Как подобрать драйвер светодиодной лампы: виды, назначение + особенности подключения

Выбор драйвера

Выбор драйвера во многом определяет место, где планируется установка светильника.

Например, в условиях складского помещения для светильника понадобится драйвер с рабочей температурой выше 0◦С и степенью влагостойкости от IP 20

Если освещать будем офис или любое другое административное помещение, где работают люди и нужна высокая освещаемость, то в таком случае надо брать во внимание и коэффициент пульсации: он не должен быть выше 5%. Границы входящего напряжения зависят от конкретных условий

Например, если в помещении установлено большое количество оборудования или оно достаточно мощное, то есть вероятность падения (скачков) напряжения в сети. В этом случае понадобится источник питания с универсальным входом.

Блоки питания и драйверы для светодиодных светильников

Напряжение в сети офисных помещений обычно стабильно, и стандартного диапазона входных напряжений бывает более чем достаточно. Но в любом случае светодиодный светильник нуждается в корректоре коэффициента мощности, потому что прибавочная мощность оказывается выше порога в 25 Ватт. Есть модели, рассчитанные на внутреннее освещение. Это модели светильников PLD-40 и PLD-60. Их коэффициент пульсации не выше 20%, а значит, они подойдут для освещения помещений, не требовательных к яркому освещению. Драйверы таких моделей защищены от короткого замыкания и перегревов, а также имеют полное соответствие требованиям электромагнитной совместимости. Таким образом, примеры моделей PLD-40 и PLD-60 продемонстрировали нам прекрасное соответствие для стандартных светильников без регулировки освещения.

Блок питания PLD-60-1050B для внутреннего светодиодного освещения

Требования к драйверам в зависимости от назначения светильника:

Если светильник устанавливается для наружного освещения, то главное требование для его драйвера – это широкий диапазон переносимых температур, гарантирующих исправную работу после длительного нахождения на морозе.

Герметичный контроллер с драйвером светодиодного светильника

Блок питания (кроме того, что он должен быть защищен указанным способом) должен обладать широким диапазоном входного напряжения ввиду того, что линии питания весьма нестабильны. Он должен быть надежно защищен от перепадов напряжения.

Если светильник устанавливается для освещения дорог, железной дороги, метро, то драйвер у такого светильника должен обладать виброустойчивостью. Этому способствует компаунд, который залит в блоки питания, что позволяет ему не воспринимать вибрации. В противном случае элементы просто отвалятся от платы при первой же вибрационной атаке.

От качества выполнения деталей драйвера зависят все параметры и возможности светильника. Среди них и такие важные, как уровень пульсации, диапазон рабочих температур, устойчивость к скачкам напряжения, температурный диапазон

Вот почему так важно качество комплектующих этого прибора. Как известно, светодиодный светильник led сам по себе является очень надежным осветительным прибором, отличающимся долговечностью

Однако он не сможет пройти весь срок своей службы, если не подойти должным образом к выбору драйвера в светодиодных лампах. Ведь основная причина выхода из строя светильника — не перегоревший светодиод, а плохой драйвер. Именно из-за него вам придется носить светильник на ремонт.

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Он преобразует электроток:

• задает ему амплитуду;
• выпрямляет – делает его постоянным;
• подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

1. Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
2. Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
3. Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Теория питания светодиодных ламп от 220 в

Лед-лампа, лента под потолком или подсветка в современном телевизоре являются совокупностью нескольких мощных небольших светодиодов, размещенных в пространстве нужным образом.

Если каждый из них способен пропускать ток в 1 А при напряжении 3,3 V, то в осветительную сеть их включить нельзя – сразу сгорят. Можно воспользоваться делителем из резисторов, но на них будет рассеиваться большая мощность. Поэтому КПД светильника будет небольшим.

Для снижения напряжения и преобразования тока в постоянный применяют драйверы. Внутри этих устройств могут быть различные стабилизаторы тока, емкостно-резистивные делители и т. д.

В схему могут входить транзисторы, микросхемы, конденсаторы и т. д. Такие преобразователи меняют напряжение и обеспечивают подачу нужного количества тока каждому элементу.

Как подобрать

Правильный подбор led-driver для питания светодиода должен учитывать следующие параметры:

• Значение напряжения на входе.
• Величину выходного напряжения.
• Ток на выходе.
• Выходную мощность.
• Влаго- и пылезащиту.

Основной принцип правильного выбора драйвера для светодиода – начинать расчет его характеристик только после того, как будет точно известно количество источников света и их основных параметров (прежде всего мощности) в планируемой схеме. Кроме того, необходимо заранее знать условия эксплуатации электрооборудования – в помещении или на улице, каковы параметры колебания температуры и влажности, а также действие атмосферных осадков.

Далее нужно правильно рассчитать выходные параметры для led-driver. Прежде всего это напряжение. Подсчитывается следующим образом – необходимо суммировать значение всех лед-элементов в цепочке. Например, если в схеме 5 диодов по 3 вольта, в сумме получится 5х3=15 вольт. При этом нужно учесть, что соединение светильников будет последовательное. Во входных характеристиках есть еще одна величина – сила тока. Она будет одинакова для всех ламп.

Например, если ее значение 500 мА для каждого диода, то led-driver должен обладать выходным параметрами – 15 В и 0,5 А. Что касается силы тока, то она должна быть либо равна расчетной, либо ниже. Если будет выше, то лампы быстро (если не сразу после включения) сгорят. Также потребуется рассчитать и мощность. Для этого нужно перемножить выходное напряжение на силу тока – 15х0,5=7,5 Вт. Причем лучше будет, если мощность драйвера будет немного выше на 20% расчетного значения.

Получается, требуется led-driver на 9 Вт, 15 В и 0,5 А. Место размещения драйвера имеет большое влияние на его внешний вид. Устройство может быть с защитным корпусом и без. Последний ставят внутрь ламп с надежной оболочкой. Если же требуется хорошая влаго- и пылестойкость, то лучше приобретать модели первого типа.

При сборке схемы с лэд-драйвером своими руками для подсветки необходимо покупать только однотипные светодиоды из одной партии. В противном случае они могут иметь существенный разброс характеристик, что приведет к неравномерному их свечению и быстрому выходу из строя элементов, работающих на пределе.

Виды преобразователей тока по типу устройства

Производятся драйверы двух типов: линейные и импульсные. У них одна функция, но сфера применения, технические особенности и стоимость различаются. Сравнение преобразователей разных типов представлено в таблице:

Тип  устройства	Технические характеристики	Плюсы	Минусы	Сфера применения
Линейный	Генератор тока на транзисторе с p-каналом, плавно стабилизирует ток при переменном напряжении	Не создает помех, недорогой	КПД менее 80%, сильно нагревается	Маломощные светодиодные светильники, ленты, фонарики
Импульсный	Работает на основе широтно-импульсной модуляции	Высокий КПД (до 95%), подходит для мощных приборов, продлевает срок службы элементов	Создает электромагнитные помехи	Тюнинг автомобилей, уличное освещение, бытовые LED-источники

В чем отличия между драйвером для светодиодов и блоком питания для LED ленты

Бытует мнение, что блоки питания для светодиодных лент – нечто другое, чем обычный led драйвер. Попробуем прояснить этот вопрос, а заодно научимся правильно выбирать драйвер для светодиодной ленты. Светодиодная лента – это гибкая подложка, на которой расположены все те же светодиоды

Они могут стоять в 2, 3, 4 ряда, это не так важно. Важнее разобраться, как они соединены между собой. Все полупроводники на ленте разбиты на группы по 3 светодиода, соединенных последовательно через токоограничивающий резистор

Все группы, в свою очередь, соединены параллельно:

Все полупроводники на ленте разбиты на группы по 3 светодиода, соединенных последовательно через токоограничивающий резистор. Все группы, в свою очередь, соединены параллельно:

Лента продается в бобинах обычно длиной по 5 м и рассчитана на рабочее напряжение 12 или 24 В. В последнем случае в каждой группе будет не 3, а 6 светодиодов. Предположим, ты купил ленту на 12 В с удельной потребляемой мощностью 14 Вт/м. Таким образом, общая мощность, потребляемая всей бобиной, составит 14 * 5 = 70 Вт. Если тебе не нужна такая длинная, ты можешь отрезать ненужную часть с условием, что будешь резать ее между секциями. Например, ты отрезал половину. Какие характеристики при этом изменятся? Только потребляемая мощность: она уменьшится вдвое.

Надо ли ограничивать и стабилизировать ток через обычный светодиод? Безусловно, иначе он сгорит. Но мы совсем забыли о резисторе, установленном в каждой секции ленты. Он служит для ограничения тока и подобран таким образом, что при подаче на секцию ровно 12-ти вольт ток через светодиоды будет оптимальным. В задачу драйвера светодиодной ленты входит удержание питающего напряжение строго на уровне 12 В. Все остальное берет на себя токоограничивающий резистор.

Таким образом, главное отличие блока питания led ленты от обычного led драйвера – четко фиксированное выходное напряжение 12 или 24 В. Здесь уже не получится использовать обычный драйвер с выходным напряжением, скажем, от 9 до 14 В.

Остальные критерии выбора блока питания для светодиодной ленты следующие:

• входное напряжение. Методика выбора та же, что и для обычного драйвера: прибор должен быть рассчитан на то входное напряжение и тот род тока, которым ты будешь питать светодиодную ленту;
• выходная мощность. Мощность блока питания должна быть минимум на 10% выше мощности ленты. При этом слишком большой запас брать не стоит: снижается КПД всей конструкции;
• класс защиты от окружающей среды. Методика та же, что и для светодиодного драйвера (см. выше): в прибор не должны попадать пыль и влага.

Драйвер для светодиодной ленты – не что иное, как высококачественный, но обычный стабилизатор напряжения. Он выдает строго фиксированное напряжение, но абсолютно не следит за выходным током. При желании и для эксперимента вместо него ты можешь использовать, к примеру, блок питания от ПК (шина 12 В). Яркость и долговечность ленты от этого не пострадают.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Ремонт драйвера (LED) фонарей

Ремонт переносного источника света зависит от его схемотехнического решения. Если фонарь не горит или светит слабо, сначала проверяют элементы питания и меняют их, если это нужно.

После этого в драйверах с аккумуляторами проверяют тестером или мультиметром детали модуля зарядки: диоды моста, входной конденсатор, резистор и кнопку или переключатель. Если все исправно, проверяют светодиоды. Их подключают к любому источнику питания напряжением 2-3 В через резистор 30-100 Ом.

Рассмотрим четыре типичные схемы фонарей и неисправности, возникающие в них. Первые два работают от аккумуляторов, в них вставлен модуль зарядки от сети 220 В.

Схемы аккумуляторного фонарика с вставленным модулем зарядки 220 В.

В первых двух вариантах светодиоды часто перегорают как по вине потребителей, так и из-за неправильного схемотехнического решения. При извлечении фонаря из розетки после зарядки от сети палец иногда соскальзывает и нажимает на кнопку. Если штыри устройства еще не отсоединились от 220 В, возникает бросок напряжения, светодиоды перегорают.

Во втором варианте при нажатии кнопки аккумулятор подсоединяется к светодиодам напрямую. Это недопустимо, так как они могут выйти из строя при первом же включении.

Ели при проверке выяснилось, что матрицы сгорели – их следует заменить, а фонари доработать. В первом варианте необходимо изменить схему подключения светодиода, показывающего, что аккумулятор заряжается.

Схема драйвера светодиодного фонарика на аккумуляторе с кнопкой.

Во втором варианте вместо кнопки следует установить переключатель, а затем последовательно с каждым источником света припаять по одному добавочному резистору. Но это не всегда возможно, так как часто в фонарях устанавливают светодиодную матрицу. В таком случае к ней следует припаять один общий резистор, мощность которого зависит от типа применяемых LED элементов.

Схема светодиодного фонарика на аккумуляторе с переключателем и последовательно добавленным сопротивлением.

Остальные фонари питаются от батарей. В третьем варианте светодиоды могут сгореть при пробое диода VD1. Если это случилось, надо заменить все неисправные детали и установить дополнительный резистор.

Схема фонарика на батарейках (без добавочного резистора).

Схема фонарика на батарейках (с добавленным в цепь резистором).

Основные элементы последнего варианта фонаря (микросхема, оптрон и полевой транзистор) проверить сложно. Для этого нужны специальные приборы. Поэтому его лучше не ремонтировать, а вставить в корпус другой драйвер.

Внешние блоки питания, не входящие в комплект поставки

На рынке встречаются светодиодные светильники, имеющие низкое напряжение питания (обычно 12 или 24 В). Они предназначены для питания от источника со стабилизированным выходным напряжением или от электронного трансформатора. Нередко БП в комплект поставки таких светильников не входит, что позволяет сэкономить средства, установив один БП на несколько светильников.  Если светильник допускает питание как от переменного, так и от постоянного тока, то лучше использовать постоянный ток, т.е. устанавливать БП, а не электронный трансформатор.

Выбирая внешний БП, следует иметь в виду, что максимальный КПД достигается в том случае, если нагрузка равна приблизительно 80% от номинального значения. Соответственно, умножив мощность подключенных к БП светильников на коэффициент 1,25, мы получим оптимальное значение номинальной мощности БП. Иногда мощность БП выбирают «на вырост» с учетом, что к нему позже дополнительно подключат светильники. Тогда суммарная мощность светильников «первой очереди» подключения должна быть в 1,2 раза больше минимальной мощности нагрузки БП, иначе будет срабатывать защита от холостого хода.

Применение внешнего блока питания, не входящего в комплект поставки, дает возможность повысить надежность системы, так как в светильники встроены только драйверы. Электронные компоненты в них работают при низких напряжениях, так что их качество не так критично. А модель БП пользователь выбирает самостоятельно, исходя из своих потребностей, и может запросить на него всю необходимую информацию у поставщика.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светодиоды – это полупроводниковые элементы. За яркость их свечения отвечает ток, а не напряжение. Чтобы они работали, нужен стабильный ток, определенного значения. При p-n переходе падает напряжение на одинаковое количество вольт для каждого элемента. Обеспечить оптимальную работу LED-источников с учетом этих параметров – задача драйвера.

Какая именно нужна мощность и насколько падает напряжение при p-n переходе, должно быть указано в паспортных данных светодиодного прибора. Диапазон параметров преобразователя должен вписываться в эти значения.

Устройство светодиода

По сути, драйвер – это блок питания. Но основной выходной параметр этого устройства – стабилизированный ток. Их производят по принципу ШИМ-преобразования с использованием специальных микросхем или на базе из транзисторов. Последние называют простыми.

Преобразователь питается от обычной сети, на выходе выдает напряжение заданного диапазона, которое указывается в виде двух чисел: минимального и максимального значения. Обычно от 3 В до нескольких десятков. Например, с помощью преобразователя с напряжением на выходе 9÷21 В и мощностью 780 мА можно обеспечить работу 3÷6 светодиодных элементов, каждый из которых создает падение в сети на 3 В.

Таким образом, драйвер – это устройство, преобразующее ток из сети 220 В под заданные параметры осветительного прибора, обеспечивающее его нормальную работу и долгий срок эксплуатации.

Внешний вид LED-драйвера

AL9910

Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).

Вот ее основные характеристики:

• входное напряжение — до 500В (до 277В для переменки);
• встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
• возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
• встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
• рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
• для работы необходим внешний полевой транзистор;
• выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.

Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.

Микросхема выпускается в двух модификациях: AL9910 и AL9910a. Отличаются минимальным напряжением запуска (15 и 20В соответственно) и выходным напряжением внутреннего стабилизатора ((7.5 или 10В соответственно). Еще у AL9910a немного выше потребление в спящем режиме.

Стоимость микросхем — около 60 руб/шт.

Типовая схема включения (без диммирования) выглядит так:

Здесь светодиоды всегда горят на полную мощность, которая задается значением резистора R_sense:

R_sense = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED)

Для регулировки яркости 7-ую ногу отрывают от Vdd и вешают на потенциометр, выдающий от 45 до 250 мВ. Также яркость можно регулировать, подавая ШИМ-сигнал на вывод PWM_D. Если этот вывод посадить на землю, микросхема отключается, выходной транзистор полностью закрывается, потребляемый схемой ток падает до ~0.5мА.

Частота генерации должна лежать в диапазоне от 25 до 300 кГц и, как уже было сказано ранее, она определяется резистором R_osc. Зависимость можно выразить следующим уравнением:

f_osc = 25 / (R_osc + 22), где R_osc — сопротивление в килоомах (обычно от 75 до 1000 кОм).

Резистор включается между 8-ой ногой микросхемы и «землей» (или выводом GATE).

Индуктивность дросселя рассчитывается по страшной на первый взгляд формуле:

L ≥ (V_IN — V_LEDs)⋅V_LEDs / (0.3⋅V_IN⋅f_osc⋅I_LED)

Пример расчета

Для примера давайте рассчитаем параметры элементов обвязки микросхемы для двух последовательно включенных светодиода Cree XML-T6 и минимального напряжения питания (15 вольт).

Итак, допустим, мы хотим, чтобы микросхема работала на частоте 240 кГц (0.24 МГц). Значение резистора R_osc должно быть:

Rosc = 25/fosc — 22 = 25/0.24 — 22 = 82 кОм

Идем дальше. Номинальный ток светодиодов — 3А, рабочее напряжение — 3.3В. Следовательно, на двух последовательно включенных светодиодах упадет 6.6В. Имея эти исходные данные, можем рассчитать индуктивность:

L ≥ (V_IN — V_LEDs)⋅V_LEDs / (0.3⋅V_IN⋅f_osc⋅I_LED) = (15-6.6)⋅6.6 / (0.3⋅15⋅240000⋅3) = 17 мкГн

Т.е. больше или равно 17 мкГн. Возьмем распространенную фабричную индуктивность на 47 мкГн.

Осталось рассчитать R_sense:

R_sense = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED) = 0.25 / (3 + 0.15⋅3) = 0.072 Ом

В качестве мощного выходного MOSFET’а возьмем какой-нибудь подходящий по характеристикам, например, всем известный N-канальник 50N06 (60В, 50А, 120Вт).

И вот, собственно, какая схема у нас получилась:

Не смотря на указанный в даташите минимум в 15 вольт, схема прекрасно запускается и от 12, так что ее можно использовать в качестве мощного автомобильного прожектора. На самом деле, приведенная схема — это реальная схема драйвера светодиодного прожектора 20 ватт YF-053CREE, которая была получена методом реверс-инжиниринга.

Рассмотренные нами микросхемы драйверов светодиодов PT4115, CL6808, CL6807, SN3350, AL9910, QX5241 и ZXLD1350 позволяют быстро собрать драйвер для мощных светодиодов своими руками и широко применяются в современных LED-светильниках и лампах.

В статье были использованы следующие радиодетали:

Светодиоды
Cree XM-L T6 (10Вт, 3А)		135 руб/шт.
Cree XM-L2 T6 (10Вт, 3А, медь)		360 руб/шт.
Транзисторы
40N06		11 руб/шт.
IRF7413		14 руб/шт.
IPD090N03L		14 руб/шт.
IRF7201		17 руб/шт.
50N06		12 руб/шт.
Диоды Шоттки
STPS2H100A (2А, 100В)		15 руб/шт.
SS34 (3А, 40В)		90 коп/шт.
SS56 (5А, 60В)		3.5 руб/шт.