Схема драйвера светодиодной лампы: Схемы драйверов светодиодов на PT4115, QX5241 и др. микросхемах с регулятором яркости для диммируемых светодиодных светильников

Содержание

О драйверах светодиодных светильников — sxemy-podnial.net

Предлагаю вашему вниманию схемы драйверов светодиодных светильников, которые мне пришлось недавно ремонтировать. Начну с простой (фото 1, справа) и схема на рисунке 1.

Светодиодные светильники. Фото 1.Драйвер светодиодного светильника на CL1502. Рис. 1.

В схеме этого драйвера установлена микросхема CL1502. Микросхем с подобными функциями выпущено уже много, и не только в корпусе с 8 ножками. На эту микросхему в интернете есть много технических данных, к примеру в [1]. Собран драйвер по «классической» схеме. Неисправность была в выгорании пары светодиодов. Первый раз просто закоротил их, так как находился вдали от «цивилизации». Тоже сделал и во второй раз. И когда сгорела третья пара, я понял, что жить этому светильнику осталось мало. Простым закорачиванием пар светодиодов, так просто не обойдёшься. Требовалось что-то по-кардинальные. Ранее я изучал схемотехнику и работу подобных микросхем, с целью укоротить светодиодную лампу, в корпусе трубчатой стеклянной люминисцентной 36 Ватт, с длины 120 сантиметров в 90, так как был в наличии такой светильник, установленный над рабочим столом.

И всё удалось и работает. А здесь. Насколько я понял работу подобных светильников, с применением таких драйверов, то ничего плохого не должно происходить после закорачивания хотя бы всех светодиодов, кроме последней пары. Ведь всё в них решает датчик тока, в данной схеме это резисторы R3 и R4. Напряжение выделенное этими резисторами, попадая через выводы 7 и 8 микросхемы CL1502 к компаратору выключения силового ключа работают отлично. Но что-то всё же жжёт светодиоды. Но что? Моё предположение — их жжёт сам драйвер! Светодиоды применённые в этом светильнике, похожи на 2835SMDLED (0,5 Вт одного светодиода). И если это действительно они, то заявленная мощность светильника вполне оправдана. Но у меня, сильные подозрения, что в светильнике стоят 3528SMDLED, которые имеют параметры, чуть ли не на порядок ниже. Но понять мне это очень трудно, так как на SMD светодиодах нет обозначений. Что сделал я? Я убрал с платы резистор R4. При этом уменьшился ток через светодиоды и… светодиоды перестали сгорать.

Что интересно, в строительном вагончике, в котором стояли три светильника одного типа, последовательно пришлось ремонтировать все три. И везде пришлось снять по одному резистору. И да, везде упал световой поток, хотя глазом это и трудно определить, но если сравнивать, то заметно.

В другом вагончике, было два светильника с внешними размерами 595х595 мм.. И они тоже «горели». В этих светильниках ячейки состояли из четырёх светодиодов в параллели и было таких 28 ячеек. Так как и там была подобная схема (поднять не удалось), то просто выпаял по одному резистору.

В итоге, можно сделать вывод, что ремонт можно выполнять, по подобной методике, то есть уменьшать ток через светодиоды, так как лучше, пусть светят темнее, чем совсем погаснут. Хотя конечно, правильнее поменять все светодиоды на 2835SMDLED, но это при их наличии.

Драйвер светодиодного светильника на B77CI. Рис. 2.

Схема второго драйвера, изображённого на рисунке 2, я «поднял» со светильника, который нашёл в металлоломе, с механическими поломками корпуса. На рисунке 3 схема четырёх плат светодиодов по 9 Вт каждая. Хотел снять светодиоды для запчастей. И даже, не сразу заметил невзрачную коробочку с драйвером. Схема оказалась почти «монстром».

Фонарь светодиодного светильника. Рис. 3.Внешний вид платы драйвера на B77CI. Фото 2.

Наличие двух микросхем, двух мощных полевых транзисторов, двух дросселей и двух электролитических конденсаторов 220 мк х 100 В включенных параллельно, указывало на то, что разработчики поработали на славу. Так же присутствует довольно хорошая схема фильтров (смотрите фото 2). Микросхема DX3360T — это, по всей видимости, стабилизатор напряжения, и возможно, с корректором мощности. Я в интернете нашёл только невзрачную картинку, без описания. А на микросхему B77CI не нашёл ни чего, и названия выводов на схеме ставил, по интуиции. В работе этот драйвер не видел. Но предполагаю хорошую работу. Но если, придётся уменьшать ток через светодиоды, то нужно или убрать с платы один-два резистора Rs4..Rs6, или менять на другие, расчётные.

И ещё. Совсем не понятно, как в подобных светильниках организован отвод тепла от светодиодов. Ведь они запаиваются на платки из фольгированного стеклотекстолита, шириной в 5 мм. и толщиной примерно в 1 мм.? Думаю, что почти ни как. Всё ширпотреб.

Литература:
1. https://www.dianyuan.com/upload/community/2014/04/10/1397117125-79110.pdf

Конструкция и доработка нескольких типов светодиодных ламп

В мои руки попало несколько вышедших из строя, уже широко распространённых светодиодных ламп на напряжение 230 В, в изобилии предлагаемых в наших магазинах. Захотелось выяснить причину их быстрого выхода из строя и внутреннее устройство. Все лампы проработали не более одного года, хотя на упаковках утверждается, что их время непрерывной работы 30000 ч, получается 1250 суток, что составляет более трёх лет. И ведь наверняка сгоревшие лампы не эксплуатировались круглые сутки.

Итак, берём первую лампу под товарным знаком iEK. Кроме товарного знака, на корпусе указаны данные и параметры лампы LED-A60, 230 В, 50/60 Гц, 11 Вт, 4000 К. Как известно, большинство сетевых светодиодных ламп имеют примерно одинаковую конструкцию. К несущему корпусу, в котором расположены драйвер и светодиоды, крепится матовая колба светорассеивателя и металлический резьбовой цоколь лампы. Пробуем сначала снять колбу. Для этого я изготовил тонкий узкий нож из обломка полотна от ножовки по металлу, сделав тонкое остриё на наждачном станке. Осторожно вставляем нож между колбой и корпусом, сначала на небольшую глубину, и проходим по ругу. Далее всё повторяем на большей глубине. При этом можно пробовать покачивать колбу лампы, и когда колба будет покачиваться, отделяем её. Оказалось, что колба крепилась с помощью белого силиконового герметика. При этом следует отметить, что у некоторых ламп колба отделялась сравнительнолегко, а у некоторых — трудно. У одной лампы в герметике осталась часть нижнего пояска колбы. Но главное — соблюдать осторожность, тогда всё должно получиться.

На алюминиевой печатной плате, служащей ещё и теплоотводом, припаяны 12 светодиодов поверхностного монтажа белого свечения типоразмера 3528. Один из светодиодов был с чёрной точкой, как оказалось — сгоревший. Алюминиевая подложка плотно вставлена в корпус, оказавшийся внутри также алюминиевым, поверх покрытым пластиком. Корпус тоже должен выполнять функцию теплоотвода, но площадь соприкосновения тонкой алюминиевой платы корпусом невелика, атеп-лопроводящая паста отсутствует. Плата со светодиодами подпаяна к драйверу двумя проводами. Внешний вид разобранной лампы изображён на рис. 1. Удалив герметик, поддевают ножом и извлекают плату со светодиодами, но вынуть её из корпуса не дают провода, соединяющие драйвер с цоколем лампы. Поддев ножом, извлекают центральный контакт цоколя и разгибают идущий к нему провод. Места кернения резьбовой части цоколя к корпусу высверливаем сверлом диаметром 1,5 мм. Сняв цоколь, можно достать плату драйвера. На ней оказался разрушен оксидный конденсатор с обозначением на плате Е2. Часть элементов на плате для поверхностного монтажа установлена со стороны печатных проводников, а на противоположной стороне установлены дроссель, два оксидных конденсатора и микросхема. Схема драйвера с обозначениями элементов, как на плате, показана на рис. 2. Резистор, условно обозначенный как R1, находится не на плате, а соединяет центральный контакт цоколя лампы с ней. Схема драйвера построена на микросхеме OCP8191 в корпусе ТО-92. Микросхема представляет собой неизолированный квазирезонансный понижающий преобразователь для питания светодиодов со стабилизацией тока. В её состав входят MOSFET транзистор с максимальным напряжением сток-исток 550 В и узел управления. В микросхеме есть различные виды защиты: от перегрева, от короткого замыкания в нагрузке, от превышения максимального тока. Ток через светодиоды задают резисторами RS1 и RS2.

Рис. 1. Внешний вид разобранной лампы

Рис. 2. Схема драйвера

После замены конденсатора Е2 на исправный ёмкостью 2,2 мкФ на напряжение 400 В и замыкании контактов сгоревшего светодиода лампа заработала. Был замерен ток через светодиоды, он оказался равен 120 мА, что мне кажется несколько завышенным. Ёмкость конденсатора С3 и индуктивность дросселя были замерены на плате. Применённые светодиоды начинают слабо светить при напряжении 7 В, а при напряжении 8 В и токе 2 мА светят уже ярко. Судя по этому, в одном корпусе расположены два или три последовательно включённых кристалла. Тип светодиодов остался неизвестен.

Следующей «подопытной» стала лампа под торговой маркой General. На ней нанесены следующие обозначения: GLDEN-WA60; 11 Bт; 2700 K, 198-264 B; 50/60 Гц; 73 мА. Матовый светорассеиватель снимают, как и у предыдущей лампы. После этого увидим алюминиевую плату с расположенными на ней семью SMD-светодиодами типоразмера 3528. В отличие от предыдущей лампы, плата припаяна к драйверу и закреплена двумя винтами (рис. 3). Сняв её, увидим, что она была закреплена с помощью винтов на алюминиевом штампованном диске, плотно вставленном в корпус лампы (рис. 4). Заметно, что лампа сделана более качественно, и отвод тепла от светодиодов должен быть лучше.

Рис. 3. Лампа под торговой маркой General

Рис. 4. Диск лампы

Далее аналогично снимаем цоколь. А вот диск приходится потихоньку выбивать со стороны цоколя, просунув тонкий металлический стержень и уперев его ближе к краю, в ребро диска. Иначе диск будет выгибаться. Только после этого вынимаем плату драйвера. Он построен на аналогичной микросхеме BP9916C в корпусе SOP-8 и представляет собой также неизолированный понижающий преобразователь, позволяющий поддерживать постоянным ток через светодиоды. Схема отличается от предыдущей незначительно, в основном номиналами элементов и их обозначениями на плате, и ещё тем, что после резистора R1, параллельно диодному мосту, установлен керамический конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ на напряжение 400 В. Поэтому приводить схему не имеет смысла. Микросхема установлена со стороны печатных проводников. Замкнув контакты неисправного светодиода, удалось восстановить работоспособность лампы. При сопротивлении регулировочных резисторов RS1 и RS2, равных 5,6 и 3,9 Ом, ток через светодиоды равен 130 мА.

Потом была вскрыта светодиодная лампа с товарным знаком ASD и с обозначениями на корпусе: LED-A60, 11 Вт, 220 В, 4000 К, 990 лм. Разборка лампы такая же, как и в предыдущих случаях. Вид лампы без матового светорассеивателя показан на рис. 5. На алюминиевой плате, которая просто вставлена в корпус, установлены 18 SMD-светодиодов типоразмера 3528. Площадь теплового контакта с корпусом, как и в первой лампе, очень мала. Плата со светодиодами припаяна непосредственно к плате драйвера. Эти светодиоды, как и в предыдущих лампах, начинают светить при напряжении 7 В, а при 8 В светятся достаточно ярко при токе 2 мА. Следовательно, их параметры должны быть схожими. Драйвер этой лампы построен на микросхеме BP9918C в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа SOT23-3. Эта микросхема аналогична микросхемам в предыдущих лампах и обладает схожими параметрами. Схема драйвера отличается отсутствием резистора R1, вместо которого на плате сделан тонкий змеевидный печатный проводник, а также номиналами некоторых элементов и обозначениями на плате. При сопротивлении резисторов RS1 и RS2, равных соответственно 13 и 10 Ом, ток через светодиоды — 55 мА, что примерно вдвое меньше, чем у предыдущих ламп.

Рис. 5. Вид лампы без матового светорассеивателя

Исходя из всего изложенного, напрашивается вывод, что причиной быстрого выхода из строя этих ламп является завышенный ток светодиодов и недостаточное их охлаждение и, следовательно, перегрев.

Было решено восстановить эти лампы, при этом постараться продлить срок их службы. Для начала были уменьшены токи светодиодов. В первой лампе — путём замены резисторов RS1 и RS2 (4,7 и 3,9 Ом) на два резистора сопротивлением по 10 Ом каждый. Ток через светодиоды со 120 мА уменьшился до 50 мА. Во второй лампе резистор сопротивлением 3,9 Ом был заменён резистором сопротивлением 10 Ом. Ток через светодиоды уменьшился с 130 до 85 мА. В третьей лампе взамен резистора сопротивлением 13 Ом установлен резистор сопротивлением 30 Ом. Ток через светодиоды при этом уменьшился с 50 до 40 мА. Светоотдача при этом упала незначительно, хотя всё по местам может расставить только дальнейшая опытная эксплуатация.

Кроме того, у первой и третьей ламп под светодиодами, на свободной стороне платы, были подложены толстые металлические шайбы, улучшающие тепловой контакт с корпусом. Везде была нанесена теплопроводная паста КПТ-8. Металлические цоколи ламп были приклеены к корпусу эпоксидным клеем, нанесённым в места высверленных отверстий. В корпусе, рядом с цоколем лампы, были просверлены вентиляционные отверстия, улучшающие охлаждение. Правда, при этом применять лампы во влажных помещениях будет нельзя. Если лампы планируется применять в закрытых светильниках, светорассеивающие колбы можно не устанавливать, соблюдая осторожность при установке самих ламп. В противном случае колбы приклеивают белым силиконовым герметиком, как было до этого. Посмотрим, как эти доработки повлияют на долговечность ламп.

И в заключение рассмотрим совершенно другую светодиодную лампу, ещё не бывшую в эксплуатации. Это лампа торговой марки ASD, предназначенная для подключения к переменно-му или постоянному напряжению 12 В. На корпус нанесены следующие обозначения: LED-JC, 5 ВТ, AC/DC, 12 В, цоколь G4, 3000 К. Эта небольшая лампа разбирается несложно. Снимают прозрачный пластиковый колпак, закрывающий светодиоды. Он крепится к корпусу на защёлках, которые очень хрупкие. Поэтому отгибать надо не сами защёлки, а часть корпуса колпака, к которому эти защёлки прикреплены. Для этого в корпусе колпака сделаны прорези, сразу не бросающиеся в глаза, но позволяющие поддеть отвёрткой и раздвинуть защёлки. Сняв колпачок, видно, что светодиоды и другие элементы установлены на гибкой печатной плате, которая с внутренней стороны покрыта слоем липкой ленты, поэтому просто снимают её.

Далее вынимают гибкую плату и отпаивают провода, соединяющие её с цоколем. После этого можно подробно рассмотреть конструкцию лампы. Её внешний вид показан на рис. 6. Материал её корпуса похож на керамику, видимо, чтобы не оплавился при нагреве светодиодов и, возможно, хоть как-то отводил тепло от них. Материал — довольно хрупкий, легко скалывается.

Рис. 6. Конструкция лампы

Схема драйвера этой лампы представлена на рис. 7. Он собран на микросхеме U1 в корпусе SOP 8. К сожалению, однозначно идентифицировать микросхему не удалось. На разных лампах неизменной была надпись на корпусе 1086. Светодиоды в лампе типоразмера 3528, с номинальным напряжением 3,4 В. Все остальные элементы — для поверхностного монтажа. При подключении к источнику напряжением 12 В выяснилось, что лампа потребляет ток 280 мА. При увеличении напряжения до 14 В ток через лампу возрос до 290 мА, а при снижении напряжения питания до 10,2 В он уменьшился до 270 мА.

Рис. 7. Схема драйвера

При питании лампы номинальным напряжением 12 В уже после семи минут работы, при касании корпуса или светодиодов пальцем, трудно удержать его на них — обжигает. Причина — в слишком плотном расположении светодиодов и в небольшом корпусе. Ручаться после этого в продолжительной работе этой лампы я бы не стал, если только не переделать лампу, снабдив светодиоды и драйвер дополнительными теплоотводами.

Автор: П. Юдин, г. Уфа

Схема, назначение деталей и описание работы драйвера светодиодной лампы | ASUTPP

Любая светодиодная лампа представляет собой набор светодиодных излучателей и блок питания (преобразователь напряжения) для них. Светодиоды имеют очень продолжительный срок эксплуатации и, при условии обеспечения оптимальных параметров для их питания, могут работать много лет.

Причина отказа в работе такой лампы в 90% случаев кроется в неисправности именно электронной части схемы. Поэтому, при желании, неисправную лампу часто можно попытаться отремонтировать самому, в домашних условиях. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей и даёт простое представление о работе и устройстве светодиодных ламп, как один из возможных вариантов.

Блок питания (преобразователь, драйвер) лампы представляет собой небольшую плату с радиоэлементами, которая расположена под платой со светодиодами, в её корпусе-цоколе. Такой драйвер может иметь бестрансформаторную схему, а может содержать небольшой импульсный трансформатор, транзисторы и микросхемы.

В данной статье будет дана схема простого драйвера, не содержащего трансформатор, транзисторы и специализированные микросхемы. Такая схема применяется, например, в лампах «Jazzway» с потребляемой мощностью 8 W.

Схема простого драйвера светодиодной лампы

Резистор R1 в схеме нужен для исключения значительного броска тока в момент включения лампы и служит своеобразным «предохранителем». Конденсаторы С1, С2, С3 «гасят» часть сетевого напряжения 220V до приемлемого уровня.

Вместо этих трёх конденсаторов можно, конечно, включить один, ёмкостью 1,5…2 мкФ. Но такой конденсатор имеет уже значительные габариты и может просто не поместиться в корпус лампы. Именно поэтому применяется параллельное включение трёх конденсаторов с небольшими габаритами. Все конденсаторы в схеме (кроме С5) следует брать с рабочим напряжением не ниже 400V.

В качестве выпрямительного диодного моста можно использовать микросборку или четыре диода типа 1N4007. Резистор R3 служит для устранения скачка тока в момент включения и зарядки конденсатора С5. Конденсатор С5 — оксидный (электролитический).

Он служит для сглаживания пульсаций выходного напряжения драйвера и его можно поставить ёмкостью побольше, чем указано на схеме, если это позволяют габариты платы и корпуса. Резистор R2 нужен для быстрого разряда конденсаторов С1, С2 и С3, чтобы исключить удар током при замене лампы. А R4 защитит конденсатор С5 от пробоя в случае обрыва в цепи светодиодов («перегорания» одного или нескольких из них).

Нагрузкой драйвера служат 15 светодиодов, включенных последовательно. При увеличении количества светодиодов, следует увеличить суммарную ёмкость конденсаторов С1, С2, С3 и ёмкость С5 на выходе драйвера.

Схема светодиодной лампы на 220 в

Для многих многоквартирных домов актуальна проблема освещения лестничных площадок: хорошую лампу туда ставить жалко, а дешевые быстро выходят из строя.

С другой стороны качество освещения в данном случае не является критичным, так как люди находятся там очень недолго, то вполне можно поставить туда лапочки с повышенными пульсациями.

А раз так, то схема светодиодной лампы на 220 В получиться совсем простой:

Список номиналов:

C1 – значение емкости по таблице, 275 В или больше
C2 – 100 мкФ (напряжение должно быть больше чем падает на диодах
R1 – 100 Ом
R2 – 1 MОм (для разряда конденсатора C1)
VD1 .. VD4 – 1N4007

Я уже приводил схему подключение светодиодной ленты к сети 220В так вот её можно упростить выкинуть стабилизатор тока. Упрощенная схема не будет работать в широком диапазоне напряжений, это плата за упрощение.

Конденсатор C1 является тем компонентом, который ограничивает ток. И выбор его значения очень важен, его величина зависит от напряжения питания, напряжения на последовательно включенных светодиодах и требуемого тока через светодиоды.

количество светодиодов последовательно, шт	1	10	20	30	50	70
напряжение на сборке из светодиодов, В	3,5	35	70	105	165	230
ток через светодиоды, мА (С1=1000нФ)	64	57	49	42	32	20
ток через светодиоды, мА (С1=680нФ)	44	39	34	29	22	14
ток через светодиоды, мА (С1=470нФ)	30	27	24	20	15	—
ток через светодиоды, мА (С1=330нФ)	21	19	17	14	—	—
ток через светодиоды, мА (С1=220нФ)	14	13	11	—	—	—

Для 1 светодиода в сборке фильтрующий конденсатор C2 следует увеличить до 1000мкФ, а для 10 светодиодов, до 470мкФ.

По таблице можно понять, что для получения максимальной мощности (чуть более 4 Вт) нужен конденсатор на 1мкФ и 70 последовательно включенных светодиодов на 20мА. Для более мощных источников света лучше подойдет схема светодиодной лампы на 220 в использующая широтноимпульсную модуляцию для преобразования и стабилизации тока через светодиоды.

Схемы на основе широтноимпульсной более сложные, но зато обладают преимуществами: им не требуется большой ограничивающий конденсатор, эти схемы обладают высоким КПД и широким диапазоном работы.

Я заказал несколько светодиодных светильников в Китае. В основе преобразователей этих ламп лежат микросхемы драйверов разработанных в том же Китае, конечно качество работы этих схем ещё не дотягивает до западных стандартов, но вот стоимость более чем демократичная.

Итак, конкретно в последних светодиодных лампах была установлена микросхема WS3413D7P, являющаяся светодиодным драйвером с активным корректором коэффициента мощности.

Что же мы видим на схеме? Все тот же диодный мост VD1 — VD4, сглаживающий конденсатор С1. Остальные же компоненты работают нужны для работы микросхемы D1. Резистор R1 нужен для питания самой микросхемы в начальный момент времени, а после запуска микросхема начинает питаться со своего выхода через цепочку R5, VD5. Конденсатор С2 фильтрует питания собственных нужд. Конденсатор С3 служит для задания частоты преобразования. Резистор R2 нужен для измерения тока через светодиоды. Делитель на резисторах R3, R4 позволяет микросхеме получать информацию о напряжении на светодиодной сборке. Катушка индуктивности L1 и конденсатор C4 нужны для преобразования импульсной энергии в постоянную.

Существует куча других разновидностей микросхем, но основных типов высоковольтных драйверов светодиодов всего три: на основе емкостного гасящего сопротивления, активный гасящий стабилизатор тока и импульсный стабилизатор тока.

Схема драйвера для светодиодов 220

Для того чтобы светодиодные лампы работали максимально ярко и эффективно, используются специальные модули – драйверы. Собрать самостоятельно схему драйвера для светодиодов сможет каждый, если, конечно, имеются познания в электротехнике. Смысл работы прибора – преобразовать переменное напряжение, протекающее в сети, в постоянное (пониженное). Но прежде чем приступать к сборке, нужно определиться с тем, какие требования к устройству предъявляются – проанализируйте характеристики и виды приборов.

Основное назначение драйверов – это стабилизация тока, который проходит через светодиод. Причем нужно учесть, что сила тока, который проходит по кристаллу полупроводника, должна быть точно такой же, как и у светодиода по паспорту. Благодаря этому обеспечивается устойчивое освещение. Кристалл в светодиоде намного дольше прослужит. Чтобы узнать напряжение, необходимое для питания светодиодов, нужно воспользоваться вольт-амперной характеристикой. Это график, показывающий зависимость между напряжением питания и током.

Если планируется проводить освещение светодиодными лампами жилого или офисного помещения, то драйвер должен питаться от бытовой сети переменного тока с напряжением 220 В. Если же светодиоды используются в автомобильной или мототехнике, нужно использовать драйверы, питающиеся от постоянного напряжения, значение 9-36 В. В некоторых случаях (если светодиодная лампа небольшой мощности и питается от сети 220 В) допускается убрать схему драйвера светодиода. От сети если запитано устройство, достаточно включить в схему постоянный резистор.

Параметры драйверов

Прежде чем приобрести устройство или самостоятельно его изготовить, нужно ознакомиться с тем, какие у него имеются основные характеристики:

Номинальный ток потребления.
Мощность.
Выходное напряжение.

Напряжение на выходе преобразователя напрямую зависит от того, какой выбран способ подключения источника света, числа светодиодов. Ток имеет прямую зависимость от яркости и мощности элементов.

Преобразователь должен обеспечивать ток, при котором светодиоды будут работать с одинаковой яркостью. На PT4115 схема драйвера светодиодов реализуется довольно просто – это самый распространенный преобразователь напряжения для использования с LED-элементами. Изготовить прибор на его основе можно буквально «на коленке».

Мощность драйвера

Мощность прибора – это самая важная характеристика. Чем мощнее драйвер, тем большее число светодиодов можно подключить к нему (конечно, придется проводить простые расчеты). Обязательное условие – мощность драйвера должна быть больше, чем у всех светодиодов в сумме. Выражается это такой формулой:

Р = Р(св) х N,

где Р, Вт – мощность драйвера;

Р(св), Вт – мощность одного светодиода;

N – количество светодиодов.

Например, при сборке схемы драйвера для светодиода 10W вы можете смело подключать в качестве нагрузки LED-элементы мощностью до 10 Вт. Обязательно нужно иметь небольшой запас по мощности – примерно 25%. Поэтому, если планируется подключение светодиода 10 Вт, драйвер должен обеспечивать мощность не менее 12,5-13 Вт.

Цвета светодиодов

Обязательно нужно учитывать то, какой цвет испускает светодиод. От этого зависит то, какое падение напряжения будет у них при одинаковой силе тока. Например, при токе питания 0,35 А, падение напряжения у красных LED-элементов примерно 1,9-2,4 В. Мощность в среднем 0,75 Вт. Аналогичная модель с зеленым цветом будет уже иметь падение в интервале 3,3-3,9 В, а мощность 1,25 Вт. Поэтому, если вы применяете схему драйвера светодиода 220В с преобразованием в 12 В, к нему можно подключить максимум 9 элементов с зеленым цветом или 16 с красным.

Типы драйверов

Всего можно выделить два типа драйверов для светодиодов:

Импульсные. С помощью таких устройств создаются в выходной части устройства высокочастотные импульсы. Функционирование основывается на принципах ШИМ-модуляции. Среднее значение тока зависит от коэффициента заполнения (отношения длительности одного импульса к частоте его повторения). Ток на выходе меняется за счет того, что коэффициент заполнения колеблется в интервале 10-80%, а частота остается постоянной.
Линейные – типовая схема и структура выполнены в виде генератора тока на транзисторах с р-каналом. С их помощью можно обеспечить максимально плавную стабилизацию питающего тока в случае, если напряжение на входе неустойчиво. Отличаются дешевизной, но у них малая эффективность. При работе выделяется большое количество тепла, поэтому можно использовать только для маломощных светодиодов.

Импульсные получили большее распространение, так как у них КПД намного выше (может достигать 95%). Устройства компактные, диапазон входного напряжения достаточно широкий. Но есть один большой недостаток – высокое влияние различного рода электромагнитных помех.

На что обратить внимание при покупке?

Покупку драйвера обязательно нужно совершать при выборе светодиодов. На PT4115 схема драйвера светодиодов позволяет обеспечить нормальное функционирование системы освещения. Устройства, использующие ШИМ-модуляторы, построенные по схемам с одной микросхемой, применяются по большей части в автомобильной технике. В частности, для подключения подсветки и ламп головного освещения. Но качество у таких простейших приборов довольно низкое – для использования в бытовых системах они не годятся.

Диммируемый драйвер

Практически все конструкции преобразователей позволяют регулировать яркость свечения LED-элементов. С помощью таких устройств можно выполнять следующие действия:

Уменьшать интенсивность освещенности днем.
Скрывать или же подчеркивать определенные элементы интерьера.
Зонировать помещение.

Благодаря этим качествам можно существенно сэкономить на электроэнергии, увеличить ресурс элементов.

Разновидности диммируемых драйверов

Типы диммируемых драйверов:

Подключаются между БП и источником света. Они позволяют управлять энергией, которая поступает на LED-элементы. В основе конструкции находятся ШИМ-модуляторы с микроконтроллерным управлением. Вся энергия идет к светодиодам импульсами. От длины импульсов напрямую зависит энергия, которая поступит на светодиоды. Такие конструкции драйверов применяются в основном для работы модулей со стабилизированным питанием. Например, для лент или бегущих строк.
Второй тип устройств позволяет проводить управление блоком питания. Управление производится при помощи ШИМ-модулятора. Также изменяется величина тока, который протекает через светодиоды. Как правило, такие конструкции применяются для питания тех устройств, которым необходим стабилизированный ток.

Нужно обязательно учесть тот факт, что ШИМ-регулирование плохо влияет на зрение. Лучше всего использовать схемы драйверов для питания светодиодов, в которых регулируется величина тока. Но вот один нюанс – в зависимости от величины тока свечение будет различным. При низком значении элементы будут излучать свет с желтым оттенком, при увеличении – с синеватым.

Какую микросхему выбрать?

Если нет желания искать готовое устройство, можно сделать его самостоятельно. Причем произвести расчет под конкретные светодиоды. Микросхем для изготовления драйверов довольно много. Вам потребуется только умение читать электрические схемы и работать с паяльником. Для простейших устройств (мощностью до 3 Вт) можно использовать микросхему PT4115. Она дешевая, и достать очень просто. Характеристики элемента такие:

Регулирование яркости.
Напряжение питания – 6-30 В.
Выходной ток – 1,2 А.
Допустимая погрешность при стабилизации тока – не более 5%.
Защита от отключения нагрузки.
Выводы для диммирования.
КПД – 97%.

Обозначение выводов микросхемы:

SW – подключение выходного коммутатора.
GND – отрицательный вывод источников питания и сигнала.
DIM – регулятор яркости.
CSN – датчик входного тока.
VIN – положительный вывод, соединяемый с источником питания.

Варианты схем драйверов

Варианты исполнения устройств:

Если имеется источник питания с постоянным напряжением 6-30 В.
Питание от переменного напряжения 12-18 В. В схему вводится диодный мост и электролитический конденсатор. По сути, «классическая» схема мостового выпрямителя с отсечением переменной составляющей.

Нужно отметить тот факт, что электролитический конденсатор не сглаживает пульсации напряжения, а позволяет избавиться от переменной составляющей в нем. В схемах замещения (по теореме Кирхгофа) электролитический конденсатор в цепи переменного тока является проводником. А вот в цепи постоянного тока он заменяется разрывом (нет никакого элемента).

Собрать схему драйвера светодиодов 220 своими руками можно только в том случае, если использовать дополнительный блок питания. В нем обязательно задействован трансформатор, которым понижается напряжение до необходимого значения в 12-18 В. Учтите, что нельзя подключать драйверы к светодиодам без электролитического конденсатора в блоке питания. При необходимости установки индуктивности необходимо произвести ее расчет. Обычно величина составляет 70-220 мкГн.

Процесс сборки

Все элементы, которые используются в схеме, нужно подбирать, опираясь на даташит (техническую документацию). Обычно в нем приводятся даже практические схемы использования устройств. Обязательно использовать в схеме выпрямителя низкоимпедансные конденсаторы (значение ESR должно быть низким). Применение иных аналогов снижает эффективность регулятора. Емкость должна быть не менее 4,7 мкФ (в случае использования схемы с постоянным током) и от 100 мкФ (для работы в цепи переменного тока).

Собрать по схеме драйвер для светодиодов своими руками можно буквально за несколько минут, потребуется только наличие элементов. Но нужно знать и особенности проведения монтажа. Катушку индуктивности желательно располагать возле вывода микросхемы SW. Изготовить ее можно самостоятельно, для этого необходимо всего несколько элементов:

Ферритовое кольцо – можно использовать со старых блоков питания компьютеров.
Провод типа ПЭЛ-0,35 в лаковой изоляции.

Старайтесь все элементы располагать максимально близко к микросхеме, это позволит исключить появление помех. Никогда не проводите соединения элементов при помощи длинных проводов. Они не только создают множество помех, но и способны принимать их. В результате микросхема, неустойчивая к этим помехам, будет работать неправильно, нарушится регулировка тока.

Вариант компоновки

Разместить все элементы можно в корпусе от старой лампы дневного света. В ней уже все имеется – корпус, патрон, плата (которую можно повторно использовать). Внутри расположить все элементы блока питания и микросхему можно без особого труда. А с внешней стороны установить светодиод, который планируете запитывать от устройства. Схемы драйверов для светодиодов 220 В можно использовать практически любые, главное – понизить напряжение. Сделать это легко простейшим трансформатором.

Монтажную плату желательно использовать новую. А лучше вообще обойтись без нее. Конструкция очень простая, допустимо применить навесной монтаж. Обязательно удостоверьтесь в том, что на выходе выпрямителя напряжение в допустимых пределах, в противном случае микросхема сгорит. После сборки и подключения произведите замер потребляемого тока. Учтите, что в случае снижения тока питания увеличится ресурс светодиодного элемента.

Тщательно выбирайте схему драйвера для питания светодиодов, рассчитывайте каждый компонент конструкции – от этого зависит срок службы и надежность. При правильном подборе драйверов характеристики светодиодов останутся максимально высокими, а ресурс не пострадает. Схемы драйверов для мощных светодиодов отличаются тем, что в них большее число элементов. Зачастую применяется ШИМ-модуляция, но в домашних условиях, что называется, «на коленке», такие устройства уже сложно собрать.

Схема драйвера для светодиода от сети 220В

Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.

Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.

Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.

Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909, поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).

Базовая схема драйвера следующая:

Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909

Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С3 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.

У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.

COB cветодиод 50 ватт

Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.

Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит

I_LED = 1А

Падение напряжения на светодиодах –

V_LED = 30В

Пульсацию тока примем равной +-15%:

I_D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A

При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит

V_IN = 310В

Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле

Rs = 0.25 / I_LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.

Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:

Rs = 0.22 Ом,

что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.

Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени «высокого уровня», когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Rt = (tp — 0.8) * 66, где tp — пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.

Продолжительность «высокого уровня» — это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения — регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.

Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности «высокого уровня» к общей продолжительности импульса — скважность импульса — рассчитывается по формуле:

D = V_LED / V_IN = 30 / 310 = 0.097

Частота переключений рассчитывается так:

F = (1 — D) / tp, а значит tp = (1 — D) / F

Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае

tp = (1 — 0.097) / 90 000 = 10мкс

Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt

Rt = (10 — 0.8) * 66 = 607.2КОм

Ближайший доступный номинал — 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:

tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс

Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле

Lmin = (V_LED * tp) / I_D

Используя уточненное значения tp, получаем

Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн

Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение — 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.

Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности — это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А. «Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания».

Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 — 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.

Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще — оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким — STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора — менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток — FDD7N60NZ. В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.

При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.

Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.

Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.

Схема плавного регулирования яркости светодиодов.

На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.

Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:

Схема регулирования яркости светодиодов посредством ШИМ

Допустимая частота диммирования — до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.

Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.

Плата драйвера для светодиода от сети 220В

Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.

Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске

Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять здесь.

Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой — кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.

Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь — напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.

Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.

Больше о схемах драйверов для светодиодов читайте в статье «Самодельный драйвер для мощных светодиодов».

Драйвер для светодиодной лампы 220 в своими руками. Драйверы для светодиодных лампочек

Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909 , поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).

Базовая схема драйвера следующая:

Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909

Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.

COB cветодиод 50 ватт

Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.

Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит

Падение напряжения на светодиодах –

Пульсацию тока примем равной +-15%:

I D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A

Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле

Rs = 0.25 / I LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.

Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:

что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.

Rt = (tp — 0.8) * 66 , где tp — пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.

D = V LED / V IN = 30 / 310 = 0.097

Частота переключений рассчитывается так:

F = (1 — D) / tp , а значит tp = (1 — D) / F

Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае

tp = (1 — 0.097) / 90 000 = 10мкс

Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt

Rt = (10 — 0.8) * 66 = 607.2КОм

tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс

Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле

Lmin = (V LED * tp) / I D

Используя уточненное значения tp, получаем

Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн

Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще — оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким — STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора — менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток — FDD7N60NZ . В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.

Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.

Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:

Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.

Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске

Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять

Драйвер для светодиодов своими руками: простые схемы с описанием

Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать драйвер для светодиодов своими руками.

Как сделать драйвер для светодиодов

В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.

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:

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:

Заключение

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.

ledno.ru

Схема драйвера светодиодов 220В

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.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

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.

svetodiodinfo.ru

Как выбрать светодиодный драйвер, led driver

Самым оптимальным способом подключения к 220В, 12В является использование стабилизатора тока, светодиодного драйвера. На языке предполагаемого противника пишется «led driver». Добавив к этому запросу желаемую мощность, вы легко найдёте на Aliexpress или Ebay подходящий товар.

1. Особенности китайских
2. Срок службы
3. ЛЕД драйвер на 220В
4. RGB драйвер на 220В
5. Модуль для сборки
6. Драйвер для светодиодных светильников
7. Блок питания для led ленты
8. Led драйвер своими руками
9. Низковольтные
10. Регулировка яркости

Особенности китайских

Многие любят покупать на самом большом китайском базаре Aliexpress. цены и ассортимент радуют. LED driver чаще всего выбирают из-за низкой стоимости и хороших характеристик.

Но с повышением курса доллара покупать у китайцев стало невыгодно, стоимость сравнялась с Российской, при этом отсутствует гарантия и возможность обмена. Для дешевой электроники характеристики бывают всегда завышены. Например, если указана мощность в 50 ватт, в лучшем случае то это максимальная кратковременная мощность, а не постоянная. Номинальная будет 35W — 40W.

К тому же сильно экономят на начинке, чтобы снизить цену. Кое где не хватает элементов, которые обеспечивают стабильную работу. Применяются самые дешевые комплектующие, с коротким сроком службы и невысокого качества, поэтому процент брака относительно высокий. Как правило, комплектующие работают на пределе своих параметров, без какого либо запаса.

Если производитель не указан, то ему не надо отвечать за качество и отзыв про его товар не напишут. А один и тот же товар выпускают несколько заводов в разной комплектации. Для хороших изделий должен быть указан бренд, значит он не боится отвечать за качество своей продукции.

Одним из лучших является бренд MeanWell, который дорожит качеством своих изделий и не выпускает барахло.

Срок службы

Как у любого электронного устройства у светодиодного драйвера есть срок службы, который зависит от условий эксплуатации. Фирменные современные светодиоды уже работают до 50-100 тысяч часов, поэтому питание выходит из строя раньше.

Классификация:

ширпотреб до 20.000ч.;
среднее качество до 50.000ч.;
до 70.000ч. источник питания на качественных японских комплектующих.

Этот показатель важен при расчёте окупаемости на долгосрочную перспективу. Для бытового пользования хватает ширпотреба. Хотя скупой платит дважды, и в светодиодных прожекторах и светильниках это отлично работает.

ЛЕД драйвер на 220В

Современные светодиодные драйвера конструктивно выполняются на ШИМ контроллере, который очень хорошо может стабилизировать ток.

Основные параметры:

номинальная мощность;
рабочий ток;
количество подключаемых светодиодов;
коэффициент мощности;
КПД стабилизатора.

Корпуса для уличного использования выполняются из металла или ударопрочного пластика. При изготовлении корпуса из алюминия он может выступать в качестве системы охлаждения для электронной начинки. Особенно это актуально при заполнении корпуса компаундом.

На маркировке часто указывают, сколько светодиодов можно подключить и какой мощности. Это значение может быть не только фиксированным, но и в виде диапазона. Например, возможно подключение светодиодов 12 220 от 4 до 7 штук по 1W. Это зависит от конструкции электрической схемы светодиодного драйвера.

RGB драйвер на 220В

Трёхцветные светодиоды RGB отличаются от одноцветных тем, что содержат в одном корпусе кристаллы разных цветов красный, синий, зелёный. Для управления ими каждый цвет необходимо зажигать отдельно. У диодных лент для этого используется RGB контроллер и блок питания.

Если для RGB светодиода указана мощность 50W, то это общая на всё 3 цвета. Чтобы узнать примерную нагрузку на каждый канал, делим 50W на 3, получим около 17W.

Кроме мощных led driver есть и на 1W, 3W, 5W, 10W.

Пульты дистанционного управления (ДУ) бывают 2 типов. С инфракрасным управлением, как у телевизора. С управлением по радиоканалу, ДУ не надо направлять на приёмник сигнала.

Модуль для сборки

Если вас интересует лед driver для сборки своими руками светодиодного прожектора или светильника, то можно использовать led driver без корпуса.

Если у вас уже есть стабилизатор тока для светодиодов, который не подходит по силе тока, то её можно увеличить или уменьшить. Найдите на плате микросхему ШИМ контроллера, от которого зависят характеристики led драйвера. На ней указана маркировка, по которой необходимо найти спецификации на неё. В документации будет указана типовая схема включения. Обычно ток на выходе задаётся одним или несколькими резисторами, подключенными к ножкам микросхемы. Если изменить номинал резисторов или поставить переменное сопротивление согласно информации из спецификаций, то можно будет изменить ток. Только нельзя превышать начальную мощность, иначе может выйти из строя.

Драйвер для светодиодных светильников

К питанию уличной светотехники предъявляются немного другие требования. При проектировании уличного освещения учитывается, то LED driver будет работать в условиях от -40° до +40° в сухом и влажном воздухе.

Коэффициент пульсаций для светильников может быть выше, чем при использовании внутри помещения. Для уличного освещения этот показатель становится не важным.

При эксплуатации на улице требуется полная герметичность блока питания. Существует несколько способов защиты от попадания влаги:

заливка всей платы герметиком или компаундом;
сборка блока с использованием силиконовых уплотнителей;
размещение платы светодиодного драйвера в одном объёме со светодиодами.

Максимальный уровень защиты это IP68, обозначается как «Waterproof LED Driver» или «waterproof electronic led driver». У китайцев это не гарантия водонепроницаемости.

По моей практике заявленный уровень защиты от влаги и пыли не всегда соответствует реальному. В некоторых местах может не хватать уплотнителей. Обратите внимание на ввод и вывод кабеля из корпуса, попадаются образцы с отверстием, которое не закрыто герметиком или другим способом. Вода по кабелю сможет затекать в корпус и затем в нём испаряться. Это приведет к возникновению коррозии на плате и открытых частях проводов. Это многократно сократит срок службы прожектора или светильника.

Блок питания для led ленты

LED лента работает по другому принципу, для неё требуется стабилизированное напряжение. Токозадающий резистор установлен на самой ленте. Это облегчает процесс подключения, подсоединить можно отрезок любой длины начиная от 3см до 100м.

Поэтому питание для светодиодной ленты можно сделать из любого блока питания на 12в от бытовой электроники.

Основные параметры:

количество вольт на выходе;
номинальная мощность;
степень защиты от влаги и пыли
коэффициент мощности.

Led драйвер своими руками

Простейший драйвер своими руками можно изготовить за 30 минут, даже если вы не знаете основы электроники. В качестве источника напряжения можно использовать блок питания от бытовой электроники с напряжением от 12В до 37В. Особенно подходит блок питания от ноутбука, у которого 18 – 19В и мощность от 50W до 90W.

Потребуется минимум деталей, все они изображены на картинке. Радиатор для охлаждения мощного светодиода можно позаимствовать из компьютера. Наверняка где-нибудь дома в кладовке у вас пылятся старые запчасти от системного блока. Лучше всего подойдёт от процессора.

Ччто бы узнать номинал требуемого сопротивления, используйте калькулятор расчёта стабилизатора тока для LM317.

Прежде чем делать led driver 50W своими руками, стоит немного поискать, например есть в каждой диодной лампе. Если у вас есть неисправная лампочка, у которой неисправность в диодах, то можно использовать driver из неё.

Низковольтные

Подробно разберем виды низковольтных лед драйверов работающих от напряжения до 40 вольт. Наши китайские братья по разуму предлагают множество вариантов. На базе ШИМ контроллеров производятся стабилизаторы напряжения и стабилизаторы тока. Основное отличие, у модуля с возможностью стабилизации тока на плате находится 2-3 синих регулятора, в виде переменных резисторов.

В качестве технических характеристик всего модуля указывают параметры ШИМ микросхемы, на которой он собран. Например устаревший но популярный LM2596 по спецификациям держит до 3 Ампер. Но без радиатора он выдержит только 1 Ампер.

Более современный вариант с улучшенным КПД это ШИМ контроллер XL4015 рассчитанный на 5А. С миниатюрной системой охлаждения может работать до 2,5А.

Если у вас очень мощные сверхяркие светодиоды, то вам нужен led драйвер для светодиодных светильников. Два радиатора охлаждают диод Шотки и микросхему XL4015. В такой конфигурации она способна работать до 5А с напряжением до 35В. Желательно чтобы он не работал в предельных режимах, это значительно повысить его надежность и срок эксплуатации.

Если у вас небольшой светильник или карманный прожектор, то вам подойдет миниатюрный стабилизатор напряжения, с током до 1,5А. Входное напряжение от 5 до 23В, выход до 17В.

Регулировка яркости

Для регулирования яркости светодиода можно использовать компактные светодиодный диммеры, которые появились недавно. Если его мощности будет недостаточно, то можно поставить диммер побольше. Обычно они работают в двух диапазонах на 12В и 24В.

Управлять можно с помощью инфракрасного или радиопульта дистанционного управления (ДУ). Они стоят от 100руб за простую модель и от 200руб модель с пультом ДУ. В основном такие пульты используют для диодных лент на 12В. Но его с лёгкостью можно поставить к низковольтному драйверу.

Диммирование может быть аналоговым в виде крутящейся ручки и цифровым в виде кнопок.

led-obzor.ru

LED ДРАЙВЕР

Мы рассмотрим действительно простой и недорогой мощный светодиодный драйвер. Схема представляет собой источник постоянного тока, что означает, что он сохраняет яркость LED постоянной независимо от того, какое питание вы используете. Ели при ограничении тока небольших сверхярких светодиодов достаточно резистора, то для мощностей свыше 1-го ватта нужна специальная схема. В общем так питать светодиод лучше, чем с помощью резистора. Предлагаемый led драйвер идеально подходит особенно для мощных светодиодов, и может быть использован для любого их числа и конфигурации, с любым типом питания. В качестве тестового проекта, мы взяли LED элемент на 1 ватт. Вы можете легко изменить элементы драйвера на использование с более мощными светодиодами, на различные типы питания — БП, аккумуляторы и др.

Технические характеристики led драйвера:

Входное напряжение: 2В до 18В — выходное напряжение: на 0,5 меньше, чем входное напряжение (0.5V падение на полевом транзисторе) — ток: 20 ампер

Детали на схеме:

R2: приблизительно в 100-омный резистор

R3: подбирается резистор

Q2: маленький NPN-транзистор (2N5088BU)

Q1: большой N-канальный транзистор (FQP50N06L)

LED: Luxeon 1-ватт LXHL-MWEC

Другие элементы драйвера:

В качестве источника питания использован трансформатор-адаптер, вы можете использовать батареи. Для питания одного светодиода 4 — 6 вольт достаточно. Вот почему эта схема удобна, что вы можете использовать широкий спектр источников питания, и он всегда будет светить одинаково. Радиатор не требуется, так как идёт около 200 мА тока. Если планируется больше тока, вы должны установить LED элемент и транзистор Q1 на радиатор.

Выбор сопротивления R3

Ток LED устанавливается с помощью R3, он приблизительно равен: 0.5 / R3

Мощность рассеиваемая на резисторе приблизительно: 0.25 / R3

В данном случае установлен ток 225 мА с помощью R3 на 2,2 Ом. R3 имеет мощность 0,1 Вт, таким образом, стандартный 0,25 Вт резистор подходит отлично. Транзистор Q1 будет работать до 18 В. Если вы хотите больше, нужно изменить модель. Без радиаторов, FQP50N06L может рассеивать только около 0,5 Вт — этого достаточно для 200 мА тока при 3-х вольтовой разнице между источником питания и светодиодом.

Функции транзисторов на схеме:

Q1 используется в качестве переменного резистора.- Q2 используется в качестве токового датчика, а R3-это установочный резистор, который приводит к закрыванию Q2, когда течет повышенный ток. Транзистор создаёт обратную связь, которая непрерывно отслеживает текущие параметры тока и держит его точно в заданном значении.

Эта схема настолько проста, что нет смысла собирать её на печатной плате. Просто подключите выводы деталей навесным монтажом.

Форум по питанию различных светодиодов

elwo.ru

Драйверы для светодиодных лампочек.

Небольшая лабораторка на тему «какой драйвер лучше?» Электронный или на конденсаторах в роли балласта? Думаю, что у каждого есть своя ниша. Постараюсь рассмотреть все плюсы и минусы и тех и других схем. Напомню формулу расчёта балластных драйверов. Может кому интересно? Свой обзор построю по простому принципу. Сначала рассмотрю драйверы на конденсаторах в роли балласта. Затем посмотрю на их электронных собратьев. Ну а в конце сравнительный вывод. А теперь перейдём к делу. Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная). Почему усовершенствованная? Эта схема подойдёт к любой дешёвой китайской лампочке. Отличие будет только в номиналах радиодеталей и отсутствии некоторых сопротивлений (в целях экономии).
Бывают лампочки с отсутствующим С2 (очень редко, но бывает). В таких лампочках коэффициент пульсаций 100%. Очень редко ставят R4. Хотя сопротивление R4 просто необходимо. Оно будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Если в схеме отсутствует, лучше поставить. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды (для самодельщиков), можно рассчитать его ёмкость по формуле (1).
Эту формулу я писАл много раз. Повторюсь. Формула (2) позволяет сделать обратное. С её помощью можно посчитать ток через светодиоды, а затем и мощность лампочки, не имея Ваттметра. Для расчётов мощности нам ещё необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Можно вольтметром измерить, можно просто посчитать (без вольтметра). Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но очень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и т.д.). Всё просто. Бывает, что схемы собраны из светодиодов в несколько параллелей. Тогда надо будет учитывать количество светодиодов только в одной параллели. Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА. Рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2). (220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети (это первый минус драйвера), от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. При помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек (уже упоминал). Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). Тем более, за этими пределами формула работает неточно. Точно уже не рассчитать. Вот появился очень большой плюс у этих драйверов. Мощность лампочки можно подгонять под нужный результат подбором ёмкости С1 (как самодельных, так и уже купленных). Но тут же появился и второй минус. Схема не имеет гальванической развязки с сетью. Если ткнуть в любое место включенной лампочки отвёрткой-индикатором, она покажет наличие фазы. Трогать руками (включенную в сеть лампочку) категорически запрещено. Такой драйвер имеет практически 100%-ный КПД. Потери только на диодах и двух сопротивлениях. Его можно изготовить в течение получаса (по-быстрому). Даже плату травить необязательно. Конденсаторы заказывал эти:aliexpress.com/snapshot/310648391.html aliexpress.com/snapshot/310648393.html Диоды вот эти:aliexpress.com/snapshot/6008595825.html

Но у этих схем есть ещё один серьёзный недостаток. Это пульсации. Пульсации частотой 100Гц, результат выпрямления сетевого напряжения.
У различных лампочек форма незначительно будет отличаться. Всё зависит от величины фильтрующей ёмкости С2. Чем больше ёмкость, тем меньше горбы, тем меньше пульсации. Необходимо смотреть ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. Там же формула для расчёта (приложение Г). Но это не всё. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». В зависимости от предназначения помещения максимально допустимые пульсации от 10 до 20%. В жизни ничего просто так не бывает. Результат простоты и дешевизны лампочек налицо. Пора переходить к электронным драйверам. Здесь тоже не всё так безоблачно. Вот такой драйвер я заказывал. Это ссылка именно на него в начале обзора.
Почему заказал именно такой? Объясню. Хотел сам «колхозить» светильники на 1-3Вт-ных светодиодах. Подбирал по цене и характеристикам. Меня устроил бы драйвер на 3-4 светодиода с током до 700мА. Драйвер должен иметь в своём составе ключевой транзистор, что позволит разгрузить микросхему управления драйвером. Для уменьшения ВЧ пульсаций по выходу должен стоять конденсатор. Первый минус. Стоимость подобных драйверов (US $13.75 /10 штук) отличается в бОльшую сторону от балластных. Но тут же плюс. Токи стабилизации подобных драйверов 300мА, 600мА и выше. Балластным драйверам такое и не снилось (более 200мА не рекомендую). Посмотрим на характеристики от продавца: ac85-265v» that everyday household appliances.» load after 10-15v; can drive 3-4 3w led lamp beads series 600maА вот диапазон выходных напряжений маловат (тоже минус). Максимум, можно подцепить последовательно пять светодиодов. Параллельно можно подцеплять сколько угодно. Светодиодная мощность считается по формуле: Ток драйвера умножить на падение напряжения на светодиодах [количество светодиодов (от трёх до пяти) и умножить на падение напряжения на светодиоде (около 3В)]. Ещё один большой недостаток этих драйверов – большие ВЧ помехи. Некоторые экземпляры слышит не только ФМ радио, но и пропадает приём цифровых каналов ТВ при их работе. Частота преобразования составляет несколько десятков кГц. А вот защиты, как правило, никакой (от помех).
Под трансформатором что-то типа «экрана». Должно уменьшить помехи. Именно Этот драйвер почти не фонит. Почему они фонят, становится ясно, если посмотреть на осциллограмму напряжения на светодиодах. Без конденсаторов ёлочка куда серьёзнее!
На выходе драйвера должен стоять не только электролит, но и керамика для подавления ВЧ помех. Высказал своё мнение. Обычно стоит либо то либо другое. Бывает, что ничего не стоит. Это бывает в дешёвых лампочках. Драйвер спрятан внутри, предъявить претензию будет сложно. Посмотрим схему. Но предупрежу, она ознакомительная. Нанёс только основные элементы, которые необходимы нам для творчества (для понимания «что к чему»).

Погрешность в расчётах присутствует. Кстати, на мелких мощностях приборчик тоже подвирает. А теперь посчитаем пульсации (теория в начале обзора). Посмотрим, что же видит наш глаз. К осциллографу подключаю фотодиод. Два снимка объединил в один для удобства восприятия. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. А у нас около 100Гц. Для глаз вредно.
У меня получилось 20%. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». Использовать можно, но не в спальне. А у меня коридор. Можно СНиП и не смотреть. А теперь посмотрим другой вариант подключения светодиодов. Это схема подключения к электронному драйверу.
Итого 3 параллели по 4 светодиода. Вот, что показывает Ваттметр. 7,1Вт активной мощности.
Посмотрим, сколько доходит до светодиодов. Подключил к выходу драйвера амперметр и вольтметр.
Посчитаем чисто светодиодную мощность. Р=0,49А*12,1В=5,93Вт. Всё, что не хватает, взял на себя драйвер. Теперь посмотрим, что же видит наш глаз. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Частота повторения импульсов около 100кГц. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что вредны для здоровья только пульсации частотой до 300Гц. А у нас около 100кГц. Для глаз безвредно.

Всё рассмотрел, всё измерил. Теперь выделю плюсы и минусы этих схем:Минусы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами. -Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой. -Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к. при этом необходимы конденсаторы больших размеров. А увеличение ёмкости приводит к большим пусковым токам, портящим выключатели. -Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.Плюсы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами. +Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении. +Диапазон выходных напряжений просто фантастический. Один и тот же драйвер будет работать и с одним и с сорока последовательно соединёнными светодиодами. У электронных драйверов выходные напряжения имеют намного более узкий диапазон. +Низкая стоимость подобных драйверов, которая складывается буквально из стоимости двух конденсаторов и диодного моста. +Можно изготовить и самому. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.). +Можно регулировать ток через светодиоды подбором ёмкости балласта. +Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения. Есть ещё одно качество, которое можно отнести как к плюсам, так и к минусам. При использовании подобных схем с выключателями с подсветкой, светодиоды лампочки подсвечиваются. Лично для меня это скорее плюс, чем минус. Использую повсеместно как дежурное (ночное) освещение. Умышленно не пишу, какие драйверы лучше, у каждого есть своя ниша. Я выложил по максимуму всё, что знаю. Показал все плюсы и минусы этих схем. А выбор как всегда делать вам. Я лишь постарался помочь. На этом всё! Удачи всем.

mysku.ru

Как подобрать светодиодный драйвер — виды и основные характеристики

Светодиоды получили большую популярность. Главную роль в этом сыграл светодиодный драйвер, поддерживающий постоянный выходной ток определенного значения. Можно сказать, что это устройство представляет собой источник тока для LED-приборов. Такой драйвер тока, работая вместе со светодиодом, обеспечивает долголетний срок службы и надежную яркость. Анализ характеристик и видов этих устройств позволяет понять, какие они выполняют функции, и как их правильно выбирать.

Что такое драйвер и каково его назначение?

Драйвер для светодиодов является электронным устройством, на выходе которого образуется постоянный ток после стабилизации. В данном случае образуется не напряжение, а именно ток. Устройства, которые стабилизируют напряжение, называются блоками питания. На их корпусе указывается выходное напряжение. Блоки питания 12 В применяют для питания LED-линеек, светодиодной ленты и модулей.

Основным параметром LED-драйвера, которым он сможет обеспечивать потребителя длительное время при определенной нагрузке, является выходной ток. В качестве нагрузки применяются отдельные светодиоды или сборки из аналогичных элементов.

Драйвер для светодиода обычно питается от сети напряжением 220 В. В большинстве случаев диапазон рабочего выходного напряжения составляет от трех вольт и может достигать нескольких десятков вольт. Для подключения светодиодов 3W в количестве шести штук потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 21 В, рассчитанный на 780 мА. При своей универсальности он обладает малым КПД, если на него включить минимальную нагрузку.

При освещении в автомобилях, в фарах велосипедов, мотоциклов, мопедов и т. д., в оснащении переносных фонарей используется питание с постоянным напряжением, значение которого варьируется от 9 до 36 В. Можно не применять драйвер для светодиодов с небольшой мощностью, но в таких случаях потребуется внесение соответствующего резистора в питающую сеть напряжением 220 В. Несмотря на то, что в бытовых выключателях используется этот элемент, подключить светодиод к сети 220 В и рассчитывать на надежность достаточно проблематично.

Основные особенности

Мощность, которую эти устройства способны отдавать под нагрузкой, является важным показателем. Не стоит перегружать его, пытаясь добиться максимальных результатов. В результате таких действий могут выйти из строя драйверы для светодиодов или же сами LED-элементы.

На электронную начинку устройства влияет множество причин:

класс защиты аппарата;
элементная составляющая, которая применяется для сборки;
параметры входа и выхода;
марка производителя.

Изготовление современных драйверов выполняется при помощи микросхем с использованием технологии широтно-импульсного преобразования, в состав которых входят импульсные преобразователи и схемы, стабилизирующие ток. ШИМ-преобразователи запитываются от 220 В, обладают высоким классом защиты от коротких замыканий, перегрузок, а так же высоким КПД.

Технические характеристики

Перед приобретением преобразователя для светодиодов следует изучить характеристики устройства. К ним относятся следующие параметры:

выдаваемая мощность;
выходное напряжение;
номинальный ток.

Схема подключения LED-драйвера

На выходное напряжение влияет схема подключения к источнику питания, количество в ней светодиодов. Значение тока пропорционально зависит от мощности диодов и яркости их излучения. Светодиодный драйвер должен выдавать столько тока для светодиодов, сколько потребуется для обеспечения постоянной яркости. Стоит помнить, что мощность необходимого устройства должна быть более потребляемой всеми светодиодами. Рассчитать ее можно, используя следующую формулу:

P(led) – мощность одного LED-элемента;

n — количество LED-элементов.

Для обеспечения длительной и стабильной работы драйвера следует учитывать запас мощности устройства в 20–30% от номинальной.

Выполняя расчет, следует учитывать цветовой фактор потребителя, так как он влияет на падение напряжения. У разных цветов оно будет иметь отличающиеся значения.

Срок годности

Светодиодные драйверы, как и вся электроника, обладают определенным сроком службы, на который сильно влияют эксплуатационные условия. LED-элементы, изготовленные известными брендами, рассчитаны на работу до 100 тысяч часов, что намного дольше источников питания. По качеству рассчитанный драйвер можно классифицировать на три типа:

низкого качества, с работоспособностью до 20 тысяч часов;
с усредненными параметрами — до 50 тысяч часов;
преобразователь, состоящий из комплектующих известных брендов — до 70 тысяч часов.

Многие даже не знают, зачем обращать внимание на этот параметр. Это понадобится для выбора устройства для длительного использования и дальнейшей окупаемости. Для использования в бытовых помещениях подойдет первая категория (до 20 тысяч часов).

Как подобрать драйвер?

Насчитывается множество разновидностей драйверов, используемых для LED-освещения. Большинство из представленной продукции изготовлено в Китае и не имеет нужного качества, но выделяется при этом низким ценовым диапазоном. Если нужен хороший драйвер, лучше не гнаться за дешевизной китайского производства, так как их характеристики не всегда совпадают с заявленными, и редко когда к ним прилагается гарантия. Может быть брак на микросхеме или быстрый выход из строя устройства, в таком случае не удастся совершить обмен на более качественное изделие или вернуть средства.

Наиболее часто выбираемым вариантом является бескорпусный драйвер, питающийся от 220 В или 12 В. Различные модификации позволяют использовать их для одного или более светодиодов. Эти устройства можно выбрать для организации исследований в лаборатории или же проведения экспериментов. Для фито-ламп и бытового применения выбирают драйверы для светодиодов, находящиеся в корпусе. Бескорпусные устройства выигрывают в ценовом плане, но проигрывают в эстетике, безопасности и надежности.

Виды драйверов

Устройства, осуществляющие питание светодиодов, условно можно разделить на:

импульсные;
линейные.

Устройства импульсного типа производят на выходе множество токовых импульсов высокой частоты и работают по принципу ШИМ, КПД у них составляет до 95%. Импульсные преобразователи имеют один существенный недостаток — во время работы возникают сильные электромагнитные помехи. Для обеспечения стабильного выходного тока в линейный драйвер установлен генератор тока, который играет роль выхода. Такие устройства имеют небольшой КПД (до 80%), но при этом просты в техническом плане и стоят недорого. Такие устройства не получится использовать для потребителей большой мощности.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что источник питания для светодиодов следует выбирать очень тщательно. Примером может послужить люминесцентная лампа, на которую подается ток, превышающий норму на 20%. В ее характеристиках практически не произойдет изменений, а вот работоспособность светодиода уменьшится в несколько раз.

lampagid.ru

Схемы подключения светодиодов к 220В и 12В

Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет, чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.

Про подключение светодиодов к 12 и 220В читайте в предыдущей статье, рассмотрены все способы от сложных до простых, от дорогих до дешёвых.

1. Типы схем
2. Обозначение на схеме
3. Подключение светодиода к сети 220в, схема
4. Подключение к постоянному напряжению
5. Самый простой низковольтный драйвер
6. Драйвера с питанием от 5В до 30В
7. Включение 1 диода
8. Параллельное подключение
9. Последовательное подключение
10. Подключение RGB LED
11. Включение COB диодов
12. Подключение SMD5050 на 3 кристалла
13. Светодиодная лента 12В SMD5630
14. Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

Типы схем

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

светодиодный драйвер со стабилизированным током;
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.

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.

Обозначение на схеме

Для обозначения на схеме используется две вышеуказанные пиктограммы. Две параллельные стрелочки указывают, что светит очень сильно, количество зайчиков в глазах не сосчитать.

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:

простая на гасящем конденсаторе;
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.

Подключение к постоянному напряжению

3,7В – аккумуляторы от телефонов;
5В – зарядные устройства с USB;
12В – автомобиль, прикуриватель, бытовая электроника, компьютер;
19В – блоки от ноутбуков, нетбуков, моноблоков.

Самый простой низковольтный драйвер

Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов состоит из линейной микросхемы LM317 или его аналогов. На выходе таких стабилизаторов может быть от 0,1А до 5А. Основные недостатки это невысокий КПД и сильный нагрев. Но это компенсируется максимальной простотой изготовления.

Входное до 37В, до 1,5 Ампера для корпуса указанного на картинке.

Для рассчёта сопротивления, задающего рабочий ток используйте калькулятор стабилизатор тока на LM317 для светодиодов.

Драйвера с питанием от 5В до 30В

Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер. Они бывают повышающие и понижающие. Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.

В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.

Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.

Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.

Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.

Включение 1 диода

Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.

Параллельное подключение

При параллельном соединении желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.

Рациональность применений каждого способа рассчитывают исходя из требований к изделию.

Последовательное подключение

Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт. В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.

Такое соединение применяют в любой светотехнике:

светодиодные лампах для дома;
led светильники;
новогодние гирлянды на 220В;
светодиодные ленты на 220.

В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.

Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление. Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.

Подключение RGB LED

Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.

Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.

Включение COB диодов

Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.

Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.

Подключение SMD5050 на 3 кристалла

От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов белого света, поэтому имеет 6 ножек. То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.

При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2. Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.

При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.

Светодиодная лента 12В SMD5630

Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.

Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.

led-obzor.ru Схемы подключения розеток и выключателей

Схемы led драйверов

Свой обзор построю по простому принципу. Сначала рассмотрю драйверы на конденсаторах в роли балласта. Затем посмотрю на их электронных собратьев. Ну а в конце сравнительный вывод.
А теперь перейдём к делу.
Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная). Почему усовершенствованная? Эта схема подойдёт к любой дешёвой китайской лампочке. Отличие будет только в номиналах радиодеталей и отсутствии некоторых сопротивлений (в целях экономии).

Бывают лампочки с отсутствующим С2 (очень редко, но бывает). В таких лампочках коэффициент пульсаций 100%. Очень редко ставят R4. Хотя сопротивление R4 просто необходимо. Оно будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Если в схеме отсутствует, лучше поставить. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды (для самодельщиков), можно рассчитать его ёмкость по формуле (1).

Эту формулу я писАл много раз. Повторюсь.
Формула (2) позволяет сделать обратное. С её помощью можно посчитать ток через светодиоды, а затем и мощность лампочки, не имея Ваттметра. Для расчётов мощности нам ещё необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Можно вольтметром измерить, можно просто посчитать (без вольтметра). Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но очень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и т.д.). Всё просто. Бывает, что схемы собраны из светодиодов в несколько параллелей. Тогда надо будет учитывать количество светодиодов только в одной параллели.
Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА. Рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2).
(220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети (это первый минус драйвера), от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. При помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек (уже упоминал). Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). Тем более, за этими пределами формула работает неточно. Точно уже не рассчитать.
Вот появился очень большой плюс у этих драйверов. Мощность лампочки можно подгонять под нужный результат подбором ёмкости С1 (как самодельных, так и уже купленных). Но тут же появился и второй минус. Схема не имеет гальванической развязки с сетью. Если ткнуть в любое место включенной лампочки отвёрткой-индикатором, она покажет наличие фазы. Трогать руками (включенную в сеть лампочку) категорически запрещено.
Такой драйвер имеет практически 100%-ный КПД. Потери только на диодах и двух сопротивлениях.
Его можно изготовить в течение получаса (по-быстрому). Даже плату травить необязательно.
Конденсаторы заказывал эти:

Диоды вот эти:

Но у этих схем есть ещё один серьёзный недостаток. Это пульсации. Пульсации частотой 100Гц, результат выпрямления сетевого напряжения.

У различных лампочек форма незначительно будет отличаться. Всё зависит от величины фильтрующей ёмкости С2. Чем больше ёмкость, тем меньше горбы, тем меньше пульсации. Необходимо смотреть ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. Там же формула для расчёта (приложение Г).

Но это не всё. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». В зависимости от предназначения помещения максимально допустимые пульсации от 10 до 20%.
В жизни ничего просто так не бывает. Результат простоты и дешевизны лампочек налицо.
Пора переходить к электронным драйверам. Здесь тоже не всё так безоблачно.
Вот такой драйвер я заказывал. Это ссылка именно на него в начале обзора.

Почему заказал именно такой? Объясню. Хотел сам «колхозить» светильники на 1-3Вт-ных светодиодах. Подбирал по цене и характеристикам. Меня устроил бы драйвер на 3-4 светодиода с током до 700мА. Драйвер должен иметь в своём составе ключевой транзистор, что позволит разгрузить микросхему управления драйвером. Для уменьшения ВЧ пульсаций по выходу должен стоять конденсатор. Первый минус. Стоимость подобных драйверов (US $13.75 /10 штук) отличается в бОльшую сторону от балластных. Но тут же плюс. Токи стабилизации подобных драйверов 300мА, 600мА и выше. Балластным драйверам такое и не снилось (более 200мА не рекомендую).
Посмотрим на характеристики от продавца:

ac85-265v» that everyday household appliances.»
load after 10-15v; can drive 3-4 3w led lamp beads series
600ma

А вот диапазон выходных напряжений маловат (тоже минус). Максимум, можно подцепить последовательно пять светодиодов. Параллельно можно подцеплять сколько угодно. Светодиодная мощность считается по формуле: Ток драйвера умножить на падение напряжения на светодиодах [количество светодиодов (от трёх до пяти) и умножить на падение напряжения на светодиоде (около 3В)].
Ещё один большой недостаток этих драйверов – большие ВЧ помехи. Некоторые экземпляры слышит не только ФМ радио, но и пропадает приём цифровых каналов ТВ при их работе. Частота преобразования составляет несколько десятков кГц. А вот защиты, как правило, никакой (от помех).

Под трансформатором что-то типа «экрана». Должно уменьшить помехи. Именно Этот драйвер почти не фонит.
Почему они фонят, становится ясно, если посмотреть на осциллограмму напряжения на светодиодах. Без конденсаторов ёлочка куда серьёзнее!

На выходе драйвера должен стоять не только электролит, но и керамика для подавления ВЧ помех. Высказал своё мнение. Обычно стоит либо то либо другое. Бывает, что ничего не стоит. Это бывает в дешёвых лампочках. Драйвер спрятан внутри, предъявить претензию будет сложно.
Посмотрим схему. Но предупрежу, она ознакомительная. Нанёс только основные элементы, которые необходимы нам для творчества (для понимания «что к чему»).

У меня получилось 20%. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». Использовать можно, но не в спальне. А у меня коридор. Можно СНиП и не смотреть.
А теперь посмотрим другой вариант подключения светодиодов. Это схема подключения к электронному драйверу.

Итого 3 параллели по 4 светодиода.
Вот, что показывает Ваттметр. 7,1Вт активной мощности.

Посмотрим, сколько доходит до светодиодов. Подключил к выходу драйвера амперметр и вольтметр.

Посчитаем чисто светодиодную мощность. Р=0,49А*12,1В=5,93Вт. Всё, что не хватает, взял на себя драйвер.
Теперь посмотрим, что же видит наш глаз. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Частота повторения импульсов около 100кГц. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что вредны для здоровья только пульсации частотой до 300Гц. А у нас около 100кГц. Для глаз безвредно.

Всё рассмотрел, всё измерил.
Теперь выделю плюсы и минусы этих схем:
Минусы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
-Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой.
-Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к. при этом необходимы конденсаторы больших размеров. А увеличение ёмкости приводит к большим пусковым токам, портящим выключатели.
-Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.
Плюсы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
+Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении.
+Диапазон выходных напряжений просто фантастический. Один и тот же драйвер будет работать и с одним и с сорока последовательно соединёнными светодиодами. У электронных драйверов выходные напряжения имеют намного более узкий диапазон.
+Низкая стоимость подобных драйверов, которая складывается буквально из стоимости двух конденсаторов и диодного моста.
+Можно изготовить и самому. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.).
+Можно регулировать ток через светодиоды подбором ёмкости балласта.
+Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.
Есть ещё одно качество, которое можно отнести как к плюсам, так и к минусам. При использовании подобных схем с выключателями с подсветкой, светодиоды лампочки подсвечиваются. Лично для меня это скорее плюс, чем минус. Использую повсеместно как дежурное (ночное) освещение.
Умышленно не пишу, какие драйверы лучше, у каждого есть своя ниша.
Я выложил по максимуму всё, что знаю. Показал все плюсы и минусы этих схем. А выбор как всегда делать вам. Я лишь постарался помочь.
На этом всё!
Удачи всем.

Планирую купить +70 Добавить в избранное Обзор понравился +68 +157

Несмотря на высокую стоимость, потребление электроэнергии полупроводниковыми светильниками (LED) намного меньше, чем у ламп накаливания, а срок службы в 5 раз больше. Схема светодиодной лампы работает при подаче 220 вольт, когда входной сигнал, вызывающий свечение, преобразуется до рабочей величины с помощью драйвера.

Светодиодные светильники на 220 В

Каким бы ни было напряжение питания, на один светодиод подается постоянное напряжение 1,8-4 В.

Типы светодиодов

Светодиод – это полупроводниковый кристалл из нескольких слоев, преобразующий электричество в видимый свет. При изменении его состава получается излучение определенного цвета. Светодиод делается на основе чипа – кристалла с площадкой для подключения проводников питания.

Чтобы воспроизвести белый свет, «синий» чип покрывается желтым люминофором. При излучении кристалла люминофор испускает собственное. Смешивание желтого и синего света образует белый.

Разные способы сборки чипов позволяют создавать 4 основных типа светодиодов:

DIP – состоит из кристалла с расположенной сверху линзой и присоединенными двумя проводниками. Он наиболее распространен и используется для подсветки, в световых украшениях и табло.
«Пиранья» – похожая конструкция, но с четырьмя выводами, что делает ее более надежной для монтажа и улучшает отвод выделяющегося тепла. Большей частью применяется в автомобильной промышленности.
SMD-светодиод – размещается на поверхности, за счет чего удается уменьшить габариты, улучшить теплоотвод и обеспечить множество вариантов исполнения. Используется в любых источниках света.
СОВ-технология, где чип впаивается в плату. За счет этого контакт лучше защищен от окисления и перегрева, а также значительно повышается интенсивность свечения. Если светодиод перегорает, его надо полностью менять, поскольку ремонт своими руками с заменой отдельных чипов не возможен.

Недостатком светодиода является его маленький размер. Чтобы создать большое красочное световое изображение, требуется много источников, объединенных в группы. Кроме того, кристалл со временем стареет, и яркость ламп постепенно падает. У качественных моделей процесс износа протекает очень медленно.

Устройство LED-лампы

В состав лампы входят:

корпус;
цоколь;
рассеиватель;
радиатор;
блок светодиодов LED;
бестрансформаторный драйвер.

Устройство LED-лампы на 220 вольт

На рисунке изображена современная LED-лампа по технологии СОВ. Светодиод выполнен как одно целое, с множеством кристаллов. Для него не требуется распайка многочисленных контактов. Достаточно присоединить всего одну пару. Когда делается ремонт светильника с перегоревшим светодиодом, его меняют целиком.

По форме лампы бывают круглыми, цилиндрическими и прочими. Подключение к сети питания производится через резьбовые или штырьковые цоколи.

Под общее освещение выбираются светильники с 2700К, 3500К и 5000К. Градации спектра могут быть любыми. Их часто используют для освещения реклам и в декоративных целях.

Простейшая схема драйвера для питания лампы от сети изображена на рисунке ниже. Количество деталей здесь минимальное, за счет наличия одного или двух гасящих резисторов R1, R2 и встречно-параллельного включения светодиодов HL1, HL2. Так они защищают друг друга от обратного напряжения. При этом частота мерцания лампы увеличивается до 100 Гц.

Простейшая схема подключения LED-лампы в сеть 220 вольт

Напряжение питания 220 вольт поступает через ограничительный конденсатор С1 на выпрямительный мост, а после – на лампу. Один из светодиодов можно заменить на обычный выпрямительный, но при этом мерцание изменится до 25 Гц, что плохо повлияет на зрение.

На рисунке ниже изображена классическая схема источника питания LED-лампы. Он применяется во многих моделях, и его можно извлекать, чтобы производить ремонт своими руками.

Классическая схема включения LED-лампы в сеть 220 В

На электролитическом конденсаторе выпрямленное напряжение сглаживается, что устраняет мерцание с частотой 100 Гц. Резистор R1 разряжает конденсатор при отключении питания.

своими руками

В простой LED-лампе с отдельными светодиодами можно сделать ремонт с заменой неисправных элементов. Она легко разбирается, если аккуратно отделить от стеклянного корпуса цоколь. Внутри располагаются светодиоды. У лампы MR 16 их 27 штук. Для доступа к печатной плате, на которой они размещены, надо удалить защитное стекло, поддев его отверткой. Порой эту операцию сделать довольно трудно.

Лампа светодиодная на 220 вольт

Прогоревшие светодиоды сразу заменяются. Остальные следует прозвонить тестером или подать на каждый напряжение 1,5 В. Исправные должны загораться, а остальные подлежат замене.

Изготовитель рассчитывает лампы так, чтобы рабочий ток светодиодов был как можно выше. Это значительно снижает их ресурс, но «вечные» устройства продавать невыгодно. Поэтому последовательно к светодиодам можно подключить ограничивающий резистор.

Если светильники моргают, причиной может быть выход из строя конденсатора С1. Его следует заменить на другой, с номинальным напряжением 400 В.

Заново светильники на светодиодах делают редко. Лампу проще изготовить из неисправной. Фактически получается, что ремонт и изготовление нового изделия – это один процесс. Для этого LED-лампу разбирают и восстанавливают перегоревшие светодиоды и радиодетали драйвера. В продаже часто бывают оригинальные светильники с нестандартными лампами, которым в дальнейшем трудно найти замену. Простой драйвер можно взять из неисправной лампы, а светодиоды – из старого фонарика.

Схема драйвера собирается по классическому образцу, рассмотренному выше. Только к ней добавляется резистор R3 для разрядки конденсатора С2 при отключении и пара стабилитронов VD2,VD3 для его шунтирования на случай обрыва цепи светодиодов. Можно обойтись одним стабилитроном, если правильно подобрать напряжение стабилизации. Если конденсатор выбрать под напряжение больше 220 В, можно обойтись без дополнительных деталей. Но в этом случае его размеры увеличатся и после того, как будет сделан ремонт, плата с деталями может не поместиться в цоколь.

Драйвер LED-лампы

Схема драйвера приведена для лампы из 20 светодиодов. Если их количество будет другим, необходимо подобрать такую величину емкости конденсатора С1, чтобы через них проходил ток 20 мА.

Схема питания LED-лампы является чаще всего бестрансформаторной, и следует соблюдать осторожность при монтаже своими руками на металлическом светильнике, чтобы не было замыкания фазы или нуля на корпус.

Конденсаторы подбираются по таблице, в зависимости от количества светодиодов. Их можно закрепить на алюминиевой пластине в количестве 20-30 шт. Для этого в ней сверлятся отверстия, и на термоклей устанавливаются светодиоды. Их пайка производится последовательно. Все детали можно разместить на печатной плате из стеклотекстолита. Они располагаются со стороны, где отсутствуют печатные дорожки, за исключением светодиодов. Последние – крепятся пайкой выводов на плате. Их длина составляет около 5 мм. Затем устройство собирается в светильнике.

Настольная лампа на светодиодах

Лампа на 220 В. Видео

Об изготовлении светодиодной лампы на 220 В своими руками можно узнать из этого видео.

Правильно изготовленная самодельная схема светодиодной лампы позволит эксплуатировать ее многие годы. Для нее бывает возможным ремонт. Источники питания могут быть любые: от обычной батарейки до сети на 220 вольт.

Список номиналов:

C1 – значение емкости по таблице, 275 В или больше
C2 – 100 мкФ (напряжение должно быть больше чем падает на диодах
R1 – 100 Ом
R2 – 1 MОм (для разряда конденсатора C1)
VD1 .. VD4 – 1N4007

количество светодиодов последовательно, шт	1	10	20	30	50	70
напряжение на сборке из светодиодов, В	3,5	35	70	105	165	230
ток через светодиоды, мА (С1=1000нФ)	64	57	49	42	32	20
ток через светодиоды, мА (С1=680нФ)	44	39	34	29	22	14
ток через светодиоды, мА (С1=470нФ)	30	27	24	20	15	—
ток через светодиоды, мА (С1=330нФ)	21	19	17	14	—	—
ток через светодиоды, мА (С1=220нФ)	14	13	11	—	—	—

Для 1 светодиода в сборке фильтрующий конденсатор C2 следует увеличить до 1000мкФ, а для 10 светодиодов, до 470мкФ.

Навигация по записям

15 thoughts on “Схема светодиодной лампы на 220 в ”

Игорь
Даже с «выброшенным» стабилизатором, светодиодная лампочка для подъезда получается слишком дорогой. Там лучше вкрутить обычную лампочку «Ильича Эдисона» с диодом, который монтируется в слегка модернизированный патрон.
1. Валерий
  Не в патрон, в выключатель, там больше места.
Greg
Не знаю, что слишком дорогого увидел здесь Игорь, но, уж если экономить по полной, то можно выкинуть сопротивления и мост. Останутся: С1, как реактивное сопротивление, один диод для выпрямления переменки и С2 (емкость увеличить в 2-3 раза) для сглаживания пульсаций. Затраты на питание и замену ламп накаливания гораздо выше, чем, даже первоначальный вариант схемы. Очень уж они неэкономичны, причем, во всех ракурсах. От них и избавляются поэтому везде, где только можно. А в подъездах — это архиважно и архинужно, как говаривал Ильич.
admin Автор записи
У лампы накаливая маловат ресурс, на коробке пишут 1000ч, при круглосуточной работе это 42 дня. В лучшем случае лампочка прослужит несколько месяцев.
Питание лампы однополупериодным напряжением должно значительно увеличить ресурс (якобы до 100 раз), вот только светоотдача упадет больше чем в два раза. И лампочка будет мерцать с частотой 50Гц.
Чтобы вернуть частоту к 100Гц, достаточно включить две одинаковых лампочки последовательно — и ресурс возрастет и частота не снизиться.
олександр
В первой схеме конденсатор С1 надо брать на большее допустимое напряжение в сети 220 в это действующее напряжение Максимальное 220*1,42= примерно 320 в к тому же как правило На конденсаторе указывается на постоянное напряжение а в сети 50 герц. Я рекомендую брать не меньше 450 В. Один диод как пишет Greg не пойдет так на светодиоды или выпрямительный диод будет действовать обратное напряжение.Я рекомендую Выкинуть диодный мост и С2 параллейно светодиодам в обратной полярности поставить диол один период пойдет через светодиод другой через силовой диод. Светодиод можно взять из не исправных фонариков.
Greg
Ну, обратное напряжение светодиоды должны выдержать, но идея хороша. Зачем терять один период? С2 — выбрасываем, да, а вместо предложенного Олександром силового, ставим еще один световой — пусть моргают попеременно, усиливая общий световой поток и защищая друг дружку от обратного напряжения. А учитывая, что сверхъярких светодиодов, в некоторые фонарики тулят штук по 20, наковырять можно много. Можно и целиком взять, у многих ручных фонарей — ручка выполнена в виде удлиненной лампочки кругового рассеивания.
олександр
Данную схему можно не только в подъезде как предполагает (Игорь) но где угодно, например освещение приусадебного участка по схеме Greg через понижающий трансформатор для безопасности и две группы светодиодов включенных параллейно и в противоположной полярности.или освещение кессона, душа летнего.
Анатолий
Я часто видел в подъездах мерцающие лампочки накаливания, где использовался «хитрый» патрон с одним диодом. По моему самое то для подъезда, экономия энергии и непрезентабельный вид. Вот для дома схема №1 вполне подойдёт, скопирую её себе.
Николай
разобрал «замолчавшую» светодиодную лампу на 11 ватт(100 эквивалента к накаливанию). То что автор называет драйвером, обычный инвертор, схема которого вошла в быт повсеместно, от лампочек до компьютеров и сварочных аппаратов. Так вот на моей лампе стоит 20 диодных светоизлучающих элементов. Исследуя их я пришел к выводу, что они включены как елочная гирлянда — последовательно. Обнаружить неисправный диод не составило труда. Припаяв перемычку из резистроа порядка 50 ом, лампа восстановилась. Так что светоизлучатели работают не при 9.8 иольтах а на всё напряжение выдаваемое инвертором. То есть 220 вольт.
Дале — у меня есть фонарь ЭРА летучая мышь, с 6 вольтовым АКБ и люминесцентной лампой. Эта лампа светит очень гумозно при своих 7 ваттах. А АКБ хватает на 4 часа. Что я сделал — выпаял из схемы «драйвера» диодный мост и плату со светоизлучателями. В точки пайки проводов от инвертора обозначенные + и — , впаял этот мост соблюдая полярность. На вход моста подал переменное напряжение которое вырабатывал штатный генератор «Эры». Лампа заработала как надо. Светоотдача осталась той же как и от сети 220 вольт. Поскольку холостой ход генератора обеспечивал это напряжение на светоизлучателях.
Как то вот так.

Описание схемы драйвера светодиода

и доступные решения

Прошли дни ламп накаливания. В настоящее время преобладает светодиодное освещение, поскольку оно намного более энергоэффективно. Светодиодные лампы, с другой стороны, требуют хорошей схемы управления для правильной работы, и это так называемая схема драйвера светодиода. Светодиоды в основном представляют собой диод, который излучает свет при прямом смещении. Диод рассчитан на прямое напряжение 0,3 В или 0,7 В для германия и кремния соответственно. Для светодиодных фонарей прямое напряжение выше, чем у диода, и обычно может достигать 2 В-3.5 В на светодиод. Некоторые светодиоды, для которых указано более высокое напряжение, уже представляют собой комбинацию нескольких светодиодов.

Светодиоды

по своей природе являются постоянным током, но почему светодиоды используются непосредственно вместо ламп накаливания и CFL в розетках переменного тока? Это стало возможным благодаря схеме драйвера светодиода. Схема драйвера светодиода преобразует переменный ток в постоянный уровень, который безопасно используется светодиодами. Есть несколько доступных решений для схемы драйвера светодиода. Драйверы светодиодов бывают линейными или переключаемыми. Ознакомимся с этими решениями.

Схема линейного драйвера светодиодов

использует линейное устройство для управления током светодиодов. Это схемное решение совершенно неэффективно и ограничивается только приложениями малой мощности. Линейный драйвер светодиода может быть простым источником напряжения и только резистором ограничения тока; это действительно очень просто, поэтому до сих пор популярное решение для управления светодиодами. Еще одним преимуществом линейного драйвера светодиода является то, что он может обеспечивать очень чистый свет, я имею в виду, что чистый — это отсутствие эффекта размытия или мерцания.

Схема простого линейного драйвера светодиода

Схема ниже представляет собой очень простой способ управления светодиодами.

В основном он состоит только из источника постоянного напряжения и ограничительного резистора Rlimit. Однако в этом решении источником напряжения должен быть чистый постоянный ток или линейный уровень, чтобы ток, установленный на светодиодах, не изменился. В случае, если ток на светодиоды будет изменяться, освещение будет несколько показывать изменение интенсивности, и это неприятно видеть глазами.Еще один недостаток изменения тока светодиода заключается в том, что светодиоды могут перегреться и выйти из строя.

В приведенной выше примерной схеме источником напряжения является чистый постоянный ток, а ток светодиода, устанавливаемый ограничивающим резистором, составляет 600 мА. Это дает общую мощность светодиода 8,332 Вт . Токоограничивающий резистор рассеивает 3,67 Вт. Общая мощность, подаваемая на схему, составляет 12 Вт , а КПД составляет всего 69,43%, что очень мало.

КПД светодиода = 8.332Вт / 12Вт = 69,43%

Линейный регулятор

как светодиодный драйвер

Приведенный выше пример представляет собой очень простой и элементарный подход к управлению светодиодами. В случае источника переменного напряжения можно использовать линейный регулятор. Линейный регулятор может принимать переменное входное напряжение, сохраняя при этом выходное напряжение постоянным. Это все еще решение управления светодиодами с потерями, но оно лучше первого подхода с точки зрения стабильности тока светодиодов.

На схеме ниже представлена типичная схема линейного регулятора.VOUT — это узел, к которому приложена нагрузка, и он регулируется до уровня напряжения, установленного пользователем. Предположим, что диапазон входного напряжения составляет 9-16 В, выходное напряжение останется прежним; например 7,5 В на настройку. Когда разница между входом и выходом огромна, линейный регулятор рассеивает огромную мощность, чтобы поддерживать регулируемое выходное напряжение. Свойство линейного регулятора поддерживать выходное напряжение делает его популярным для управления светодиодами.

Ниже представлена схема драйвера светодиода с использованием линейного регулятора от Linear Technology, LT1083-12.Выход этого регулятора — фиксированный 12 В. Тем не менее, необходим последовательный резистор, чтобы установить безопасный для светодиодов уровень тока. Ток светодиода в этой цепи составляет 261,6 мА .

Ток светодиода = (12 В — (3 X 3,128 В)) / 10 Ом = 261,6 мА

Мощность светодиода всего 2.452Вт .

Индикатор питания = 3 X 3,128 В X 261,6 мА = 2,45 Вт

Мощность, рассеиваемая ограничительным резистором, составляет 0,684 Вт.

резистор ограничения мощности = (261.6 мА) ² X 10 Ом = 0,684 Вт

Мощность, рассеиваемая линейным регулятором, составляет

Регулятор мощности = (VIN — VOUT) X (ток светодиода + ток покоя) = (16V-12V) X (261,6 мА + 5 мА) = 1,0664 Вт.

(Ток покоя указан в паспорте регулятора. Это лишь небольшое значение, и в большинстве случаев им можно пренебречь для упрощения расчетов.)

КПД схемы

КПД цепи = индикатор питания / (индикатор питания + резистор ограничения мощности + регулятор мощности) = 2.45 Вт / (2,45 Вт + 0,684 Вт + 1,0664 Вт) = 58,33%

Эффективность очень низкая, как и у предыдущего решения. КПД еще больше снизится при работе с более высоким входным напряжением.

Специализированный линейный светодиодный контроллер

Существуют специальные линейные ИС, разработанные исключительно для приложений светодиодных драйверов. Однако концепция и анализ со стороны силовой части
аналогичны приведенному выше примеру.

Преимущество этих ИС заключается в возможности управления несколькими цепочками светодиодов и встроенной защите от коротких и открытых светодиодов.Еще одно преимущество — включение функции затемнения. Обычный линейный регулятор не имеет функции диммирования.

Одним из примеров этого решения является BD8374HFP-M от ROHM semiconductor. Ниже представлена схема приложения. Это только один канал, с возможностью диммирования, защитой от короткого замыкания и короткого замыкания, защитой от перенапряжения и перегрева.

Для этого контроллера способ установки тока светодиода — через резистор RVIN_F. Этот резистор расположен на входе, в отличие от приведенных выше примеров, который расположен последовательно со светодиодами.В этом решении напряжение светодиода будет устанавливать выходное напряжение микросхемы контроллера. При использовании обычного регулятора напряжения на выходе будет фиксированное напряжение, но здесь выход может изменяться в зависимости от общего прямого напряжения светодиода.

Общая мощность светодиода — это просто сумма прямых напряжений светодиода, умноженная на IOUT или установленный ток светодиода резистором R _{VIN_F}. Мощность, рассеиваемая линейной ИС (BD8374HFP-M), представляет собой разницу между входным напряжением и общим прямым падением напряжения светодиода, умноженное на установленный выходной ток.С другой стороны, рассеиваемая мощность резистора установки тока RVIN_F — это просто падение его напряжения, умноженное на выходной ток, или квадрат выходного тока, умноженный на сопротивление. Расчет эффективности можно сделать так же, как в приведенном выше примере.

В драйвере светодиодов линейного режима изменение входного напряжения невелико, что ограничивается рассеиваемой мощностью линейного контроллера. Потери огромны и в линейном решении. Эти недостатки устраняются переключателем режима работы драйвера светодиода.Драйвер светодиода режима переключения может быть понижающим (понижающим), повышающим (повышающим) или комбинированным (понижающим-повышающим). Драйвер светодиода с режимом переключения может использоваться непосредственно от универсальной линии переменного тока; скажем, 90-264Vrms.

Принцип переключения

Режим переключения означает, что управляющее устройство работает в состоянии непрерывного переключения между включением и выключением переключающего устройства, такого как MOSFET или BJT. При включении переключателя в идеале имеется нулевое сопротивление, а значит, в идеале нулевые потери мощности.С другой стороны, при выключении ток в идеале равен нулю, следовательно, нет потери мощности. Такое поведение делает решение с переключением режима более эффективным, чем линейное решение. Однако метод переключения режимов более сложен, чем линейное решение, и будет стоить дороже.

Драйвер светодиода с понижающим преобразователем

Ниже представлена принципиальная схема силовой части понижающего преобразователя. Понижающий преобразователь — это понижающий преобразователь. Его выход всегда ниже, чем его вход.MOSFET Q1 приводится в состояние насыщения и отключается сигналом ШИМ для генерации выходного напряжения. Катушка индуктивности L1 служит накопителем энергии, которая заряжается, когда полевой МОП-транзистор Q1 приводится в состояние насыщения. Он разряжается, когда полевой МОП-транзистор Q1 находится в отключенном состоянии.

Конденсатор C1 также служит резервуаром для минимизации колебаний напряжения на выходной шине. Он заряжается, когда Q1 приводится в состояние насыщения, а разряжается, когда Q1 находится в режиме отсечки. Диод D1 служит каналом для тока индуктивности, когда он разряжается, он работает только тогда, когда полевой МОП-транзистор Q1 находится в состоянии отключения.

И МОП-транзистор, и диод проводят только часть периода переключения. Соотношение между входным и выходным напряжением определяется так называемым рабочим циклом. Идеальный рабочий цикл понижающего преобразователя —

Рабочий цикл

, бак = Vout / Vin

Пример схемы драйвера светодиода, полученной с помощью понижающего преобразователя

Ниже приведена схема драйвера светодиода на основе понижающей топологии. Это довольно хорошо работает в симуляции, так что на самом деле. Управляющее устройство — LT3474 от Linear Technology.

Силовой путь проходит от IN к внутреннему переключателю U1 (Q1 в стандартном понижающем преобразователе выше), к L1 и C3 (C1 в стандартном понижающем преобразователе выше). D1 — это диод разрядного тракта индуктора, как и D1 в общей схеме понижающего преобразователя выше. Схема допускает широкое изменение входного напряжения в отличие от линейного решения.

Расчеты силовой части этой схемы драйвера такие же, как и для обычного понижающего преобразователя, который мы обсуждали выше.Эта схема драйвера светодиода имеет возможность регулирования яркости ШИМ путем подачи сигнала ШИМ на вывод ШИМ.

Смоделированный ток светодиода с ШИМ-регулировкой яркости:

Как вы можете видеть на графике выше, напряжение светодиода, которое является выходным напряжением понижающего преобразователя, меньше входного напряжения, которое составляет 10 В, поскольку понижающий преобразователь является понижающим преобразователем. Ток светодиода модулируется для уменьшения яркости.

Драйвер светодиодов с повышающим преобразователем

Ниже представлена типичная схема силовой части повышающего преобразователя.Q1 модулируется и быстро работает в режиме насыщения и отсечки. Как и в случае понижающего преобразователя, коммутационное устройство будет иметь идеальные нулевые потери, так как в идеале во время насыщения нет сопротивления, а во время отсечки нет тока. Когда Q1 включен, L1 заряжается, а D1 имеет обратное смещение. Когда Q1 выключается, L1 меняет полярность и смещает прямое смещение D1, тогда ток достигнет выходного узла. C1 служит резервуаром, так что при зарядке индуктора в нагрузку поступает энергия.Повышающий преобразователь также управляется рабочим циклом, его идеальное уравнение рабочего цикла:

Рабочий цикл, Boost = 1 — (VIN / VOUT)

Пример схемы рабочего светодиодного драйвера с повышением мощности

Схема ниже представляет собой простой драйвер светодиода, созданный на основе повышающего преобразователя.

При использовании повышающего драйвера входное напряжение всегда должно быть ниже по сравнению с общим прямым напряжением светодиодов. В этой схеме входное напряжение равно 3, в то время как общее напряжение светодиодов составляет 9,64 В на основе моделирования.

Драйвер для светодиодов Buck-Boost

Если приложению требуется очень широкий диапазон напряжений, который не может быть обеспечен только повышением или понижающим коэффициентом, рассмотрите возможность использования драйвера светодиодов, производного от понижающего-повышающего напряжения. Пример этого — ниже схема от Linear Technology.

Схема драйвера светодиода, полученная из линии переменного тока

Решения, которые мы обсуждали выше, относятся ко всем приложениям DCDC. Как насчет того, что нам нужен светодиодный светильник, который мы можем напрямую подключать к розетке переменного тока, как коммерческие светодиодные фонари, доступные в настоящее время, что нам делать? В этой связи нам понадобится еще одна схема драйвера светодиода, подходящая для работы с переменным током постоянного тока.Есть несколько вещей, которые делают это возможным.

Неизолированный драйвер светодиодов ACDC с потерями

Схема ниже представляет собой простой неизолированный драйвер светодиода ACDC. Он состоит только из пассивных устройств и стабилитрона и диода. Это экономичное решение, но неэффективное и безопасное в использовании. Будь осторожен.

Неизолированный светодиодный драйвер ACDC без потерь

Нижеприведенное решение все еще неизолированное, так как в нем отсутствует изолирующий трансформатор.Это решение, предоставленное Richtek с использованием контроллера RT8402. Однако этот драйвер более эффективен по сравнению с первой схемой, описанной выше. Это конкретное решение — доллар

производный драйвер светодиодов AC-DC. Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, а Q1, D1, L1 и EC1 являются силовой частью понижающего преобразователя. Это эффективный драйвер, поскольку Q1 работает между насыщением и отсечкой. Тем не менее, будьте осторожны, это решение неизолированное.

Еще одно решение от Richtek с контроллером RT8487:

Оба решения обычно используются в коммерческих маломощных и недорогих светодиодных лампах.

Изолированный драйвер светодиодов ACDC без потерь с использованием обратной производной топологии

Для мощных светодиодных фонарей или ламп предпочтительна схема, указанная ниже. Это решение от Richtek с использованием RT7306. Это драйвер светодиодов с обратным ходом. Наличие трансформатора обеспечивает изоляцию между линией переменного тока и светодиодами. При случайном прикосновении к выходной стороне нет опасности поражения электрическим током.

Будучи обратноходовой топологией, драйвер может работать в широком диапазоне входного напряжения от 90 до 264 В переменного тока.Это решение также эффективно при мощности менее 50 Вт. Однако при мощности более 50 Вт эффективность может снизиться, но все же достаточно высока по сравнению с линейным решением.

Связанные

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 светодиодных технологий.

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 непосредственно от источника переменного тока (AC), светодиоды работают от входа постоянного или модулированного прямоугольного сигнала, поскольку диоды имеют полярность. При вводе сигнала переменного тока 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 также для приема других типов источников питания, например, питания постоянного тока от микросетей постоянного тока или питания 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 означает электрическую цепь, 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 для модуля светодиодов 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 имеют одинаковый ток, протекающий через их полупроводниковые переходы, а световой поток равномерен 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 присутствуют 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 точный контроль мощности. 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 рассеивание 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 устройствах, 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 светодиодов. 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 цепи 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, в которых 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 повышающих понижающих приложениях, известны как SEPIC (несимметричный преобразователь индуктивности первичной обмотки) 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. Повышающе-понижающий преобразователь представляет собой неизолированную схему драйвера.Как и повышающие преобразователи, повышающие 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 низкое количество деталей и использование твердотельных компонентов позволяют 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 затрат, невосприимчивостью к электромагнитным помехам / электромагнитной совместимости, 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 в довольно 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 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 и снижают стоимость, а также 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 и 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 MCPCB микросхем драйвера высокого напряжения (переключаемых линейных регуляторов). 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, генерируемого из-за неэффективного преобразования линейного драйвера.

Энергетика

Обработка мощности, которая происходит внутри SMPS, обычно приводит к неравномерному потреблению мощности из-за токовой импульсной модуляции. 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 энергопотребления, 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 поставляемой мощности, выражаемое числом от 0 до 1. У чисто резистивных нагрузок коэффициент мощности равен 1, поскольку 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 дополнительной реактивной мощностью.Чем ближе коэффициент мощности к 1, тем точнее совпадают формы сигналов тока и напряжения. По мере уменьшения коэффициента мощности больше мощности теряется 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 больше 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.Цепи 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 питания. 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.

Регулировка яркости

Переход от традиционной технологии освещения к твердотельному освещению вызван 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 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) являются наиболее распространенными методами, используемыми 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 дорогостоящим. Однако драйвер светодиода должен быть спроектирован так, чтобы распознавать сигналы напряжения от схемы регулирования яркости и реагировать на них. Неспособность интерпретировать выходной сигнал переменного фазового угла при регулировке яркости может вызвать мерцание и уменьшить диапазон регулировки яркости.

0-10 В — это 4-проводный (горячий и нейтральный, плюс 2 низковольтных управляющих провода) метод диммирования, который иногда называют диммированием 1-10 В, поскольку наиболее типичные диммируемые драйверы 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 сдвига 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, непосредственно 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 одним 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, парковок 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 среды, в которой уязвимые группы населения проводят много времени, но и для телевещания высокой четкости, 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 с частотой, вдвое превышающей синусоидальную частоту переменного тока.Несмотря на простоту конструкции схемы, требуются дополнительные схемы для эффективного уменьшения временных изменений источника питания.

Стандарты ограничения мерцания для различных приложений еще не установлены. IES установила две метрики 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 менее при 120 Гц или 8-процентное мерцание или менее при 100 Гц приемлемо для большинства людей, за исключением групп риска, 4-процентное мерцание или менее при 120 Гц или 3-процентное мерцание или менее при 100 Гц считается безопасным для всех слоев населения и очень востребованным в приложениях с интенсивным зрением. 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 светодиодов 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 снижение 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 уменьшения 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 коммутирующих 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 светодиодный драйвер 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, имеющего первичную и вторичную обмотки 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 может быть недостаточно 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 доступные к прикосновениям части драйвера светодиодов 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 иметь двойную или усиленную изоляцию, 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.

Местоположение Воздействие

Драйверы светодиодов

могут быть установлены удаленно или совместно с корпусами ламп или светильников. В совместно расположенных системах без DOB драйвер должен быть термически изолирован от светодиодов, которые выделяют огромное количество тепла. При проектировании корпуса светильника необходимо 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.

Схема драйвера потолочных светодиодных ламп

В настоящее время КЛЛ и люминесцентные лампы почти полностью заменены светодиодными лампами, которые в основном представляют собой плоские потолочные светодиодные лампы круглой или квадратной формы.

Эти лампы прекрасно сочетаются с плоской поверхностью потолка в наших домах, офисах или магазинах, обеспечивая эстетичный вид светильникам наряду с высокой эффективностью с точки зрения энергосбережения и освещения пространства.

В этой статье мы обсудим простой понижающий преобразователь, работающий от сети, который можно использовать в качестве драйвера для освещения потолочных светодиодных ламп в диапазоне от 3 до 10 Вт.

Схема на самом деле представляет собой схему SMPS от 220 В до 15 В, но поскольку это неизолированная конструкция, она избавляется от сложного ферритового трансформатора и связанных с этим критических факторов.

Несмотря на то, что неизолированная конструкция не обеспечивает изоляцию цепи от сети переменного тока, простая жесткая пластиковая крышка над блоком легко устраняет этот недостаток, гарантируя отсутствие угрозы для пользователя.

С другой стороны, самое лучшее в неизолированной схеме драйвера — это то, что она дешевая, простая в сборке, установке и использовании из-за отсутствия критически важного трансформатора SMPS, который заменен простой катушкой индуктивности.

Использование одной микросхемы VIPer22A от ST microelectronics делает конструкцию практически защищенной от повреждений и постоянной при условии, что входное напряжение переменного тока находится в пределах указанного диапазона от 100 В до 285 В.

О микросхеме VIPer22A-E

VIPer12A-E и VIPer22A-E, которые совпадают по контактам, и предназначены для различных источников питания переменного и постоянного тока. В этом документе представлен автономный неизолированный источник питания драйвера светодиода SMPS с использованием VIPer12 / 22A-E.

Сюда включены четыре уникальных дизайна драйверов.Микросхема VIPer12A-E может использоваться для питания потолочных светодиодных ламп 12 В при 200 мА и 16 В 200 мА.

VIPer22A-E может применяться для потолочных ламп большей мощности с источниками питания 12 В / 350 мА и 16 В / 350 мА.

Та же самая компоновка печатной платы может использоваться для любого выходного напряжения от 10 В до 35 В. Это делает применение чрезвычайно разнообразным и подходящим для питания широкого диапазона светодиодных ламп от 1 до 12 Вт.

На схеме для нагрузок меньше, которые могут работать с напряжением менее 16 В, включены диоды D6 и C4, для нагрузок, требующих более 16 В, диод D6 и конденсатор C4 просто удаляются.

Принцип работы схемы

Функции схемы для всех 4 вариантов по существу идентичны. Разница в стадии схемы запуска. Мы объясним модель, показанную на рисунке 3.

Конструктивный выход преобразователя не изолирован от входа сети 220 В переменного тока. Это приводит к тому, что линия нейтрали переменного тока становится общей с выходной землей линии постоянного тока, обеспечивая, таким образом, обратное опорное соединение с нейтралью сети.

Этот понижающий преобразователь светодиодов стоит меньше, поскольку он не зависит от традиционного трансформатора на основе ферритового сердечника и изолированного оптопара.

Линия сетевого переменного тока подается через диод D1, который выпрямляет переменные полупериоды переменного тока на выход постоянного тока. C1, L0, C2 представляют собой круговой фильтр, {помогающий} минимизировать EMI-шум.

Величина конденсатора фильтра выбирается для управления допустимой долиной импульсов, поскольку конденсаторы заряжаются каждый альтернативный полупериод. Вместо D1 можно использовать пару диодов, чтобы выдерживать импульсные пульсации до 2 кВ.

R10 удовлетворяет нескольким задачам, одна из которых предназначена для ограничения бросков броска тока, а другая — для работы в качестве предохранителя в случае катастрофической неисправности.Резистор с проволочной обмоткой справляется с пусковым током.

Огнестойкий резистор и предохранитель отлично работают в соответствии с требованиями системы и безопасности.

C7 управляет электромагнитными помехами путем выравнивания линии и помех нейтрали без необходимости использования Xcap. Этот потолочный светодиодный драйвер, безусловно, будет соответствовать требованиям стандарта EN55022 уровня «B». Если потребность в нагрузке ниже, то этот C7 можно исключить из схемы.

Напряжение, возникающее внутри C2, подается на сток полевого МОП-транзистора IC через контакты 5-8, соединенные вместе.

Внутри IC VIPer имеется источник постоянного тока, который обеспечивает 1 мА на вывод 4 Vdd. Этот ток 1 мА используется для зарядки конденсатора C3.

Как только напряжение на выводе Vdd достигает минимального значения 14,5 В, внутренний источник тока IC отключается, и VIPer начинает запускать ВКЛ / ВЫКЛ.

В этой ситуации питание подается через колпачок Vdd. Электроэнергия, хранящаяся внутри этого конденсатора, должна быть выше, чем мощность, необходимая для обеспечения выходного тока нагрузки вместе с мощностью для зарядки выходного конденсатора, прежде чем напряжение Vdd упадет ниже 9 В.

Это можно заметить на приведенных принципиальных схемах. Таким образом, емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы поддерживать начальное время включения.

Когда происходит короткое замыкание, заряд внутри конденсатора Vdd падает ниже минимального значения, позволяя микросхемам, встроенным в генератор тока высокого напряжения, запускать новый цикл запуска.

Фазы заряда и разряда конденсатора определяют период времени, в течение которого источник питания будет включаться и выключаться. Это снижает среднеквадратичное тепловое воздействие на все части.

Схема, которая регулирует это, включает Dz, C4 и D8. D8 заряжает C4 до его пикового значения в течение периода цикла, пока D5 находится в режиме проводимости.

В течение этого периода источник питания или опорное напряжение на ИС уменьшается прямым падением напряжения на диоде ниже уровня земли, что компенсирует падение D8.

Следовательно, в первую очередь напряжение стабилитрона эквивалентно выходному напряжению. C4 подключен к Vfb и источнику питания для сглаживания регулируемого напряжения.

Dz — стабилитрон 12 В, 1⁄2 Вт с определенным номинальным испытательным током 5 мА. Эти стабилитроны, рассчитанные на меньший ток, обеспечивают более высокую точность выходного напряжения.

Если выходное напряжение ниже 16 В, схему можно настроить, как показано на рисунке 3, где Vdd изолирован от вывода Vfb. Как только встроенный источник тока ИС заряжает конденсатор Vdd, Vdd может достигать 16 В в худших условиях.

Стабилитрон 16 В с минимальным допуском 5% может быть равен 15.2 В в дополнение к встроенному сопротивлению заземления составляет 1,230 кОм, что генерирует дополнительные 1,23 В, чтобы получить в целом 16,4 В.

Для выходных напряжений 16 В и больше можно позволить выводам Vdd и Vfb способствовать общий диодный и конденсаторный фильтр точно так, как показано на рисунке 4.

Выбор индуктора

На этапе запуска индуктора в прерывистом режиме можно определить по приведенной ниже формуле, которая обеспечивает эффективную оценку для катушки индуктивности.

L = 2 [P _out / ( Id _пик) ² xf)]

Где Idpeak — наименьший максимальный ток стока, 320 мА для IC VIPer12A-E и 560 мА для VIPer22A-E, f обозначает частоту переключения при 60 кГц.

Самый высокий пиковый ток управляет мощностью, подаваемой в конфигурации понижающего преобразователя. В результате приведенный выше расчет выглядит подходящим для индуктора, предназначенного для работы в прерывистом режиме.

Когда входной ток падает до нуля, пиковый выходной ток в два раза превышает выходной.

Это ограничивает выходной ток до 280 мА для IC VIPer22A-E.

В случае, если индуктор имеет большее значение, переключаясь между непрерывным и прерывистым режимами, мы можем легко достичь 200 мА, далеко от проблемы ограничения тока. C6 должен быть конденсатором с минимальным ESR для достижения низкого напряжения пульсаций.

V _{пульсация} = I _{пульсация} x C _esr

D5 должен быть высокоскоростным переключающим диодом, но D6 и D8 могут быть обычными выпрямителями.

DZ1 используется для фиксации выходного напряжения на уровне 16 В. Характеристики понижающего преобразователя заставляют его заряжаться в пиковой точке без нагрузки. Рекомендуется использовать стабилитрон, который на 3–4 В больше выходного напряжения.

РИСУНОК № 3

На рисунке 3 выше показана принципиальная схема прототипа потолочной светодиодной лампы. Он предназначен для светодиодных ламп 12 В с оптимальным током 350 мА.

Если требуется меньшая сила тока, то VIPer22A-E можно преобразовать в VIPer12A-E, а емкость конденсатора C2 можно уменьшить с 10 мкФ до 4.7 мкФ. Это дает целых 200 мА.

РИСУНОК № 4

Рисунок 4 выше демонстрирует идентичную конструкцию, за исключением выхода 16 В или более, D6 и C4 могут быть опущены. Перемычка соединяет выходное напряжение с выводом Vdd.

Идеи и предложения по компоновке

Значение L обеспечивает пороговые пределы между непрерывным и прерывистым режимами для заданного выходного тока. Чтобы иметь возможность работать в прерывистом режиме, значение индуктивности должно быть меньше, чем:

L = 1/2 x R x T x (1 — D)

Где R указывает сопротивление нагрузки, T означает сопротивление нагрузки. период переключения, а D — рабочий цикл.Вы найдете несколько факторов, которые следует учитывать.

Во-первых, чем больше разрыв, тем больше максимальный ток. Этот уровень должен поддерживаться ниже минимального импульса с помощью управления импульсным током VIPer22A-E, который составляет 0,56 А.

Другой — когда мы работаем с индуктором большего размера для постоянной работы, мы сталкиваемся с избытком тепла из-за коммутационных дефицитов MOSFET в микросхеме VIPer.

Характеристики индуктора

Излишне говорить, что спецификация тока индуктора должна быть больше, чем выходной ток, чтобы избежать возможности насыщения сердечника индуктора.

Катушка индуктивности L0 может быть изготовлена путем намотки 24-хручного эмалированного медного провода SWG поверх подходящего ферритового сердечника до достижения значения индуктивности 470 мкГн.

Аналогичным образом, индуктор L1 может быть построен путем наматывания суперэмалированного медного провода 21 SWG поверх любого подходящего ферритового сердечника до достижения значения индуктивности 1 мГн.

Полный список деталей

Для получения более подробной информации и информации о конструкции печатной платы, пожалуйста, обратитесь к этому Полному техническому описанию

LED Driver IC | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности.Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить
Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:
Строго необходимые файлы cookie:
Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
Аналитические / рабочие файлы cookie:
Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.
Функциональные файлы cookie:
Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
Файлы cookie для таргетинга / профилирования:
Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.
Отклонить файлы cookie
Исследование пассивных и активных топологий для схем светодиодных драйверов
2. Основы схемы светодиодных драйверов
В светодиодных устройствах излучаемый свет следует за увеличением тока. Он почти пропорционален подаваемому току. Однако зависимость между напряжением и светоотдачей очень нелинейна.Прямое падение напряжения V _F и ток I _F связаны экспоненциальной функцией, типичной для кремниевого диода. На рис. 1а изображена вольт-амперная характеристика белого светодиода. Кривая была получена с помощью источника переменного напряжения с последовательным сопротивлением для управления постоянным током диода. На рисунке 1b показана принципиальная схема характеристики светодиода. Из рисунка 1а видно, что диод имеет номинальное напряжение 3,5 В и номинальный ток 700 мА, а пороговое напряжение V _th составляет 2 В.Из рисунка 1b сопротивление R _S для получения требуемого тока составляет
Рисунок 1.
(a) ВАХ для белого светодиода, (b) схематическая схема характеристики.
RS = VS − VFIFE1
Принципиальная схема на Рисунке 1b также является основным линейным регулятором яркости светодиода. Ссылаясь на рисунок 1a, можно выполнить два подхода к управлению. В первом методе кривая V-I светодиода используется для установки напряжения, необходимого для генерации запрошенного прямого тока.Во втором подходе к управлению светодиодным устройством управляет источник постоянного тока для управления светодиодом, устраняя сильные изменения тока из-за небольших изменений в управлении прямым напряжением. Действительно, большой наклон кривой вольт-амперной характеристики приводит к тому, что небольшое изменение напряжения, которое может привести к значительному изменению тока через диод, и, следовательно, приводит к значительному изменению излучаемого света. Чтобы избежать мерцания, светодиоды нуждаются в источнике постоянного тока [13]. Кроме того, цепи управления постоянным током устойчивы к короткому замыканию нагрузки, но страдают от полностью разомкнутой нагрузки.
Светодиоды могут управляться различными пассивными или активными цепями. Кроме того, активные схемы драйвера можно разделить на линейную или переключающую топологию.
2.1 Пассивные схемы возбуждения
Величины тока и напряжения, подаваемые на светодиод для достижения требуемой яркости, могут быть обеспечены различными схемами. В пассивных драйверах светодиодов используются исключительно пассивные компоненты (например, резисторы, конденсаторы, магнитные компоненты) и кремниевые диоды.Самые простые и надежные схемы — пассивные. Эти простые и экономичные схемы не обладают такими характеристиками, как схемы линейных или импульсных драйверов, и работают без точного контроля выходного тока. Как правило, они обеспечивают постоянный ток с пульсациями переменного тока, но все еще используются в тех случаях, когда надежность и непрерывность обслуживания являются преобладающими параметрами по сравнению с динамическими характеристиками и эффективностью. Примеры применения — уличные фонари, работающие в сложных условиях окружающей среды, где сложные цепи могут быть более уязвимыми.Использование полного сопротивления между линией переменного тока и нагрузкой светодиодной лампы для фиксации и ограничения тока является обязательным. Основными недостатками этих пассивных топологий являются низкие коэффициенты PF и THD, иногда недостаточные для соответствия стандартам [14]. Пассивные драйверы светодиодов можно разделить на две основные категории: пассивные схемы с потерями и без потерь (идеальные) [15].
Пассивный драйвер с потерями обычно состоит из трансформатора, который понижает сетевое напряжение до уровня, совместимого с количеством светодиодов, которые должны быть включены (нагрузка обычно состоит из светодиодных матриц), схемы мостового выпрямителя, которая выпрямляет переменное напряжение, и электролитический конденсатор, который уменьшает пульсации переменного тока, и, наконец, резистор, включенный последовательно со светодиодами.Ограничение тока достигается с помощью простого резистора. В некоторых приложениях с драйверами светодиодов резистор заменяется линейной схемой [16]. Описанная традиционная пассивная схема представлена на рисунке 2а. Понижающий трансформатор снижает падение напряжения на резисторе R _S, что приводит к увеличению общей эффективности системы. Кроме того, трансформатор гарантирует гальваническую развязку. Большой электролитический конденсатор C _S используется для уменьшения пульсации, чтобы избежать мерцания.Большое значение C _S приводит к пульсации входного тока с высоким содержанием гармоник. Как правило, коэффициент мощности таких цепей невелик и вряд ли соответствует пределу класса D [17].
Рисунок 2.
Схема пассивного драйвера светодиода. (a) Пассивная схема с потерями, (b) пассивная схема без потерь.
В пассивных драйверах этого типа основной причиной снижения эффективности являются потери проводимости резистора R _S.
Драйверы «без потерь» используют для ограничения тока светодиодов в идеале импеданс без потерь (например, катушки индуктивности и конденсаторы).Катушка индуктивности, расположенная на стороне переменного тока, может использоваться для ограничения тока, как показано на рисунке 2b. Катушка индуктивности L _в создает импеданс, который выдерживает разность напряжений между входным напряжением V _AC и выходным напряжением V ₀, требуемым на светодиодах. L _{в импедансе} не требует понижающего трансформатора из предыдущего схемного решения. Кроме того, L _в действует как входной фильтр. Как следствие, на стороне постоянного тока после выпрямительного моста можно использовать конденсатор C _S с меньшей емкостью и, следовательно, неэлектролитический.Использование неэлектролитических конденсаторов обеспечивает долгий срок службы всей системы. L _S на стороне постоянного тока используется для преобразования выходного напряжения выпрямителя в источник постоянного тока I ₀ для управления нагрузкой светодиодов. Входной конденсатор C _в полезен для дальнейшего улучшения входного коэффициента мощности. Использование конденсатора коррекции коэффициента мощности C _в является стандартным методом, используемым в магнитном балласте в случае люминесцентных ламп [18].
Схема пассивного драйвера, использующая топологию долины, изображена на рисунке 3a.Схема долины с заливкой широко используется в балластных системах для питания газоразрядных ламп. Это позволило получить коэффициент мощности 95% без необходимости дополнительного контроля [19]. В случае драйверов светодиодов, Valley-fill улучшает улучшение пульсации выходного напряжения, поддерживая адекватное качество формы волны тока на входе, также благодаря наличию L _в. Также в схеме долины с заливкой используемые конденсаторы не являются электролитическими. Идеализированные формы сигналов основных входных и выходных напряжений вместе с мощностью P ₀ показаны на рисунке 3b.Подробный анализ представленных осциллограмм приведен в [20].
Рисунок 3.
(a) Пассивная схема драйвера со схемой заполнения впадин. (б) Идеализированные формы сигналов работы схемы.
2.2 Активные схемы возбуждения
В приложениях с низким энергопотреблением широко используются линейные регуляторы. По мере увеличения мощности из-за потерь эти регуляторы заменяются импульсными преобразователями с регулируемым током. Во многих приложениях светодиодные диоды в одиночной или последовательной конфигурации используются в качестве индикаторов (устройства для умного дома, светодиодные дисплеи, задние фонари, направленные огни в автомобильном секторе, анимированные светодиодные схемы и т. Д.) с линейными регуляторами с использованием специализированных устройств на интегральных схемах (ИС).
Принцип работы линейного регулятора показан на рисунке 4а. необходимый постоянный ток устанавливается посредством обратной связи через чувствительный резистор и схему компаратора, которая сравнивает опорное напряжение с фактическим напряжением на чувствительном резисторе. Необходимый ток светодиода устанавливается соотношением (2).
Рис. 4.
(а) Принцип действия драйвера светодиода линейного регулятора.(b) Схема реальной ИС (NUD4001) для приложений драйвера струнного светодиода.
ILED = VREFRSE2
Этот тип регулятора обычно реализуется интегрированным способом. Интегрированное решение более привлекательно, поскольку уменьшает пространство на плате и количество компонентов, упрощая проектирование схем и систем [21]. На рисунке 4b показана прикладная схема интегрального регулятора (ИС) с аккумуляторным источником (NUD4001 — On-Semiconductor) для управления цепочкой светодиодов до 500 мА [22].
Постоянно растущий спрос на светодиодные системы с высокой яркостью и повышенной энергоэффективностью, особенно для портативных источников питания, привел к внедрению все более совершенных импульсных драйверов управления током светодиодов с различными функциями и улучшенным согласованием / регулированием тока.Использование силовых устройств в режиме переключения позволяет преодолеть ограничения линейных регуляторов в отношении эффективности [23]. Кроме того, возрастающая частота коммутации силовых устройств последнего поколения позволяет использовать индуктор и высокочастотный (ВЧ) трансформатор с уменьшенным размером сердечника и компактным объемом [24]. Доступны несколько топологий преобразователей в зависимости от диапазона мощности и других характеристик, таких как потребность в гальванической развязке, размер и экономическая эффективность, возможность легкого регулирования яркости, доступность модульного подхода и целевой уровень эффективности.В импульсных преобразователях управление током и напряжением достигается за счет стратегии широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В аккумуляторном источнике импульсный драйвер светодиода эффективен для управления множеством светодиодных цепочек и массивов в нескольких типах приложений, таких как автомобильные или портативные электронные устройства [25]. Основные конструктивные особенности схемы переключающего драйвера с плюсами и минусами по сравнению с линейными и пассивными решениями приведены в таблице 1.
Топология драйвера Метод управления током Преимущество Недостаток
Пассивный Резистор
Простая процедура проектирования
Низкая стоимость
Неточное управление током
Высокая мощность рассеивания
на светодиодном резисторе 9702 Низкий КПД при увеличивающемся запросе мощности светодиода
Активный линейный Линейный контур управления
Активное переключение Управление током ШИМ
9070 Более сложный дизайн
Более высокая стоимость 03
Расчетное ограничение EMI
Таблица 1.
Сравнение проектных ограничений для пассивных и активных схем драйвера.
В источнике переменного тока импульсные драйверы светодиодов используются специально для внутреннего применения. Для топологий, подключенных к электросети, фактор мощности играет решающую роль. Предлагаются два решения. В первом решении PFC может состоять из одной ступени вместе с реальной схемой управления. В этом случае он упоминается как одноступенчатый драйвер (SS). Схема блока драйвера SS плюс фильтрующий конденсатор C _S показаны на рисунке 5a.В схеме драйвера SS конденсатор фильтра обычно подключается после преобразователя постоянного тока в постоянный, который находится на высокочастотной стороне, чтобы получить высокий коэффициент мощности [26, 27]. Во втором подходе топологии драйверов состоят из двух этапов (TS). Первый каскад — это преобразователь PFC внешнего интерфейса, а второй каскад — преобразователь постоянного тока в постоянный, который управляет запрошенным током в цепочке светодиодов [28]. На рисунке 5b изображена блок-схема драйвера TS. В драйвере TS конденсатор фильтра помещен между двумя полуступенчатыми модулями, расположенными ниже по потоку от DC-DC преобразователя PFC, чтобы получить высокий коэффициент мощности.Расположение драйверов SS может значительно повысить эффективность за счет значительного снижения стоимости компонентов и объема за счет более сложного управления. В случае ламп пониженной мощности и малых размеров, безусловно, предпочтительнее одноступенчатая топология. Решение TS обеспечивает точное и гибкое управление, а также функцию диммирования DC-DC преобразователя, отделенного конструкцией управления PFC, за счет дополнительных схем и затрат. Кроме того, с преобразователем постоянного тока второй ступени возможно использование неэлектролитического конденсатора.Вторая ступень компенсирует низкочастотные колебания выходного напряжения для получения драйвера светодиодов AC-DC со сроком службы, сопоставимым со сроком службы светодиодных устройств. В диапазоне средней мощности, выбор топологий SS или TS в зависимости от компромисса проектных ограничений. Как правило, подход TS подходит для приложений с более высокой мощностью.
Рисунок 5.
(a) Схема блока драйвера переключения SS. (б) Схема блока драйвера переключения TS.
В промышленных условиях и при запросе более высокой мощности для светоизлучающих диодов высокой яркости (HB-LEDs) может быть поставлен трехфазный источник переменного тока.В этих приложениях для питания преобразователя постоянного тока можно использовать трехфазный выпрямитель. В трехфазном источнике переменного тока также может использоваться решение с многокамерным преобразователем. При таком топологическом подходе три однофазных преобразователя, подключенных по схеме звезды или треугольника к трехфазной электросети, расположены и соединены параллельно на выходе [29]. Наконец, на рис. 6а обобщена классификация драйверов светодиодов постоянного и переменного тока как для однофазного, так и для трехфазного источника переменного тока.
Рисунок 6.
Блок-схема классификации цепей драйверов светодиодов AC-DC.
3. Топологии DC-DC преобразователя для схем драйвера светодиодов
Выбор топологии схем драйвера светодиодов в зависимости от трех основных потребностей. Тип источников энергии (постоянного или переменного тока), потребляемая мощность и особенности гальванической развязки. Далее, в качестве первого примера исследования, исследуются преобразователи для источников постоянного тока.
3.1 Цепи преобразователя постоянного тока в постоянный
Драйверы светодиодов часто требуют повышающих / понижающих преобразователей постоянного / постоянного тока.Преобразователи мощности подают постоянный ток при напряжении от непостоянного входного напряжения (фактический источник питания от батареи). Напряжение источника батареи может быть выше или ниже запроса нагрузки. Выходное напряжение преобразователя можно регулировать с помощью стратегии модуляции коэффициента заполнения переключателя мощности (PWM) с учетом регулировки обратной связи по выходному току [30]. Рассматривая преобразователь с одним переключателем, простой понижающий преобразователь представляет собой базовую топологию для управления напряжением и током цепочки светодиодов (рисунок 7a).Это позволяет использовать простые, эффективные и экономичные решения для управления обычными светодиодами и светодиодами высокой яркости. В установившемся режиме рабочий цикл регулирует выходное напряжение длительностью рабочего цикла (d) (3).
Рисунок 7.
Неизолированный преобразователь для схем драйвера светодиода. (a) понижающий преобразователь (b) повышающий преобразователь, (c) понижающий-повышающий преобразователь, (d) понижающий преобразователь, (d) преобразователь SEPIC.
V0 = d ∙ VinE3
Для решения с несколькими светодиодами требуется соответствующее напряжение. Повышающие (повышающие) драйверы светодиодов, управляемые током, обеспечивают более высокое напряжение нагрузки доступного источника постоянного тока (рисунок 7b).В этом повышающем преобразователе в установившемся режиме выходное напряжение выше, чем входное напряжение, как описано как
V0 = 11 − dVinE4
В случае широкого диапазона входного напряжения предпочтительна топология понижающего напряжения. .
В повышающем-понижающем преобразователе выходное напряжение регулируется с помощью
V0 = d1 − d ∙ VinE5
В этом преобразователе выходное напряжение имеет противоположную полярность, чем входное напряжение (рисунок 7c). Кроме того, диоды D _S и C ₀ в выходном каскаде могут обеспечивать функцию защиты светодиода от короткого замыкания.Это свойство схемы, например, очень важно в автомобильных приложениях.
Улучшенной альтернативой является преобразователь Лук. Он состоит из повышающего преобразователя, за которым следует понижающий преобразователь. Как понижающий-повышающий, он подходит в приложениях, где входное напряжение от постоянного источника (например, батареи) может быть больше или меньше запрошенного выходного напряжения. Он поддерживает тот же закон регулирования в установившемся режиме, что и традиционный повышающий-понижающий преобразователь с обратной полярностью выходного напряжения.Преобразователь uk имеет некоторые преимущества по сравнению с повышающим преобразователем с точки зрения соответствия конструктивным ограничениям драйвера светодиода. Топологическая структура обеспечивает низкие пульсации входного и выходного тока [31]. Наличие индуктора во входном каскаде схемы позволяет сглаживать формы входного тока. Кроме того, LC-фильтр в выходном каскаде обеспечивает плавную форму волны тока (рис. 7d). Кроме того, этот преобразователь имеет четыре устройства накопления энергии (две катушки индуктивности и два конденсатора), которые могут обеспечивать более высокую выходную мощность по сравнению с другими преобразователями, такими как понижающий, повышающий и понижательно-повышающий, с такими же электрическими характеристиками.Недостатком такой топологии является большее количество пассивных компонентов и более сложное управление. Еще одна интересная топология — конвертер SEPIC [32]. Его преимущества заключаются в достижении низких пульсаций входного тока благодаря наличию LC-фильтра во входном каскаде (рисунок 7e). Кроме того, выходное напряжение не имеет обратной полярности. Недостатками преобразователя ЧУК являются большее количество пассивных компонентов и более сложное управление из-за передаточной функции преобразователя постоянного тока четвертого порядка.Кроме того, преобразователь SEPIC имеет более высокие напряжения на выключателе питания.
VS = Vin + V0E6
Для уменьшения пульсаций тока каждый описанный преобразователь обычно работал в режиме постоянного тока (CCM), а мощность этих преобразователей составляла примерно до 150 Вт.
3.2 Управление током в драйвере светодиода постоянного тока Цепи преобразователя постоянного тока
Базовая система управления для достижения требуемой яркости светодиода. Контроль пикового тока (PCC) широко используется для приводов на основе топологий понижающего, повышающего и пониженно-повышающего преобразователей.Далее для простоты исследуется стратегия управления понижающим преобразователем, но рассмотренные здесь соображения могут быть легко распространены на другие уже описанные топологии. В понижающем преобразователе резистор, чувствительный к току, может быть подключен к источнику полевых МОП-транзисторов (рис. 8а). Таким образом, ток измеряется только во включенном состоянии переключателя MOSFET по сравнению с сопротивлением считывания, расположенным на стороне нагрузки, что снижает потери мощности. Как правило, топологию понижающего преобразователя можно изменить другим способом, чтобы уменьшить шумовой сигнал, поместив чувствительный резистор так, чтобы контакт был заземлен (рисунок 8b).Конденсатор C ₀ в некоторых промышленных приложениях, в решениях на полевых МОП-транзисторах нижнего уровня, удаляется, как показано на Рисунке 8b (расположение светодиодов с подсветкой HB) [33]. Формы основного тока переключения и управляющее напряжение затвора V _q в установившемся режиме показаны на рисунке 8c.
Рис. 8.
Понижающий преобразователь с полевым МОП-транзистором с традиционной компоновкой чувствительного сопротивления: (a) на стороне высокого напряжения и в (b) положении на стороне низкого давления. (c) Формы переключения командного сигнала V _q и токов основного преобразователя.
Принцип работы системы управления PCC показан на рисунке 9 в условиях, когда полевой МОП-транзистор нижнего уровня и чувствительный резистор находятся между источником и землей.
Рис. 9.
Метод управления пиковым током (а) принципиальная схема метода управления и понижающего напряжения в решении MOSFET низкого напряжения. (b) Основной управляющий сигнал и поведение светодиода.
Текущий контроль работает следующим образом. Тактовый сигнал приводит к высокому уровню управляющего сигнала V _q, и ток в катушке индуктивности нарастает.Когда преобразованный ток I _cs полевого МОП-транзистора достигает опорного значения I _пика, компаратор сбрасывает командный сигнал, и при следующем тактовом сигнале цикл управления повторяется [34]. Схема управления PCC изображена на рисунке 9a. Основные формы сигналов управления и ток светодиода показаны на рисунке 9b. Из рисунка 9b текущая пульсация ΔI _L оценивается следующим образом:
ΔIL = Vin − V0LSton = V0LStoffE7
Средний ток светодиода I _{LED, Ave} можно рассчитать как
ILED, Ave = Ipeak− ∆IL2 = Ipeak − V02LStoffE8
ILED, Ave = Ipeak − V0Tsw2LS1 − V0VinE9
Как показано в (9), ток светодиода зависит от V _в.Большое изменение V _в влияет на светодиод I _{, Ave} теряет точность управления по отношению к эталону пика I .
Более точное управление должно содержать компенсацию изменения входного напряжения V _в, чтобы поддерживать ток светодиода ближе к опорному значению I _пик.
Технология CPM обеспечивает следующие преимущества
Простая реализация схемы управления и надежность;
Стратегия постоянной частоты коммутации с постоянными коммутационными потерями.
Внутренняя защита от короткого замыкания. Отказ полевого МОП-транзистора из-за перегрузки по току можно контролировать, ограничивая максимальный опорный ток;
При применении преобразователя с изолирующим трансформатором проблемы насыщения могут быть уменьшены;
Возможность приложения Easy LED Driver Module. Модули можно подключать параллельно с равным разделением тока, обеспечивая равное управление током для каждого модуля.
В качестве недостатков есть
Наконец, регулировка тока светодиода для получения эффекта затемнения объединяет стратегию PCC и регулируемый сигнал PWM.Стандартная структура схемы показана на рисунке 10.
Рисунок 10.
Схема схемы драйвера с комбинированной стратегией PCC и управляющим сигналом PWM для воздействия на эффект затемнения.
Чтобы избежать погрешностей в регулируемом токе, можно использовать метод управления током гистерезиса (HCC). В стратегии HCC необходимо контролировать включение и выключение текущего значения. Управляемый ток всегда находится в пределах определенного диапазона гистерезиса [33]. В этом решении управления чувствительный резистор может быть размещен последовательно со светодиодом, таким образом, можно использовать схему понижающего МОП-транзистора верхнего плеча, как показано на рисунке 11a, для размещения чувствительного резистора с заземленным контактом [35].Ток считывания сравнивается с эталонным током, и ошибка передается оконному детектору с запрошенными положительными и отрицательными уровнями полосы. Поведение управляемого тока с фиксированной полосой гистерезиса в двух разных случаях управляющего сигнала V _q показано на рисунке 11b. Метод HCC — это непостоянный частотный контроль.
Рис. 11.
(a) Схема управления HCC в понижающем преобразователе MOSFET высокого напряжения. (b) Поведение контролируемого тока с фиксированной полосой гистерезиса в двух различных случаях управляющего сигнала V _q.
Преимущества этой стратегии управления:
Управление гистерезисом с фиксированной полосой не вызывает проблем со стабильностью
низкие требования к программному обеспечению при реализации цифровой формы,
высокая надежность и меньшая ошибка отслеживания.
Главный недостаток — непостоянная регулировка частоты. Это означает, что коммутационные потери являются переменными и, как правило, выше по сравнению с предыдущим методом управления. Но с новым поколением устройств с широкой запрещенной зоной, таких как GaN, потери на переключение сильно снижаются, и этот метод управления более привлекателен [36].
Еще одним устройством для снижения потерь в переключателях понижающего преобразователя является использование полевых МОП-транзисторов (или GaN) вместо диода D _S, работающего синхронно с переключателем высокого напряжения [36].
3.3 Драйвер светодиодов повышенной мощности Преобразователь постоянного тока в постоянный и функция гальванической развязки
По мере увеличения мощности, необходимой для управления светодиодами, требуются более сложные топологии и гальваническая развязка для изоляции источника постоянного тока от цепочек светодиодов, повышая безопасность и защиту от короткого замыкания. цепи на стороне нагрузки.В области средней мощности (примерно до 100 Вт) топология Flyback обычно используется чаще всего из-за уменьшенного количества компонентов, низкой стоимости и эффективности даже выше 90% (Рисунок 12). Повышение эффективности зависит от типа выбранного переключателя, будь то чистый кремний или устройства с широкой запрещенной зоной [37]. Наличие двух индуктивностей, связанных для передачи энергии между первичной и вторичной сторонами, обеспечивает гальваническую развязку, необходимую во многих приложениях. Обратный преобразователь представляет собой изолированную конструкцию понижающего преобразователя.Выходное напряжение зависит от соотношения количества обмоток на первичной и вторичной стороне и поддерживает зависимость рабочего цикла понижающего-повышающего преобразователя (10).
Рис. 12.
Качественная оценка изолированного приложения в зависимости от номинальной мощности.
V0 = NsNp · d1 − d · VinE10
Он работает с источником питания постоянного тока и поэтому попадает в описанную классификацию. Обычно обратный преобразователь используется присоединенным к сети для создания одноступенчатых драйверов переменного / постоянного тока, поэтому он будет более подробно обсужден в следующем сеансе.
В обратном преобразователе использование одного переключателя ограничивает номинальную мощность. Кроме того, одиночный переключатель не позволяет наилучшим образом использовать петлю магнитного гистерезиса, вызывая потери в магнитопроводе [38]. В области более высоких мощностей для подачи высокого тока применяются топологии на основе полумостовых, двухтактных и полномостовых преобразователей. Все эти преобразователи имеют высокочастотные трансформаторы, обеспечивающие гальваническую развязку. Используемые высокие частоты переключения (около сотен кГц для устройств с широкой запрещенной зоной) позволяют уменьшить громкость трансформатора.Дополнительным преимуществом трансформатора является возможность использования нескольких вторичных обмоток. Следовательно, несколько светодиодных цепочек могут поставляться одновременно с различным расположением цепочек. Полумостовой преобразователь (рисунок 12) имеет следующую передаточную функцию:
V0Vin = NsNp ∙ dE11
Во избежание перекрестной проводимости устройств рабочий цикл должен быть d <0,5. У него есть следующие плюсы и минусы.
Pro: лучшее использование трансформатора, оптимальное применение до 500 Вт, однообмоточная первичная обмотка, ограниченное напряжение переключения (равно _{В в}).
Минусы: жесткое переключение, необходимость в плавающей схеме драйвера для полевого МОП-транзистора высокого напряжения, высокое напряжение первичного тока.
Двухтактный преобразователь работает в режиме жесткого переключения при d <0,5. Он имеет ту же передаточную функцию, что и полумостовой преобразователь, умноженный на 2. В двухтактном преобразователе схемы драйвера полевых МОП-транзисторов более просты, поскольку в нижнем положении находятся два переключателя (рисунок 12). Топология Push-Pull имеет более низкую входную пульсацию, чем полумост. С другой стороны, при выключении переключатели имеют более высокое напряжение (2V _в).Кроме того, в первичной обмотке трансформатор имеет центральный отвод [39].
Полная мостовая структура состоит из четырех коммутаторов (см. Рисунок 12). Он имеет двойное передаточное напряжение, чем топология полумоста, и работает с d <0,5. Он имеет вдвое большую мощность, чем полумостовое решение с равным напряжением напряжения MOSFET (равное _{V в}), но имеет более сложную структуру.
Для снижения потерь мощности с повышением эффективности в топологиях преобразователя с драйвером большей мощности все чаще используются решения с плавным переключением.В этих типах схем наиболее изучены и применяются LLC-резонансные преобразователи в полумостовой и полумостовой топологиях [40]. Работа LLC-резонансного преобразователя будет более подробно рассмотрена в следующем разделе.
На рисунке 12 показана качественная оценка топологии изолированного преобразователя мощности в зависимости от выходной мощности.
4. Переключаемые схемы управления светодиодами, подключенные к переменному току
Схемы драйверов светодиодов, подключенные к сети, должны соответствовать нескольким требованиям, касающимся частоты и качества сигналов, которые связаны с сетью.Коэффициент мощности должен контролироваться с помощью специальной цепи коррекции коэффициента мощности. Кроме того, необходимо поддерживать низкие уровни содержания электромагнитных помех (EMI), вносимых в сеть. Также необходимо учитывать пределы мерцания для светодиодов.
При разработке драйверов, подключенных к электрической сети, перед поиском схемных решений важно знать правила и рекомендации, которым должен соответствовать драйвер светодиодов. Необходимо учитывать следующие правила и стандарты проектирования.
рекомендации программы ENERGY STAR® с особыми правилами и требованиями для светодиодного осветительного оборудования [41],
гармонический стандарт (т.е. IEC 61000–3-2),
правила и показатели мерцания [ 14].
Для соблюдения конструктивных ограничений схема драйвера состоит из нескольких модульных блоков. Каждый блок соответствует определенным требованиям. На рисунке 13 представлена схема драйвера светодиода для системы освещения переменного тока.От линии до нагрузки (цепочки светодиодов) находятся фильтр электромагнитных помех, диодный выпрямитель, корректор коэффициента мощности и преобразователь постоянного тока в постоянный. Эта схематизация была названа двухступенчатым драйвером. Если коррекция коэффициента мощности интегрирована в систему управления в преобразователе постоянного тока, то он называется одноступенчатым драйвером.
Рисунок 13.
Блок-схема схемы драйвера светодиодов источника переменного тока.
4.1 Схема одноступенчатого драйвера светодиодов с обратным ходом
Одноступенчатый драйвер светодиодов очень привлекателен.С другой стороны, он должен сочетать управление коэффициентом мощности и током, подаваемым на светодиоды. Топология, широко используемая в этих приложениях, представляет собой обратный преобразователь, особенно при номинальной мощности ниже 100 Вт. В структуре обратного преобразователя меньше всего компонентов по сравнению с другими изолированными преобразователями, и было проведено множество исследований подключения к сети для получения высоких значений коэффициента мощности и мощности. низкий THD [42, 43]. В приложении драйвера светодиода обычно используются рабочие условия: режим критической проводимости (CRM) или режим прерывистой проводимости (DCM) [44].В DCM (или CRM) включение переключателя может осуществляться, когда трансформатор полностью размагничен, что позволяет избежать насыщения трансформатора. Эффективность обратного преобразователя можно повысить, используя метод мягкого переключения, использующий паразитные компоненты, присутствующие в структуре преобразователя и переключателя мощности (рис. 14а). Квазирезонансный (QR) режим используется в приложении Flyback для уменьшения коммутационных потерь, несмотря на работу с непостоянной частотой. Кроме того, операция QR позволяет получить улучшенную переходную характеристику в работе DCM и имеет меньший фильтр EMI [45].
Рис. 14.
(a) Схема обратного преобразователя с паразитной индуктивностью и емкостью, указанными на первичной стороне. (b) Работа DCM при постоянном td. (c) DCM в работе QR с k = 1.
Кроме того, драйвер светодиода QR Flyback имеет более высокие характеристики безопасности в условиях короткого замыкания на выходе. В QR-режиме полевой МОП-транзистор не включается до тех пор, пока первичные обмотки не будут полностью размагничены. С другой стороны, высокие пульсации выходного тока и высокие потери проводимости диодов и переключателей по сравнению с драйвером с фиксированной частотой.Еще один хорошо известный недостаток — это высокое напряжение на переключателе, определяемое
VDS, пиковое = Vin + NpNsV0 + Vstray = Vin + Vr + VstrayE12
Где V _r — выходное напряжение, отраженное на первичной стороне, а V _{паразитный} — пиковое напряжение вызывного сигнала при переходном процессе выключения из-за эквивалентной первичной индуктивности L _пс и эквивалентной паразитной емкости (C _пс), составленной выходным конденсатором MOSFET и эквивалентным паразитным конденсатором первичной стороны ( Рисунок 14а и б).Резонансная частота. . Для включения переключателя необходимо время размагничивания t _M. После t _M возникает собственное колебание, типичное для системы второго порядка. Резонансная частота f _r ниже, чем f _rs, и связана с эквивалентной первичной индуктивностью L _p, составленной из индуктивности намагничивания L _M и эквивалентной паразитной индуктивности на первичной стороне L _{. пс} с эквивалентной паразитной емкостью.
fr = 12πLp ∙ CpsE14
Упрощенный обратноходовой преобразователь с паразитной индуктивностью и эквивалентным паразитным конденсатором на первичной стороне, подключенным к источнику переменного тока с помощью выпрямительного моста, показан на рисунке 14a. При работе DCM с постоянной частотой постоянное время задержки t _d добавляется к t _M, чтобы составить время выключения. В работе QR обеспечивается обнаружение резонансной впадины, достигаемое схемой управления, для переключения с меньшими потерями мощности. На рисунке 14b показаны формы сигналов напряжения сток-исток и ток как на первичной, так и на вторичной стороне в DCM при работе с постоянной частотой и работе QR с выключением в первой впадине (рис. 14c).
Период переключения T _sw составляет
Tsw = ton + tM + toscE15
Где t _osc — время полного звонка для V _DS
tosc = 121 + 2k − 11frE16
Как уменьшено нагрузка t _на пока уменьшена. При небольшой нагрузке частота коммутации выше. Также время звонка t _osc увеличивается с уменьшением нагрузки [47]. Количественное значение k определяет количество колец в пределах t _osc. Четное число k обратно пропорционально нагрузке.Стратегия управления действует с учетом k, чтобы определить лучшую точку впадины для поворота. При небольшой нагрузке контроллер может работать с учетом k, отличного от 1, потому что потери все равно снижаются. При высокой нагрузке k обычно принимается равным 1, чтобы резко снизить потери.
4.2 Метод управления для получения высокого коэффициента мощности
Требования рынка основаны на стандарте IEC61000–3-2. Он определяет некоторые целевые значения THD входного тока (например, <10% при полной мощности), которых очень трудно достичь, особенно при работе с осветительным оборудованием мощностью более 25 Вт.
Как известно, искажения, соответствующие содержанию гармоник. Коэффициент мощности искажения DPF в гипотезе идеально синусоидального входного напряжения равен
DPF = 11 + THDi2 = Iin1, rmsIin, rmsE17
Где THD _i — полное гармоническое искажение входного тока. Ток I _{in1, среднеквадратичное значение} — это составляющая тока основной полосы частот, а I _{in, среднеквадратичное значение} — это полный входной ток. Истинный коэффициент мощности (TPF) в нелинейной сетевой нагрузке, такой как преобразователь мощности, связан с коэффициентом мощности искажения и коэффициентом мощности смещения.
Коэффициент мощности смещения обусловлен фазовым сдвигом между напряжением и током на основной частоте линии. Он определяется как отношение между средней активной мощностью P _ave и полной мощностью в идеальных синусоидальных сигналах, коэффициент смещения мощности равен cosφ. Таким образом, в случае чисто синусоидальной системы, коэффициент смещенной мощности и коэффициент истинной мощности эквивалентны.
В коммутационном рабочем состоянии коэффициент смещения устанавливается как
PFdisp = PavgVin1, действующее значение ∙ Iin1, среднеквадратичное значение E18
Где V _{дюйм1, среднеквадратичное значение} и I _{дюйм1, среднеквадратичное значение} является первой гармоникой переменного напряжения и тока соответственно. .P _avg определяется как
Pavg = ∑i = 1∞Vini, rms ∙ Iini, rms ∙ cosφE19
Пренебрежение гармоникой за пределами первой справедливо, аппроксимация P _avg1, связанная с величинами первой гармоники равный P _avg, истинный коэффициент мощности может быть установлен как произведение коэффициента мощности искажения и коэффициента мощности смещения [48].
TPF = 11 + THDi2 ∙ Pavg1Vin1, rms ∙ Iin1, rmsE20
В импульсном преобразователе для получения высокого TPF могут быть достигнуты две цели: низкий THD _i и коэффициент мощности смещения, очень близкий к единице.Цель стратегии управления — объединить входной ток, близкий к синусоидальной форме волны (высокий THD), с той же фазой входного напряжения для достижения высокого коэффициента мощности. Кроме того, общий метод управления PFC обычно сочетается с контролем пикового тока.
Действительно, несколько интегрированных микросхем управления для обратного преобразователя основаны на управлении PFC пикового тока, реализующем также операцию QR [49]. Базовая функциональная блок-схема ИС режима пикового тока QR изображена на рисунке 15a. На рисунке 15a V _inr — это выпрямленное напряжение сети переменного тока.V _fb — сигнал обратной связи выходного напряжения V ₀. V _ref — это опорное напряжение. Выходной сигнал усилителя ошибки 1 представляет собой множитель подходящего уменьшенного значения V _inr (k _p ^. V _inr). Полоса пропускания усилителя ошибки довольно мала для медленного изменения выходной ошибки (эффект фильтра нижних частот) с низкой пульсацией. Выходной сигнал блока умножителя пропорционален V _inr.Напряжение сигнала V _Rs связано с пиковым током первичной катушки индуктивности. Если V _Rs достигает выходного напряжения умножителя V _Mu, сигнал широтно-импульсной модуляции (PWM) сбрасывается, выключая выключатель питания Q. Включение достигается схемой обнаружения впадин (VDC), получающей формы сигналов изображено на рисунке 15b. VDC действует после полного размагничивания первичных обмоток, обеспечиваемого разрешающим сигналом схемы обнаружения размагничивания (DDC). Выходным сигналом блока VDC устанавливается время задержки t _d.Как показано на рисунке 15b, огибающая тока как на первичной, так и на вторичной стороне представляет собой полусинусоидальный цикл. В частности, пиковый ток катушки индуктивности будет синусоидальной волной с той же фазой, что и входное напряжение, что может обеспечить довольно высокий коэффициент мощности. Как описано выше, управляющий сигнал V _q имеет непостоянную частоту.
Рисунок 15.
(a) Упрощенная схема цепи управления PFC. (b) Характеристики тока на первичной и вторичной стороне и управляющий сигнал V _q.
Контроллер может использоваться в простой операции DCM без расширения QR, заменяя блок VDC только на DDC и устанавливая время задержки t _d на постоянное значение. В этом последнем подходе к управлению управляющий сигнал V _q действует с постоянной частотой.
Исследование метода управления основано на анализе, подробно описанном в [47, 50]. Величины метода управления в зависимости от мгновенного напряжения в сети. Для простоты анализа в дальнейшем рассматривается член θ = 2π f _линия t.Где f _строка — частота количества линий сетки. Кроме того, анализ основан на следующей гипотезе.
Входное напряжение V _в полностью синусоидально.
Соединение между индукторами на Flyback идеальное.
Переключатель мощности и диоды имеют незначительные потери проводимости и переключения).
Выходное напряжение постоянно в полупериоде линии.
Обратный преобразователь работает в DCM и QR с k = 1
Исходя из первого предположения, напряжение после выпрямительного моста представляет собой выпрямленную синусоидальную форму волны.
Vinrθ = Vinr, pk ∙ sinθE21
Где V _{inr, пик} — максимальная пиковая амплитуда выпрямленного V _inr.
Пик тока I _{p, pk} на первичной стороне окружен выпрямленной синусоидой, как показано на рисунке 15b. Это дается.Это определяется как
Ip, pkθ = Ip, PK ∙ sinθE22
Где I _{p, PK} — максимальная пиковая амплитуда тока в оболочке первичной обмотки. На вторичной стороне I _{s, pk} пропорционален первичному току.
Is, pkθ = n ∙ Ip, pkE23
Где n — коэффициент преобразования, n = N _p / N _s.
Рассматривая ток I _p в виде треугольника, как показано на рисунках 14b и c, t _на выражается как
тонна = LM ∙ Ip, pkθVinrθE24
При выключении t _off равно
toff = Ls ∙ Is, pkθV0 = LM ∙ Ip, pkθn ∙ V0E25
Принимая во внимание предположение k = 1 и пренебрегая t _d для простоты (очень близко к работе CRM).Время переключения T _sw равно
Tsw = ton + toff = LM ∙ Ip, PKVinr, pk ∙ 1 + Vinr, pkVr ∙ sinθE26
Из (24) минимальное значение частоты сшивания f _{sw, min} достигается при sin θ = 1 (пик выпрямленной синусоиды).
fsw = Vinr, pkLM ∙ Ip, PK ∙ 11 + Vinr, peakVrE27
Рабочий цикл определяется как
dθ = tonTSW = 11 + Vinr, peakVrsinθE28
Стратегия управления, описанная выше на рисунке 15b, приводит к огибающей ток на первичной ступени, следующий за синусоидой, описанной формулой (22) и лучше заданной как
Ip, pk = 1LM ∙ Vinr, pk ∙ sinθ ∙ tonE29
Выпрямленный входной ток I _inr (θ) может быть определен как среднее значение первичного тока в каждом треугольнике за цикл переключения (рисунок 15b).
Iinrθ = 12 ∙ Ip, pkθ ∙ tonθTswθ = 12LMVinr, pk ∙ sinθ ∙ ton2θTswθE30
Условие проектирования с ограничениями для достижения коэффициента водоизмещающей мощности, равного 1, составляет
d2θ ∙ TSWθ000 = ton θ2Tswθ = ton θ2Tswθ 4.3 Двухступенчатые схемы драйвера светодиода
Двухступенчатый преобразователь драйвера более дорогой с точки зрения используемых компонентов, но он обеспечивает лучшую устойчивость к линейным помехам и большую гибкость, поскольку управление коэффициентом мощности разделено постоянным током, что упрощает регулировку яркости. Приложения.Кроме того, модульное решение для топологии PFC — это повышающий преобразователь. В преобразователях мощности, таких как Boost (также преобразователь SEPIC и ĆuK, но с большим количеством компонентов, чем в Boost), переключатель не отключает источник питания напрямую (см. Рисунок 7). Это вызывает неполное прерывание входного тока, например, в топологиях Buck или Buck-Boost. Кроме того, пульсации тока можно плавно регулировать с преобразователя, что делает топологию Boost очень привлекательной для активного PFC.Для увеличения запрашиваемой мощности может быть принято решение с чередованием [51].
Топология DC-DC преобразователя второй ступени зависит от требуемой мощности. Топологии половинного и полного моста мощностью более 100 Вт реализуются, как показано на рисунке 12. Обычно считается, что изолированный резонансный преобразователь повышает эффективность и снижает уровень электромагнитных помех. В резонансных топологиях преобразователь LLC в основном используется в драйверах светодиодов из-за его характеристики плавного переключения.Преобразователь LLC обеспечивает включение переключателей при нулевом напряжении на первичной стороне и выключение при нулевом токе диодов выпрямителя на вторичной стороне. Переходные процессы с плавным переключением обеспечивают низкий уровень шума и снижение напряжения во время переходных процессов переключения. Кроме того, преобразователь LLC регулирует выходное напряжение в широком диапазоне выходных напряжений. Кроме того, изолированный высокочастотный трансформатор позволяет использовать схему драйвера с несколькими выходами для струнных светодиодов. На рисунке 16 двухступенчатый драйвер светодиода, состоящий из повышающего преобразователя PFC и полумостового LLC-преобразователя, полезен для нагрузки до тех пор, пока не будет заявлено 500 Вт.
Рисунок 16.
Двухступенчатая схема драйвера светодиода, состоящая из повышающего преобразователя PFC и полумостового преобразователя LLC.
4.4 Оценка схемы Boost PFC
Преобразователь Boost PFC имеет простую топологию. Схема драйвера переключателя связана с землей, что снижает шумы переключения драйвера. Кроме того, он может гарантировать коэффициент мощности, близкий к коэффициенту мощности, достигаемому с помощью нескольких методов управления [52]. Он обеспечивает входной ток с низким уровнем искажений и выходное напряжение с очень низкой пульсацией благодаря наличию конденсатора C _s.С другой стороны, наличие конденсатора C _s создает большие токи во время включения преобразователя и имеет внутреннюю слабость при коротком замыкании, поскольку выход подключается непосредственно к входу с помощью катушки индуктивности L _s. При более высоких мощностях он должен работать на CCM, чтобы обеспечить адекватную передачу мощности. В этом режиме работы ток в катушке индуктивности никогда не достигает нуля во время цикла переключения. Обычно наиболее часто используемые контроллеры для этих приложений основаны на контроле среднего тока, который позволяет работу CCM.Схема Boost PFC с контролем среднего тока описана на рисунке 17.
Рисунок 17.
(a) Упрощенная блочная схема повышения PFC с контролем среднего тока. (б) Средний индуктор и токи пульсации.
Контур управления для получения режима среднего тока поддерживает ток, пропорциональный входному напряжению. В то время как контур управления напряжением регулирует выходное напряжение до требуемого значения повышения.
Преимущества контроля среднего тока следующие:
постоянная частота переключения:
малая чувствительность к шумам переключения;
высокое качество сигналов входного тока с уменьшенной пульсацией тока индуктора
максимальный пиковый ток в коммутационном устройстве снижен
К недостаткам относятся
необходимость измерения тока в катушке индуктивности ;
необходимость включения в усилитель тока схемы компенсации, которая учитывает характеристики используемого преобразователя и рабочую точку во время цикла линейного напряжения.
На рисунке 17b показано поведение среднего тока индуктора и пульсации тока индуктора. Значение ΔI _Ls выбирается на этапе проектирования в диапазоне от 20 до 25% от пика входного тока I _в. Пиковый входной ток в случае чисто синусоидальной формы волны определяется как
Iin, pk = 2 ∙ Pin, maxVin, rms, minE32
Где P _{in, max} — входная мощность при максимальной запрошенной выходной мощности. Он определяется как
Pin, max = P0, maxηminE33
При η _min — это минимальный КПД преобразователя.
Пиковый ток индуктора составляет
ILs, pk = Iin, pk + ∆ILs2E34
Где
∆ILs = K∆I ∙ Iin, pkE35
Где K _ΔI — коэффициент пульсации индуктора (допустим, 20% ΔI _L максимум, K _ΔI = 0.20). Для расчета индуктивности Boost учитывается рабочий цикл на пике минимального синусоидального входного напряжения. Значение выпрямленного напряжения получается из
Vin, pk, min = 2 ∙ Vin, pk, min θE36
Рассчитывается рабочий цикл при минимальном входном напряжении и с учетом требуемого выходного напряжения (приблизительно это постоянное напряжение). на
d = V0 − Vin, pk, minV0E37
тогда индуктивность L _с определяется как
Ls = Vin, pk, min ∙ dfsw ∙ ∆ILsE38
Назначение выходного конденсатора C _в на рис. 17а предназначен для фильтрации высокочастотной токовой составляющей индуктивности.
ВЧ конденсатор действует как фильтр электромагнитных помех, минимизируя высокочастотную гармоническую составляющую (эта высокочастотная составляющая тока закорочена посредством C _в) [53].
Конструкция ВЧ конденсатора представляет собой компромисс, позволяющий минимизировать шум, вносимый в сетку линий, и величину, которая позволяет избежать искажения тока линии при переходе через ноль. C _в определяется как
Cin = K∆I ∙ Iin, pk2π ∙ fsw ∙ r ∙ Vin, pk, minE39
Где K _ΔI = 0,20 и r — коэффициент пульсаций входного напряжения (ΔV _дюйм / V _в) оседает обычно в пределах 5–6%.Пленочный высокочастотный конденсатор с низким ESL и высоковольтным номиналом (630 В для европейского сетевого напряжения 230 В). Обычно для этого преобразователя выбирают конденсатор с керамической технологией.
Выбор выходного конденсатора C ₀ связан с максимальной необходимой пульсацией выходного напряжения (ΔV ₀). C ₀ рассчитывается по
C0≥P02π ∙ fsw∆V0 ∙ V0E40
По мере увеличения требуемой мощности (≥500 Вт) характеристики преобразователя PFC могут быть оптимизированы путем принятия решения с чередованием.Топология с чередованием Boost получается путем соединения двух или более одиночных ветвей Boost, как показано на рисунке 18, с управлением переключением каждого полевого МОП-транзистора с правильной стратегией управления.
Рисунок 18.
Упрощенная электрическая схема трехканального повышающего ККМ.
Командные сигналы переключателей подаются в противофазном режиме согласно
phasehift = 360 ° NcE41
, где N _c — количество ветвей в перемежающейся цепи повышения. Несмотря на увеличение количества компонентов и более сложную технику управления, в топологиях с чередованием проявляется несколько преимуществ.
Снижены общие пульсации входного тока.
Сниженная электромагнитная составляющая и, следовательно, фильтр EMI.
Уменьшение размеров магнитных компонентов.
Снижение номинального тока RMS выходной емкости.
Использование силовых полупроводниковых приборов с меньшим током.
Снижение потерь в диодах проводимости и полевых МОП-транзисторах благодаря параллельной структуре.
В топологии с чередованием уменьшенная пульсация тока позволяет избежать конденсатора C _в. Полный проект PFC мощностью 3 кВт, основанный на повышающем преобразователе с чередованием PFC, описан в [54]. Техника управления основана на микроконтроллерах (MCU) или специализированных интегральных схемах (IC). Примером широко используемого высокопроизводительного IC-контроллера является FAN9673 (On-Semiconductor) [55]. Это трехканальный контроллер CCM PFC с чередованием, реализующий функцию управления каналами.Он позволяет использовать одну ячейку при небольшой нагрузке (менее одной трети номинальной нагрузки) или две или три ячейки в зависимости от запроса уровня мощности. Управление чередующимися ячейками оптимизирует эффективность PFC. Схема трехфазного чередования Boost PFC, связанная с линейной сеткой диодным выпрямительным мостом и фильтром EMI, показана на рисунке 18.
4.5 Примечания к полумостовому преобразователю LLC
Резонансный преобразователь LLC
в его полумостовой реализации более популярен в светодиодах. схема драйвера для низкого коммутационного шума и возможность достижения высокой плотности мощности.Для гальванической развязки используется высокочастотный трансформатор. Компактный объем достигается за счет интеграции части резонансного бака в размер ВЧ трансформатора. При таком подходе к проектированию расположение трансформатора приводит к удовлетворению требований L _M и L _R, что позволяет избежать добавления дополнительных внешних компонентов. Таким образом, индуктивные параметры трансформатора и последовательно включенный конденсатор С _R используются для создания резонансного бака. Решение LLC обеспечивает понижающие и повышающие характеристики передачи в рабочей области мягкого переключения.Переключающие устройства Q ₁ и Q ₂ работают с рабочим циклом чуть менее 50%, чтобы избежать перекрестной проводимости. Выходное напряжение регулируется путем изменения частоты коммутации преобразователя. Преобразователь имеет две резонансные частоты. Резонансная частота зависит от резонансных компонентов резервуара и условий нагрузки. Более высокая резонансная частота f _R1 возникает при более высоких условиях нагрузки. В этом случае L _M можно не учитывать, а f _R1 определяется как
fr1 = 12π ∙ LR ∙ CRE42
При работе с малой нагрузкой появляется нижняя резонансная частота f _r2.В этом рабочем состоянии необходимо учитывать L _M. Вследствие этого изменяется резонансная частота.
fr2 = 12π ∙ LR + LM ∙ CRE43
Из (42) и (43) следует, что f _{r 1}> f _{r 2}. Частота f _{r 2} также называется второй резонансной частотой. Преобразователь LLC может работать несколькими способами в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки. Разница между двумя резонансными частотами зависит от соотношения между L _M и L _R.Обычно преобразователь LLC работает с постоянным рабочим циклом. Условие f _sw < f _{r 2} не используется в реальных приложениях, поскольку условие нестабильности возникает из исследования передаточной функции преобразователя [56]. В конвертере LLC есть три различных рабочих состояния: f _{r 2} > f _sw > f _{r 1} , f _sw = f r 1 и , f _sw > f _{r 1}.Что касается LLC-преобразователя, показанного на рисунке 19a, формы сигналов резонансного преобразователя в трех рабочих режимах показаны на рисунке 19b.
Рисунок 19.
(a) Схема преобразователя LLC. (b) Формы сигналов основного преобразователя при f _r2> f _sw> f _r1, f _sw = f _r1 and, f _sw> f _r1. (c) Упрощенный регулятор режима тока с ГУН.
При работе на резонансной частоте при f _sw = f _r1 резонансный бак имеет единичное усиление и достигается наилучший КПД.Среднеквадратичные токи первичной и вторичной стороны являются самыми низкими значениями. В переключателях первичной стороны достигается работа ZVS, в то время как на вторичной стороне диоды работают в режиме переключения при нулевом токе (ZCS). Кроме того, в узкой окрестности f _R1 коэффициент усиления не зависит от условий нагрузки [57]. Анализ поведения усиления в зависимости от электрических параметров резонансного резервуара и запроса нагрузки. Подробный анализ представлен в [58].
У f _sw выше f _r1 период переключения короче резонансного периода.Резонансный полупериод не завершается полностью к началу другой половины цикла переключения, как показано на рисунке 19b. В этом случае на вторичной стороне выпрямительные диоды не достигают ZCS при жестком переключении. Также в этом рабочем состоянии на переключателях первичной стороны достигается ZVS. Наконец, резонансный бак имеет коэффициент усиления по напряжению ниже единицы.
В частоте переключения между двумя резонансными частотами ( f _r2> f _sw> f _r1).Резонансный бак дает усиление по напряжению больше единицы. Переключатели первичной стороны коммутируются в ZVS, а диоды вторичной стороны достигают ZCS. В этом рабочем состоянии пиковое значение резонансного тока, циркулирующего через L _M, больше, что приводит к более высоким потерям проводимости через преобразователь. В зависимости от нагрузки эквивалентный импеданс, подключенный к переключающей ветви полумоста, может быть индуктивным или емкостным при изменении частоты. Обычно LLC-преобразователь работает в области, где входное сопротивление резонансного резервуара имеет индуктивное поведение (т.е.е. она увеличивается на f _sw) [59]. Кроме того, режим ZVS на первичной стороне достигается только в том случае, если входное сопротивление резервуара Z _и является индуктивным. Этим рабочим состоянием можно управлять, изменяя частоту переключения. Более высокая выходная мощность достигается за счет уменьшения частоты и наоборот.
В приложении драйвера светодиода необходимо контролировать выходной ток. В LLC контроллер режима тока снабжен генератором, управляемым напряжением (VCO), который изменяет сигнал управления током с переменной частотой переключения для управления полевыми МОП-транзисторами первичной стороны [60].Упрощенная схема управления током с блоком VCO изображена на рисунке 19c. Недостаток LLC-преобразователя заключается в сложности достижения стабильных динамических характеристик в широком диапазоне рабочих условий. Для уменьшения коммутационных потерь на вторичной стороне можно использовать синхронный выпрямитель. В этом случае диоды заменяются низковольтными полевыми МОП-транзисторами, работающими в синхронном режиме с помощью подходящей техники управления [61].
4.6 Схемы драйверов светодиодов с несколькими выходами
Многоканальная светодиодная структура широко используется в некоторых системах освещения, таких как внутреннее и уличное освещение.Кроме того, в системах подсветки дисплея, передовых светодиодных систем смешивания цветов и затемнения используются многоканальные светодиодные драйверы [62]. Многоканальные светодиодные топологии, подключенные к линейной сети, обычно состоят из традиционных пяти каскадов: фильтр электромагнитных помех, мостовой выпрямительный каскад с PFC, входной каскад постоянного / постоянного тока и многоканальный каскад посттокового регулятора. В драйверах с несколькими выходами может потребоваться независимое управление выходным током. Посттоковый стабилизатор может быть выполнен в виде линейного регулятора тока или импульсного преобразователя.
Упрощенная блок-схема многоканального драйвера светодиода постоянного тока представлена на рисунке 20a.
Рисунок 20.
Схемы драйвера многоканальных светодиодов (a) блочная схема общей системы драйвера светодиодов переменного тока для многоканальной цепочки светодиодов. (b) Обратный преобразователь с линейным регулятором на вторичной стороне. (c) Обратный преобразователь с синхронным понижающим регулятором тока импульсного типа.
В решениях с изолированными драйверами светодиодов обратный преобразователь широко используется в обратноходовом светодиодном драйвере с несколькими выходами для интеграции преобразователя постоянного тока в постоянный со схемой коррекции коэффициента мощности.Источник постоянного тока из многоканального светодиода может питаться в линейном режиме, как показано на рисунке 20b, или с импульсным преобразователем, как показано на рисунке 20c [63]. На рисунке 20c источником тока для светодиодной цепочки является синхронный понижающий регулятор тока для уменьшения потерь мощности.
В многоканальных приложениях также используются неизолированные схемы драйверов светодиодов. В драйверах такого типа более привлекательной является структура с одним индуктором и множеством выходов (SIMO) [64].Он основан на компоновке нескольких понижающих преобразователей. В решении SIMO ток светодиодных гирлянд регулируется с помощью импульсных преобразователей мощности типа Buck. Кроме того, основной понижающий преобразователь используется для сопряжения выпрямленного напряжения, выполняющего функции PFC [65]. Индуктор основного понижающего преобразователя используется совместно с многоканальными понижающими регуляторами. Упрощенная схема структуры SIMO показана на рисунке 21. Заметным преимуществом технологий SIMO является их компактный размер, низкая стоимость и высокий КПД, особенно при увеличении количества светодиодных цепочек.
Рисунок 21.
Многоканальные схемы драйвера светодиодов с одним индуктором и множеством выходов.
Для сильноточной светодиодной цепочки можно рассмотреть LLC-преобразователь с вторичной обмоткой ВЧ трансформатора с несколькими выходами [66]. На вторичной стороне, как показано на рисунках 20b и 20c, добавлен импульсный или линейный регулятор тока для управления цепочками светодиодов.
1. Введение
Быстрый рост стоимости белковых продуктов животного происхождения повысил интерес к растительному белку, особенно из ранее недоиспользуемых культур [1, 2].
Употребление зернобобовых (например, чечевицы, фасоли, нута и сушеного гороха) оказывает положительное воздействие на здоровье человека и окружающую среду, что делает их идеальной пищей для мудрых и сознательных граждан мира [3, 4].
Фактически, 2016 год был объявлен ФАО Международным годом зернобобовых с целью повышения осведомленности общественности о питательных свойствах и пользе зернобобовых для здоровья, их биоразнообразии и адаптации к изменениям климата, что включено в стратегию устойчивого производства продуктов питания, разработанную для обеспечения продовольственной безопасности. и адекватное питание [5].Кроме того, импульсы можно переправлять и долго хранить [4]. Американская ассоциация производителей зернобобовых называет зернобобовые самые универсальные суперпродукты в мире [6].
Белковая энергетическая недостаточность (PEM) — одна из самых серьезных проблем общественного здравоохранения во многих развивающихся странах [7]. В частности, детское недоедание было связано с 54% случаев смерти детей в развивающихся странах [8].
Вигна ( Vigna unguiculata L. Walp.) (2n = 2x = 22) [9] обеспечивает пищу миллионам людей и играет важную роль в сокращении калорийности белков [10].Также является хорошим источником незаменимых аминокислот (например, Lys, His) и ароматических АК [10, 11]. Из-за высокого содержания сырого протеина и хорошего баланса EAA вигна обычно считается полноценным продуктом питания [12]. Воровой горох также является хорошим источником клетчатки, железа, цинка и содержит значительное количество биологически активных соединений [13].
Коровина продвигается как высококачественный белковый компонент ежедневного рациона среди экономически депрессивных сообществ в развивающихся странах с целью снижения высокой распространенности белковой и энергетической недостаточности [14, 15].В питательном отношении зерно коровьего гороха такое же, как и другие зернобобовые, с относительно низким содержанием жира и высокой концентрацией общего белка [10].
Вигна — основная альтернатива производству растительного белка, чтобы быть культурой, которую легко выращивать, с низким спросом на плодородие почвы, а также приспособляемость и стабильность на всех континентах [16]. Способность вигны расти с низким плодородием и существовать на почвах, где засуха является основным препятствием из-за низкого и нерегулярного количества осадков, дает преимущества перед другими бобовыми культурами [17, 18].
Коровина также используется в качестве сидерата, используется в ротационной схеме с другими однолетними культурами или на фруктовых плантациях для повышения или поддержания плодородия почвы [19]. Сушеные семена вигнового гороха можно использовать для приготовления пирожных или их можно отварить, смешать с соусом или тушить и употребить напрямую [20]. Помимо большого экономического, социального и экологического значения, вигна является культурой с большим промышленным потенциалом [21].
В пищевой промышленности семена коровьего гороха используются в производстве консервов и консервов, а также в производстве изолированных белков различного назначения (например,грамм. производство или добавки в муку, добавки для спортсменов и функциональное питание) [15, 19, 21, 22, 23]. Однако определенное «недоиспользование» коровьего гороха в пищевых продуктах объясняется его бобовым вкусом, присутствием антинутриентов и трудностью приготовления, которая увеличивает время приготовления [24].
Идентификация функциональных белков коровьего гороха и исследование механизма действия и применения этих белков нацелены на систематизацию информации и внесение вклада в развитие выращивания коровьего гороха и индустриализацию этой все еще недостаточно используемой культуры, учитывая ее большой потенциал и уже проведенные исследования осуществляется в различных областях науки.
2. Функциональные белки коровьего гороха
Растительные белки представлены как функциональные, поскольку они полезны для здоровья в дополнение к важным питательным веществам, характерным для данного вида. Функциональные свойства белков важны при переработке пищевых продуктов и разработке пищевых продуктов. Некоторыми из этих свойств являются связывание воды и масла, эмульгирование, пенообразование и гелеобразование. Эти свойства зависят от характеристик белков, таких как молекулярная масса, аминокислотный состав, чистый заряд и гидрофобность поверхности [22, 25, 26].
Воровина — это бобовое растение, которое во многих частях мира употребляется в качестве источника высококачественного растительного белка [10]. Он характеризуется значительным содержанием белков (23–32%) и углеводов (50–60%), клетчатки, витаминов и питательных веществ с низким содержанием жиров (1%) и биологически активных соединений, таких как фенолы и полиамины [ 27, 28].
Пищевая ценность и качество белка зависят от его аминокислотного состава, подверженности гидролизу во время пищеварения, чистоты и применяемых технологических эффектов, таких как термическая обработка [29].Питательные и функциональные свойства белков бобовых зависят от природы растворимых фракций [12, 30]. Как правило, содержание белка в вигновом горохе различается в зависимости от сорта [12].
Вигна имеет высокое содержание белков и углеводов при относительно низком содержании жиров и аминокислотную структуру, дополняющую структуру зерновых культур, что делает вигнум важным пищевым продуктом в рационе человека [10]. Белок коровьего гороха богат незаменимыми аминокислотами, особенно лизином, гистидином и ароматическими аминокислотами [31].Однако в нем отсутствует метионин и цистеин по сравнению с белками животного происхождения [32]. На рисунке 1 показан аминокислотный профиль (незаменимая аминокислота) белка вигны.
Рисунок 1.
Профиль незаменимых аминокислот семян вигнового гороха. Черные столбцы = верхние значения, а серые столбцы = нижние справочные значения, найденные в литературе. По материалам [10].
Аминокислотный профиль делает белок коровьего гороха уникальным и неоспоримым по качеству [10]. Функциональные свойства белков, такие как гелеобразование, пенообразование, эмульгирование, загущение, также способствуют включению изолированных белков в различные продукты, такие как майонез, выпечка и напитки [33].Способ превращения выделенных белков в порошки также определяет их функциональные свойства [34].
В горохе белковые типы включают глобулины, альбумины, глютелины и проламины [12, 35]. Альбумины и глобулины считаются основными запасными белками вигны [36]. Глобулины представляют собой большинство белков семян коровьего гороха и составляют более 51% от общего белка семян, в то время как альбумины составляют примерно 45% [37].
Глютелины в вигновом горохе имеют низкое содержание лизина [12].Альбумины играют функциональную роль в семенах как ферментные и метаболические белки (т.е. липоксигеназа, ингибиторы протеаз и лектины) [38, 39]. Глобулины играют важную роль в качестве запасных белков и в основном перевариваются протеазами [38, 39, 40]. Проламины — запасной белок, который содержится в основном в семенах с высоким содержанием пролина и глутамина [41].
3. Польза функциональных белков семян вигны для здоровья
Продовольственные системы на основе овощей более устойчивы, чем системы на основе мяса, поскольку они требуют меньше энергии, земли и водных ресурсов [10, 19, 21, 26, 42] .Белки зернобобовых обладают преимуществами с точки зрения устойчивого развития, питательных свойств и пользы для здоровья [43, 44].
Коровина считается невероятным источником многих других компонентов, способствующих укреплению здоровья, таких как растворимые и нерастворимые пищевые волокна, фенольные соединения, минералы и многие другие функциональные соединения, включая витамин группы B, токоферолы (то есть витамин группы E), антоцианы. и каротиноиды [45, 46, 47, 48].
Функциональные ингредиенты вигнового гороха, которые способствуют снижению веса [49], улучшают пищеварение и усиливают кровообращение, также описаны в литературе [50].Низкий гликемический индекс вигны объясняется действием резистентного крахмала и пищевых волокон, которые ослабляют реакцию на инсулин и уменьшают чувство голода [51].
Употребление коровьего гороха оказывает защитное действие против ряда хронических заболеваний [52], таких как желудочно-кишечные расстройства [50], сердечно-сосудистые заболевания, гиперхолестеринемия и ожирение [53]. Коровина обладает лечебными свойствами, в том числе антидиабетическими, противораковыми, антигиперлипидемическими, противовоспалительными и гипотензивными свойствами [10, 42].
Терапевтическое (или оздоровительное) преимущество вигны в основном связано с ее высоким содержанием белка, углеводов, а также незаменимых аминокислот [54]. Белки коровьего гороха служат важным ингредиентом при разработке пищевых продуктов для всех слоев населения, однако функциональность белков также помогает в формировании текстуры пищевых продуктов [33]. Кроме того, потребление белка вигны и других зернобобовых культур связано со снижением уровня липопротеинов низкой плотности в плазме, а также с повышением частоты сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых типов рака [22, 55, 56].
4. Промышленное использование функциональных белков семян коровьего гороха
Вигновый горох — это однолетние зернобобовые с высоким содержанием диетического белка, богатого незаменимыми аминокислотами, такими как лейцин, лизин, фенилаланин, тирозин, аспартат, глутамат и аргинин [11]. Их ценность в качестве ингредиентов пищевых продуктов определяется их функциональными свойствами и питательными характеристиками [19].
Использование семян коровьего гороха в основном ограничивалось традиционным использованием [57]. Тем не менее, вигна может стать технической культурой, и повсеместное потребление полуфабрикатов, содержащих значительное количество вигнового гороха, существенно увеличило спрос на вигновое зерно [22, 58, 59].Из-за техно-функциональности своих белков вигновый горох выступает в качестве интересного ингредиента [60, 61] для пищевой промышленности и других.
Во время обработки семян коровьего гороха для производства ингредиентов (например, муки, изолированного белка) может происходить распад или денатурация белков бобовых из-за условий обработки, включая высокие температуры, pH и осмотический потенциал [19].
На эти функциональные свойства семян вигнового гороха влияют переменные окружающей среды (например, температура), pH и ионная сила во время выделения белка, а также во время обработки пищевых продуктов, производства, хранения и приготовления [31, 62].
Изучается несколько методов обработки вигнового гороха, включая обработку изолятами вигнового белка температурой или высоким гидростатическим давлением. Из-за высокой растворимости модифицированные изоляты белка вигнового гороха можно использовать в напитках, в десертах из-за гелеобразующей способности и / или в качестве добавок в другие пищевые продукты из-за улучшенной водоудерживающей способности [19, 42].
Изоляты белка коровьего гороха (ИПЦ) могут использоваться в качестве ингредиентов и добавок [19]. Не случайно именно пищевая промышленность занимается производством вигнового гороха в наибольшей степени.В дополнение к высокому содержанию белка в вигновом горохе есть белки и функциональные пептиды с различными свойствами (например, гелеобразование и эмульгирование), молекулярные и немолекулярные антиоксиданты, такие как тохроманолы (то есть различные формы витамина E [63]), также важные для сохранения пищевых продуктов и стабилизация нескольких полезных веществ во время обработки и упаковки обработанных пищевых продуктов, произведенных из семян вигнового гороха.
Потребление семян коровьего гороха ограничено их низкой усвояемостью, дефицитом серосодержащих аминокислот и наличием антипитательных факторов, таких как ингибиторы трипсина, олигосахариды (напр.грамм. рафиноза, треалоза, стакиоза) и фенольные соединения [10]. Адекватные методы обработки могут использоваться для уничтожения этих антипитательных факторов и повышения уровней биодоступности [15].
Простой и недорогой способ изменить структуру белка — увеличить pH экстракции белка во время выделения белка. Эта обработка увеличивает выход белка и влияет на химические профили других соединений, присутствующих в белковых изолятах [17, 64, 65]. Помимо пищевой промышленности, другие промышленные секторы использовали и извлекли выгоду из питьевого белка вигны (Таблица 1).
Белок Действие / применение Каталожный номер
7S и 11S глобулины Антибактериальные агенты [66] [66] 9069 9 консервант мяса Улучшение текстуры измельченных рыбных и мясных продуктов
Коровий горох изолирует белки (CPI) Приложения для улучшения смачиваемости и свойств защиты от ультрафиолета [67]
CPI Антиоксиданты и средства для профилактики рака [11]
Высокий потенциал в качестве кандидатов на терапевтическое вмешательство в рак [54]
CPI’s Микроинкапсуляция аскорбиновой кислоты (AA) [51]
Противогрибковая активность CPI с аппликацией в хлебе [68]
Таблица 1.
Идентификация и промышленное применение белков коровьего гороха.
Вы успешно отписались.
Драйверы светодиодов
: полное руководство
Вы увлекаетесь энергосберегающей электроникой? Если да, то вы знаете, что светодиодные лампы обладают отличными энергосберегающими способностями и имеют долгий срок службы. Но большинство людей не знают, что для работы светодиодных ламп на печатных платах требуются определенные устройства, называемые драйверами светодиодов. Следовательно, они похожи на балласты, используемые в трансформаторах с низковольтными лампами или люминесцентных лампах.
Следовательно, они несут ответственность за электричество, которое подается на светодиоды.
Но драйверы светодиодов могут быть сложной технологией, потому что существуют разные типы. И в большинстве случаев это немного подавляет.
Вот почему в этой статье мы подробно поговорим о драйверах светодиодов. Вы заинтересованы в получении дополнительной информации по этой теме?
Тогда подожди немного.
Что такое светодиодный драйвер?
Светодиодный источник питания молнии, изолированные на белом фоне
Простой.Это электрический компонент, который контролирует мощность светодиода или многослойных светодиодных печатных плат. Короче говоря, это жизненно важная часть светодиодной схемы. Таким образом, работа без драйвера светодиода обречена на гибель светодиодной системы.
Драйверы светодиодов
— идеальный выбор, если вы хотите, чтобы светодиоды прослужили долго. Как? Они помогают защитить светодиоды от сбоев при высоких температурах или сбоях с высокой мощностью.
В качестве автономного источника питания с функциями, аналогичными светодиодам, драйвер светодиода помогает предотвратить тепловой пробой.Кроме того, он компенсирует возникающие изменения прямого напряжения, обеспечивая при этом стабильный ток.
Каковы преимущества светодиодных драйверов?
Панель светодиодная
светодиода работают при низком напряжении от 12 до 24 вольт постоянного тока. Таким образом, даже если вы работаете с высоким напряжением от 120 до 277 вольт переменного тока, драйвер светодиода выпрямит ток. Короче говоря, это помогает снизить переменный ток до постоянного. Или даже сбалансировать высокое напряжение с низким напряжением.
Драйверы светодиодов
предохраняют светодиоды от нестабильности тока или напряжения. Изменения напряжения на светодиодах могут привести к колебаниям подачи тока. Вот почему мощность светодиодных ламп пропорциональна их питанию. И светодиоды имеют определенный рейтинг для работы в определенном диапазоне. Следовательно, слишком маленький или слишком большой ток приведет к изменению светового потока или быстрому повреждению из-за более высоких температур в светодиодах.
В целом, драйверы светодиодов имеют два основных преимущества:
1.Это помогает преобразовать переменный ток в постоянный ток.
2. Драйверы полезны для поддержания тока или напряжения, протекающего по цепи, не ниже его номинального уровня.
Когда возникает необходимость в драйвере светодиода?
Светящиеся диоды на катушечной светодиодной ленте и преобразователь напряжения
Как правило, каждый светодиодный источник света требует светодиодного драйвера. Однако главный вопрос должен заключаться в следующем; «Мне нужно покупать один отдельно?» Дело в том, что некоторые светодиоды имеют встроенный драйвер в лампочку.Кроме того, светодиоды, созданные для домашнего использования, в большинстве случаев поставляются с драйверами светодиодов. И отличный пример — лампочки с цоколем GU24 / GU10 или E26 / E27, работающие от 120 вольт.
А вот светодиоды низкого напряжения нравятся; Ленточные светильники, лампы MR, наружные фонари, панели и некоторые осветительные приборы нуждаются в драйвере светодиода для хорошей работы.
Итак, короткий ответ: когда вы имеете дело со светодиодами низкого напряжения, вам нужны драйверы светодиодов. Но мы не можем сказать то же самое о бытовых светодиодных лампах, работающих от 120 вольт.
Типы светодиодных драйверов
Крупный план светодиодной ленты на пластиковой катушке, прикрепленной к преобразователю тока
Каждый приведенный здесь драйвер светодиодов работает с определенными электрическими требованиями.
Постоянный ток
Для этого драйвера светодиода требуется только диапазон выходных напряжений и фиксированная величина выходного тока. Постоянный ток влечет за собой определенный выходной ток, обозначенный в миллиамперах или амперах с набором напряжений, которые меняются в зависимости от нагрузки / мощности светодиода.
Постоянное напряжение
Драйверы светодиодов с постоянным напряжением включают фиксированное выходное напряжение наряду с максимальным выходным током. Кроме того, ток этого светодиода поступает от регулируемой системы, питаемой внутренним драйвером постоянного тока или простыми резисторами, заключенными в светодиодный модуль.
Кроме того, им требуется только одно стабильное напряжение, которое обычно составляет 12 или 24 В постоянного тока.
Драйверы светодиодов переменного тока
Этот тип драйвера светодиодов предназначен для работы с галогенными лампами накаливания или низковольтными галогенными лампами.Следовательно, у них нет трансформаторов с минимальной нагрузкой. Но драйверы светодиодов переменного тока не могут работать с обычными трансформаторами из-за их неспособности обнаруживать низкое напряжение.
Драйверы светодиодов с регулируемой яркостью
Эти драйверы светодиодов позволяют приглушить свет светодиодов. Кроме того, он позволяет затемнять светодиоды постоянного напряжения. И это достигается за счет уменьшения величины ведущего тока, идущего к светодиодной лампе.
Применение светодиодных драйверов
Монтаж светодиодных потолочных светильников по новой технологии
Автомобильные драйверы светодиодов
Вы можете отличить внутреннее и внешнее освещение вашего автомобиля с помощью качественных автомобильных светодиодных драйверов в различных областях:
Информационно-развлекательная система и кластер
Передние фары
Задний фонарь и внутреннее освещение
Драйверы светодиодной подсветки
Драйверы светодиодной подсветки обычно используют специальную систему затемнения для подсветки ЖК-панели.
Драйверы светодиодов подсветки
С драйверами светодиодов подсветки вы можете установить инфракрасное освещение для вашей электроники. Кроме того, этого можно достичь с помощью контроллера постоянного тока с несколькими топологиями.
Драйверы для светодиодов RGB Драйверы светодиодов
RGB помогают добавить функцию индикации или анимацию к вашим полихроматическим светодиодным массивам. Кроме того, они обычно совместимы с рядом распространенных интерфейсов.
Драйверы светодиодных дисплеев
Вы можете регулировать определенные светодиодные цепочки с низким и высоким энергопотреблением благодаря драйверам светодиодных дисплеев.Итак, будь то большой узкий пиксель или матричное решение для цифровых вывесок с микро- или мини-светодиодными дисплеями — эти драйверы работают.
Как выбрать правильный светодиодный драйвер?
Драйвер светодиодных панелей
Учтите следующие факторы, прежде чем выбирать драйвер светодиода:
Диммирование постоянным током
Вы предпочитаете светодиоды с регулируемой яркостью? Или вы планируете менять его яркость? Затем выберите источник питания или драйвер с регулируемой яркостью. Почему? Их легко определить по характеристикам источников питания.Кроме того, в таблице спецификаций вы найдете другие вещи, например, типы регуляторов яркости, совместимые с драйверами.
Требования к питанию
Потребность в напряжении вашего света — одна из первых вещей, которые следует учитывать. Итак, если вашему светодиоду для работы требуется 20 вольт, возьмите драйвер на 20 вольт.
Таким образом, цель здесь — обеспечить правильную выходную мощность вашего драйвера. И эмпирическое правило: ваш результат должен быть в пределах указанного диапазона вашего света.
Также для драйвера постоянного напряжения можно учитывать диапазон напряжений. Но если у вас есть драйвер постоянного тока, вы можете учитывать диапазон как тока, так и напряжения.
Вкратце обратите внимание на напряжение питания предлагаемой светодиодной лампы. Следовательно, убедитесь, что драйвер светодиода принимает входное напряжение светодиода. Таким образом, можно легко перейти к соответствующему выходному напряжению.
Также необходимо учитывать мощность. Пока вы работаете, убедитесь, что у вас есть драйвер с более высокой максимальной мощностью по сравнению с мощностью лампы.
Коэффициент мощности
Коэффициент мощности помогает определить силовую нагрузку драйвера, подключенного к электрической сети. И обычно он находится в диапазоне от -1 до 1. Таким образом, стандартный коэффициент мощности составляет около 0,9 или выше. Другими словами, эффективность драйвера тем выше, чем ближе к единице.
Безопасность
Существуют различные стандарты, на которые следует обращать внимание при работе с драйверами светодиодов. Например, у нас есть UL class 1 и 2.UL Class 1 предназначен для драйверов с высоковольтным выходом. Водители этой категории нуждаются в мерах предосторожности в приспособлении. Кроме того, он может вместить больше светодиодов, что делает его более эффективным.
Драйверы UL класса 2 не нуждаются в серьезной защите на уровне светодиодов. Кроме того, он соответствует требованиям стандарта UL1310. Несмотря на то, что этот класс является более безопасным вариантом, он имеет ограничения по количеству светодиодов, которые он может использовать.
Рейтинг IP — это еще один тип безопасности, который показывает, что предлагает корпус водителя.Например, если вы видите степень защиты IP67, это означает, что драйвер защищен от пыли и временного погружения в воду.
КПД
Этот коэффициент важен, так как он показывает, сколько входной мощности у драйвера для питания светодиода. Значение выражается в процентах. Таким образом, вы должны ожидать эффективности от 80 до 85%.
Калькулятор драйвера светодиода
Рассчитать драйвер светодиода несложно. Просто умножьте мощность на 1,2.
По сути, если у вас есть 10 светодиодных фонарей, каждый из которых потребляет 5 Вт, это означает, что общая потребляемая мощность составляет 50 Вт.
Итак, чтобы рассчитать драйвер светодиода, умножьте общую мощность на 1,2.
Это выглядит так:
50 х 1,2 = 60.
Как вы можете видеть, для приведенного выше примера рассчитанный драйвер светодиода составляет 60 В — требуемый источник питания, необходимый для работы с 10 светодиодами.
Как работает схема драйвера светодиода?
плата драйвера светодиода с соединительными проводами без корпуса
Схема драйвера светодиода начинается с конденсатора переменного тока.Таким образом, конденсатор подключается к основному источнику питания в линию. После этого резистор на 390 кОм подключается к конденсатору параллельно.
Такое расположение помогает разрядить конденсатор при отсутствии питания. После этого еще один резистор 10 кОм подключается между выпрямителем и основным источником питания. Когда это происходит, двухполупериодный мостовой выпрямитель помогает изменить ток. Затем светодиод преобразует входящее переменное напряжение в постоянное. Затем конденсатор емкостью 4,7 мкФ фильтрует выход мостового выпрямителя.Стабилитрон помогает управлять выходом двухполупериодного мостового выпрямителя. Затем конденсатор емкостью 47 мкФ фильтрует выходной сигнал стабилитрона. Итак, отфильтрованный выход стабилитрона перемещается на светодиод.
Устранение неполадок драйвера светодиода Устранение неполадок драйвера светодиода
происходит при преждевременном выходе из строя. В этом случае может потребоваться замена драйвера светодиода.
Замена драйвера светодиода
Перед заменой драйвера светодиода убедитесь, что драйвер исправен.Затем убедитесь, что новый драйвер работает точно так же, как оригинал. Другими словами, он должен иметь те же характеристики, что и оригинал.
Таким образом, он впишется в то же пространство и будет отлично работать. Этот шаг необходим, поскольку несоответствие может привести к проблемам с безопасностью или производительностью.
Как проверить драйвер светодиода?
Проверить драйвер светодиода можно следующими способами:
С резисторами для нагрузки
С электронными нагрузками в режиме CV (постоянное напряжение)
Использование светодиодов
Независимо от того, какой метод вы выберете, в идеале следует учитывать, что у каждого процесса свои недостатки.
Часто задаваемые вопросы
Каков срок службы светодиодных драйверов?
Обычно срок службы светодиодных драйверов составляет три года.
Драйвер светодиода — это то же самое, что трансформатор?
Нет. Драйвер светодиода отличается от трансформатора. И это из-за их совместимости по нагрузке и выходу. Например, драйверы светодиодов выдают постоянный ток. Пока трансформаторы выходят переменным током.
Можно ли использовать драйвер светодиода в качестве источника питания?
Да.Вы можете, если у вас есть драйвер светодиода, выходное напряжение которого дает постоянное напряжение.
Как подключить драйвер светодиода к источнику питания?
Убедитесь, что мощность светодиодной лампы равна мощности трансформатора. Затем подключите красный и черный провода на драйвере светодиода к источнику питания.
В чем разница между драйвером светодиода и источником питания?
Драйвер светодиода помогает управлять токовым выходом. Напротив, источник питания предлагает постоянное напряжение.
Заключительные слова Драйверы светодиодов
сейчас в ходу. И это неудивительно, потому что именно схема управления помогает светодиодным лампам правильно работать.
Но, прежде чем вы приобретете драйвер светодиода, рассмотрите факторы, упомянутые в этой статье. Таким образом, вы будете свободны от угроз безопасности.
У вас есть вопросы по драйверам светодиодов? Свяжитесь с нами прямо сейчас!
Как выбрать светодиодный драйвер
Добро пожаловать в это руководство по выбору драйвера светодиода.
Это руководство включает в себя основные факторы, которые следует учитывать при выборе драйвера светодиода для вашего приложения. За этими факторами также стоит информация, которая поможет вам принять решение. RS Components предлагает широкий выбор светодиодных драйверов и источников питания самых популярных брендов. Они также предлагают доставку на следующий день, конкурентоспособные цены и оптовые скидки.
Полную копию руководства в формате PDF можно найти внизу статьи.
Перед тем, как начать…
Вы выбрали светодиод (ы)? Мы предлагаем широкий выбор светодиодной продукции, в том числе:
Светодиоды видимого диапазона
Это стандартные светодиоды для сквозного и поверхностного монтажа.
COB светодиоды
Белые светодиоды SMD высокой яркости. Они состоят из нескольких чипов / плашек на одной плате.
Светодиодные массивы
Один или несколько светодиодов, предварительно установленных на печатной плате.
Гибкие светодиоды
Гибкие светодиодные ленты различных цветов и длины.
Светодиодные двигатели
Подобно светодиодным массивам, они также имеют на борту микросхему драйвера.

Зависимость постоянного тока от постоянного напряжения
Все драйверы имеют либо постоянный ток (CC), либо постоянное напряжение (CV), либо и то, и другое. Это один из первых факторов, которые необходимо учитывать в процессе принятия решений.Это решение будет определяться светодиодом или модулем, который вы будете включать, информацию о которых можно найти в техническом описании светодиода.
ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННЫЙ ТОК?
Драйверы светодиодов постоянного тока (CC) поддерживают постоянный электрический ток во всей электронной схеме за счет переменного напряжения. Драйверы CC часто являются наиболее популярным выбором для светодиодных приложений. Драйверы светодиодов CC можно использовать для отдельных лампочек или для последовательной цепочки светодиодов. Последовательность означает, что все светодиоды смонтированы вместе в линию, чтобы ток проходил через каждый из них.Недостатком является то, что при разрыве цепи ни один из ваших светодиодов не будет работать. Однако они обычно обеспечивают лучший контроль и более эффективную систему, чем постоянное напряжение.
ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?
Драйверы светодиодов постоянного напряжения (CV) — это источники питания. У них есть заданное напряжение, которое они подают на электронную схему. Вы можете использовать драйверы светодиодов CV для параллельной работы нескольких светодиодов, например светодиодных лент. Источники питания CV можно использовать со светодиодными лентами, которые имеют токоограничивающий резистор, что в большинстве случаев есть.Выходное напряжение должно соответствовать требованиям напряжения всей светодиодной цепочки.
Драйверы
CV также могут использоваться для двигателей светодиодных фонарей, имеющих на борту микросхему драйвера.
ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННОЕ ТОК / ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?
Некоторые драйверы светодиодов могут поддерживать оба варианта — CV и CC. Стандартно они работают как CV, но, когда выходной ток превышает предел номинального тока, они переключаются в режим CC. Эта функция подходит для приложений, требующих гибкого драйвера светодиода.
КОГДА Я МОГУ ИСПОЛЬЗОВАТЬ CV ИЛИ CC?
ПОСТОЯННЫЙ ТОК
ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Точечный светодиодный светильник
светодиодов параллельно
Офисное освещение
Светодиодные ленты
Светодиодное освещение для жилых помещений
Светодиодные двигатели
Освещение настроения
Движущиеся знаки
Освещение для розничной торговли
Сценическое освещение
Развлекательное освещение
Архитектурное освещение
Светодиодные вывески
Уличное освещение
Хай Бэй
Наружное освещение

ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ РАССМОТРЕТЬ

Выходной ток (мА)
При использовании драйвера постоянного тока для светодиодов соблюдайте текущие требования для выбранных светодиодов.Затем драйвер CC должен отразить это значение. В технических паспортах светодиодов указано, что им требуется, со значением, указанным в амперах (А) или миллиамперах (мА). 1 А = 1000 мА
Существуют также регулируемые и выбираемые драйверы выходного тока. Они дают либо диапазон, например от 0 мА до 500 мА, либо ступенчатые значения, такие как 350 мА, 500 мА, 700 мА. Ваш светодиод должен соответствовать выбранному значению (ям).
Светодиоды
могут работать при более низком токе, чтобы продлить срок их службы. Использование более высокого тока может привести к более быстрому износу светодиода.
Выходная мощность (Вт)
Это значение указывается в ваттах (Вт). 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 выходная мощность соответствует требованиям к питанию светодиода, он работает на полную мощность. Работа на полной мощности может привести к сокращению срока службы драйвера. Точно так же средняя потребляемая мощность светодиодов. С добавлением допуска для нескольких светодиодов, вам потребуется более высокая выходная мощность от драйвера, чтобы покрыть это.
Выходное напряжение (В)
Это значение указывается в вольтах (В). Для драйверов постоянного напряжения он требует того же выхода, что и напряжение вашего светодиода. Для нескольких светодиодов требования к напряжению каждого светодиода суммируются для получения общего значения.
Если вы используете постоянный ток, выходное напряжение должно превышать требования светодиодов.
Ожидаемая продолжительность жизни
Драйверы
имеют ожидаемый срок службы в тысячи часов, известный как MTBF (среднее время до отказа).Вы можете сравнить уровень, на котором вы его используете, чтобы определить рекомендуемый срок службы. Использование драйвера светодиодов на рекомендованных выходах помогает продлить срок его службы, сокращая время и затраты на обслуживание.
Рейтинг IP
Насколько водонепроницаемым и пыленепроницаемым должен быть ваш светодиодный драйвер? Если ваш драйвер собирается куда-нибудь, где он может контактировать с водой / пылью, вы можете использовать драйвер с классом защиты IP65. Это означает, что он защищен от пыли и брызг воды.
Если вам нужно что-то водонепроницаемое, вам может понадобиться драйвер с рейтингом IP67 или IP68.Рейтинг IP указывается в виде числа. Первая цифра представляет твердые объекты, а вторая — жидкости. Вот определения:
Упаковка / инкапсуляция
Вам нужен светодиодный драйвер внутри корпуса? Или он будет встроен в систему? Драйверы светодиодов с открытой рамкой более компактны и могут быть встроены в ваше приложение. Инкапсуляция обеспечивает степень защиты IP и защиту автономных светодиодных драйверов.

Метод прекращения
Как вы подключите драйвер светодиода к выбранному вами приложению? Некоторые драйверы светодиодов поставляются с подвесными проводами.
No related posts.

Топология драйвера	Метод управления током	Преимущество	Недостаток
Пассивный	Резистор	Простая процедура проектирования Низкая стоимость	Неточное управление током Высокая мощность рассеивания на светодиодном резисторе 9702 Низкий КПД при увеличивающемся запросе мощности светодиода
Активный линейный	Линейный контур управления
Активное переключение	Управление током ШИМ		9070 Более сложный дизайн Более высокая стоимость 03 Расчетное ограничение EMI

Белок	Действие / применение	Каталожный номер
7S и 11S глобулины	Антибактериальные агенты	[66]	[66]	9069 9 консервант мяса	Улучшение текстуры измельченных рыбных и мясных продуктов
Коровий горох изолирует белки (CPI)	Приложения для улучшения смачиваемости и свойств защиты от ультрафиолета	[67]
CPI	Антиоксиданты и средства для профилактики рака		[11]
Высокий потенциал в качестве кандидатов на терапевтическое вмешательство в рак	[54]
CPI’s	Микроинкапсуляция аскорбиновой кислоты (AA)	[51]
	Противогрибковая активность CPI	с аппликацией в хлебе	[68]

Схем

	Светодиоды видимого диапазона	Это стандартные светодиоды для сквозного и поверхностного монтажа.
	COB светодиоды	Белые светодиоды SMD высокой яркости. Они состоят из нескольких чипов / плашек на одной плате.
	Светодиодные массивы	Один или несколько светодиодов, предварительно установленных на печатной плате.
	Гибкие светодиоды	Гибкие светодиодные ленты различных цветов и длины.
	Светодиодные двигатели	Подобно светодиодным массивам, они также имеют на борту микросхему драйвера.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК	ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Точечный светодиодный светильник	светодиодов параллельно
Офисное освещение	Светодиодные ленты
Светодиодное освещение для жилых помещений	Светодиодные двигатели
Освещение настроения	Движущиеся знаки
Освещение для розничной торговли	Сценическое освещение
Развлекательное освещение	Архитектурное освещение
Светодиодные вывески	Уличное освещение
	Хай Бэй
	Наружное освещение