Недавно один знакомый попросил меня помочь с проблемой. Он занимается разработкой LED ламп, попутно ими приторговывая. У него скопилось некоторое количество ламп, работающих неправильно. Внешне это выражается так – при включении лампа вспыхивает на короткое время (менее секунды) на секунду гаснет и так повторяется бесконечно. Он дал мне на исследование три таких лампы, я проблему решил, неисправность оказалась очень интересной (прямо в стиле Эркюля Пуаро) и я хочу рассказать о пути поиска неисправности.
LED лампа выглядит вот так:
Рис 1. Внешний вид разобранной LED лампы
Разработчик применил любопытное решение – тепло от работающих светодиодов забирается тепловой трубкой и передается на классический алюминиевый радиатор. По словам автора, такое решение позволяет обеспечить правильный тепловой режим для светодиодов, минимизируя тепловую деградацию и обеспечивая максимально возможный срок службы диодов. Попутно увеличивается срок службы драйвера питания диодов, так как плата драйвера оказывается вынесенной из теплового контура и температура платы не превышает 50 градусов Цельсия.
Такое решение – разделить функциональные зоны излучения света, отвода тепла и генерации питающего тока – позволило получить высокие эксплуатационные характеристики лампы по надежности, долговечности и ремонтопригодности.
Минус таких ламп, как ни странно, прямо вытекает из ее плюсов – долговечная лампа не нужна производителям:). Историю о сговоре производителей ламп накаливания о максимальном сроке службы в 1000 часов все помнят?
Ну и не могу не отметить характерный внешний вид изделия. Мой «госконтроль» (жена) не разрешил мне ставить эти лампы в люстру, где они видны.
Вернемся к проблемам драйвера.
Вот так выглядит плата драйвера:
Рис 2. Внешний вид платы LED драйвера со стороны поверхностного монтажа
И с обратной стороны:
Рис 3. Внешний вид платы LED драйвера со стороны силовых деталей
Изучение ее под микроскопом позволило определить тип управляющей микросхемы – это MT7930. Это микросхема контроля обратноходового преобразователя (Fly Back), обвешанная разнообразными защитами, как новогодняя елка – игрушками.
В МТ7930 встроены защиты:
От превышения тока ключевого элемента
понижения напряжения питания
повышения напряжения питания
короткого замыкания в нагрузке и обрыва нагрузки.
от превышения температуры кристалла
Декларирование защиты от короткого замыкания в нагрузке для источника тока носит скорее маркетинговый характер:)
Принципиальной схемы на именно такой драйвер добыть не удалось, однако поиск в сети дал несколько очень похожих схем. Наиболее близкая приведена на рисунке:
Рис 4. LED Driver MT7930. Схема электрическая принципиальная
Анализ этой схемы и вдумчивое чтение мануала к микросхеме привело меня к выводу, что источник проблемы мигания – это срабатывание защиты после старта. Т.е. процедура начального запуска проходит (вспыхивание лампы – это оно и есть), но далее преобразователь выключается по какой-то из защит, конденсаторы питания разряжаются и цикл начинается заново.
Внимание! В схеме присутствуют опасные для жизни напряжения! Не повторять без должного понимания что вы делаете!
Для исследования сигналов осциллографом надо развязать схему от сети, чтобы не было гальванического контакта. Для этого я применил разделительный трансформатор. На балконе в запасах были найдены два трансформатора ТН36 еще советского производства, датированные 1975 годом. Ну, это вечные устройства, массивные, залитые полностью зеленым лаком. Подключил по схеме 220 – 24 – 24 -220. Т.е. сначала понизил напряжение до 24 вольт (4 вторичных обмотки по 6.3 вольта), а потом повысил. Наличие нескольких первичных обмоток с отводами дало мне возможность поиграть с разными напряжениями питания – от 110 вольт до 238 вольт. Такое решение конечно несколько избыточно, но вполне пригодно для одноразовых измерений.
Рис 5. Фото разделительного трансформатора
Из описания старта в мануале следует, что при подаче питания начинает заряжаться конденсатор С8 через резисторы R1 и R2 суммарным сопротивлением около 600 ком. Два резистора применены из требований безопасности, чтобы при пробое одного ток через эту цепь не превысил безопасного значения.
Итак, конденсатор по питанию медленно заряжается (это время порядка 300-400 мс) и когда напряжение на нем достигает уровня 18,5 вольт – запускается процедура старта преобразователя. Микросхема начинает генерировать последовательность импульсов на ключевой полевой транзистор, что приводит к возникновению напряжения на обмотке Na. Это напряжение используется двояко – для формирования импульсов обратной связи для контроля выходного тока (цепь R5 R6 C5) и для формирования напряжения рабочего питания микросхемы (цепь D2 R9). Одновременно в выходной цепи возникает ток, который и приводит к зажиганию лампы.
Почему же срабатывает защита и по какому именно параметру?
Первое предположение
Срабатывание защиты по превышению выходного напряжения?
Для проверки этого предположения я выпаял и проверил резисторы в цепи делителя (R5 10 ком и R6 39 ком). Не выпаивая их не проверить, поскольку через обмотку трансформатора они запараллелены. Элементы оказались исправны, но в какой-то момент схема заработала!
Я проверил осциллографом формы и напряжения сигналов во всех точках преобразователя и с удивлением убедился, что все они – полностью паспортные. Никаких отклонений от нормы…
Дал схеме поработать часок – все ОК.
А если дать ей остыть? После 20 минут в выключенном состоянии не работает.
Очень хорошо, видимо дело в нагреве какого-то элемента?
Но какого? И какие же параметры элемента могут уплывать?
В этой точке я сделал вывод, что на плате преобразователя имеется какой-то элемент, чувствительный к температуре. Нагрев этого элемента полностью нормализует работу схемы.
Что же это за элемент?
Второе предположение
Подозрение пало на трансформатор. Проблема мыслилась так – трансформатор из-за неточностей изготовления (скажем на пару витков недомотана обмотка) работает в области насыщения и из-за резкого падения индуктивности и резкого нарастания тока срабатывает защита по току полевого ключа. Это резистор R4 R8 R19 в цепи стока, сигнал с которого подается на вывод 8 (CS, видимо Current Sense) микросхемы и используется для цепи ОС по току и при превышении уставки в 2.4 вольта отключает генерацию для защиты полевого транзистора и трансформатора от повреждений. На исследуемой плате стоит параллельно два резистора R15 R16 с эквивалентным сопротивлением 2,3 ома.
Но насколько я знаю, параметры трансформатора при нагреве ухудшаются, т.е. поведение системы должно быть другим – включение, работа минут 5-10 и выключение. Трансформатор на плате весьма массивный и тепловая постоянная у него ну никак не менее единиц минут.
Может, конечно в нем есть короткозамкнутый виток, который исчезает при нагреве?
Перепайка трансформатора на гарантированно исправный была в тот момент невозможна (не привезли еще гарантированно рабочую плату), поэтому оставил этот вариант на потом, когда совсем версий не останется:). Плюс интуитивное ощущение – не оно. Я доверяю своей инженерной интуиции.
К этому моменту я проверил гипотезу о срабатывании защиты по току, уменьшив резистор ОС по току вдвое припайкой параллельно ему такого же – это никак не повлияло на моргание лампы.
Значит, с током полевого транзистора все нормально и превышения по току нет. Это было хорошо видно и по форме сигнала на экране осциллографа. Пик пилообразного сигнала составлял 1,8 вольта и явно не достигал значения в 2,4 вольта, при котором микросхема выключает генерацию.
К изменению нагрузки схема также оказалась нечувствительна – ни подсоединение второй головки параллельно, ни переключение прогретой головы на холодную и обратно ничего не меняло.
Третье предположение
Я исследовал напряжение питания микросхемы. При работе в штатном режиме все напряжения были абсолютно нормальными. В мигающем режиме тоже, насколько можно было судить по формам сигналов на экране осциллографа.
По прежнему, система мигала в холодном состоянии и начинала нормально работать при прогреве ножки трансформатора паяльником. Секунд 15 погреть – и все нормально заводится.
Прогрев микросхемы паяльником ничего не давал.
И очень смущало малое время нагрева… что там может за 15 секунд измениться?
В какой-то момент сел и методично, логически отсек все гарантированно работающее. Раз лампа загорается - значит цепи запуска исправны.
Раз нагревом платы удается запустить систему и она часами работает - значит и силовые системы исправны.
Остывает и перестает работать - что-то зависит от температуры…
Трещина на плате в цепи обратной связи? Остывает и сжимается, контакт нарушается, нагревается, расширяется и контакт восстанавливается?
Пролазил тестером холодную плату - нет обрывов.
Что же еще может мешать переходу от режима запуска в рабочий режим?!!!
От полной безнадеги интуитивно припаял параллельно электролитическому конденсатору 10 мкф на 35 вольт по питанию микросхемы такой же.
И тут наступило счастье. Заработало!
Замена конденсатора 10 мкф на 22 мкф полностью решило проблему.
Вот он, виновник проблемы:
Рис 6. Конденсатор с неправильной емкостью
Теперь стал понятен механизм неисправности. Схема имеет две цепи питания микросхемы. Первая, запускающая, медленно заряжает конденсатор С8 при подаче 220 вольт через резистор в 600 ком. После его заряда микросхема начинает генерировать импульсы для полевика, запуская силовую часть схемы. Это приводит к генерации питания для микросхемы в рабочем режиме на отдельной обмотке, которое поступает на конденсатор через диод с резистором. Сигнал с этой обмотки также используется для стабилизации выходного тока.
Пока система не вышла в рабочий режим - микросхема питается запасенной энергией в конденсаторе. И ее не хватало чуть-чуть - буквально пары-тройки процентов.
Падения напряжения оказалось достаточно, чтобы система защиты микросхемы срабатывала по пониженному питанию и отключала все. И цикл начинался заново.
Отловить эту просадку напряжения питания осциллографом не получалось - слишком грубая оценка. Мне казалось, что все нормально.
Прогрев же платы увеличивал емкость конденсатора на недостающие проценты - и энергии уже хватало на нормальный запуск.
Понятно, почему только некоторая часть драйверов отказала при полностью исправных элементах. Сыграло роль причудливое сочетание следующих факторов:
Малая емкость конденсатора по питанию. Положительную роль сыграл допуск на емкость электролитических конденсаторов (-20% +80%), т.е. емкости номиналом 10 мкф в 80% случаев имеют реальную емкость около 18 мкф. Со временем емкость уменьшается из-за высыхания электролита.
Положительная температурная зависимость емкости электролитических конденсаторов от температуры. Повышенная температура на месте выходного контроля - достаточно буквально пары-тройки градусов и емкости хватает для нормального запуска. Если предположить, что на месте выходного контроля было не 20 градусов, а 25-27, то этого оказалось достаточно для практически 100% прохождения выходного контроля.
Производитель драйверов сэкономил конечно, применив емкости меньшего номинала по сравнению с референс дизайн из мануала (там указано 22 мкф) но свежие емкости при повышенной температуре и с учетом разброса +80% позволили партию драйверов сдать заказчику. Заказчик получил вроде бы работающие драйверы, которые со временем стали отказывать по непонятной причине. Интересно было бы узнать – инженеры производителя учли особенности поведения электролитических конденсаторов при повышении температуры и естественный разброс или это получилось случайно?
Блоки питания для светодиодной ленты представляют собой неотъемлемую составляющую светотехники. Ведь именно от них зависит длительная и продуктивная работа осветительных элементов.
Виды блоков питания
Сегодня на рынке представлено 4 вида трансформаторов:
Негерметичные. Такие модели используются в сухих и незапыленных комнатах.
Полугерметичные. Данные модели подходят для использования и в помещении, и вне его. Имеется защита от влаги.
Герметичные. Они имеют специальный корпус, зачастую изготовленный из алюминия, иногда из пластмассы, который защищает механизм от влаги и пыли.
Адаптеры. Цена блока питания для светодиодной ленты варьируется в зависимости от его мощности, функционала, типа конструкции и других значимых характеристик
Покупка блока питания для led-лент в «АВС-электро»
Если вы решили покупать блоки питания, то следует отдать предпочтение магазину с хорошими отзывами и соответствующей репутацией. «АВС-электро» - компания с 20-летним опытом работы – предоставляет клиентам продукцию премиального качества.
Преимущества покупки в «АВС-электро»
Многообразие ассортимента. В каталоге интернет-магазина вас ожидают товары с подробными характеристиками и фото, поэтому подобрать наиболее подходящий вам будет совсем несложно.
Низкие цены. Вы сможете купить блоки питания для светодиодной ленты по доступной стоимости с 10%-й скидкой по сравнению с розничной продажей.
Высокое качество. Представленные изделия выполнены в соответствии с ГОСТами по современным технологиям. На продукцию распространяются заводские гарантии.
Быстрая доставка во все регионы России.
Профессиональные консультации. Наши менеджеры с радостью помогут вам с выбором, ответят на все интересующие вопросы.
Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.
Назначение
Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов. Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.
Применение
Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.
Принцип работы
Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.
Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.
Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.
Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.
Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.
Подключим так же резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.
Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.
Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:
Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.
Основные характеристики
При подборе нужно учитывать три основных параметра: выходное напряжение, ток и потребляемая нагрузкой мощность.
Напряжение на выходе драйвера зависит от нескольких факторов:
- падение напряжения на светодиоде;
- количество светодиодов;
- способ подключения.
Ток на выходе драйвера определяется характеристиками светодиодов и зависит от следующих параметров:
- мощность светодиодов;
- яркость.
Мощность светодиодов влияет на потребляемый ими ток, который может варьироваться в зависимости от требуемой яркости. Драйвер должен обеспечить им этот ток.
Мощность нагрузки зависит от:
- мощности каждого светодиода;
- их количества;
- цвета.
В общем случае потребляемую мощность можно рассчитать как
где Pled — мощность светодиода,
N — количество подключаемых светодиодов.
Максимальная мощность драйвера не должна быть меньше.
Стоит учесть, что для стабильной работы драйвера и предотвращения выхода его из строя следует обеспечить запас по мощности хотя бы 20-30%. То есть должно выполняться следующее соотношение:
где Pmax — максимальная мощность драйвера.
Кроме мощности и количества светодиодов, мощность нагрузки зависит еще от их цвета. Светодиоды разных цветов имеют разное падение напряжения при одинаковом токе. Например, красный светодиод XP-E обладает падением напряжения 1.9-2.4 В при токе 350 мА. Средняя потребляемая им мощность таким образом составляет около 750 мВт.
У XP-E зеленого цвета падение 3.3-3.9 В при том же токе, и его средняя мощность составит уже около 1.25 Вт. То есть драйвером, рассчитанным на 10 ватт, можно питать либо 12-13 красных светодиодов, либо 7-8 зеленых.
Как подобрать драйвер для светодиодов. Способы подключения LED
Допустим, имеется 6 светодиодов с падением напряжения 2 В и током 300 мА. Подключить их можно различными способами, и в каждом случае потребуется драйвер с определенными параметрами:
Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя.
Обратите внимание, что во всех случаях мощность драйвера составляет 3.6 Вт и не зависит от способа подключения нагрузки.
Таким образом, целесообразнее выбирать драйвер для светодиодов уже на этапе закупки последних, предварительно определив схему подключения. Если же сначала приобрести сами светодиоды, а потом подбирать к ним драйвер, это может оказаться нелегкой задачей, поскольку вероятность того, что Вы найдете именно тот источник питания, который сможет обеспечить работу именно этого количества светодиодов, включенных по конкретной схеме, невелика.
Виды
В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.
У линейного выходом служит генератор тока. Он обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении; причем подстройка происходит плавно, не создавая высокочастотных электромагнитных помех. Они просты и дешевы, но невысокий КПД (менее 80%) ограничивает сферу их применения маломощными светодиодами и лентами.
Импульсные представляют собой устройства, создающие на выходе серию высокочастотных импульсов тока.
Обычно они работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования (эта величина называется коэффициентом заполнения).
На диаграмме выше показан принцип работы ШИМ-драйвера: частота импульсов остается постоянной, но изменяется коэффициент заполнения от 10% до 80%. Это ведет к изменению среднего значения тока I cp на выходе.
Такие драйверы получили широкое распространение благодаря компактности и высокому КПД (около 95%). Основным недостатком является больший по сравнению с линейными уровень электромагнитных помех.
Светодиодный драйвер на 220 В
Для включения в сеть 220 В выпускаются как линейные, так и импульсные. Существуют драйверы с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первых являются высокий КПД, надежность и безопасность.
Без гальванической развязки обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении, поскольку есть вероятность поражения током.
Китайские драйверы
Востребованность драйверов для светодиодов способствует их массовому производству в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто не имеющие корпуса.
Китайский драйвер для светодиода 3w
Основные их достоинства – низкая цена и наличие гальванической развязки. Недостатки следующие:
- низкая надежность из-за использования дешевых схемных решений;
- отсутствие защиты от перегрева и колебаний в сети;
- высокий уровень радиопомех;
- высокий уровень пульсаций на выходе;
- недолговечность.
Срок службы
Обычно срок службы драйвера меньше, чем у оптической части – производители дают гарантию на 30000 часов работы. Это связано с такими факторами, как:
- нестабильность сетевого напряжения;
- перепады температур;
- уровень влажности;
- загруженность драйвера.
Самым слабым звеном светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые имеют тенденцию к испарению электролита, особенно в условиях повышенной влажности и нестабильного питающего напряжения. В результате уровень пульсаций на выходе драйвера повышается, что негативно сказывается на работе светодиодов.
Также на срок службы влияет неполная загруженность драйвера. То есть если он, рассчитан на 150 Вт, а работает на нагрузку 70 Вт, половина его мощности возвращается в сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания. Рекомендуем почитать про .
Схемы драйверов (микросхемы) для светодиодов
Многие производители выпускают специализированные микросхемы драйверов. Рассмотрим некоторые из них.
ON Semiconductor UC3845 – импульсный драйвер с выходным током до 1А. Схема драйвера для светодиода 10w на этой микросхеме приведена ниже.
Supertex HV9910 – очень распространенная микросхема импульсного драйвера. Ток на выходе не превышает 10 мА, не имеет гальванической развязки.
Простой драйвер тока на этой микросхеме представлен ниже.
Texas Instruments UCC28810. Сетевой импульсный драйвер, имеет возможность организовать гальваническую развязку. Выходной ток до 750 мА.
Еще одна микросхема этой фирмы, — драйвер для питания мощных светодиодов LM3404HV — описывается в этом видео:
Устройство работает по принципу резонансного преобразователя типа Buck Converter, то есть функция поддержания требуемого тока здесь частично возложена на резонансную цепь в виде катушки L1 и диода Шоттки D1 (типовая схема приведена ниже). Также имеется возможность задания частоты коммутации подбором резистора R ON .
Maxim MAX16800 – линейная микросхема, работает при малых напряжениях, поэтому на ней можно построить драйвер 12 вольт. Выходной ток – до 350 мА, поэтому может использоваться как драйвер питания для мощного светодиода, фонарика, и т.д. Есть возможность диммирования. Типовая схема и структура представлены ниже.
Заключение
Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% для люминесцентной лампы не повлечет за собой серьезного ухудшения характеристик, для светодиодов же срок службы сократится в несколько раз. Поэтому выбирать драйвер для светодиодов следует особенно тщательно.
В последнее время потребители всё чаще интересуются светодиодным освещением. Популярность LED ламп вполне обоснована – новая технология освещения не выделяет ультрафиолетового изучения, экономична, а срок службы таких ламп – более 10 лет. Кроме того, при помощи LED элементов в домашних и офисных интерьерах, на улице легко создать оригинальные световые фактуры.
Если вы решились приобрести для дома или офиса такие приборы, то вам стоит знать, что они очень требовательны к параметрам электросетей. Для оптимальной работы освещения вам понадобится LED — драйвер. Так как строительный рынок переполнен устройствами как различного качества так и ценовой политики, перед тем, как приобрести светодиодные устройства и блок питания к ним, не лишним будет ознакомиться с основными советами, которые дают специалисты в этом деле.
Для начала рассмотрим, для чего нужен такой аппарат как драйвер.
Каково предназначение драйверов?
Драйвер (блок питания) — это устройство, которое выполняет функции стабилизации тока, протекающего через цепь светодиодов, и отвечает за то, чтобы купленный вами прибор отработал гарантированное производителем количество часов. При подборе блока питания необходимо для начала досконально изучить его выходные характеристики, среди которых ток, напряжение, мощность, коэффициент полезного действия (КПД), а также степень его защиты т воздействия внешних факторов.
К примеру, от проходных характеристик тока зависит яркость светодиод. Цифровое обозначение напряжения отражает диапазон, в котором функционирует драйвер при возможных скачках напряжения. Ну и конечно чем выше КПД, тем более эффективно будет работать устройство, а срок его эксплуатации будет больше.
Где применяются LED драйвера?
Электронное устройство – драйвер — обычно питается от электрической сети в 220В, но рассчитан на работу и с очень низким напряжением в10, 12 и 24В. Диапазон рабочего выходного напряжения, в большинстве случаев, составляет от 3В до нескольких десятков вольт. К примеру, вам нужно подключить семь светодиодов напряжением 3В. В этом случае потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 24В, который рассчитан на 780 мА. Обратите внимание, что, несмотря на универсальность, такой драйвер будет обладать малым коэффициентом полезного действия, если дать ему минимальную нагрузку.
Если вам нужно установить освещение в авто, вставить лампу в фару велосипеда, мотоцикла, в один или два небольших уличных фонаря или в ручной фонарь, питания от 9 до 36В вам будет вполне достаточно.
LED –драйверы по мощнее необходимо будет выбирать, если вы намерены подключить светодиодную систему, состоящую из трех и более устройств, на улице, выбрали её для оформления своего интерьера, или же у вас есть настольные офисные светильники, которые работают не менее 8 часов в день.
Как работает драйвер?
Как мы уже рассказывали, LED — драйвер выступает источником тока. Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.
Например, подключим к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом. Через него пойдет ток величиной 300мА.
Теперь включим сразу два резистора. Суммарный ток составит уже 600мА.
Блок питания поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться. Подключим так же резистор 40Ом к драйверу 300мА.
Блок питания создаст на резисторе падение напряжения 12В.
Если подключить параллельно два резистора, ток также будет 300мА, а напряжение упадет в два раза.
Каковы основные характеристики LED — драйвера?
При подборе драйвера обязательно обращайте внимание на такие параметры, как выходное напряжение, потребляемая нагрузкой мощность (ток).
— Напряжение на выходе зависит от падения напряжения на светодиоде; количества светодиодов; от способа подключения.
— Ток на выходе блока питания определяется характеристиками светодиодов и зависит от их мощности и яркости, количества и цветового решения.
Остановимся на цветовых характеристиках LED — ламп. От этого, к слову, зависит мощность нагрузки. Например, средняя потребляемая мощность красного светодиода варьирует в пределах 740 мВт. У зеленого цвета средняя мощность составит уже около 1.20 Вт. На основании этих данных можно заранее просчитать, какой мощности драйвер вам понадобится.
P=Pled x N
где Pled - это мощность LED, N - количество подключаемых диодов.
Еще одно важное правило. Д ля стабильной работы блока питания запас по мощности должен быть хотя бы 25%. То есть должно выполняться следующее соотношение:
Pmax ≥ (1.2…1.3)xP
где Pmax - это максимальная мощность блока питания.
Как правильно подсоединять светодиоды-LED?
Подключать светодиоды можно несколькими способами.
Первый способ – это последовательное введение. Здесь потребуется драйвер напряжением 12В и током 300мА. При таком способе светодиоды в лампе или на ленте горят одинаково ярко, но если вы решитесь подключить большее число светодиодов, вам потребуется драйвер с очень большим напряжением.
Второй способ — параллельное подключение. Нам подойдет блок питания на 6В, а тока будет потребляться примерно в два раза больше, чем при последовательном подключении. Есть и недостаток — одна цепь может светить ярче другой.
Последовательно-параллельное соединение – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих и от постоянного, и от переменного напряжения.
Четвертый способ — подключение драйвера последовательно по два. Он наименее предпочтителен.
Есть еще и гибридный вариант. Он соединил в себе достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов.
Специалисты советуют драйвер выбирать перед тем, как вы купите светодиоды, да еще и желательно предварительно определить схему их подключения. Так блок питания будет для вас более эффективно работать.
Линейные и импульсные драйверы. Каковы их принципы работы?
Сегодня для LED ламп и лент выпускают линейные и импульсные драйверы.
У линейного выходом служит генератор тока, который обеспечивает стабилизацию напряжения, не создавая при этом электромагнитных помех. Такие драйверы просты в использовании и не дорогие, но невысокий коэффициент полезного действия ограничивает сферу их применения.
Импульсные драйверы, наоборот, имеют высокий коэффициент полезного действия (около 96%), да еще и компактны. Драйвер с такими характеристиками предпочтительнее использовать для портативных осветительных приборов, что позволяет увеличить время работы источника питания. Но есть и минус – из-за высокого уровня электромагнитных помех он менее привлекателен.
Нужен светодиодный драйвер на 220В?
Для включения в сеть 220В выпускаются линейные и импульсные драйверы. При этом если блоки питания обладают гальванической развязкой (передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ним), они демонстрируют высокий коэффициент полезного действия, надежность и безопасность в эксплуатации.
Без гальванической развязки блок питания обойдется вам дешевле, но будет не столь надежным, потребует осторожности при подсоединении из-за опасности удара током.
При подборе параметров по мощности специалисты рекомендуют останавливать свой выбор на светодиодных драйверах с мощностью, превышающей необходимый минимум на 25%. Такой запас мощности не даст электронному прибору и питающему устройству быстро выйти из строя.
Стоит ли покупать китайские драйверы?
Made in China – сегодня на рынке можно встретить сотни драйверов различных характеристик, произведенных в Китае. Что же они собой представляют? В основном это устройства с импульсным источником тока на 350-700мА. Низкая цена и наличие гальванической развязки позволяют таким драйверам быть в спросе у покупателей. Но есть и недостатки прибора китайской сборки. Зачастую они не имеют корпуса, использование дешевых элементов снижает надежность драйвера, да еще и отсутствует защита от перегрева и колебаний в электросети.
Китайские драйверы, как и многие товары, выпускаемые в Поднебесной, недолговечны. Поэтому если вы хотите установить качественную систему освещения, которая прослужит вам ни один год, лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от проверенного производителя.
Каков срок службы led драйвера?
Драйверы, как и любая электроника, имеют свой срок эксплуатации. Гарантийный срок службы LED — драйвера составляет 30 000 часов. Но не стоит забывать, что время работы аппарата будет зависеть еще от нестабильности сетевого напряжения, уровня влажности и перепада температур, влияния на него внешних факторов.
Неполная загруженность драйвера также снижает срок эксплуатации прибора. К примеру, если LED – драйвер рассчитан на 200Вт, а работает на нагрузку 90Вт, половина его мощности возвращается в электрическую сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания и прибор может перегореть, сослужив вам всего год.
Следуйте нашим советам и тогда не придется часто менять светодиодные устройства.
Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:
Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.
Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).
Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:
I LED = 0.1 / R
Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.
Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.
Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.
Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.
Для справки:
каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.
Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:
- Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
- Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.
Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:
Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.
Как работает схема
В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.
Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.
Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.
Важные нюансы сборки
Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.
Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).
Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).
Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.
В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .
Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.
При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.
Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.
Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.
Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.
Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.
И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.
К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:
- R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
- R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).
Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.
Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.
Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).
Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:
R = 0.1 / I LED [A]
Типовая схема включения выглядит так:
Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.
CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).
SN3350
SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).
Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:
R = 0.1 / I LED
Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.
Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).
Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.
Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.
Типовая схема включения:
Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).
ZXLD1350
Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.
Вот главные отличия:
- микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
- максимальный ток нагрузки - 350 мА;
- сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
- изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
- если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;
Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:
R = 0.1 / I LED
Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.
Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:
Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.
Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .
Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.
QX5241
QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).
В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).
Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.
Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.
Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:
- максимальный выходной ток - 2.5 А;
- КПД до 96%;
- максимальная частота диммирования - 5 кГц;
- максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
- точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
- напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
- выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED
Более подробно читайте в спецификации (на инглише).
Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:
Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.
Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.
Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).
AL9910
Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).
Вот ее основные характеристики:
- входное напряжение - до 500В (до 277В для переменки);
- встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
- возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
- встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
- рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
- для работы необходим внешний полевой транзистор;
- выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.
Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.
