе 350 мА. Средняя потребляемая им мощность таким образом составляет около 750 мВт.

У XP-E зеленого цвета падение 3.3-3.9 В при том же токе, и его средняя мощность составит уже около 1.25 Вт. То есть драйвером, рассчитанным на 10 ватт, можно питать либо 12-13 красных светодиодов, либо 7-8 зеленых.

Как подобрать драйвер для светодиодов. Способы подключения LED

Допустим, имеется 6 светодиодов с падением напряжения 2 В и током 300 мА. Подключить их можно различными способами, и в каждом случае потребуется драйвер с определенными параметрами:

Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя.

Обратите внимание, что во всех случаях мощность драйвера составляет 3.6 Вт и не зависит от способа подключения нагрузки.

Таким образом, целесообразнее выбирать драйвер для светодиодов уже на этапе закупки последних, предварительно определив схему подключения. Если же сначала приобрести сами светодиоды, а потом подбирать к ним драйвер, это может оказаться нелегкой задачей, поскольку вероятность того, что Вы найдете именно тот источник питания, который сможет обеспечить работу именно этого количества светодиодов, включенных по конкретной схеме, невелика.

Виды

В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.

У линейного выходом служит генератор тока. Он обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении; причем подстройка происходит плавно, не создавая высокочастотных электромагнитных помех. Они просты и дешевы, но невысокий КПД (менее 80%) ограничивает сферу их применения маломощными светодиодами и лентами.

Импульсные представляют собой устройства, создающие на выходе серию высокочастотных импульсов тока.

Обычно они работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования (эта величина называется коэффициентом заполнения).

На диаграмме выше показан принцип работы ШИМ-драйвера: частота импульсов остается постоянной, но изменяется коэффициент заполнения от 10% до 80%. Это ведет к изменению среднего значения тока I cp на выходе.

Такие драйверы получили широкое распространение благодаря компактности и высокому КПД (около 95%). Основным недостатком является больший по сравнению с линейными уровень электромагнитных помех.

Светодиодный драйвер на 220 В

Для включения в сеть 220 В выпускаются как линейные, так и импульсные. Существуют драйверы с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первых являются высокий КПД, надежность и безопасность.

Без гальванической развязки обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении, поскольку есть вероятность поражения током.

Китайские драйверы

Востребованность драйверов для светодиодов способствует их массовому производству в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто не имеющие корпуса.

Китайский драйвер для светодиода 3w

Основные их достоинства – низкая цена и наличие гальванической развязки. Недостатки следующие:

  • низкая надежность из-за использования дешевых схемных решений;
  • отсутствие защиты от перегрева и колебаний в сети;
  • высокий уровень радиопомех;
  • высокий уровень пульсаций на выходе;
  • недолговечность.

Срок службы

Обычно срок службы драйвера меньше, чем у оптической части – производители дают гарантию на 30000 часов работы. Это связано с такими факторами, как:

  • нестабильность сетевого напряжения;
  • перепады температур;
  • уровень влажности;
  • загруженность драйвера.

Самым слабым звеном светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые имеют тенденцию к испарению электролита, особенно в условиях повышенной влажности и нестабильного питающего напряжения. В результате уровень пульсаций на выходе драйвера повышается, что негативно сказывается на работе светодиодов.

Также на срок службы влияет неполная загруженность драйвера. То есть если он, рассчитан на 150 Вт, а работает на нагрузку 70 Вт, половина его мощности возвращается в сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания. Рекомендуем почитать про .

Схемы драйверов (микросхемы) для светодиодов

Многие производители выпускают специализированные микросхемы драйверов. Рассмотрим некоторые из них.

ON Semiconductor UC3845 – импульсный драйвер с выходным током до 1А. Схема драйвера для светодиода 10w на этой микросхеме приведена ниже.

Supertex HV9910 – очень распространенная микросхема импульсного драйвера. Ток на выходе не превышает 10 мА, не имеет гальванической развязки.

Простой драйвер тока на этой микросхеме представлен ниже.

Texas Instruments UCC28810. Сетевой импульсный драйвер, имеет возможность организовать гальваническую развязку. Выходной ток до 750 мА.

Еще одна микросхема этой фирмы, — драйвер для питания мощных светодиодов LM3404HV — описывается в этом видео:

Устройство работает по принципу резонансного преобразователя типа Buck Converter, то есть функция поддержания требуемого тока здесь частично возложена на резонансную цепь в виде катушки L1 и диода Шоттки D1 (типовая схема приведена ниже). Также имеется возможность задания частоты коммутации подбором резистора R ON .

Maxim MAX16800 – линейная микросхема, работает при малых напряжениях, поэтому на ней можно построить драйвер 12 вольт. Выходной ток – до 350 мА, поэтому может использоваться как драйвер питания для мощного светодиода, фонарика, и т.д. Есть возможность диммирования. Типовая схема и структура представлены ниже.

Заключение

Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% для люминесцентной лампы не повлечет за собой серьезного ухудшения характеристик, для светодиодов же срок службы сократится в несколько раз. Поэтому выбирать драйвер для светодиодов следует особенно тщательно.

…оооооочень много раз мне пришлось столкнуться с проблемой перегоревших светодиодов, установленных где-либо в машине…началось всё это с лампочек в габаритах, потом постоянно горела подсветка приборки, потом подсветка блока отопителя, багажника и т.д…

И вот как-то раз это явление достало меня окончательно и я, бегло пробежавшись глазами по записям в блогах одноклубников, решил сделать подсветку приборки «вечной» линейным стабилизатором напряжения L7812CV, +12в, что, естественно, никакого толка не дало и лента сгорела, как ни в чем не бывало:)

Вот он, виновник торжества.

…хотя…его вины тут нет. Виноваты тут далекие от электроники люди и я, человек который слишком мало копал, прежде, чем что-то сделать…Все мы ошибаемся, что поделать, потому и половина бортового журнала — это работа над ошибками… 🙂

Начнем с того, что светодиоды сгорают от скачков тока, а не напряжения.

«Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.»

Теперь понятно, почему с долбанными линейными стабами типа L7812CV постоянно все перегорает?
Да, стабилизация нужна по току, а не по напряжению и делается это резисторами!

Ладно, поехали дальше.
В связи с тем, что сейчас у меня висит 4 проекта по фарам, которые будут делаться на очень дорогостоящих COB кольцах (которые ещё дороже стали с учетом долбанного курса валют) стабилизация таковых просто жизненно необходима…

Вот как оно выглядит

Вы спросите сейчас, а нафига драйвер, если вон он, уже висит и все стабилизирует.
Ну да, я тоже так думал, а на деле оказалось, что там те же самые стабилизаторы напряжения стоят (у одного из клиентов одно кольцо уже начало моросить). Ну кто ж знал, что Китайцы в плане драйверов решили сэкономить.

Итак, делаем простейший драйвер.

Берем идеальную автомобильную сеть 12 Вольт и считаем какой нам нужен резистор на примере COB кольца, мощностью 5 Вт.

Мы можем узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания.
Потребляемый ток равен мощности деленной на напряжение в сети.
COB кольцо потребляет 5 Вт. Напряжение в идеальном автомобиле 12 Вольт.
Если считать не умеете, то можно посчитать тут
ydoma.info/electricity-zakon-oma.html
Получаем 420 милиампер потребляемого тока таким колечком.
дальше идем сюда
ledcalc.ru/lm317
вводим требуемый ток 420 милиампер и получаем:
Расчетное сопротивление: 2.98 Ом
Ближайшее стандартное: 3.30 Ом
Ток при стандартном резисторе: 379 мА
Мощность резистора: 0.582 Вт.

ЭТО РАСЧЕТ РАБОТАЕТ, КОГДА ВЫ ТОЧНО УВЕРЕНЫ В ХАРАКТЕРИСТИКАХ СВЕТОДИОДА, ЕСЛИ НЕТ, ТО ДЕЛАЕМ ЗАМЕР ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОКА МУЛЬТИМЕТРОМ!

В итоге получили на выходе стабилизированный ток.
Но это для идеального случая. Что касается случая с реальным автомобилем, где скачки до 14 Вольт с копейками бывают, то рассчитывайте резистор для худшего случая с запасом.

Кто не могёт паять по схемам, то даю картинку, где все нарисовано более наглядно

Вот собственно и все. Надеюсь, кому-нибудь пригодится)

Цена вопроса: 0 ₽

Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись «Калькулятором светодиодов» .

Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД — до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока — резисторы — обеспечить это не могут по своей природе.

Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье «Драйвера для светодиодов» .

Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.

Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2

Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением V LED / V IN , где V LED – падение напряжения на светодиоде, а V IN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, V IN должно быть больше V LED на, как минимум, 1-2В.

Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2 . Напряжение источника питания — 9В, падение напряжения на светодиоде — 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.

Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.

Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.

Еще более простой драйвер на микросхеме LM317

Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1.5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница V IN и V LED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.

На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.

Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241 .

Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.

Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 — любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.

Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.

Готовые изделия для питания мощных светодиодов можно посмотреть .



Преимущества светодиодных лап рассматривались неоднократно. Обилие положительных отзывов пользователей светодиодного освещения волей-неволей заставляет задуматься о собственных лампочках Ильича. Все было бы неплохо, но когда дело доходит до калькуляции переоснащения квартиры на светодиодное освещения, цифры немного «напрягают».

Для замены обыкновенной лампы на 75Вт идёт светодиодная лампочка на 15Вт, а таких ламп надо поменять десяток. При средней стоимости около 10 долларов за лампу бюджет выходит приличный, да и еще нельзя исключить риск приобретения китайского «клона» с жизненным циклом 2-3 года. В свете этого многие рассматривают возможность самостоятельного изготовления этих девайсов.

Самый бюджетный вариант можно собирать своими руками из вот таких светодиодов. Десяток таких малюток стоит меньше доллара, а по яркости соответствует лампе накаливания на 75Вт. Собрать всё воедино не проблема, вот только напрямую в сеть их не подключишь – сгорят. Сердцем любой светодиодной лампы является драйвер питания. От него зависит, насколько долго и хорошо будет светить лампочка.

Что бы собрать светодиодную лампу своими руками на 220 вольт, разберёмся в схеме драйвера питания.

Параметры сети значительно превышают потребности светодиода. Что бы светодиод смог работать от сети требуется уменьшить амплитуду напряжения, силу тока и преобразовать переменное напряжение сети в постоянное.

Для этих целей используют делитель напряжения с резисторной либо ёмкостной нагрузкой и стабилизаторы.

Компоненты диодного светильника

Схема светодиодной лампы на 220 вольт потребует минимальное количество доступных компонентов.

  • Светодиоды 3,3В 1Вт – 12 шт.;
  • керамический конденсатор 0,27мкФ 400-500В – 1 шт.;
  • резистор 500кОм — 1Мом 0,5 — 1Вт – 1 ш.т;
  • диод на 100В – 4 шт.;
  • электролитические конденсаторы на 330мкФ и 100мкФ 16В по 1 шт.;
  • стабилизатор напряжения на 12В L7812 или аналогичный – 1шт.

Изготовление драйвера светодиодов на 220В своими руками

Схема лед драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.

В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность. Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.

Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:

  • Делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
  • диодный мост;
  • каскад стабилизации напряжения.

Первый каскад
– ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).

При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения. Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.

Второй каскад
– диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.

Третий каскад
– сглаживающий стабилизирующий фильтр.

Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.

Что бы сгладить пульсацию напряжения параллельно цепи подключаем электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от мощности нашей нагрузки.

В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.

Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.

Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.

На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.

Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора

Диаграмма в схеме со стабилизатором

Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.

Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.

Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт. Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.

Схема драйвера светодиодов питания

Детали схемы (см. Принципиальную схему)

R1: резистор приблизительно 100 кОм (серия Yageo CFR-25JB)

R3: резистор настройки тока — см. Ниже

Q1: малый транзистор NPN (Fairchild 2N5088BU)

Q2: большой N-канальный полевой транзистор (Fairchild FQP50N06L)

LED: светодиод питания (Luxeon, 1-ваттная белая звезда LXHL-MWEC)

Прочие части:

источник питания: я использовал старый трансформатор для защиты от бородавок, или вы могли использовать батарейки.для питания одного светодиода подойдет напряжение от 4 до 6 вольт с достаточным током. поэтому схема удобна! вы можете использовать самые разные источники питания, и он всегда будет гореть одинаково.

радиаторов: здесь я создаю простой светильник без радиатора. что ограничивает нас током светодиода примерно 200 мА. для большего тока вам нужно поместить светодиод и Q2 на радиатор (см. мои примечания в других инструкциях по светодиодам, которые я сделал).

прототипов плат: я изначально не использовал прототип платы, но я построил вторую после на макетной плате, есть несколько фотографий этого в конце, если вы хотите использовать прототип платы.

выбор R3:

Схема является источником постоянного тока, значение R3 устанавливает ток.

Расчеты:

— ток светодиода задается R3, примерно равен: 0,5 / R3

— Мощность R3: мощность, рассеиваемая резистором, составляет приблизительно: 0,25 / R3

Я установил ток светодиода на 225 мА, используя R3 с сопротивлением 2,2 Ом. Мощность R3 составляет 0,1 Вт, поэтому стандартный резистор на 1/4 Вт вполне подойдет.

Здесь я объясню, как работает схема и каковы максимальные ограничения, вы можете пропустить это, если хотите.

Технические характеристики:

входное напряжение: от 2 В до 18 В

выходное напряжение: до 0,5 В меньше входного напряжения (падение 0,5 В)

ток: 20 ампер + с большим радиатором

Максимальные пределы:

единственное реальное ограничение для источника тока — это Q2 и используемый источник питания. Q2 действует как переменный резистор, понижая напряжение источника питания в соответствии с потребностями светодиодов. поэтому Q2 понадобится радиатор, если есть высокий ток светодиода или если напряжение источника питания намного выше, чем напряжение цепочки светодиодов.с большим радиатором эта схема может выдерживать БОЛЬШУЮ мощность.

Указанный транзистор Q2 рассчитан на питание до 18 В. Если вы хотите большего, посмотрите мои инструкции по светодиодным схемам, чтобы узнать, как схему нужно изменить.

Без радиаторов вообще Q2 может рассеивать только около 1/2 Вт, прежде чем станет действительно горячим — этого достаточно для тока 200 мА с разницей до 3 В между источником питания и светодиодом.

Функция цепи:

— Q2 используется как переменный резистор.Q2 начинается с включения R1.

— Q1 используется как датчик перегрузки по току, а R3 — это «чувствительный резистор» или «резистор настройки», который запускает Q1, когда протекает слишком большой ток.

— Основной ток проходит через светодиоды, через Q2 и через R3. Когда через R3 протекает слишком большой ток, Q1 начинает включаться, что начинает отключать Q2. Выключение Q2 уменьшает ток через светодиоды и R3. Поэтому мы создали «петлю обратной связи», которая непрерывно отслеживает ток и постоянно поддерживает его точно на заданном уровне.

Эта схема настолько проста, что я собираюсь построить ее без печатной платы. я просто соединю выводы деталей в воздухе! но вы можете использовать небольшую прототипную плату, если хотите (пример см. на фотографиях в конце).

Сначала определите контакты на Q1 и Q2. кладя детали перед собой этикетками вверх и штифтами вниз, штифт 1 находится слева, а штифт 3 — справа.

по сравнению со схемой:

Q2:

G = контакт 1

D = контакт 2

S = контакт 3

Q1:

E = контакт 1

B = контакт 2

C = контакт 3

итак: начните с подключения провода от отрицательного светодиода к контакту 2 Q2

Теперь приступим к подключению Q1.

сначала приклейте Q1 вверх ногами к передней части Q2, чтобы с ним было легче работать. Это имеет дополнительное преимущество: если Q2 станет очень горячим, это приведет к тому, что Q1 снизит ограничение по току — это функция безопасности!

— подключите контакт 3 Q1 к контакту 1 Q2.

— подключите контакт 2 Q1 к контакту 3 Q2.

— припаять резистор одной ножкой резистора R1 к этому болтающемуся проводу LED-plus

— припаяйте другую ногу R1 к выводу 1 Q2.

— присоедините плюсовой провод от аккумулятора или источника питания к плюсовому проводу светодиода.на самом деле, наверное, было бы проще сделать это первым.

— приклейте R3 к стороне Q2, чтобы он оставался на месте.

— подключите один вывод R3 к выводу 3 Q2

— подключите другой вывод R3 к выводу 1 Q1

Теперь подключите отрицательный провод от источника питания к контакту 1 Q1.

готово! на следующем шаге мы сделаем его менее хрупким.

Теперь проверьте цепь, подав питание. если он работает, нам просто нужно сделать его долговечным.Самый простой способ — нанести большую каплю силиконового клея по всей цепи. это сделает его механически прочным и водонепроницаемым. просто нанесите шарик на силикон и постарайтесь избавиться от пузырьков воздуха. я называю этот метод: «BLOB-TRONICS». На вид это не так уж и много, но работает очень хорошо, дешево и легко.

также, связывание двух проводов вместе помогает снизить нагрузку на провода.

Я также добавил фотографию той же схемы, но на прототипной плате (это «Capital US-1008», доступно на digikey) и с цифрой 0.47 Ом R3.

Освещение с помощью мощных светодиодных драйверов

Производимые в настоящее время мощные светодиоды достигли выходной мощности 100 люмен / Вт, что считается критическим этапом. Некоторые производители даже заявляют, что в лаборатории они получают световой поток 120 люмен / Вт. Это означает, что светодиод превзошел CFL (80 люмен / Вт) с точки зрения энергоэффективности. А светодиодная технология еще не закончена: ожидается, что к 2012 году светодиоды вырастут до 150 люмен / Вт.

Стоимость светодиодного освещения быстро снижается.Большая часть стоимости типичной светодиодной лампы приходится на отдельные светодиоды белого света, которые она содержит. Они упали в цене с 5 долларов за штуку несколько лет назад до менее 1 доллара за последние двенадцать месяцев. Многие аналитики светодиодной индустрии прогнозируют, что в течение следующего года замена светодиодов для ламп накаливания будет стоить дороже, чем большинство потребителей готовы платить.

Некоторые производители светодиодов уже заявляют, что разработали светоизлучающие чипы, способные питать светодиодные лампы, производящие свет, сопоставимый с лампами накаливания мощностью 75 Вт, обычно используемыми в американских домах.Этот тип светодиодной микросхемы обычно потребляет около 12 Вт мощности при испускании такого количества света.

Микросхема, которая сегодня управляет светодиодами, должна иметь возможность затемнять свет светодиода. Светодиоды питаются постоянным током, при этом уровень постоянного тока пропорционален яркости светодиода. Есть два метода уменьшения яркости светодиода, регулируя его ток. Первый — это аналоговое регулирование яркости, при котором светодиоды затемняются пропорционально уменьшению уровня постоянного тока. Основная проблема заключается в том, что уменьшение тока светодиода может привести к изменению цвета светодиода.

Второй метод — это цифровое регулирование яркости или затемнение с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ-регулировка яркости включает и выключает светодиод с частотой 100 Гц или выше, которая не воспринимается человеческим глазом. Рабочий цикл ШИМ-диммирования пропорционален яркости светодиода, в то время как ток светодиода во включенном состоянии остается на уровне, установленном микросхемой драйвера светодиода. Это действие поддерживает постоянный цвет светодиода даже при значительном затемнении. Этот метод ШИМ-диммирования может использоваться с коэффициентами включения / выключения до 10 000: 1 в определенных приложениях.

ИС, управляющие светодиодами высокой яркости (HB), должны обеспечивать достаточный ток и напряжение для работы со многими различными типами конфигураций светодиодов. Светодиодное освещение развилось до такой степени, что есть ряд функций, которые должна обеспечивать любая микросхема драйвера для этого рынка. Большинство обозревателей отрасли, вероятно, согласятся, что эти функции включают широкий диапазон входного напряжения, достигающий 100 В; широкий диапазон выходных напряжений до 100 В; КПД преобразования в диапазоне 95%; жестко регулируемое согласование тока светодиода, возможно, менее чем на 2% превышение температуры; способность работать с низким уровнем шума на частотах до 2.5 МГц; независимое управление током и диммированием, а также широкий диапазон диммирования, до 10,000: 1.

Также стало ясно, что драйверы светодиодов должны обеспечивать несколько топологий преобразования, включая понижающую, повышающую, понижающую-повышающую и SEPIC. И они должны включать в себя функции защиты, такие как защита для открытых цепочек светодиодов, замыкание контактов светодиодов на V OUT и точные пороги блокировки при пониженном напряжении. Как и в случае с большинством полупроводниковых схем, здесь также важны небольшие компактные размеры с минимальным количеством внешних компонентов.

Примеры светодиодов HB

В большинстве автомобильных фар по-прежнему используются лампы накаливания. Ксеноновые лампы HID (высокоинтенсивный разряд) были впервые представлены для использования в качестве автомобильных фар в конце 1990-х годов. Однако их производство и изготовление дорого, поэтому они были ограничены автомобилями высокого класса. В будущем недавнее внедрение светодиодов HB, вероятно, будет означать сокращение использования ксеноновых ламп HID для использования в автомобилях. Аналитики рынка ожидают, что в следующем десятилетии производство светодиодных фар HB будет стремительно расти.

Ксеноновые лампы HID обычно рассеивают около 35 Вт. Эквивалентный белый светодиодный налобный фонарь, который рассеивает 25 Вт, может быть сконфигурирован с использованием массива из 18 светодиодов, последовательно соединенных с током 350 мА. Одним из способов управления такой конфигурацией является недавно представленный драйвер монолитного светодиода LT3956 от Linear Technology. LT3956 — это преобразователь постоянного / постоянного тока, предназначенный для работы в качестве стабилизатора постоянного тока и постоянного напряжения.

LT3956 оснащен внутренним N-канальным силовым МОП-транзистором нижнего плеча, рассчитанным на 84 В при напряжении 3 Ом.3 А и питается от внутреннего регулируемого источника питания 7,15 В. Архитектура с фиксированной частотой и режимом тока обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне питающих и выходных напряжений. Контакт заземленной обратной связи по опорному напряжению (FB) служит входом для нескольких функций защиты светодиодов, а также позволяет преобразователю работать в качестве источника постоянного напряжения. Штырь регулировки частоты позволяет пользователю программировать частоту от 100 кГц до 1 МГц, чтобы оптимизировать эффективность, производительность или размер внешнего компонента.

LT3956 определяет выходной ток на верхней стороне цепочки светодиодов. Обнаружение высокого уровня — это наиболее гибкая схема управления светодиодами, позволяющая настраивать режимы повышающего, понижающего или понижающего-повышающего режимов. Вход PWM обеспечивает коэффициент затемнения светодиодов до 3000: 1, а вход CTRL обеспечивает дополнительную возможность аналогового регулирования яркости.

Для некоторых приложений для высокомощных драйверов светодиодов HB требуется ток светодиода, превышающий 10 А. К ним относятся проекторы DLP, драйверы лазеров и архитектурное освещение.Тем не менее, может возникнуть множество конструктивных проблем, связанных с токами более 10 А, не в последнюю очередь это проблемы с регулированием температуры внутри самого конечного продукта! Для этого компания Linear Technology разработала специальный драйвер светодиода.

LT3743 — это синхронный понижающий преобразователь постоянного / постоянного тока, предназначенный для питания сильноточных светодиодов постоянным током. Он может обеспечивать до 20 А постоянного тока светодиода или до 40 А импульсного тока светодиода. Чип обеспечивает трехступенчатое управление током для приложений смешивания цветов, как в проекторах DLP.Он также предлагает быстрое (менее 2 мкс) время перехода от текущих уровней, что оптимизирует разрешение смешивания цветов и позволяет использовать быстрые импульсы тока в приложениях лазерного драйвера.

Диапазон входного напряжения LT3743 от 5,5 до 36 В позволяет использовать его в широком спектре приложений, помимо проекции DLP, в том числе в промышленном и архитектурном освещении. Микросхема обеспечивает до 20 А постоянного тока светодиода от номинального входа 12 В, обеспечивая мощность более 80 Вт. В импульсных светодиодных приложениях он может выдавать до 40 А тока светодиода или 160 Вт пикового тока от источника 12 В. Вход.КПД до 95% устраняет необходимость во внешнем теплоотводе и значительно упрощает тепловую конструкцию.

LT3743 предлагает регулировку яркости с ШИМ и CTRL_SELECT, что позволяет регулировать яркость на трех уровнях тока светодиода. Это помогает обрабатывать такие приложения для смешивания цветов, как в DLP-проекторах. Точно так же топология чипа позволяет ему переходить между двумя регулируемыми уровнями тока светодиода менее чем за 2 мкс, обеспечивая более точное смешивание цветов в приложениях RGB. Точность тока светодиода ± 6% позволяет поддерживать световой поток нескольких светодиодов близко друг к другу.Дополнительные функции включают регулировку выходного напряжения, защиту от обрыва светодиода, защиту от перегрузки по току и схему термического снижения номинальных характеристик.

Ресурсы

Linear Technology Corp., Милпитас, Калифорния, www.linear.com

Advanced LED Driver Circuit Design

Один из первых проектов, которые предпринимают начинающие дизайнеры или инженеры электроники, — это мигание светодиода. Выполнить эту задачу с помощью простого резистора для ограничения тока относительно просто.Многие люди тогда считают, что это стандартное решение для управления светодиодами. Для простых светодиодных индикаторов и освещения с низким энергопотреблением такое линейное управление светодиодами вполне нормально, но для многих приложений требуется другой подход. В этой статье я описываю несколько распространенных альтернативных стратегий и некоторые неортодоксальные методы, которые мы использовали в прошлом для схем светодиодных драйверов. Чтобы узнать, как спроектировать печатную плату для приложений с высокой мощностью, ознакомьтесь с нашей статьей по этой теме здесь.

Основные соображения

Главное соображение при принятии решения о том, как управлять светодиодами, — это допустимая потеря мощности.В устройствах с батарейным питанием эта потеря мощности означает сокращение срока службы батареи. В мощных светодиодах это означает выделяемое тепло. Прежде чем выбирать, как управлять светодиодами, имейте представление о том, сколько мощности ваша конструкция позволяет вам рассеивать. На этом основывается большинство решений.

Еще одно важное соображение — сколько разных светодиодов вы используете. Не только общее количество, но и сколько разных цветов / типов? Чем больше разнообразия, тем труднее становится согласовывать прямые напряжения от одной жилы к другой.Понимание общего количества светодиодов также важно для определения управляющего напряжения для их последовательного включения.

Линейный привод

от микроконтроллера

Рисунок 1. Самая упрощенная схема драйвера светодиода. Слаботочным светодиодом можно управлять непосредственно с вывода ввода / вывода микроконтроллера.

Линейная схема привода — это любая цепь, которая рассеивает всю избыточную мощность в виде тепла. Самым простым примером этого является схема светодиод-резистор, о которой упоминалось ранее.Если ток, подаваемый на светодиод, минимален, то его обычно можно напрямую управлять выводом микроконтроллера, например Arduino, как показано на рисунке 1. Основным недостатком любой схемы линейного драйвера светодиода является рассеивание избыточной мощности. Также крайне важно обеспечить достаточный запас по напряжению, позволяющий управлять светодиодами.

Рисунок 2: Линейно управляемая светодиодная схема. R1 требуется для рассеивания всей мощности от избыточного напряжения; Выбранный резистор должен обеспечивать безопасное рассеивание мощности.2 * 4 = P = 1W . Рассеивание 1 Вт — это много для одного резистора и требует резистора для поверхностного монтажа размером 2512 или более.

Другой вариант, который мы с большим успехом использовали в схемах линейных светодиодов, — разделение токоограничивающих резисторов. Вместо использования одного резистора 4R, два резистора 2R будут использоваться последовательно, равномерно разделяя рассеиваемую мощность между ними, используя вместо этого резисторы 1210. Это также позволяет стратегически разместить резисторы на плате, равномерно распределяя тепло.На рисунке 6 показано, как разделение резисторов работает с разными светодиодами.

Линейный привод от источника / драйвера постоянного тока

Многие «встроенные» драйверы светодиодов подают постоянный ток на жилу светодиода. Эти драйверы предлагают гораздо больше удобства, чем схемы, управляемые резисторами. Однако важно отметить, что в этих драйверах по-прежнему используется линейная технология. Крайне важно понимать, сколько мощности будет рассеивать драйвер, и убедиться, что она находится в безопасном диапазоне.

Рис. 3. Линейный драйвер светодиода TI. Хотя эти драйверы добавляют много удобств, они не более эффективны, чем использование стандартной схемы светодиодного резистора.

На рисунке 3 показан пример линейного восьмипроводного драйвера светодиода. Драйвер управляет тремя нитями тех же светодиодов из предыдущей схемы. Температура ограничивает максимальную мощность, которую может рассеять драйвер. При максимальной температуре 100 ° C он может рассеивать около 1 ° C.Максимум 8 Вт. Чип также ограничен максимумом 70 мА на каждую жилу. Чтобы рассчитать мощность, рассеиваемую микросхемой при 70 мА, каждая нить: P = IV, P / 3 = 0,07 * (12-10), P = 0,42 Вт. 0,42 Вт находится в безопасном диапазоне для этого чипа, поэтому его можно использовать как есть. Если мощность была слишком высокой, можно установить резистор на каждую жилу. Пока резистор имеет правильный размер, он рассеивает часть мощности, а остальное рассеивает микросхема. Этот трюк, показанный на рисунке 4, весьма полезен при несбалансированной длине прядей.

Рисунок 4. Линейный драйвер светодиода на основе TI. Микросхема контролирует 8 нитей светодиодов, одна из которых намного короче остальных. Два резистора 100R уравновешивают эту жилу, рассеивая часть избыточного тепла.

Постоянный ток от переключаемого драйвера светодиодов

Импульсный светодиодный драйвер постоянного тока работает аналогично линейному драйверу, за исключением того, что он использует переключаемую топографию. Это переключение позволяет ему работать с КПД выше 80% -90%.Существенным недостатком переключения драйверов является то, что они, как правило, дороги. Наличие на борту любого импульсного источника питания также приводит к нежелательному шуму переключения.

Рис. 5. Схема на базе AL8860 очень эффективно управляет тремя светодиодами.

На рисунке 5 показана схема импульсного драйвера светодиода на основе AL8860. Он питает одножильный светодиод от любого напряжения от 5 до 40 В. В зависимости от подаваемого напряжения и напряжения светодиодов, этот чип может обеспечить до 97% эффективности при токе около 1 А.В идеальных условиях вы можете управлять цепочкой светодиодов с током 1 А, рассеивая при этом менее одной десятой ватта от микросхемы! Это существенное отличие от предыдущих примеров с использованием линейной технологии. Существуют также повышающие-понижающие драйверы, которые принимают 5 В (например) в качестве входа и могут управлять цепями светодиодов до 20 В. Они, как правило, не так эффективны, как выпадающий регулятор, но это все же вариант, который следует рассмотреть.

Пример реальной схемы драйвера светодиода

Мы с большим успехом использовали необычный метод управления светодиодами.Он сочетает в себе линейный привод и импульсный привод, предлагая преимущества обоих. Это особенно полезно при большом количестве светодиодов разных цветов.

Например, у нас есть 100 светодиодов 5 разных цветов, каждый на 1 ампер. Входное питание — 24 В постоянного тока, цвета регулируются отдельно. Нам нужно запустить 28 красных (прямое напряжение = 2,1 В), 20 желтых (Vf = 2,5 В), 10 желтых (Vf = 2,8 В), 22 зеленых (Vf = 2,5 В) и 20 белых (Vf = 4 В). Да, это крайний пример — как по потребляемой мощности, так и по количеству светодиодов — но недавно мы разработали плату, похожую на эту!

Вот и много драйверов!

При управлении светодиодами с током 1А очевидным первым выбором для их управления является использование схемы импульсного драйвера светодиода.Проблема, возникающая при таком подходе, заключается в том, что при такой высокой мощности переключающие драйверы смогут управлять только одной цепью каждый. Это означает, что нам потребуется много драйверов на этой плате. Чем больше на плате переключающих драйверов, тем больше шума при переключении. Разделение нитей дает:

  1. 11 КРАСНЫЙ, 23,1 В
  2. 11 КРАСНЫЙ, 23,1 В
  3. 6 КРАСНЫЙ, 12,6 В
  4. 9 ЯНТАРНЫЙ, 22,5 В
  5. 9 ЯНТАРНЫЙ, 22,5 В
  6. 2 ЯНТАРНЫЙ, 5 В
  7. 8 ЖЕЛТАЯ, 22.4V
  8. 2 ЖЕЛТЫЙ, 5,6 В
  9. 8 ЗЕЛЕНЫЙ, 22,5 В
  10. 8 ЗЕЛЕНЫЙ, 22,5 В
  11. 6 ЗЕЛЕНЫЙ, 15 В
  12. 5 БЕЛЫЙ, 20 В
  13. 5 БЕЛЫЙ, 20 В
  14. 5 БЕЛЫЙ, 206 БЕЛЫЙ
  15. , 20V

Мысль о наличии 15 различных светодиодных драйверов с переключателем на одной печатной плате наверняка вызовет кошмары у любого, кто сталкивается с EMC! Хотя управлять ими таким образом можно, но для этого потребуется обширная фильтрация, гарантирующая отсутствие связи шума переключения на шинах питания.Для этого проекта на задней стороне платы будет большой радиатор. Хотя мы хотели ограничить выделяемое тепло, у нас была некоторая гибкость в нашем дизайне. Я лучше буду заниматься жарой, чем 15 переключателями!

Линейное подключение всех жил от 24 В потребовало бы огромного рассеивания мощности, больше, чем было бы возможно, особенно на коротких жилах. Например, нить номер 6: P = IV = 1A * (24V-5V) = 19W. Удачи вам в поиске стандартного резистора или линейного драйвера для рассеивания 19 Вт мощности!

Альтернативное решение

Мы решили сначала подключить длинные жилы непосредственно от шины 24 В с помощью линейного привода с резисторами.Все цепи 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10, 12, 13, 14 и 15 питаются от 24 В. Белые нити рассеивают больше всего энергии: P = IV = (24-20) * 1 = P = 4W . При использовании резисторов размером 2010 г., каждый из которых может рассеивать 2 Вт (3502, серия CGS), на каждую жилу используются 3 резистора 1,3R, причем каждый резистор рассеивает около 1,3 Вт. Одна из этих жил показана ниже на рисунке 6.

Рисунок 6. Схема светодиодов с линейным возбуждением, использующая шину 24 В.

Нити 3, 6, 8 и 11 оставлены и слишком короткие для прямого подключения от 24 В.Мы использовали два импульсных понижающих стабилизатора, чтобы понизить напряжение с шины 24 В до шины 6 и 16 В. Шина 16 В напрямую управляет цепями 3 и 11, а шина 6 В — 6 и 8.

Рисунок 7. Импульсный регулятор напряжения понижает напряжение до 6 В. Обратите внимание на фильтр CLC на входе, а также на большую выходную емкость. Это предотвращает сопряжение шума переключения с другими регуляторами.

На рис. 7 показана схема импульсного регулятора, понижающего шину 24 В до 6 В.Эта шина 6 В затем управляет светодиодами точно так же, как шина 24 В. Использование этой комбинации позволяет управлять широким спектром светодиодов с переменным прямым напряжением, сводя к минимуму количество переключаемых регуляторов на плате. Хотя схемы драйвера светодиода рассеивают значительную часть энергии, наше приложение это позволяет.

Заключение

Невозможно иметь универсальный подход к проектированию схем. То же самое и при управлении светодиодами.В этой статье описаны несколько методов, которые можно использовать для управления светодиодами, в зависимости от параметров схемы. Если требуется высокая эффективность — как с точки зрения времени автономной работы, так и с точки зрения рассеивания тепла, — очевидным выбором будет импульсный светодиодный драйвер с постоянным током. Если простота является ключевой, то подход с линейным приводом может быть хорошим вариантом с использованием резисторов или специального драйвера светодиода. Компания MicroType Engineering имеет многолетний опыт работы со сложными светодиодными приложениями. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как мы можем помочь с вашим следующим дизайном!

Категория:

Схема проектирования

Основы светодиодного драйвера и его схемотехника

Теплые подсказки: слово в этой статье составляет около 3800 слов, а время чтения составляет около 23 минуты.

Введение

Светодиод признан источником зеленого света четвертого поколения. Это твердый источник холодного света. Он имеет множество преимуществ, таких как высокая эффективность, длительный срок службы, безопасность и защита окружающей среды, небольшой размер, высокая надежность, быстрая скорость отклика и так далее. В настоящее время достигается такой же световой эффект. Потребляемая мощность светодиода составляет около 1/10 лампы накаливания и 1/2 люминесцентной лампы. Многие страны и регионы ввели различные политики для поддержки развития светодиодной индустрии, чтобы эта отрасль могла стать важной частью важных отраслей страны, открывая огромные возможности для бизнеса.Схема драйвера светодиода очень важна для светодиодов, в то время как управление затемнением светодиода может сэкономить энергию. В последние годы горячими темами стали управление и регулировка яркости белых светодиодов высокой яркости.

Каталог


I Основы драйвера светодиода

1. 1 Что такое драйвер светодиода

Драйвер светодиода изменяет источник питания на определенный ток напряжения для управления преобразователем напряжения светодиода. В общем, вход драйвера светодиода включает в себя переменный ток высоковольтной сети (т.е.е., городское электричество), низкого напряжения постоянного тока, высокого напряжения постоянного тока, низкого напряжения и высокой частоты переменного тока (например, на выходе электронного трансформатора). Выходная мощность драйвера светодиода в основном представляет собой источник постоянного тока, который может изменять напряжение с изменением прямого падения напряжения светодиода. Основные компоненты источника питания светодиодов включают контроллер переключателя, катушку индуктивности, компонент переключателя (MOSFET), резистор обратной связи, устройство входного фильтра, выходной фильтр и так далее. В соответствии с требованиями различных случаев должна быть схема защиты от перенапряжения на входе, схема защиты от пониженного напряжения на входе, защита от разомкнутой цепи светодиода, схема защиты от перегрузки по току и так далее.

1.2 Характеристики источника питания светодиодного драйвера

В частности, мощность привода светодиодных уличных фонарей установлена ​​на большой высоте, поэтому обслуживание неудобно, а стоимость обслуживания также велика.

Светодиод

является энергосберегающим продуктом, а эффективность привода высока. Очень важно, чтобы в светильник была установлена ​​мощность. Эффективность источника питания высока, потребление энергии невелико, тепло в светильнике невелико, а также снижается превышение температуры лампы.Благоприятно для задержки затухания светодиода.

Коэффициент мощности — это потребность энергосистемы в нагрузке. Как правило, для электроприборов мощностью ниже 70 Вт обязательных показателей нет. Хотя коэффициент мощности отдельного электроприбора низкий, он мало влияет на электросеть, но вечером мощность электросети будет серьезно загрязнена большим количеством освещения и концентрацией нагрузки того же типа. . Говорят, что для драйвера светодиода мощностью 30 ~ 40 Вт в ближайшем будущем могут появиться определенные требования к коэффициенту мощности.

Теперь существует два вида трафика: один — это источник постоянного напряжения для нескольких источников постоянного тока, и каждый источник постоянного тока подается на каждый светодиод индивидуально. Таким образом, комбинация является гибкой, и все сбои светодиодов не влияют на работу других светодиодов, но стоимость будет немного выше. Другой — источник постоянного постоянного тока, то есть режим привода «Кеке Хуэй Бао», который управляется светодиодами в последовательной или параллельной работе. Он имеет преимущество низкой стоимости, но плохой гибкости, но также для устранения неисправности светодиода, не влияет на другие проблемы работы светодиода.Две формы сосуществуют в определенный период времени. Способ многонаправленной выходной мощности постоянного тока будет лучше с точки зрения стоимости и производительности. Может быть, это главное направление в будущем.

Способность светодиода противостоять скачкам напряжения относительно невысока, особенно способность противостоять обратному напряжению. Также важно усилить защиту в этой области. Некоторые светодиодные фонари устанавливаются на открытом воздухе, например, светодиодные уличные фонари. Из-за сброса нагрузки и индукции молнии в электросети будут происходить все виды перенапряжения, а некоторые выбросы вызовут повреждение светодиода.Таким образом, анализ приводной мощности «Чжункэ Хуэй Бао» должен быть недостаточным для защиты от перенапряжения. Что касается частой замены источника питания и ламп, драйвер светодиода должен иметь возможность подавлять скачки напряжения и защищать светодиод от повреждения.

В дополнение к обычной защите, лучше всего увеличить отрицательную обратную связь по температуре светодиода на выходе постоянного тока, чтобы предотвратить высокую температуру светодиода; соответствовать требованиям безопасности и электромагнитной совместимости.

II Типы драйверов светодиодов

2.1 Постоянный ток драйвера светодиодов

Обычный драйвер светодиодных ламп делится на два типа в зависимости от режима управления. Один из них — это привод постоянного тока. Особенностью привода постоянного тока является постоянство выходного тока. Выходное напряжение изменяется в одном диапазоне. Поэтому мы часто видим, что приводная оболочка выделена (выход: DC ** V — ** V * * * mA + -5%) на рынке. Это означает, что выходное напряжение находится в одном из выходных напряжений.Сколько мА диапазон, ток.

  • A. Выходной ток схемы управления постоянным током постоянный, но выходное постоянное напряжение изменяется в определенном диапазоне в зависимости от размера нагрузки. Сопротивление нагрузки небольшое, выходное напряжение низкое, чем больше сопротивление нагрузки, тем выше выходное напряжение.

  • Б. Цепь постоянного тока не боится короткого замыкания нагрузки, но категорически запрещается полностью разомкнуть нагрузку.

  • C. Схема привода постоянного тока идеальна для управления светодиодами, но, условно говоря, цена выше.

  • D. Следует обратить внимание на максимальный выдерживаемый ток и используемое напряжение, что ограничивает количество используемых светодиодов.

2.2 Драйвер светодиода с постоянным напряжением

Другой — это привод постоянного напряжения. Особенностью управления с постоянным напряжением является то, что выходное напряжение фиксировано, ток находится в пределах максимального значения при смене ламп и фонарей.В этом случае оболочка обычно указывает (выход: DC ** V ** A) — это напряжение на выходе, фиксированное вольт, максимальный выходной ток — это сколько. Обычный светодиодный рынок — это выход 5 В, 12 В, 24 В и т. Д. .

  • А. При определении параметров в цепи стабилизации напряжения выходное напряжение фиксируется, а выходной ток изменяется с увеличением или уменьшением нагрузки.

  • Б. Схема стабилизации напряжения не боится размыкания нагрузки, но категорически запрещается полное замыкание нагрузки.

  • C. Светодиод управляется регулируемой схемой возбуждения. Каждой струне нужен соответствующий резистор, чтобы средняя яркость светодиода каждой струны была средней.

  • D. На яркость влияют выпрямляемые изменения напряжения.

III Применение драйвера светодиода

Применение драйвера светодиода зависит от параметров светодиода, которыми мы хотим управлять. Два наиболее важных параметра — это входное напряжение и входной ток.Как рассчитать входное напряжение и ток светодиодной лампы, лампа распространения снабжена отдельным пояснением. Вот только описание входа светодиодной лампы. Люди увидят исходные параметры движения (обязательно определите несколько ложных целей !!!!

Зная входное напряжение и входной ток платы лампы, мы выбираем соответствующий драйвер светодиода для использования. Например, известно, что входное напряжение платы лампы составляет 37-40 В, входной ток составляет 300 мА, затем можно выбрать выходное напряжение драйвера светодиода, чтобы включить его, ток примерно такой же.Формула поверхности, напряжение выше или ниже всех, должна быть включена. В противном случае будет мерцание. Низкий ток — это нормально.

Наконец, нам нужно только нажать на положительный и отрицательный полюсы, отмеченные пластиной лампы, чтобы сварить привод или соединительную линию. Следует отметить, что у обычной выходной линии, управляемой светодиодами, красный — положительный полюс. Черный — отрицательный полюс … Если это серая линия, то серый — положительный полюс, белый — отрицательный… Сине-коричневая линия, синяя линия — отрицательный полюс, синяя линия — отрицательный полюс и так далее …

IV Светодиодный драйвер Типовое использование Пример продукта Схема

Рис. 1. Пример продукта общего использования светодиодного драйвера Схема

Давайте посмотрим видео о том, как сделать светодиодный драйвер:

Как сделать драйвер светодиода

Основы схемы драйвера светодиода V

5.1 Что такое схема драйвера светодиода

Драйвер светодиода — это электрическое устройство, которое регулирует мощность светодиода или цепочки (или цепочек) Светодиоды.Драйвер светодиода реагирует на изменяющиеся потребности светодиода или схемы светодиода, обеспечивая постоянное количество энергии для светодиода, поскольку его электрические свойства изменяются с температурой.

5.2 Типы схем управления светодиодами и их классификация

Схема накачки заряда также является схемой преобразователя постоянного тока в постоянный. Схема накачки заряда использует емкость для хранения энергии эффекта накопления заряда и элемент связи емкостной энергии, управляя силовым электронным устройством для переключения высокочастотного переключателя, в течение определенного периода времени конденсатор может храниться и энергия высвобождается в оставшееся время.Эта схема получает разные выходные напряжения через различные соединения между зарядкой и разрядкой конденсаторов, и вся схема не требует никаких индукторов.

Схема подкачки заряда относительно мала, с меньшим количеством компонентов и более низкой стоимостью, но переключающий элемент относительно велик, а диапазон выходного напряжения относительно мал, когда входное напряжение определено, выходное напряжение в основном составляет 1/3 ~ 3 раза. входного напряжения, а мощность схемы мала, а эффективность будет соответствовать выходному напряжению и входу.Соотношение между изменениями напряжения. Несколько светодиодов должны работать параллельно. Чтобы предотвратить неравномерное распределение тока, необходимо использовать балластные резисторы, которые значительно снизят эффективность системы. Следовательно, схема управления зарядовым насосом ограничена в применении драйвера светодиодного освещения высокой мощности, и она в основном используется в случае малой мощности.

Схема импульсного источника питания представляет собой схему преобразования постоянного тока в постоянный, которая изменяет выходное напряжение, изменяя соотношение времени между переключением и выключением.С точки зрения схемы, по сравнению со схемой накачки заряда, она содержит магнитные компоненты, то есть индуктор или высокочастотный трансформатор. Импульсный источник питания делится на два типа преобразователей постоянного тока в постоянный, а именно, входной и выходной без изоляции, а именно «прямое соединение» и «вход и выход».

Типичные схемы «прямого» преобразователя постоянного тока в постоянный включают понижающий, повышающий, понижающий-повышающий и Cuk.

Типичные схемы изолированных преобразователей постоянного тока в постоянный с входом и выходом: несимметричный прямой, несимметричный обратный, двухтактный, полумостовой и полный мост.Схема импульсного источника питания может обеспечивать широкий диапазон выходного напряжения, а выходное напряжение регулируется плавно, выходная мощность велика, поэтому диапазон применения шире, особенно в ситуациях средней и большой мощности.

Линейная схема управления рассматривает полупроводниковое силовое устройство, работающее в линейной области, как динамический резистор и реализует управление постоянным током посредством управления уровнем управления. Недостатком линейной схемы управления является невысокий КПД, но она быстро реагирует на изменение входного напряжения и нагрузки.Схема относительно проста. Легко контролировать ток светодиода напрямую, и легко контролировать высокую точность тока.

VI Новая конструкция схемы драйвера

Фактическое управление с обратной связью импульсного источника питания — это выходное напряжение, а управление выходным током нелегко быть точным, а светодиодная лампа легко повреждается при управлении мощностью переключения. предложение предвзято; КПД линейной схемы невысокий.

На основании вышеуказанных причин разработана новая схема управления светодиодами.В схеме используется односторонний импульсный импульсный источник питания с обратным ходом в качестве регулятора передней ступени, а источник постоянного тока с линейным регулированием давления используется в качестве пост-регулятора. После преобразования несимметричного источника обратноходового питания можно получить выходное напряжение постоянного тока, которое используется в качестве входа посткаскадного источника постоянного тока, управляемого напряжением. Поскольку входное напряжение источника постоянного тока управляется высокоэффективным импульсным источником постоянного тока с одним обратным ходом, источник постоянного тока с контролем давления может точно управлять светодиодом и изменять входное напряжение источника постоянного тока в большом диапазоне, поэтому эффективность и точность гарантированы, а электроснабжение может быть поставлено по городу.В то же время двухуровневый контроль непросто повредить светодиодную лампу.

Рис. 2. Новая схема схемотехники драйвера

Схема системы показана на рисунке 2. Трансформатор T1, переключающая трубка Q1, диод D1 и конденсатор C1 составляют односторонний импульсный импульсный источник питания с обратным ходом, а операционные усилители U1, U2 и силовой транзистор Q2 образуют устройство с регулируемым давлением. источник постоянного тока, а микроконтроллер STC89C51 является основным устройством управления. Когда значение серого изменяется, микроконтроллер генерирует соответствующее напряжение управления яркостью на основе полученного значения серого.Напряжение управления яркостью добавляется к тому же фазному входу U1. Обратная входная клемма U1 — это сигнал тока светодиода, полученный U2, а R12 — резистор обнаружения тока. Выходное напряжение U1 является управляющим напряжением МОП-лампы Q2, что известно из концепции недостатка операционного усилителя. Обратное входное напряжение U1 равно напряжению на его прямом входе, то есть ток на R12 контролируется напряжением управления яркостью и не изменяется при изменении нагрузки.

Singlechip выдает соответствующее напряжение управления яркостью в соответствии со значением серого, которое он получает, а также выдает сигнал PWM. Сигнал ШИМ соответствует сигналу TL431 для управления переключателем Q1. Затем MCU изменяет коэффициент заполнения сигнала PWM в соответствии с полученным сигналом тока светодиода и изменяет выходное напряжение импульсного источника питания, то есть изменяет постоянную. Входное напряжение источника потока снижает напряжение на силовой трубке Q2, так что она работает в зоне регулируемого сопротивления или рядом с зоной регулируемого сопротивления в случае постоянного выходного тока, чтобы повысить эффективность.TL431 — это трехконтактный регулируемый шунтирующий источник опорного напряжения, в котором наличие TL431 и соответствующей ему электрической фазы ограничивает максимальное выходное напряжение импульсного источника питания и дополнительно повышает безопасность системы.

Когда освещение относительно хорошее, MCU управляет выводом напряжения управления яркостью в соответствии с полученным значением серого, так что выходной ток источника постоянного тока относительно невелик, и может быть достигнут эффект экономии энергии.На рисунке 2 выходное напряжение микроконтроллера контролируется цифро-аналоговым преобразователем для питания источника постоянного тока. На рисунке 2 не показана цифро-аналоговая часть.

VII Базовое предложение по проектированию драйвера светодиода

Конструкция драйвера светодиода несложная, но у нас должна быть хорошая идея. Поскольку мы делаем отладку перед расчетом, отладку и старение после отладки, мы считаем, что любой может преуспеть в светодиодах.

7.1 Текущий размер светодиода

Как мы все знаем, если LEDripple слишком велик, это повлияет на срок службы светодиода и на то, насколько большим будет воздействие, но в настоящее время нет конкретных индикаторов.

7.2 Chip Fever

Это в основном предназначено для микросхемы привода высокого напряжения встроенного модулятора мощности, которая снижает энергопотребление микросхемы и не требует дополнительного энергопотребления для рассеивания тепла.

7.3 Power Tube Fever

Энергопотребление силовой трубки делится на две части: потери при переключении и потери проводимости. Светодиод — это приложение для электропривода, и повреждение переключателя намного больше, чем потеря проводимости.Потери при переключении связаны с CGD и CGS силовой трубы, а также приводной способностью и рабочей частотой микросхемы, поэтому решение проблемы перегрева силовой трубы можно решить из следующих аспектов:

A. Силовая трубка MOS не может быть выбрана в зависимости от величины сопротивления проводимости. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше емкость CGS и CGD.

B. Остальное — это частота и возможности привода микросхемы. Здесь мы говорим только о влиянии частоты.Частота прямо пропорциональна потерям проводимости. Поэтому, когда силовая трубка нагревается, мы должны сначала подумать, не слишком ли высока частота. Когда частота снижается, чтобы получить ту же нагрузочную способность, пиковый ток должен быть больше или индуктивность становится больше, что может привести к попаданию катушки индуктивности в область насыщения. Если ток насыщения индуктивности достаточно велик, CCM (режим непрерывного тока) может быть изменен на DCM (режим прерывистого тока), что требует увеличения емкости нагрузки.

7.4 Снижение частоты рабочей частоты

Снижение частоты в основном вызвано двумя причинами. Отношение входного напряжения к напряжению нагрузки невелико, а системные помехи велики. В первом случае будьте осторожны, чтобы не установить слишком высокое напряжение нагрузки, хотя напряжение нагрузки высокое, эффективность будет высокой.

Для последнего мы можем попробовать следующие аспекты: A, наименьший ток устанавливает наименьшую точку; B, чистая точка проводки, особенно ключевой путь смысла; C — выбор индуктора или индуктивности замкнутой магнитной цепи; D, RC фильтр нижних частот, этот эффект немного плох, C — плохая согласованность, отклонение немного велико, но этого должно быть достаточно для освещения.

7.5 Выбор индукторов или трансформаторов

Поскольку рабочее напряжение мощного светодиода составляет всего 3 В, полный мостовой выпрямитель преобразует 220 В переменного тока в постоянный, падение напряжения на полном мосту составляет около 1,8 В и КПД использования мощности только одного светодиода составляет всего 60%. Мы должны соединить вместе более 3-х светодиодов, чтобы общая эффективность использования электроэнергии превышала 80%.

В соответствии с принципом синтеза трех основных цветов белого света, 3 мощных светодиода мощностью 1 Вт с красным, зеленым и синим соединены последовательно, и можно получить яркость светодиода, эквивалентную белому свету 3 Вт.В то же время можно комбинировать 6 видов цветного света, чтобы удовлетворить предпочтения людей в преобразовании цвета.

VIII Заключение

Схема драйвера светодиода использует импульсный источник питания в качестве первого уровня управления, источник постоянного тока управления давлением в качестве второго уровня управления, в сочетании с преимуществами обоих, эффективностью и контролем. точность гарантирована, может напрямую подаваться от городского электричества, двухуровневый привод, высокая безопасность, и не может легко повредить светодиодную лампу высокой цены.Эксперименты показывают, что эффективность системы может достигать более 83%, а мощность такая же, как у несимметричного импульсного источника питания с обратным ходом, поэтому его стоит продвигать.

Часто задаваемые вопросы по основам работы с драйверами светодиодов

1. Для чего используется светодиодный драйвер? Драйверы светодиодов
— это устройства, которые регулируют и подают мощность, используемую для «запуска» светодиодных лент. Подобно традиционным трансформаторам, они преобразуют переменный ток сетевого напряжения (240 В переменного тока) в более низкое напряжение.

2. Нужен ли мне драйвер для светодиодных фонарей?
Для каждого светодиодного источника света требуется драйвер. … Некоторые светодиоды уже имеют встроенный драйвер внутри лампы. Светодиоды, предназначенные для домашнего использования (лампы с цоколем E26 / E27 или GU24 / GU10 и работающие от 120 В), обычно уже включают драйвер. Однако низковольтные светодиодные источники света, такие как некоторые MR-лампы (MR GU5.

3. В чем разница между трансформатором и драйвером светодиода?
В чем разница между светодиодным драйвером и светодиодным трансформатором? Трансформатор — это условно устройство с двойной обмоткой, просто вход переменного тока и выход переменного тока.Драйверы более сложные, чем это, и обычно выдают выход постоянного тока с использованием системы с переключением режимов, также в них есть схемы регулирования и контроля тока.

4. Можно ли использовать драйвер светодиода в качестве источника питания?
Драйверы светодиодов постоянного напряжения. Драйверы постоянного тока и постоянного напряжения являются жизнеспособными вариантами источника питания для светодиодных источников света, но отличается способ подачи питания.

5. Сколько светодиодов может запитать драйвер?
Если у вас есть драйвер с выходной мощностью 60 Вт, он должен работать только со светодиодами, которые в сумме потребляют 48 Вт (60 Вт x 80% = 48 Вт).Сколько огней может запитать один водитель? Водители не ограничены количеством светодиодов, которые они питают. Они ограничены общей мощностью светодиодных ламп, которые они питают.

6. Как долго прослужит светодиодный драйвер?
А именно, срок службы схемы управления истекает до того момента, когда светодиод перестанет излучать свет или его яркость упадет. Типичный номинальный срок службы этих элементов часто составляет менее 25 000 часов, в то время как срок службы самого светодиода может достигать 50 000–100 000 часов.

7. Нагреваются ли драйверы светодиодов?
Тепло — враг электроники, и это относится и к драйверам светодиодов. Это не означает, что драйверы светодиодов не могут работать в жарких условиях, они могут. … Выходная мощность импульсного источника питания, включая драйверы светодиодов, уменьшается при повышении температуры.

8. Как выбрать драйвер светодиода?
Используйте драйвер светодиода, по крайней мере, с таким же значением, как у вашего светодиода. Выходная мощность драйвера должна быть выше, чем требуется для светодиодов для дополнительной безопасности.Если выходной сигнал соответствует требованиям к питанию светодиода, он работает на полную мощность. Работа на полной мощности может привести к сокращению срока службы драйвера.

9. Как узнать, неисправны ли драйверы светодиодов? Драйверы светодиодов
преобразуют переменный ток высокого напряжения в низкое. Если у вас есть хороший светодиод и плохо работает светодиодный драйвер, ваши светодиодные фонари для высоких отсеков не будут работать долго. Большинство отказов светодиодов происходит не из-за светодиода, а из-за драйвера. Обычно цепи перегорают и выходят из строя.

10. Как работает схема драйвера светодиода?
В электронике схема светодиода или драйвер светодиода — это электрическая схема, используемая для питания светодиода (СИД). … Падение напряжения на светодиоде примерно постоянное в широком диапазоне рабочего тока; поэтому небольшое увеличение приложенного напряжения значительно увеличивает ток.


Рекомендация книги

— Ассоциация производителей электрического оборудования и медицинских изображений (Автор)

— ЧЖОУ ЧЖИ МИН ДЭНГ (Автор)

Совершенно очевидно, что экономический рост тесно связан с доступностью энергии.К доступности энергии можно подойти двумя способами; Первый способ — построить больше электростанций, чтобы удовлетворить возросший спрос. Второй способ — снизить энергопотребление. Светодиодное освещение имеет множество преимуществ, таких как высокая надежность, низкие затраты на обслуживание, регулировка яркости, в дополнение к основному преимуществу энергосбережения и значительного ожидаемого повышения производительности. С другой стороны, недостатки в основном связаны с первоначальной стоимостью замены систем освещения, а также с необходимостью специальной схемы силовой электроники для управления ими для регулирования интенсивности и яркости.Цель проекта — заменить галогенные лампы (50 Вт) на встроенные светодиодные (10 Вт). Светодиоды имеют много преимуществ по сравнению с другими источниками света, такими как лампы накаливания или люминесцентные лампы. Наиболее значительными преимуществами являются быстрое включение, меньшее тепловыделение, меньшее энергопотребление и более длительный срок службы. Светодиоды необходимо правильно управлять, чтобы обеспечить оптимальную производительность и долгий срок службы. Драйвер должен быть рентабельным, что обычно не достигается с помощью отдельных компонентов, но может быть реализовано с помощью интегрированных решений.

— Айя Гебриль Ахмед (автор), Махмуд Нассари Абд аль-Фаттах (автор), Айя Бакр Абд аль-Вахаб (автор)


Соответствующая информация об «Основах светодиодного драйвера и его схемотехнике»

О статье «Основы светодиодного драйвера и его схемотехника». Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев. Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

Как управлять многими светодиодами / мощными светодиодами с помощью GPIO | Руководство для начинающих

Подключение светодиода к контакту GPIO можно выполнить, и это часто делается. Но это будет работать только в том случае, если на светодиоде прямое падение напряжения менее 5 В (или 3,3 В с некоторым GPIO (некоторые даже до 1,1 В!)). GPIO часто ограничиваются примерно 20 мА, и, например, для Arduino Mega некоторые шины GPIO могут выдавать максимум 100 мА, так что одновременно будет гореть только 5 светодиодов.Более того, если каждый светодиод занимает один GPIO, вы ограничены количеством GPIO, которое у вас есть, и часто не многие контакты имеют возможность PWM, поэтому вы даже не можете их затемнить.

В этом проекте будут рассмотрены различные способы управления светодиодами, их относительные достоинства, а также конструктивные особенности.

Стандартный метод управления светодиодами с низким энергопотреблением (часто используемый только для отладки) может быть подключен напрямую к GPIO, как показано ниже.

Эти светодиоды очень дешевы и по большей части не такие яркие.Они не предназначены для чего-то большего, кроме включения или выключения, просто для индикации чего-либо, например индикатора питания или активности.

Чтобы правильно выбрать резистор (R1 и R? На схеме), вам необходимо знать:

  • Напряжение контактов GPIO (обычно 5 В для Arduino и 3,3 В для Raspberry Pi)
  • Прямое падение напряжения светодиода (1,8 — 3,3 В для маломощных)
  • Ток светодиода (около 20 мА для маломощного)

Затем вы можете использовать V = IR, чтобы найти значение R1, которое получается равным:

R1 = (напряжение GPIO — прямое падение напряжения) / (ток светодиода)

Безопасная ставка обычно составляет 330 -> 500 Ом.2, чтобы резистор не перегревался. При резисторе 20 мА и 500 Ом вам понадобится резистор 200 мВт, но стандартный резистор в сквозном отверстии составляет 0,25-0,5 Вт, так что это нормально, если у вас нет нескольких светодиодов

Светодиоды высокой мощности могут иметь диапазон от 3 Вт до 500 Вт (более 10 Вт очень яркие и должны использоваться с осторожностью, чтобы не повредить глаза). В светодиодах высокой мощности также часто используется напряжение, намного превышающее 5 В, которые Arduino использует при гораздо более высоких токах. Многие светодиоды мощностью 10 Вт работают от 12 В, а почти все светодиоды мощностью 100 Вт работают от 30 В или более, используя несколько ампер, поэтому запуск от GPIO не имеет большого значения.

Решением этой проблемы является МОП-транзистор логического уровня. Вы можете использовать BJT, но, на мой взгляд, MOSFET лучше, так что это то, что будет использоваться в этом руководстве. Вам также понадобится внешний источник питания для светодиода и, возможно, резистор, как описано в шаге 1, но это зависит от вашего драйвера (мы коснемся этого позже).

MOSFET

выпускается в двух вариантах: N-MOS и P-MOS. Из-за того, как они сделаны, N-MOS имеют более низкое сопротивление в открытом состоянии и, следовательно, имеют более низкие потери в открытом состоянии, их также действительно легко управлять с Arduino, если вы выберете устройство логического уровня, поэтому мы будем рассматривать только N -MOS, но не стесняйтесь читать о вождении P-MOS и других устройствах с высоким приводом.

Базовая схема схемы ниже, где R2 действует как дополнительный понижающий резистор, поэтому светодиод не будет светиться, если GPIO перейдет на высокоимпедансный вход:

Как видите, это действительно довольно просто, сложность этой конструкции состоит в том, чтобы узнать, какой MOSFET выбрать. Есть тысячи и тысячи полевых МОП-транзисторов на выбор, но поскольку то, что мы делаем, очень простое и не высокочастотное, вы можете сузить его, выполнив поиск полевого МОП-транзистора на RS и уточнив результаты следующим образом

  • Выбрать приспособление для прохода через отверстие
  • Выберите тип N
  • Найдите низкое сопротивление в открытом состоянии (менее 0.2 и убедитесь, что полевой МОП-транзистор может рассеивать выделяемое им тепло. В противном случае вам может понадобиться радиатор на MOSFET.

    Светодиоды

    — это устройство, управляемое током, а не напряжением, как некоторые думают. При выборе источника питания для светодиода у вас есть несколько вариантов. С маломощными вещами все будет в порядке, если вы будете использовать стандартные шины 5 В / 3,3 В на устройстве с токоограничивающим резистором, как показано в шаге 1. Источник питания для этого имеет постоянное напряжение, что означает, что он пытается поддерживать напряжение на уровне постоянный уровень и текущие изменения.Для светодиода высокой мощности использование этого метода может стать очень неэффективным, и яркость светодиода будет меняться по мере нагрева, так как значение резистора будет изменяться по мере того, как он нагревается.

    Решением этой проблемы является стабилизатор постоянного напряжения постоянного тока (их легко найти и часто называют просто драйверами светодиодов). Эти устройства часто могут повышать или понижать входное напряжение в зависимости от того, что нужно светодиоду, но, что наиболее важно, они будут снижать свою выходную мощность, чтобы не превышать установленный вами предел тока.Это означает, что, когда вы включаете его, драйвер будет регулировать светодиод при постоянном напряжении, а затем, когда он нагревается и потребляет все больше и больше тока, как только он достигает порога (скажем, 2 А), он понижает напряжение, чтобы поддерживать максимум. 2А, что намного лучше для исправности светодиода.

    Что делать, если у вас недостаточно GPIO? Arduino Uno позволяет использовать до 20 контактов GPIO, поэтому у вас может быть 20 светодиодов, если вы использовали предыдущие концепции, но тогда у вас нет места для чего-либо еще, а что, если вам нужно еще более 20 светодиодов?

    Одно из решений — подключить светодиоды в матричную схему, как показано ниже:

    Он использует только 8 GPIO, но позволяет управлять 16 светодиодами, но увеличивает масштаб, т.е.Использование 16 gpio дает 64 светодиода, которыми вы можете управлять. Единственным недостатком является то, что вы должны управлять им столбец за столбцом (или строка за строкой), так что вы действительно можете управлять только 4 светодиодами за раз, но если вы переключаетесь между ними достаточно быстро, вы не можете видеть это человеком. глаз.

    То, как это работает, например, если вы хотите, чтобы светодиоды в четвертом столбце и третьей строке вниз (D12) были включены, вы должны потянуть GPIO 8 на низкий уровень и GPIO 3 на высокий уровень, что, в свою очередь, только включит светодиод. в четвертом столбце и в третьем ряду вниз.Однако вам нужно будет подтянуть GPIO 1, 2 и 4 к низкому уровню и GPIO 5, 6 и 7, чтобы включить только светодиод D12.

    Этот метод полезен для быстрого и дешевого способа включения светодиодов, но без внешнего драйвера (о котором будет сказано ниже) может наблюдаться заметное мерцание, что часто приводит к более сложным результатам.

    Еще один способ управлять большим количеством светодиодов — использовать что-то вроде микросхемы PCA9685, которая использует I2C, чтобы дать вам до 16 дополнительных выходов PWM.Вы также можете иметь несколько из них на I2C, если вам нужно больше, но это может ограничить скорость передачи данных. Эти модули PCA9685 часто продаются как сервоприводы, но они работают в режиме от 0 до 1, поэтому вы можете легко использовать их в качестве драйверов светодиодов.

    PCA9685, однако, имеет ограничение в 25 мА, что означает, что вы застряли со светодиодами с низким энергопотреблением, хотя вы все равно можете подключить выход к полевому МОП-транзистору и управлять светодиодами с более высокой мощностью, но довольно редко вам нужно использовать так много светодиодов с высокой мощностью. питаемые светодиоды.

    Схема PCA9685 показана ниже, где они являются дополнительными перемычками на A0-A5 для выбора адреса I2C.C1 действует как зарядный пул, поэтому светодиоды могут найти ток для быстрого включения, а C2 действует как развязывающий конденсатор для снижения шума и должен быть помещен как можно ближе к ИС.

    Существует множество светодиодных драйверов, многие из которых используют различные типы интерфейсов, такие как последовательный или SPI, но посмотрите вокруг и посмотрите, что вы можете найти. Любой драйвер, который использует интерфейс, а не просто драйвер, означает, что вы можете сохранить много GPIO, а также снижает сложность, поскольку вам не нужно беспокоиться о программировании пошагового перехода по строкам и столбцам, как то, что было бы необходимо на шаге 4. .

    Иногда вам нужно управлять целым набором светодиодов, поэтому вы можете использовать адресуемые светодиоды, такие как WS2812 (обычно используемый адресный светодиод).

    Они часто бывают полосами или панелями, но их можно найти как отдельные светодиоды на плате, например, этот

    Они работают, обеспечивая светодиоды 5 В (иногда 12 В) и GND, а затем вывод данных. Вывод данных — это одиночный провод, который подключен к выводу GPIO на Arduino. Данные передаются битом на вход данных светодиода, а затем данные снова выводятся на следующий светодиод через выходной контакт светодиода.Данные отправляются таким образом, что каждый светодиод будет получать данные о своем цвете и яркости, чтобы вы могли указать такие вещи, как 3-й светодиод в строке зеленым, а 4-й — оранжевым. Эти светодиоды можно менять на частоте 800 Гц (ограничено тем, сколько вы вставляете в цепочку), и это означает, что вам нужен только один вывод на Arduino.

    Со всем этим можно справиться с помощью библиотек, подобных библиотеке Adafruit_NeoPixel, что означает, что вам нужно только указать цвет и яркость, а все остальное она сделает.Такие светодиоды использовались в нашем аркадном проекте, который можно найти здесь.

    Мы надеемся, что этот список опций даст вам некоторое представление о том, как лучше управлять светодиодами. Это не полный список вариантов, но он дает вам представление о некоторых из самых простых вариантов. Возможно, вам нужно будет подробнее изучить, как лучше реализовать свою идею в конкретном приложении, но у вас должно быть хорошее представление о том, что вам может понадобиться. Выбор правильного способа вождения зависит от опыта, но если вам нужен мой совет:

    • Если вы хотите быстро и красиво, используйте адресуемые светодиоды
    • Если вам нужно, чтобы он был как можно ярче (например, фонарь), используйте полевой МОП-транзистор для управления большим светодиодом
    • Если вам нужно много-много светодиодов, но вы хотите использовать свой собственный выбор светодиодов, используйте внешние драйверы, такие как PCA9685, и, если необходимо, пусть каждый выход IC управляет MOSFET, который управляет светодиодом
    • Если вам просто нужен простой светодиод, который бы мигал, чтобы сообщить вам, что он не разбился, просто подключите его напрямую к GPIO с помощью резистора

    Что это и как работает?

    Разработка и внедрение технологии светоизлучающих диодов (LED) во всем диапазоне осветительных приложений были захватывающими в последние несколько лет.Несмотря на присущую светодиодам высокую эффективность электрооптического преобразования, светодиодный светильник настолько хорош, насколько хорош его драйвер. Потенциал этой революционной технологии освещения может быть раскрыт только тогда, когда показатели производительности светодиодных драйверов будут последовательно согласованы с электрическими характеристиками светодиодного источника света. Светодиодная система освещения представляет собой синергетическое сочетание источника света, драйверов светодиодов, систем управления температурой и оптики. Поскольку драйверы являются единственным компонентом, который существенно влияет на фотометрические характеристики и качество света светодиодов в системе освещения, они играют решающую роль в более обширных и интенсивных применениях светодиодной технологии.

    Что такое светодиодный драйвер?

    Драйвер светодиодов — это электронное устройство, регулирующее мощность светодиода или цепочки (или цепочек) светодиодов. Светодиоды представляют собой твердотельные полупроводниковые устройства, пропитанные или легированные слоями для создания p-n-перехода. Когда ток протекает через легированные слои, дырки из p-области и электроны из n-области инжектируются в p-n-переход. Они рекомбинируют, чтобы генерировать фотоны, которые мы воспринимаем как видимый свет. Преобразование тока в световой поток почти линейное, увеличение входного тока позволяет большему количеству электронов и дырок рекомбинировать в p-n-переходе, и, таким образом, генерируется больше фотонов.

    В отличие от обычных источников света, которые работают напрямую от источника переменного тока (AC), светодиоды работают от входа постоянного или модулированного прямоугольного сигнала, потому что диоды имеют полярность. Вход сигнала переменного тока приведет к тому, что светодиод будет гореть только примерно половину времени, когда сигнал переменного тока имеет правильную полярность, и сразу же погаснет при отрицательном смещении. Следовательно, постоянная подача постоянного электрического тока на фиксированный выход или переменный выход в допустимом диапазоне должна применяться к светодиодной матрице для стабильного, немигающего освещения.

    Драйверы светодиодов

    обеспечивают интерфейс между источником питания (линией) и светодиодом (нагрузкой), преобразуя входящую мощность сети переменного тока 50 Гц или 60 Гц при таких напряжениях, как 120 В, 220 В, 240 В, 277 В или 480 В, в регулируемый выходной постоянный ток. Существуют драйверы, предназначенные для работы с другими типами источников питания, например, питание постоянного тока от микросетей постоянного тока или питание через Ethernet (PoE). Схема драйвера светодиода должна иметь невосприимчивость к скачкам напряжения и другим помехам в линии переменного тока в пределах заранее определенного расчетного диапазона, а также отфильтровывать гармоники в выходном токе, чтобы они не влияли на качество вывода светодиодного источника света.Драйвер — это не просто преобразователь мощности. Некоторые типы светодиодных драйверов имеют дополнительную электронику для точного управления светоотдачей или для поддержки интеллектуального освещения.

    Постоянный ток или постоянное напряжение?

    Электрическая цепь, которая регулирует входящую мощность для обеспечения выхода постоянного напряжения, обычно называется источником питания, тогда как драйвер светодиода в строгом смысле слова относится к электрической цепи, которая обеспечивает выход постоянного тока. Сегодня «драйвер светодиода» и «источник питания светодиода» — очень неоднозначные термины, которые используются как синонимы.Несмотря на терминологическую двусмысленность, мы не можем позволить себе игнорировать существенные различия между схемами постоянного тока (CC) и постоянного напряжения (CV) для регулирования нагрузки светодиодов.

    Драйверы светодиодов постоянного тока обеспечивают постоянный ток (например, 50 мА, 100 мА, 175 мА, 350 мА, 525 мА, 700 мА или 1 А), независимо от нагрузки по напряжению, на светодиодный модуль в определенном диапазоне напряжений. Драйвер может питать один модуль со светодиодами, подключенными последовательно, или несколько светодиодных модулей, подключенных параллельно.Последовательное соединение является предпочтительным в архитектурах цепей CC, поскольку оно гарантирует, что все светодиоды будут иметь одинаковый ток, протекающий через их полупроводниковые переходы, а световой поток будет равномерным через светодиоды. Для параллельного подключения нескольких светодиодных модулей требуется резистор в каждом светодиодном модуле, что приводит к снижению эффективности и плохому согласованию тока. Большинство драйверов CC можно запрограммировать для работы в диапазоне выходного тока для точного сопряжения между драйвером и конкретным светодиодным модулем. Драйверы светодиодов постоянного тока используются, когда световой поток не должен зависеть от колебаний входного напряжения.Они используются во многих типах осветительных приборов общего назначения, таких как потолочные светильники, троферы, настольные / торшеры, уличные фонари и верхние фонари, для которых приоритетными являются высокое качество тока и точное управление мощностью. Драйверы CC поддерживают регулировку яркости как с широтно-импульсной модуляцией (PWM), так и с уменьшением постоянного тока (CCR). Работа источника питания в режиме CC обычно требует защиты от перенапряжения на случай чрезмерного сопротивления нагрузки или при отключении нагрузки.

    Драйверы светодиодов постоянного напряжения предназначены для работы светодиодных модулей при фиксированном напряжении, обычно 12 В или 24 В.Каждый светодиодный модуль имеет собственный линейный или импульсный регулятор тока для ограничения тока с целью поддержания постоянного выходного сигнала. Обычно предпочтительно подавать постоянное напряжение на несколько светодиодных модулей или светильников, соединенных параллельно. Максимальное количество светодиодов или светодиодных модулей и прямое напряжение на них не должно превышать мощность источника питания постоянного тока. Цепь CV должна допускать рассеяние мощности при коротком замыкании нагрузки. Ограничители тока обычно имеют тепловое отключение для защиты цепи, когда на ограничитель тока подается напряжение, превышающее максимально допустимое.Драйверы CV часто используются в низковольтных светодиодных осветительных приборах, которые требуют простоты группового подключения при параллельном управлении, например, для управления светодиодными лентами, светодиодными модулями для световых коробов. Драйверы постоянного напряжения могут быть затемнены только при ШИМ.

    Импульсный источник питания (SMPS)

    Поскольку светодиоды очень чувствительны к колебаниям тока и напряжения, одна из наиболее важных функций драйвера светодиода заключается в уменьшении колебаний прямого напряжения на полупроводниковом переходе светодиодов.Импульсные источники питания работают путем модуляции электрического сигнала с использованием одного или нескольких переключающих элементов, таких как силовые полевые МОП-транзисторы, на высокой частоте, тем самым генерируя заданную величину мощности постоянного тока при изменении напряжения питания или нагрузки. Импульсные преобразователи, используемые в драйверах светодиодов, требуют, чтобы энергия сохранялась в виде тока с использованием катушек индуктивности и / или в виде напряжения с использованием конденсаторов, чтобы поддерживать выходной ток или напряжение на нагрузке во время цикла включения / выключения. Драйвер светодиодов AC-DC SMPS преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока, которая затем преобразуется в мощность постоянного тока, способную правильно управлять светодиодами.

    Для импульсного преобразования мощности в драйверах светодиодов доступны различные топологии схем для поддержки требований к нагрузке на светодиоды. Среди всех топологий SMPS наиболее часто используются повышающие, повышающие, понижающие и обратные типы.

    Также известная как понижающий преобразователь, понижающая схема регулирует входное постоянное напряжение до желаемого постоянного напряжения с помощью ряда методов управления током, включая синхронное переключение, гистерезисное управление, управление пиковым током и управление средним током.Понижающая топология предназначена для драйверов светодиодов с питанием от сети, которые необходимы для управления длинной цепочкой светодиодов, при этом напряжение нагрузки поддерживается ниже напряжения питания. Понижающие схемы также часто встречаются в приложениях с низким напряжением, где входное напряжение питания относительно низкое (например, 12 В постоянного тока для автомобильного освещения) и работает только один светодиод. Понижающая топология позволяет создавать схемы с меньшим количеством компонентов при сохранении высокого КПД (90–95%). Однако напряжение нагрузки понижающей цепи должно быть менее 85% от напряжения питания.Более того, понижающие драйверы светодиодов не обеспечивают изоляцию между входными и выходными цепями.

    Повышающий преобразователь предназначен для повышения входного напряжения до более высокого выходного напряжения примерно на 20% или более. Для схем повышения обычно требуется один индуктор и они работают либо в режиме непрерывной проводимости (CCM), либо в режиме прерывистой проводимости (DCM), в зависимости от формы волны тока индуктора. В повышающих преобразователях малой мощности может использоваться накачка заряда, а не катушка индуктивности, в которой используются конденсаторы и переключатели для повышения выходного напряжения выше напряжения питания.Преобразователи на основе индуктивности обладают преимуществом в виде небольшого количества компонентов и высокой эксплуатационной эффективности (более 90%). Недостатком этой топологии является отсутствие изоляции между входными и выходными цепями. Повышающий преобразователь выдает импульсную форму волны, поэтому для уменьшения пульсаций тока требуется большой выходной конденсатор. ШИМ-регулирование яркости является сложной задачей из-за большого выходного конденсатора, а также управления с обратной связью, которое требует большой полосы пропускания для стабилизации преобразователя.

    Пониженно-повышающие преобразователи

    могут обеспечивать выходное напряжение выше или ниже входного, что делает их идеальными для приложений, где входное напряжение растет и падает с большими колебаниями (не более 20%).Колебания входного напряжения такого типа обычно возникают в осветительных устройствах с питанием от аккумуляторных батарей, например, в автомобильном освещении для строительной и сельскохозяйственной техники (вилочные погрузчики, тракторы, комбайны, экскаваторы, снегоочистители и т. Д.), А также в грузовых автомобилях и автобусах. Два типа преобразователей, которые часто используются в повышающе-понижающих приложениях, известны как SEPIC (несимметричный первичный преобразователь индуктивности) и Cuk. Преобразователь SEPIC отличается использованием двух индукторов, предпочтительно двухобмоточного индуктора, который имеет небольшую площадь основания, низкую индуктивность рассеяния и способность увеличивать соединение обмоток для повышения эффективности схемы.В архитектуре SEPIC повышающая секция обеспечивает коррекцию коэффициента мощности (PFC), а понижающая секция выдает напряжение, равное, меньшее или большее, чем входное напряжение, в то время как выходная полярность обеих секций остается одинаковой. Топология Cuk сочетает в себе непрерывный выходной ток понижающего преобразователя и непрерывный входной ток повышающего напряжения, что дает Cuk наилучшие характеристики EMI и позволяет при необходимости уменьшать емкость. Понижающий-повышающий преобразователь представляет собой неизолированную схему драйвера.Подобно повышающим преобразователям, повышающе-понижающие преобразователи требуют защиты от перенапряжения для предотвращения повреждений из-за чрезмерно высокого напряжения в случае разомкнутой нагрузки.

    Схема обратного переключения — это преобразователь с прерывистой проводимостью, который обеспечивает изоляцию сети переменного тока, накопление энергии и масштабирование напряжения. Он очень похож на повышающий преобразователь, но с разделением индуктивности, образующим трансформатор. Обратный трансформатор с как минимум двумя обмотками не только обеспечивает полную изоляцию между его входной и выходной цепями, но также допускает более одного выходного напряжения с разной полярностью.Первичная обмотка подключена к входному источнику питания, вторичная обмотка подключена к нагрузке. Магнитная энергия сохраняется в трансформаторе, когда переключатель включен, и в то же время диод имеет обратное смещение (т. Е. Блокируется). Когда переключатель выключен, диод смещен в прямом направлении, и магнитная энергия выделяется током, текущим из вторичной обмотки. В некоторых схемах обратного хода используется третья обмотка, называемая бутстрапом или вспомогательной обмоткой, для питания управляющей ИС. Более точный контроль среднего напряжения на конденсаторе, который используется для поддержания тока в нагрузке светодиода, когда преобразователь находится на первой ступени, требует изолированной обратной связи, обычно через оптрон.Цепи обратного переключения могут быть разработаны для очень широкого диапазона питающих и выходных напряжений с изоляцией от опасно высоких напряжений. Однако эти схемы менее эффективны (75 — 85%, более высокий КПД возможен за счет использования дорогих деталей).

    Линейный источник питания

    Линейный источник питания использует элемент управления (например, резистивную нагрузку), который работает в своей линейной области для регулирования выхода. В схемах управления светодиодами этого типа напряжение, протекающее через резистор, чувствительный к току, сравнивается с опорным напряжением в контуре обратной связи для создания управляющего сигнала.Контроллер, который работает в линейной области системы обратной связи с обратной связью, регулирует выходное напряжение до тех пор, пока ток, протекающий через чувствительный резистор, не будет соответствовать напряжению обратной связи. Таким образом, ток, подаваемый на цепочку светодиодов, поддерживается до тех пор, пока прямое напряжение не превышает выходное напряжение с ограничением по падению. Линейные драйверы обеспечивают только понижающее преобразование, что означает, что напряжение нагрузки должно поддерживаться ниже, чем напряжение питания. Если напряжение нагрузки выше напряжения питания или напряжение питания сильно колеблется, необходим импульсный стабилизатор.

    В приложениях

    с питанием от сети переменного тока, которые предъявляют высокие требования к регулированию напряжения, обычно используются переключаемые линейные регуляторы для управления светодиодными лампами с длинной цепочкой светодиодов, соединенных последовательно. Переключаемые линейные регуляторы представляют собой комбинации нескольких линейных регуляторов, которые либо интегрированы, либо каскадированы в модульной форме. Эти линейные регуляторы, обычно разработанные в корпусах ИС для поверхностного монтажа, используются для интеллектуальной регулировки количества подключенных к нагрузке светодиодов в цепочке во время цикла линии питания, чтобы напряжение нагрузки соответствовало мгновенному напряжению сети переменного тока.

    Линейные драйверы светодиодов

    представляют собой чрезвычайно упрощенное решение, которое устраняет необходимость в громоздких и дорогостоящих катушках, конденсаторах и реактивных (например, индуктивных и / или емкостных) входных фильтрующих элементах EMI / EMC. Значительно небольшое количество деталей и использование твердотельных компонентов позволяет уменьшить размеры переключаемого линейного регулятора до компактной ИС-микросхемы. Это делает линейные драйверы конкурентоспособным кандидатом для светодиодных ламп, стоимость и физические размеры которых являются важными факторами при проектировании.Благодаря способности генерировать резистивную нагрузку диммера, аналогичную лампе накаливания, линейные драйверы светодиодов имеют общую совместимость с существующими диммерами с фазовой отсечкой (TRIAC), которые были разработаны для диммирования резистивных нагрузок.

    Отличающаяся конкурентоспособностью по цене, невосприимчивостью к электромагнитным помехам / электромагнитным помехам, малой занимаемой площадью и простотой конструкции, топология линейного управления вызывает все больший интерес в отрасли. Однако линейные драйверы борются с присущими им недостатками, которые не позволяют им войти в массовые приложения во многих категориях продуктов.

    1. Линейный драйвер светодиода может иметь низкую эффективность, когда напряжение питания значительно превышает напряжение нагрузки.

    2. Избыточная мощность выделяется в виде тепловой энергии, что приводит к увеличению термической нагрузки на схему драйвера и, скорее всего, на светодиоды, если тепло не рассеивается эффективно.

    3. Ограничение необходимости поддерживать напряжение нагрузки ниже, чем напряжение питания в определенном диапазоне, приводит к дополнительному недостатку, заключающемуся в разрешении только ограниченного диапазона напряжения питания.

    4. Линейные драйверы, доступные на рынке, представляют собой преимущественно недорогие схемы, которые не уделяют особого внимания устранению мерцания.

    5. Неизолированная топология не обеспечивает гальванической развязки от сети переменного тока.

    Switched Vs. Линейный

    Конструкция драйвера светодиода предполагает множество компромиссов. При выборе между SMPS и линейными драйверами необходимо учитывать стоимость, эффективность, управляемость, срок службы, диммирование, размер, коэффициент мощности, мерцание, вход / выход, изоляцию от сети переменного тока и различные другие факторы.

    Импульсные источники питания очевидно более эффективны, чем линейные, из-за их модуляции «0/1» (переключение ВКЛ / ВЫКЛ). Они могут быть разработаны для обеспечения высокой энергоэффективности, а также освещения без мерцания при сохранении высокого коэффициента мощности и низкого общего гармонического искажения (THD). Хотя линейные драйверы светодиодов задумывались как перспективное решение для управления светодиодами, в обозримом будущем SMPS по-прежнему будет предпочтительным решением для управления светодиодами для приложений, где первостепенное значение имеют эффективность, управление освещением, качество света и электрическая безопасность.В частности, цифровая управляемость драйверов SMPS, оснащенных технологией интеллектуальных датчиков и возможностью беспроводного подключения, обещает сделать возможным множество приложений Интернета вещей (IoT). Цифровая модуляция позволяет кодировать данные в двоичном формате для высокоскоростной оптической беспроводной связи (LiFi), что значительно расширяет прикладной потенциал драйверов SMPS.

    Тем не менее, привлекательные особенности драйверов SMPS достигаются за счет их зависимости от громоздких, дорогих и ненадежных реактивных компонентов, таких как трансформаторы, катушки индуктивности и конденсаторы.Высокоскоростное переключение вызывает много шума, что приводит к относительно высокому уровню электромагнитных помех, которые необходимо фильтровать и экранировать с помощью дополнительных цепей. Эти дополнительные схемы могут значительно увеличить физические размеры и удвоить общую стоимость драйвера светодиода.

    Самым большим недостатком драйверов SMPS, который также является наиболее привлекательной особенностью линейных драйверов, является их надежность. Схема управления SMPS использует большое количество компонентов, включая фильтры, выпрямители, схемы корректора коэффициента мощности (PFC) и т. Д.Сложная конструкция может снизить надежность схемы. Широкое использование алюминиевых электролитических конденсаторов в PFC в качестве компонента накопления энергии вызывает наибольшую озабоченность по поводу надежности драйвера SMPS. Электролитические конденсаторы известны своей высокой емкостью и высоким номинальным напряжением. Тем не менее электролит в конденсаторе со временем испарится. Скорость испарения линейно зависит от температуры. Высокая температура ускоряет испарение электролита, что вызывает уменьшение емкости и увеличение ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).Повышенное ESR приводит к высоким колебаниям выходного напряжения и шуму. А конденсатор в конечном итоге выходит из строя, когда высыхает электролит, что приводит к преждевременному выходу из строя всей системы освещения. Высокоскоростное переключение может вызвать электромагнитные помехи (EMI), которые отрицательно сказываются на окружающих элементах схемы. Это создает дополнительную проблему проектирования, которую необходимо преодолеть. Использование шумового фильтра приводит к увеличению объема и веса, а также стоимости производства.

    С другой стороны, линейные драйверы обладают большим потенциалом благодаря ранее упомянутым преимуществам.Как правило, они живут дольше, чем драйверы SMPS, упрощают конструкцию лампы, снижают стоимость и значительно сокращают спецификации. Однако сложно разработать линейный драйвер с эффективностью преобразования и подавлением мерцания, сопоставимой со схемами SMPS. Эта технология в настоящее время используется неправомерно. Большинство производителей освещения воспринимают это только как дешевое решение для вождения. Хотя допустимо использовать линейные драйверы в светодиодных светильниках для приложений, где высококачественный свет и изоляция от сети переменного тока не являются главным приоритетом (например,грамм. наружное освещение), некоторые производители пытаются включить это недорогое решение для управления светодиодами в требующие визуального восприятия, чувствительные к безопасности приложения внутреннего освещения без улучшения качества выходного сигнала драйвера (контроль мерцания) и повышения электробезопасности и рассеивания тепла в системе освещения.

    Бортовой водитель (DOB)

    DOB — это типичная реализация топологии линейного вождения. Светодиодный модуль DOB, также называемый светодиодным двигателем переменного тока, вмещает светодиоды и всю электронику драйвера на печатной плате с металлическим сердечником (MCPCB).Технология DOB использует возможность монтажа микросхем драйвера высокого напряжения (переключаемых линейных регуляторов) на MCPCB. В отличие от схемы драйвера SMPS, которая должна быть установлена ​​на маршрутизируемой печатной плате FR4, эти микросхемы драйвера для поверхностного монтажа могут быть припаяны к монтируемой на светодиоды плате MCPCB без разводки цепи. Это полностью устраняет необходимость в специальной сборке драйверов и, таким образом, обеспечивает компактный форм-фактор. Еще одно преимущество конструкции DOB заключается в том, что отличная теплопроводность MCPCB может способствовать быстрому рассеиванию тепла, выделяемого из-за неэффективного преобразования линейного драйвера.

    Энергопотребление

    Обработка мощности, которая происходит внутри SMPS, обычно приводит к неравномерному потреблению мощности из-за модуляции импульсов тока. Способ, которым импульсные регуляторы потребляют импульсы тока из энергосистемы общего пользования, может вызывать изгибы и искажения формы волны тока в линии электропередачи, а также срабатывание предохранителей и автоматических выключателей при уровнях мощности ниже допустимой для линии электропередачи. Наличие этих гармонических искажений и нелинейных нагрузок может привести к различным проблемам, таким как перегрев нейтральных проводов и распределительных трансформаторов, отказ или неисправность оборудования для производства и распределения электроэнергии, а также помехи в цепях связи и т. Д.С точки зрения энергоснабжения, эти вредные помехи от нисходящего электрического оборудования должны быть запрещены. Поэтому коммунальные предприятия предъявляют нормативные требования к коэффициенту мощности (PF) и общему коэффициенту гармонических искажений (THD) электрического оборудования, включая светодиодные светильники с питанием от сети.

    Коэффициент мощности — это отношение потребляемой мощности к поставленной мощности и выражается числом от 0 до 1. У чисто резистивных нагрузок коэффициент мощности равен 1, потому что ток потребляется точно по фазе с линейным напряжением.Тем не менее, реактивные элементы, такие как конденсаторы и катушки индуктивности драйвера светодиода, потребляют дополнительный реактивный ток, который трудно измерить и, следовательно, невозможно для коммунальных предприятий получить прибыль. Что наиболее важно, эта реактивная мощность приведет к тому, что передаваемая мощность (полная мощность) будет больше, чем мощность, фактически необходимая светодиодному светильнику. Это может привести к тому, что инфраструктура коммунального предприятия будет работать с превышением мощности и может привести к потенциальному ущербу, если не будут приняты меры для защиты инфраструктуры от перегрузки из-за дополнительной реактивной мощности.Чем ближе коэффициент мощности к 1, тем точнее совпадают формы сигналов тока и напряжения. По мере уменьшения коэффициента мощности теряется больше мощности в виде реактивной мощности. В коммерческом и промышленном секторах коммунальные предприятия часто взимают дополнительную плату с конечных пользователей, которые работают с электрооборудованием с низким коэффициентом мощности, чтобы компенсировать возросшие затраты на генерацию и передачу.

    Коэффициент мощности светодиодной лампы или светильника стал требованием спецификаций на многих рынках. Директива ЕС требует, чтобы светодиодный продукт с потребляемой мощностью более 25 Вт имел коэффициент мощности выше 0.9. В США и Design Light Consortium (DLC), и Energy Star имеют правила PF, аналогичные европейским. Штат Калифорния имеет четкие правила для значения коэффициента мощности, которое должно быть выше 0,9 для всех уровней мощности светодиодного освещения жилых и коммерческих помещений. Чтобы соответствовать нормативным значениям коэффициента мощности, драйверы светодиодов с питанием от сети, разработанные для сетей переменного тока, должны использовать некоторую форму коррекции коэффициента мощности для поддержания высокого коэффициента мощности в широком диапазоне входных напряжений. Схема коррекции коэффициента мощности (PFC) обычно используется для минимизации реактивной мощности и максимизации доступной мощности от источника и распределительных кабелей.Схемы PFC, которые включают в себя активные и пассивные PFC, формируют и синхронизируют по времени входной ток в синусоидальную форму волны, которая находится в фазе с линейным напряжением.

    Общие гармонические искажения (THD) часто возникают одновременно с проблемой низкого коэффициента мощности. THD — это измерение искажения формы волны тока, вызванного нелинейными электрическими нагрузками, такими как нагрузки выпрямителя. Искаженные формы волны тока могут снизить коэффициент мощности и также создать гармонические искажения. Гармонические искажения также возникают, когда нагрузка потребляет ток, не похожий на истинную синусоиду.THD представлен в процентах. Чем ниже значение, тем лучше. Высокий коэффициент нелинейных искажений может вызвать проблемы в оборудовании распределения электроэнергии. Поэтому важно, чтобы драйверы светодиодов соответствовали нормативным значениям THD (обычно менее 20%) во всем диапазоне входного напряжения. THD подавляется схемой коррекции коэффициента мощности, которая должна эффективно формировать входной ток, чтобы генерировать минимальную энергию на более высоких частотах.

    Регулировка яркости может влиять как на коэффициент мощности, так и на коэффициент нелинейных искажений. Следовательно, необходимо измерять коэффициенты мощности и нелинейные искажения на выходах с полной и низкой яркостью.

    Регулятор яркости

    Переход от традиционной технологии освещения к твердотельному освещению обусловлен необходимостью повышения эффективности, контроля и взаимодействия. В основе управления освещением лежит технология затемнения, которая является неотъемлемой функцией систем управления освещением. Одним из преимуществ светодиодов является их способность мгновенно реагировать на изменения потребляемой мощности, которые регулируются драйвером светодиода. Эффективность регулирования яркости светодиодного драйвера становится все более важной, поскольку освещение становится более связным и адаптируемым к потребностям и предпочтениям пользователя.Наиболее часто используемые элементы управления диммером-драйвером включают симистор (триод для переменного тока), 0–10 В и DALI (интерфейс цифрового адресного освещения). Широтно-импульсная модуляция (PWM) и уменьшение постоянного тока (CCR) — наиболее распространенные методы, используемые для уменьшения яркости светодиодных нагрузок от драйвера.

    Диммеры

    с фазовым управлением работают путем отключения частей цикла переменного напряжения для управления светоотдачей. Цепи управления фазой включают в себя 2-проводное управление прямой фазой (передний фронт), 2-проводное управление обратной фазой (задний фронт) и 3-проводное управление прямой фазой (передний фронт).Регулировка яркости с управлением фазой часто используется в модернизируемых приложениях, где протягивание новой или дополнительной проводки ответвленной цепи или внутренней проводки управления может быть сложным и дорогим. Однако драйвер светодиода должен быть спроектирован так, чтобы распознавать и реагировать на сигналы напряжения от схемы регулирования яркости. Неспособность интерпретировать выходной сигнал переменного фазового угла при регулировке яркости может вызвать мерцание и уменьшить диапазон регулировки яркости.

    0-10 В — это 4-проводной (горячий и нейтральный, плюс 2 низковольтных управляющих провода) метод диммирования, который иногда называют диммированием 1-10 В, поскольку большинство типичных диммируемых драйверов 0-10 В могут диммировать только от 100% ( 10 В) до 10% (1 В), а 0 В выключает лампу.В этом методе драйвер является источником тока для сигнала постоянного тока и, следовательно, надежен при диммировании, происходящем в драйвере. Схема управления отправляет управляющие сигналы низкого напряжения для настройки входа на драйвер, изменяя напряжение от 1 В до 10 В постоянного тока. Поскольку управляющий сигнал представляет собой небольшое аналоговое напряжение, длинные участки проводов могут вызвать падение напряжения и вызвать падение уровня сигнала. 0-10V — это универсальный протокол управления в осветительной отрасли, который широко используется в коммерческих осветительных приборах.Однако стандарты затемнения 0–10 В для архитектурных приложений в США не определяют значение минимальной светоотдачи и не учитывают форму кривой затемнения. Это может вызвать несовместимость элементов управления и устройств от разных производителей.

    DALI, способный обеспечивать адресацию отдельных устройств и обратную связь по состоянию от нагрузок, обеспечивает большую гибкость в управлении освещением через 4-проводную систему (горячий и нейтральный плюс 2 низковольтных канала передачи данных без топологии).DALI обычно используется там, где стратегия управления требует, чтобы осветительный прибор реагировал более чем на один контроллер (например, переключатель ручного управления и датчик присутствия). DALI — это двунаправленный протокол, и система освещения DALI может управлять до 64 контрольными точками (драйверы, диммеры, реле) без использования центрального блока управления. Протокол DALI использует логарифмическое регулирование яркости, которое обеспечивает 256 ступеней яркости со стандартизированной кривой затемнения в диапазоне от 0,1% до 100%.

    PWM управляет яркостью светодиода, изменяя рабочий цикл постоянного тока с частотой импульсов, достаточно высокой, чтобы быть незаметным для человеческого глаза.Отношение времени включения к времени выключения определяет воспринимаемую интенсивность света. Широтно-импульсная модуляция поддерживает постоянный прямой ток, что устраняет проблему смещения цвета и, таким образом, является преимуществом для приложений, требующих постоянного CCT в широком диапазоне диммирования. ШИМ-регулировка яркости обычно используется как для статической, так и для динамической регулировки интенсивности с источниками белого света, а также светодиодами RGB. В приложениях для смешивания цветов RGB, затемнение с ШИМ позволяет точно отрегулировать яркость отдельных источников для получения желаемого цвета.Однако переключение на высокой скорости может создавать электромагнитные помехи. Драйверы PWM не могут быть установлены удаленно от источника света, потому что увеличенное расстояние передачи от драйвера к источнику света может мешать высокочастотным, чувствительным ко времени рабочим циклам.

    CCR или аналоговое регулирование яркости регулирует интенсивность света путем изменения тока привода постоянного тока, протекающего через светодиод. Поскольку ток изменяется линейно, CCR практически не мерцает. Диммирование с постоянным током также может работать в более широком диапазоне светового потока, чем обычное диммирование с отсечкой фазы.К недостаткам CCR относятся низкая производительность при низких токах (ниже 10%), изменение цвета светодиодов при уменьшении яркости светодиодов до 20% от номинальной мощности и асинхронный отклик при более высоких токах из-за эффекта спада. Схемой регулирования яркости CCR можно управлять с помощью различных протоколов, таких как 0–10 В, DALI и ZigBee. CCR и PWM могут быть объединены для обеспечения гибридного затемнения, так что можно использовать преимущества обоих методов.

    Подавление мерцания

    Мерцание — это амплитудная модуляция светового потока, которая может быть вызвана колебаниями напряжения в сети переменного тока, остаточной пульсацией выходного тока, подаваемого на нагрузку светодиода, или несовместимым взаимодействием между схемами диммирования и источниками питания светодиодов.Мерцание может вызывать другие временные световые артефакты (TLA), в том числе стробоскопический эффект (неправильное восприятие движения) и фантомный массив (узор появляется при движении глаз). TLA бывают как видимыми, так и невидимыми. Мерцание, возникающее на частотах 80 Гц и ниже, напрямую видно глазу, а невидимое мерцание — это временные изменения, возникающие на частотах 100 Гц и выше. Стробоскопический эффект и фантомная матрица обычно возникают в диапазоне частот от 80 Гц до 2 кГц, их видимость варьируется в зависимости от населения.Хотя невидимые TLA не воспринимаются человеческим глазом, они все же могут иметь ряд негативных последствий.

    Мерцание и другие TLA — это нежелательные временные паттерны светового потока, которые могут вызывать напряжение глаз, нечеткое зрение, зрительный дискомфорт, снижение зрительной способности и, в некоторых случаях, даже мигрень и светочувствительные эпилептические припадки. Поэтому они являются одними из ключевых факторов при оценке качества света. Целевое использование искусственного освещения играет роль. Различные сценарии освещения могут допускать разный уровень временных световых артефактов.TLA могут быть менее важны для проезжей части, парковки и наружного архитектурного освещения или других приложений, где продолжительность воздействия искусственного света ограничена. Искусственный свет с высоким процентом мерцания не следует использовать как для внешнего, так и для рабочего освещения в домах, офисах, классных комнатах, гостиницах, лабораториях и промышленных помещениях. Освещение без мерцания имеет решающее значение не только для визуальных задач, требующих точного позиционирования глаз и условий, в которых уязвимые группы населения проводят много времени, но и для телевещания HDTV, цифровой фотографии и замедленной записи в студиях, стадионах и спортзалах.Видеокамеры могут улавливать TLA так же, как человеческий глаз улавливает эти эффекты.

    Ключ к уменьшению мерцания заключается в драйвере светодиода, который предназначен для преобразования коммерческой мощности переменного тока в мощность постоянного тока и фильтрации любых нежелательных пульсаций тока. Достаточно большие пульсации, которые обычно возникают при частоте, в два раза превышающей напряжение сети переменного тока, в постоянном токе, подаваемом на светодиодную нагрузку, приводят к мерцанию и другим визуальным аномалиям с частотой 100/120 Гц. Таким образом, допустимый уровень пульсаций тока в светодиодах, например пульсация ± 15% (всего 30%), должен быть определен в драйверах светодиодов для различных приложений, где мерцание имеет значение.Пульсации можно сгладить, используя конденсатор фильтра. Одной из основных проблем при разработке драйверов является фильтрация пульсаций и гармоник без использования громоздких короткоживущих высоковольтных электролитических конденсаторов на первичной стороне. Светодиодные двигатели переменного тока по своей природе восприимчивы к явлению мерцания, потому что светодиоды фактически работают от того, что по сути является промежуточным напряжением постоянного тока, которое было бы в системе светодиодного освещения на основе SMPS. Быстрое изменение полярности вызывает мерцание интенсивности на частоте, вдвое превышающей синусоидальную частоту переменного тока.Несмотря на простоту конструкции схемы, требуются дополнительные схемы, чтобы эффективно уменьшить временные колебания источника питания.

    Стандарты ограничения мерцания для различных приложений еще не установлены. IES установила два показателя для количественной оценки мерцания. Процент мерцания измеряет относительное изменение модуляции света (глубину модуляции). Индекс мерцания — это показатель, который характеризует изменение интенсивности по всей периодической форме волны (или скважности для прямоугольных сигналов).Процент мерцания лучше известен обычным потребителям. В целом, 10-процентное мерцание или меньше при 120 Гц или 8-процентное мерцание или меньше при 100 Гц приемлемо для большинства людей, за исключением групп риска, 4-процентное мерцание или меньше при 120 Гц или 3-процентное мерцание или меньше при 100 Гц считается безопасным для всех групп населения и очень востребованным в визуально интенсивных приложениях. К сожалению, большое количество светодиодных ламп и светильников, представленных в настоящее время на рынке, имеют высокий процент мерцания. В частности, светодиодные фонари переменного тока имеют мерцание, обычно превышающее 30 процентов при 120 Гц.

    Защита цепи

    В зависимости от топологии драйвера, конструкции схемы и условий применения драйверы светодиодов могут работать в условиях аномалий нагрузки и ненормальных условий эксплуатации, таких как перегрузка по току, перенапряжение, пониженное напряжение, короткое замыкание, обрыв цепи, неправильная полярность, потеря нейтрали, перегрев и т. Д. Следовательно, драйверы светодиодов должны включать механизмы защиты для решения этих проблем.

    Выходное напряжение некоторых драйверов постоянного тока, особенно импульсных повышающих преобразователей, может слишком сильно превышать номинальное напряжение привода из-за отключения нагрузки или чрезмерного сопротивления нагрузки.Защита от разомкнутой цепи или защита от перенапряжения на выходе (OOVP) обеспечивает механизм отключения, который использует стабилитрон для обеспечения обратной связи и проведения выходного тока на землю, когда выходное напряжение превышает определенный предел. Более предпочтительным методом защиты от обрыва цепи является использование схемы активной обратной связи по напряжению для отключения источника питания при достижении точки срабатывания по перенапряжению.

    Защита от перенапряжения на входе (IOVP) предназначена для снятия напряжения цепи управления от перенапряжения в результате операций переключения / изменения нагрузки в электросети, ударов молнии поблизости, ударов молнии непосредственно в систему освещения или электростатического разряда.В линиях переменного тока небольшое, но продолжительное перенапряжение может вызвать высокие токи (импульсы энергии) в драйвере светодиода и светодиодах, что может привести к выходу из строя драйвера светодиода и интерфейсов управления, а также к преждевременному старению светодиодов. Металлооксидный варистор (MOV) или ограничитель переходного напряжения (TVS) может быть размещен на входе для поглощения энергии путем ограничения напряжения. Конденсатор с пластиковой пленкой, который обычно подключается к линии переменного тока, чтобы уменьшить эмиссию электромагнитных помех, также помогает поглощать часть энергии в импульсных импульсах.

    Драйверы светодиодов

    обычно имеют ограниченный уровень защиты от перенапряжения за счет встроенных схем защиты от перенапряжения. В некоторых приложениях, таких как уличное освещение, к драйверу должны быть добавлены дополнительные устройства защиты от перенапряжения, способные выдерживать многократные скачки или удары, чтобы защитить компоненты, расположенные ниже по потоку, от сильных скачков напряжения. УЗИП должен быть рассчитан на уменьшение или разрядку высокой энергии импульса минимум 10 кВ и 10 кА в соответствии с ANSI C136.2.

    Короткое замыкание на нагрузке линейного источника питания может привести к перегреву, но не влияет на ток, подаваемый на каждый светодиод, поскольку цепи ограничения тока обеспечивают автоматическую защиту от короткого замыкания.Однако в импульсном понижающем стабилизаторе короткое замыкание приведет к выходу из строя светодиода или всего модуля в зависимости от конструкции схемы. Выход из строя одного светодиода обычно минимально влияет на общую светоотдачу. Изменение напряжения можно уравновесить с помощью саморегулирующейся схемы распределения тока, которая по-прежнему распределяет ток равномерно. С другой стороны, короткое замыкание на нагрузке светодиодной цепочки может существенно повлиять на общий световой поток. Механизм обнаружения отказов защиты от короткого замыкания может быть реализован путем контроля рабочего цикла.Короткое замыкание обычно приводит к очень короткому рабочему циклу.

    Защита от перегрева для светодиодных систем включает температурную защиту модуля (MTP) и ограничение температуры драйвера (DTL). DTC использует резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для снижения выходного тока, когда максимальная температура в точке корпуса драйвера в приложении превышает заранее установленный предел. MTC контролирует температуру светодиодного модуля и взаимодействует с драйвером, который автоматически снижает ток, подаваемый на светодиоды, когда MTC определяет пороговую температуру.DTL также может использоваться в качестве альтернативы MTP, если точка TC драйвера и температура светодиодного модуля могут быть коррелированы.

    EMI и EMC

    Электромагнитные помехи (EMI), также называемые радиочастотными помехами (RFI), влияют на другие электрические цепи в результате либо электромагнитной проводимости, либо электромагнитного излучения, испускаемого электроникой, такой как драйверы светодиодов, радиоприемники CB и сотовые телефоны. Любой драйвер светодиодов, подключенный к сети переменного тока, должен соответствовать стандартам излучения, таким как определено в IEC 61000-6-3.В схеме управления светодиодами переключение MOSFET обычно является основным источником электромагнитных помех. Компоновка печатной платы с короткими и компактными путями для коммутируемых токов также важна для ограничения электромагнитных помех. В некоторых приложениях требуется входной фильтр для уменьшения высокочастотных гармоник, и конструкция этой схемы имеет решающее значение для поддержания низкого уровня электромагнитных помех. Заземляющий слой на печатной плате должен оставаться сплошным, чтобы избежать создания токовой петли, вызывающей излучение высоких уровней электромагнитных помех. Металлический экран может быть установлен над зоной переключения, чтобы обеспечить защиту от электромагнитного излучения.

    Электромагнитная совместимость (ЭМС) — это способность устройства или системы работать в своей электромагнитной среде, не создавая электромагнитных помех, мешающих соседнему оборудованию, или не подвергаясь влиянию электромагнитных помех, излучаемых соседним оборудованием. Эффективность ЭМС драйвера светодиода часто автоматически обеспечивается хорошей схемой защиты от электромагнитных помех. Однако электростатический разряд (ESD) и устойчивость к скачкам напряжения, которые не учитываются в практике EMI, также влияют на характеристики EMC.

    Меры безопасности

    Безопасность всегда должна оставаться приоритетом номер один при оценке водителя и системы освещения, с которой он работает.Очень желателен драйвер светодиодов с питанием от сети с диэлектрической изоляцией, например, 1500 В RMS (50 или 60 Гц) от входа до выхода. Изоляцию входной / выходной цепи можно выполнить только с помощью трансформатора с первичной и вторичной обмотками с хорошей гальванической развязкой. Выходное напряжение должно быть ниже предела безопасного сверхнизкого напряжения (SELV) 60 В постоянного тока согласно IEC 61140. Однако растет число светодиодных осветительных приборов, которые реализуют неизолированную топологию с целью сокращения затрат.Риск поражения электрическим током является серьезной проблемой для светодиодной продукции, управляемой недорогими линейными регуляторами. Эти цепи не обеспечивают развязку между входными и выходными цепями, а электрическая изоляция систем освещения, возможно, не была должным образом проверена.

    Для продуктов с питанием от переменного тока необходимо учитывать вопросы длины пути утечки и зазоров. Длина пути утечки между первичной и вторичной цепями должна соответствовать требованиям к расстоянию, в противном случае возможно поражение электрическим током или возгорание.Необходимо учитывать зазор, который определяется как кратчайшее расстояние между двумя проводящими частями, чтобы предотвратить искрение между электродами, вызванное ионизацией воздуха. Поскольку размеры электронных схем продолжают уменьшаться, хорошая конструкция печатной платы имеет важное значение для схемы драйвера, чтобы не только уменьшить эмиссию электромагнитных помех, но также уменьшить проблемы утечки и зазоров.

    Все электропроводящие и прикосновенные части драйвера светодиода класса защиты I с питанием от сети должны быть заземлены.Драйверы светодиодов, предназначенные для работы с системами светодиодного освещения для жилых и коммерческих помещений, обычно относятся к Классу II. Для драйверов светодиодов класса II нет заземления корпуса, но все проводники внутри драйверов класса II должны быть двойными или усиленно изолированными, чтобы обеспечить хорошую изоляцию между цепью питания от сети и выходной стороной или металлическим корпусом драйвера.

    Температурные характеристики

    Драйвер светодиода сконфигурирован для преобразования сетевого напряжения переменного тока в выходное напряжение постоянного тока с максимальной эффективностью, и любая энергия, потерянная в процессе преобразования, будет преобразована в тепло.Это означает, что драйвер светодиода с КПД 90% требует входной мощности 100 Вт / 0,9 = 111 Вт для управления нагрузкой 100 Вт. Среди входной мощности 11 Вт — потери мощности, которые уходят в виде тепла. Это создает высокую тепловую нагрузку на схему драйвера светодиода. Когда драйвер размещен в корпусе светильника, тепловая нагрузка от светодиодов приведет к дополнительному увеличению температуры драйвера. Помимо использования компонентов, рассчитанных на высокие температуры, драйвер должен быть спроектирован так, чтобы отводить тепло от термочувствительных компонентов.Избыточное тепловыделение вызовет проблемы с надежностью компонентов, включая электролитические конденсаторы, которые высыхают под воздействием тепла. Поэтому температура, при которой работает светодиодный драйвер, принципиально важна для определения срока его службы. Для облегчения отвода тепла в драйверах светодиодных светильников высокой мощности используются алюминиевые корпуса, которые могут поставляться с ребрами высокой плотности и теплопроводящей заливкой.

    Защита от проникновения

    Драйверы светодиодов

    для освещения проезжей части, улицы, наружного и ландшафтного освещения должны быть герметизированы для защиты от попадания пыли, влаги, воды и других предметов, которые могут проникнуть внутрь продукции.Высокая степень защиты от проникновения (IP) для светодиодных драйверов имеет решающее значение для использования в помещениях, таких как автомойки, чистые помещения, разливочные и консервные заводы, предприятия пищевой промышленности, фармацевтические предприятия или любое промышленное применение, требующее ежедневного мытья под высоким давлением. Автономные драйверы светодиодов для влажных помещений обычно залиты силиконом, чтобы улучшить целостность корпуса, а также облегчить электрическую изоляцию и управление температурой. Эти драйверы обычно имеют степень защиты IP65, IP66 или IP67.

    Место воздействия

    Драйверы светодиодов

    могут быть установлены удаленно или совместно с корпусами ламп или светильников. В совместно размещенных системах без DOB драйвер должен быть термически изолирован от светодиодов, которые выделяют огромное количество тепла. При проектировании корпуса светильника следует учитывать техническое обслуживание драйвера. В удаленных системах драйверы ШИМ могут терять производительность на большом расстоянии. Таким образом, CCR является предпочтительным методом диммирования для удаленных систем.

    Микроконтроллер

    — Разработка мощного драйвера светодиода с ШИМ

    Обновление:

    При условии, что я настроил PIC и правильно запрограммировал его (планируя использовать это руководство для взаимодействия с ним как с USB HID-устройством), будет ли это подходящей конфигурацией? Я не совсем уверен, как мне следует выводить значения для пассивных компонентов за пределами производителей, учитывая пример приложения конфигурации buck.

    Я также не могу найти никаких примеров использования этого драйвера с цифровым ШИМ (в отличие от преобразования цифрового в аналоговый), и я не могу найти достаточно объяснений того, как работают контакты DCTRL и ACTRL.В этой схеме я предположил, что он будет работать так, как я предполагал, просто подав сигнал ШИМ непосредственно на вывод DCTRL и оставив ACTRL нетронутым. В любом случае, если бы я хотел использовать цифро-аналоговое преобразование, мне просто нужно было бы добавить конденсатор от ACTRL к GND (Richtek предлагает 0,47 мкФ).

    Еще раз спасибо 🙂


    edit 4: Из моего последнего комментария — … Я думаю, что склоняюсь к использованию RT8482 и NTD4960 для управления светодиодом и интеграции его на печатную плату вместе с PIC18F2550 и связанным с ним интерфейсом USB.Если бы я сделал это, как бы мне рассчитать значения резистора / конденсатора / индуктора для стороны драйвера схемы (предполагая диапазон тока 0-1,5 А или 0-2 А для светодиода)? Хуже всего в этом проекте на данный момент то, что программист для PIC будет стоить больше, чем частей = _ =

    edit3: Учитывая ответы, которые у меня есть в настоящее время, я должен иметь дело с аналоговой частью схемы, однако я все еще не понимаю, как мне генерировать сигнал ШИМ. Какие типы микроконтроллеров мне следует рассмотреть, учитывая ограничения, связанные с тем, что они не должны делать ничего, кроме генерации сигнала PWM и иметь возможность взаимодействовать через USB (будь то собственный USB или преобразование в USB из другого стандарта)?

    В настоящее время я ищу драйвер для одного мощного светодиода, яркость которого можно регулировать и включать / выключать через ПК.Я использую светодиод Cree XM-L (здесь таблица данных, это модель нейтрального белого цвета 240 лм, номер детали: 000LT40E4). У меня уже есть графический интерфейс, написанный на C #, для управления другими частями проекта (камерой и 3-осевыми двигателями), и я хотел бы интегрировать управление освещением в свою программу. В настоящее время мы используем базовую аналоговую схему для управления светодиодами (не более чем токоограничивающий резистор и реостат).

    Я полагаю, что лучшим подходом было бы создание небольшой схемы драйвера постоянного тока с ШИМ-управлением.Я наткнулся на эту схему на Instructables и думаю, что она удовлетворит мои потребности (однако у меня нет никаких обязательств по дизайну, поэтому любые идеи будут оценены).

    Что касается схемы выше, я не уверен, какие детали я бы хотел получить (для транзисторов, стабилитрона, если необходимо), и точно так же я понятия не имею, какой микроконтроллер мне понадобится. У меня почти нет опыта работы с микроконтроллерами, поэтому я не уверен, что мне нужно для начала. У меня не должно возникнуть проблем с программированием контроллера, я просто не знаю, какой тип контроллера я бы использовал для этого приложения.Точно так же я не уверен, как бы связать контроллер с ПК после его программирования, хотя я предполагаю, что RS-232 будет возможным, и в этом случае у меня не должно быть проблем; Я могу использовать преобразователь RS-232 -> USB и работать с последовательной связью в рамках C #.

    Я также наткнулся на микросхемы, подобные этой Maxim-IC MAX16834, но мне кажется, что они а) избыточны и б) менее эффективны, учитывая, что мне все еще нужен микроконтроллер для генерации сигнала ШИМ и питания транзисторов, поэтому я мог бы просто используйте базовую схему, указанную выше, и используйте вместо нее транзисторы PWM и NPN.

    Что касается моего опыта, я поступаю на третий год обучения по программе EE в UMass Amherst. Я знаком с базовым анализом схем и программированием, но еще ничего не узнал об электронике, поэтому я публикую этот вопрос. Я понимаю суть большинства схемотехнических решений, я просто не знаю, как создавать их с нуля, так как не знаю, как вычислять значения, когда в смесь добавляются неэлементарные элементы (в основном транзисторы). Я чувствую, что с простым списком деталей и схемой для этого проекта я смогу разобраться в остальном (все, что осталось на самом деле, — это программировать микроконтроллер).

    Если я упустил что-то важное, дайте мне знать. Заранее спасибо!

    edit: Я забыл упомянуть, что на данный момент светодиод обычно не пропускает 400 мА. Он рассчитан на номинальный ток 700 мА (но рассчитан на работу до 3 А). Я не уверен, какие уровни света нам понадобятся в конце, но я бы хотел иметь возможность обеспечивать до 2А.

    edit2: Чтобы ответить на вопрос Рассела МакМахона, я бы предпочел выключить светодиод на 5 В (у меня уже есть Cincon CFM20 5 В, источник постоянного тока 20 Вт), но если для потенциальной схемы потребуется другой источник питания, это не будет проблема купить новую поставку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *