Драйвер для светодиодов (светодиодной лампы) схема
Светодиодные лампы, которые вошли в нашу жизнь благодаря прогрессу, а может под гнетом безудержной кампании правительства, привносимой к нам сверху. При этом исходящей от лица первых его членов, не будем упоминать пофамильно, стали очень распространенными в наших световых приборах. О том, что светодиодные лампы экономичны и надежны написано много и везде, разве что не на заборах. Наш сайт также не стал тому исключением. Так у нас имеется уже целый цикл статей о них:
«Светодиодные лампы»;
«Какая лампа лучше энергосберегающая или светодиодная»;
«Как починить светодиодную лампу».
При этом китайская продукция от этого навряд ли становиться лучше. Что же, может тому виной спрос на продукцию с низкой ценой, когда люди не готовы платить чуть дороже, но при этом быть обладателем действительно качественных изделий. А может просто кто-то не хочет делать так, как это положено. В общем, не будет разбираться в тонкостях и особенностях поломок светодиодных ламп.
Скажем лишь, что они ломаются. О способах их ремонта мы уже рассказали в одной нашей статье, еще раз обратите внимание на список статей, который мы привели выше. Здесь же хотелось рассказать о случае, когда драйвер, то есть фактически стабилизатор напряжения для светодиодов, выполнен своими руками, то есть, собран по определенной схеме. Именно о таких схемах для светодиодных ламп мы и упомянем в нашей статье.
Схема питания светодиодов светодиодной лампы (схема драйверов для светодиодных ламп) самые простые
Это наиболее простые схемы драйверов для светодиодов. Фактически резистор или конденсатор на входе ограничивают напряжения. Конденсатор подключенный параллельно цепочке из светодиодов компенсирует возможные скачки при включении и отключении, а также является своеобразным «буфером» от проявления мерцания светодиодов.
Здесь, за счет стабилитрона, напряжение сбрасывается до 16 вольт. Это уже после диодного моста, а далее распределяется на 5 светодиодов.
То есть светодиоды должны иметь напряжение питания порядка 3 — 3,3 вольт
Схема драйвера для светодиодов (светодиодных ламп) на транзисторе
Транзистор в купе с тиристором ограничивают напряжение на 10 светодиодах, подключенных последовательно.
Схема драйвера для светодиодов (светодиодных ламп) на микросхеме
Микросхемы ШИМ фактически импульсно ограничивают подачу напряжения на группу светодиодов. Именно такое решение будет наиболее совершенным.
Для определения точного номинала используемых в схеме радиоэлементов, лучше обратится к Data sheet микросхемы. (BP2833D)
Более подробно о принципах ШИМ мы уже тоже рассказывали. Если вам интересно, то это здесь!
Где установлен драйвер в светодиодных лампах
Взгляните на картинку, чтобы лучше представить где расположен драйвер лампы.
Фактически это узел 5, изображенный на рисунке. Он установлен в корпусе лампы и чтобы его заменить или починить, необходимо будет разобрать корпус лампочки.
Подводя итог о выборе схемы драйвера для светодиодов (светодиодной лампы)
Итак, как вы поняли, драйверы бывают как самые простые, где фактически напряжение ограничивается за счет резистора или конденсатора, так и с использованием микросхем ШИМ. В этом случае происходит не только ограничение напряжение, но обеспечивается оптимальное энергопотребление со всевозможными функциями ограничения и защиты. Конечно, драйверы на микросхемах более прогрессивны, но при этом более сложные в изготовлении и более дорогие. Так что здесь придется сделать как всегда банальный выбор, посложнее и получше или попроще и подешевле.
Если перед вами стоит задача подключить всего лишь один светодиод от 220 вольт, то схема для одного светодиода будет куда проще предложенных здесь. Более подробно об этом в схеме «Подключение светодиода от 220 вольт».
ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ
Как известно, светодиод питается постоянным током и требует напряжение в пределах 3-х вольт.
Естественно современные мощные светодиоды могут быть рассчитаны и на более высокие значения – до 35В. Существует масса различных схем для питания светодиодов от пониженного напряжения. Условно все эти драйверы можно разделить на простые: выполненные на одном – трёх транзисторах, и сложные – с применением специализированных микросхем ШИМ конроллеров.
Простые драйверы для светодиодов имеют лишь одно достоинство – низкая себестоимость. Что касается параметров стабилизации, то здесь ток и напряжение выхода может гулять в широких пределах, а по сложности настройки такие схемы не уступают и стабилизаторам на констроллерах. К тому же мощность такого преобразователя будет достаточной максимум для питания 3-х обычных пятимиллиметровых светодиодов (около 50 мА) что конечно мало.
Драйверы на специализированных микросхемах не так капризны в работе, не требовательны к номиналам деталей и позволяют отдавать в нагрузку токи в несколько ампер.
Это при том, что габариты такого драйвера те-же самые, что и в транзисторных. Чаще всего используются ZSCT1555D8, ZRC250F01TA, ZLLS2000TA, ZTX651, FZT653 и другие.
Единственная проблема – высокая цена самих микросхем и часто отсутствие их в продаже. Поэтому представляется вполне логичным покупка готового драйвера на радиорынке или интернет-магазинах. Самое удивительное – цена отдельно микросхемы будет выше, чем цена всего готового устройства! Например недавно заказал из Китая несколько миниатюрных преобразователей для светодиодов всего по 2 доллара.
Первый драйвер предназначен для работы со входным напряжением 2,4-4,5В и обеспечивает на выходе стабильный ток 1А при напряжении 3В. Такой драйвер идеально подходит для питания 5-ти ваттного светодиода от двух пальчиковых батареек или литий-ионного аккумулятора. Любой фонарь с обычной лампой накаливания за пол-часа переделывается в мощный LED фонарь с высочайшей яркостью.
Второй драйвер рассчитан на подключение на выход аналогичного светодиода, только входное напряжение варьируется в более широких пределах: 5-18В.
Ниже приводятся вольт-амперные параметры драйвера при подключенном светодиоде потребляющим ток 1А.
Как видно по фотографиям, питая драйвер от 5-ти вольт, ток составляет около 0,8А. А подавая на преобразователь максимальные 16 вольт, ток падает до 0,3А. Потребляемая от батареи мощность будет в обеих случаях одинакова. Поэтому данный драйвер можно рекомендовать для использования в автомобилях в светодиодной подсветке салона или тюнинга разноцветными LED элементами.
Отдельной группой стоят мощные LED драйверы, специально предназначенные для питания мощных и сверхмощных светодиодов от сети, но об этом будет рассказано в следующих материалах.
Форум по светодиодным драйверам
Как спроектировать простые схемы драйверов светодиодов
В этом посте мы обсудим, как разработать собственные простые схемы драйверов светодиодов в домашних условиях. Мы узнаем, как рассчитать конкретные конфигурации светодиодов для применения светодиодов с соответствующими блоками питания драйверов светодиодов.
В этих источниках питания драйверов мы изучим две концепции: одну с использованием плат SMPS, а другую с использованием емкостных источников питания.
Что такое драйвер светодиодов
Драйвер светодиодов представляет собой электронную схему, специально разработанную для безопасного управления или освещения набора светодиодов за счет контролируемого выходного тока и напряжения в соответствии со спецификациями светодиодов.
Поскольку светодиоды являются уязвимыми полупроводниковыми устройствами, они должны приводиться в действие с помощью источника питания с регулируемым током и напряжением. Таким образом, мы также можем сказать, что драйверы светодиодов — это, по сути, источники питания, специально разработанные для работы или освещения светодиодов с помощью контролируемых параметров, чтобы светодиоды светились оптимально без риска перенапряжения или перегрузки по току.
Это означает, что драйвер светодиодов должен иметь постоянное напряжение и постоянный ток, чтобы светодиоды никогда не подвергались воздействию аномальных условий напряжения или тока, а также никогда не перегорали и не портились со временем.
Самым большим врагом светодиодов является перегрев, который может привести к тепловому выходу светодиодов из строя. Перегрев может быть вызван перегрузкой по току или перенапряжению, и именно поэтому эти два параметра должны строго регулироваться в любой конкретной схеме драйвера светодиодов.
Параметры светодиодов
Прежде чем мы начнем изучать схемы драйверов светодиодов, было бы важно понять некоторые характеристики светодиодов, которые имеют решающее значение для разработки драйверов для них. Это номинальное прямое напряжение светодиода или рейтинг VF и номинальный прямой ток светодиода или рейтинг ПЧ.
Номинальное прямое напряжение светодиода (VF): По сути, это оптимальное номинальное напряжение светодиода, которое должно обеспечиваться драйвером или блоком питания для освещения светодиода с оптимальной яркостью. Это напряжение никогда не должно увеличиваться, чтобы обеспечить надлежащую безопасность светодиода.
Номинальный прямой ток светодиода (IF): Это максимальный рабочий ток светодиода, превышение которого может привести к ухудшению или даже необратимому повреждению светодиода.
Например, стандартный светодиод мощностью 1 Вт имеет номинальное прямое напряжение 3,3 В и прямой ток 0,303 Ампер. Превышение прямого напряжения 3,3 В может привести к увеличению потребляемого тока, превышающему его максимально допустимое значение ПЧ 0,303 А. Это может привести к перегреву светодиода, что в конечном итоге приведет к его возгоранию и необратимому повреждению.
Прямой ток можно рассчитать, разделив мощность светодиода на его прямое напряжение. Для приведенного выше примера это IF = 1 / 3,3 = 0,303 A
При разработке драйвера светодиодов необходимо убедиться, что он обеспечивает светодиоды с правильным значением VF и параметрами ПЧ, чтобы светодиоды способны оптимально освещать без риска повреждения.
Теперь мы увидим, как параметры VF и IF, как описано выше, могут быть правильно реализованы с использованием правильной конфигурации светодиода и правильного расчета резистора светодиода.
Конфигурация светодиодов
При проектировании драйверов светодиодов конфигурация светодиодов должна быть правильно согласована с выходным напряжением драйвера, чтобы напряжение драйвера было равно спецификациям прямого напряжения конфигурации светодиодов.
Это гарантирует, что правильное количество прямого тока проходит через светодиоды. Однако всегда невозможно согласовать выходной сигнал драйвера с доступной конфигурацией светодиодов.
В случае, если выходное напряжение драйвера не совсем совпадает со спецификацией прямого напряжения светодиода, мы используем последовательный токоограничивающий резистор для регулировки напряжения и тока драйвера со светодиодом.
Example#1
Допустим, выходное напряжение драйвера составляет 12 В постоянного тока (с током 1 А), и мы хотим подключить к этому выходу постоянного тока светодиод мощностью 3 Вт. Предположим, у нас есть 3 светодиода мощностью 1 Вт с прямым напряжением 3,3 В каждый.
Мы хотим, чтобы прямое напряжение светодиодов как можно ближе соответствовало спецификации драйвера 12 В.
Поэтому мы добавляем 3 светодиода последовательно, чтобы общее прямое напряжение цепочки светодиодов стало 3,3 + 3,3 + 3,3 = 9.0,9 В. Это близко к 12 В, но все же не совсем равно.
Если мы подключим эту цепочку из 3 светодиодов напрямую к источнику питания 12 В драйвера, это приведет к тому, что каждый светодиод будет подвергаться прямому напряжению 12 / 3 = 4 В. Это выглядит слишком высоким для каждого из светодиодов, и это мгновенно сожжет всю цепочку из 3 светодиодов.
Чтобы предотвратить описанную выше проблему и обеспечить правильную работу цепочки из 3 светодиодов при напряжении 12 В от драйвера, мы добавили последовательный резистор с цепочкой светодиодов. Значение резистора рассчитывается с учетом общего прямого напряжения цепочки светодиодов, максимального тока цепочки светодиодов и входного напряжения питания от драйвера.
R = Напряжение питания — Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.
R = 12 — 9,9 / 0,303 (Все 3 светодиода будут иметь ток 0,303 А, поскольку они соединены последовательно.)
R = 6,93 Ом или 7 Ом.
Таким образом, нам потребуется резистор на 7 Ом, чтобы обеспечить безопасное использование 12 В с цепочкой из 3 светодиодов.
Мощность резистора можно рассчитать по формуле:
Вт = (Напряжение питания — Общее прямое напряжение светодиода) x Ток светодиода.
Вт = (12 — 9,9) x 0,303 = 0,63 Вт, или просто 1 Вт.
Пример №2
Давайте рассмотрим другой сценарий, в котором мы хотим настроить светодиод мощностью 6 Вт на выход драйвера 12 В, 1 А. Предполагая, что у нас есть 6 светодиодов мощностью 1 Вт, мы хотим убедиться, что общее прямое напряжение светодиодов как можно ближе к выходному напряжению 12 В постоянного тока.
Как и в предыдущем примере, последовательное подключение 3 светодиодов дает общее прямое напряжение 3,3 + 3,3 + 3,3 = 90,9 В. Поскольку у нас 6 светодиодов, значит, мы должны создать две такие цепочки по 3 светодиода в каждой цепочке.
После создания двух цепочек следующим шагом является расчет токоограничивающего резистора для двух цепочек светодиодов. Как было рассчитано в предыдущем примере, мы должны соединить резистор 7 Ом 1 Вт последовательно с каждой из двух цепочек светодиодов, а затем просто соединить две цепочки светодиодов параллельно.
Эта параллельная комбинация затем, наконец, может быть подключена к источнику питания 12 В для получения соответствующей конфигурации с источником питания.
Example#3
В приведенных выше двух примерах вычисления были довольно простыми, поскольку числа светодиодов были четными. Теперь давайте рассмотрим нечетную комбинацию светодиодов.
Предположим, мы хотим подключить светодиод мощностью 7 Вт к источнику питания 12 В драйвера.
Предположим, у нас есть 7 светодиодов мощностью 1 Вт для конфигурации светодиодов мощностью 7 Вт.
Выполняем те же процедуры, что и выше.
Сначала мы создаем две цепочки светодиодов, содержащие по 3 светодиода мощностью 1 Вт в каждой, а также последовательный резистор 7 Ом мощностью 1 Вт на каждой из цепочек.
Соединяем две вышеуказанные струны параллельно, как и раньше.
Для приведенной выше конфигурации мы используем 6 светодиодов, и обнаруживаем, что у нас остался еще один светодиод, который также необходимо включить в конструкцию.
У нас нет другого выхода, кроме как подключить один светодиод параллельно двум цепочкам.
Однако этому одиночному светодиоду также потребуется резистор, чтобы его прямое напряжение 3,3 В можно было согласовать с напряжением питания 12 В.
Мы используем ту же формулу, что и выше, для расчета ограничительного резистора для этой одиночной цепочки светодиодов:
R = Напряжение питания — Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.
R = 12 — 3,3/0,303 = 28,71 Ом или просто 30 Ом.
Мощность = 12 — 3,3 x 0,303 = 2,63 Вт или просто 3 Вт будет достаточно .
Используя вышеописанные методы, можно сконфигурировать любое количество светодиодов в комбинации последовательно/параллельно для соответствия любому конкретному выходу источника питания.
Теперь, возвращаясь к теме нашего драйвера светодиодов, в этом посте мы обсудим два простых метода проектирования драйверов светодиодов: 1) метод SMPS, 2) метод емкостного источника питания.
Предупреждение. Цепи, описанные ниже, не изолированы от сети переменного тока, поэтому прикасаться к ним чрезвычайно опасно, если они включены и разомкнуты. Вы должны быть предельно осторожны при построении и тестировании этих цепей и обязательно принять необходимые меры предосторожности. Автор не может нести ответственность за любой несчастный случай из-за какой-либо небрежности пользователя .
Драйверы светодиодов SMPS
Драйверы светодиодов SMPS построены с использованием технологии SMPS или технологии импульсного источника питания, которые на сегодняшний день являются наиболее эффективным типом источников питания из-за их низкого рассеивания и снижения потерь мощности.
Однако разработка источников питания SMPS непроста и требует большого количества расчетов, поэтому новички-любители могут счесть этот аспект SMPS нежелательным и неэффективным.
Таким образом, может показаться, что разработка драйверов светодиодов SMPS может быть действительно сложной задачей, и большинство энтузиастов или профессионалов в области электроники могут счесть это не таким уж предпочтительным.
Тем не менее, существует простой обходной путь, с помощью которого можно создать дешевые и быстрые драйверы светодиодов SMPS.
Приобретение готовых дешевых источников питания SMPS на рынке, а затем настройка светодиодного каскада на его выходе через схему управления током.
Пример дешевой платы SMPS на 12 В, 1 А, можно увидеть на следующем изображении:
Эти модули обеспечивают выходное напряжение 12 В постоянного тока, 1 А и мощность 12 Вт. Мы можем легко подключить правильно сконфигурированные цепочки светодиодов на выходе через каскад контроллера тока для преобразования этих плат SMPS в простые и безопасные драйверы светодиодов.
Зачем нам нужен контроллер тока
Нам нужен контроллер тока, чтобы гарантировать, что ток, подаваемый на светодиоды, не превысит допустимый предел, указанный в спецификациях светодиодов.
Регулятор тока необходим только для светодиодов высокой мощности или сильноточных светодиодов, как правило, для светодиодов со спецификацией тока выше 100 мА.
Для светодиодов с низким током ниже 100 мА ступень регулятора тока может не понадобиться, и ток можно регулировать просто с помощью расчетного последовательного резистора.
Вам может быть интересно, зачем может понадобиться регулятор тока для светодиодов высокой мощности, несмотря на то, что последовательно со светодиодами подключен токоограничивающий резистор?
Это происходит из-за значительного количества тепла, выделяемого светодиодами высокой мощности. Маломощные или слаботочные светодиоды не излучают слишком много тепла, поэтому последовательного резистора становится достаточно для управления током.
В светодиодах с большой мощностью или большим током, несмотря на последовательный резистор, выделяется очень большое количество тепла, что приводит к пропорциональному увеличению потребляемого светодиодом тока. Это, в свою очередь, приводит к выделению большего количества тепла и большему потреблению тока.
Ситуация окончательно становится неуправляемой, что приводит к перегоранию светодиода.
Это известно как ситуация с тепловым разгоном и часто встречается также в силовых транзисторах.
Ступень регулятора тока гарантирует, что ток, потребляемый светодиодом, никогда не превысит установленный предел. Этот предел обычно является самым высоким допустимым значением тока светодиода.
Наряду со ступенью контроллера тока, нам также необходимо установить светодиод высокой мощности над радиатором, чтобы гарантировать, что его температура никогда не станет слишком высокой, что в противном случае может привести к ухудшению срока службы светодиода.
Простая схема драйвера светодиодов SMPS мощностью 6 Вт
На следующем рисунке показан пример простого драйвера мощностью 6 Вт с использованием дешевой коммерческой платы SMPS.
Просто добавляя каскад контроллера тока между SMPS и светодиодами, мы превращаем схему SMPS в полностью совместимый модуль драйвера светодиодов для 6-ваттных светодиодов.
Список деталей
T1 = TIP122
T2 = 2N2222
R1 можно рассчитать по следующей формуле:0020
= (12 — 0,6) 1000 / (0,303 x 2) = 18811 = 18 К приблизительно.
Итак, R1 = 18 K
Мощность = P = V 2 / R = 12 2 / 18811 = 0,0076 Вт. Это означает, что резистора на 1/4 Вт будет достаточно.
R2 = 0,6 / максимальный постоянный ток = 0,6 / 0,606 = 0,99 Ом, или 1 Ом будет работать нормально.
Мощность = 0,6 x Максимальный постоянный ток = 0,6 x 0,606 = 0,36 Вт, или 1/2 ватта прекрасно справятся с этой задачей.
R3 и R4 уже рассчитаны ранее в Примере №2 выше.
12-ваттный драйвер светодиода SMPS Схема
Используя те же шаги, что описаны выше, можно спроектировать 12-ваттный светодиод, как показано на следующей схеме:
Резисторы можно рассчитать так же, как это было сделано для предыдущего 6-ваттного пример. Транзисторы управления током останутся прежними, так как TIP122 может выдерживать значительно более 1 ампер.
Поскольку максимальная мощность указанной платы SMPS составляет 12 Вт (12 В x 1 А), на ее выходе можно настроить светодиод мощностью не более 12 Вт.
Для применения светодиодов более высокой мощности может потребоваться соответствующая модернизация модуля SMPS.
Приведенные выше примеры показывают нам, как любую готовую стандартную плату SMPS, приобретенную на рынке, можно легко преобразовать в полноценный работающий драйвер светодиодов путем соответствующей настройки схемы светодиода вместе с транзисторным каскадом управления током.
Тем не менее, те, кто не хочет использовать готовые платы SMPS, а хочет построить всю схему SMPS по отдельности, могут пройти по следующим ссылкам и попробовать представленные там конструкции.
2 Компактная схема 12 В 2 А SMPS для драйвера светодиодов
7-ваттная цепь драйвера светодиодов SMPS — с управлением по току
Сделайте это 3,3 В, 5 В, 9 В цепь SMPS
32 В, 3 А, цепь SMPS драйвера светодиодов
SMPS 50 Вт, цепь драйвера светодиодов уличного освещения
12 В, 1, 2 Amp MOSFET SMPS Circuit
5V, 12V Buck Converter Circuit SMPS 220V
Самая дешевая SMPS схема с использованием MJE13005
Простая 12V, 1A SMPS схема
Емкостный драйвер светодиодов
Встроенный емкостной источник питания также широко известен как бестрансформаторный источник питания.
Он состоит из высоковольтного конденсатора, соединенного последовательно с одной из входных клемм сети для ограничения тока до желаемого более низкого уровня, в зависимости от номинала и конфигурации светодиодов.
Пониженный переменный ток выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и фильтрующего конденсатора, как и в любой другой стандартной цепи питания переменного тока в постоянный.
Однако есть несколько серьезных проблем с емкостными блоками питания.
- Хотя ток ограничен, выходной сигнал емкостного источника питания всегда дает пиковые уровни среднеквадратичного значения переменного тока. Это означает, что если на входе 220 В переменного тока, то на выходе постоянного тока от емкостного источника питания будет 310 В постоянного тока.
- При каждом включении емкостного источника питания на выходе генерируется сильный импульсный ток, который может мгновенно сжечь любой светодиод, подключенный к его выходу.
- Ток от емкостного драйвера светодиодов должен быть меньше, поскольку более высокий ток приводит к пропорционально более высокому импульсному току при включении питания.
Как правило, характеристики выходного тока должны быть ниже 100 мА при разработке схем емкостных драйверов светодиодов.
Как правило, характеристики выходного тока должны быть ниже 100 мА при разработке схем емкостных драйверов светодиодов. Добавление стабилитрона к управляющему напряжению
Вышеуказанные две проблемы могут быть решены путем использования стабилитронов соответствующего номинала на выходе источника питания. Но добавление стабилитрона также означает ненужное рассеивание тепла и потерю мощности.
Предположим, у нас есть светодиодная конфигурация, общее прямое напряжение которой составляет 24 В, тогда мы можем включить стабилитрон, чтобы ограничить выходное напряжение источника питания до 24 В, используя стабилитрон на 24 В.
Однако это будет означать понижение 310 В постоянного тока до 24 В постоянного тока, что может привести к потере значительного количества энергии из-за рассеяния стабилитрона.
Это просто означает, что не существует простого и эффективного способа понизить выходное напряжение емкостного источника питания до более низкого уровня.
Поэтому кажется, что у нас нет другого выбора, кроме как использовать все 310 В постоянного тока от источника питания и настроить светодиоды, чтобы они соответствовали этим 310 В постоянного тока.
Для этого сначала делим 310 В на значение прямого падения напряжения светодиода.
310 / 3,3 = 93,93. Округление дает нам 94 числа светодиодов для конфигурации.
Чтобы оставить запас на случай низкого напряжения, мы уменьшили количество светодиодов примерно до 90.
Расчет ограничительного резистора
Мы используем ту же формулу для расчета ограничительного резистора:
R = Напряжение питания — Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.
R = 310 — (90 x 3,3) / 0,02 А (с использованием 5 мм светодиодов 20 мА для конфигурации)
R = 650 Ом
— Мощность = 9 0190 x 3,3 x 20 мА = 0,26 Вт
Чтобы обеспечить лучшую защиту от импульсных токов при включении, мы можем заменить резистор на проволочный резистор мощностью 1 Вт.
Окончательная конфигурация будет выглядеть так, как показано на следующем рисунке. Добавлен стабилитрон, чтобы гарантировать повышенную защиту от колебаний напряжения, а NTC обеспечивает усиленную защиту от импульсного тока при включении.
Как это работает
Как правило, конденсатор 1 мкФ/400 В генерирует ток 50 мА. Итак, C1 здесь 1 мкФ/400 В, который может выдерживать нагрузку до 50 мА с выходным напряжением 310 В постоянного тока.
Первоначально конденсатор C1 полностью разряжен и действует как кратковременное короткое замыкание, пока полностью не зарядится и не стабилизируется.
Как только питание включается, NTC контролирует начальный скачок тока, и через несколько миллисекунд светодиоды загораются с полной яркостью. К этому моменту С1 уже стабилизируется и импульсный ток короткого замыкания устранен.
Однако в другом сценарии, если NTC не может контролировать скачок тока, стабилитрон включается при напряжении 300 В, что вызывает мгновенную зарядку конденсатора C1, что стабилизирует скачок тока через него, защищая светодиоды и стабилитрон.
диод.
Однако, если эффективность не важна, можно использовать другие конфигурации светодиодов с гораздо более низким прямым напряжением, с соответствующими стабилитронами для управления пиковым постоянным током от емкостного источника питания.
Пример конструкции показан на следующем рисунке.
Примечание. Удалите C2 из указанного положения и подключите его между эмиттером T1 и линией заземления.Как это работает
В приведенной выше схеме высокоемкостного драйвера светодиодов мы видим 5 параллельных цепочек светодиодов, каждая из которых имеет 10 светодиодов по 50 мА, соединенных последовательно.
Это означает, что общее потребление светодиодной сети составляет 50 x 5 = 250 мА.
Как описано ранее, учитывая, что 1 мкФ/400 В может генерировать ток 50 мА, для получения 250 мА нам потребуется C1, равный 5 мкФ/400 В.
количество тока включения, которое может легко вывести из строя светодиоды вместе со стабилитроном.
Помня об этой проблеме, мы представили транзисторный регулятор напряжения, который поддерживает стабилизацию выходного напряжения и, в свою очередь, предотвращает перегрузку по току на светодиодах.
Необходимо немного поэкспериментировать с резистором R3, чтобы убедиться, что транзистор способен обеспечить необходимые 250 мА для светодиодных цепочек.
В целом приведенная выше схема выглядит хорошо, однако она может быть крайне неэффективной из-за сильного рассеивания тепла транзистором.
Увеличение количества светодиодов в последовательных цепочках пропорционально повысит эффективность схемы. Однако для этого необходимо соответствующим образом изменить последовательный резистор, транзистор, значение стабилитрона.
Интересный способ управления импульсным током в цепях емкостных драйверов светодиодов
Как обсуждалось в предыдущих параграфах, основной проблемой сильноточных емкостных драйверов светодиодов является импульсный ток включения, который может мгновенно вывести из строя подключенные светодиоды.
Простым способом устранения вышеуказанной проблемы является использование стабилитрона, однако стабилитрон, являющийся полупроводниковым устройством, может сгореть во время резкого скачка напряжения при включении емкостного источника питания.
Новый способ решения этой проблемы — включение мини-реле слабого тока и переключение светодиодов через контакты реле.
Это обеспечивает несколько преимуществ общей конструкции. Сначала катушка реле поглощает весь первоначальный бросок тока включения и, кроме того, включает светодиоды с небольшой задержкой, дополнительно защищая от начального броска тока.
Полную схему устройства защиты от перенапряжения с задержкой включения реле для емкостных драйверов светодиодов можно увидеть на следующем рисунке.
Убедитесь, что реле рассчитано на минимальное напряжение 24 В с сопротивлением катушки 1 кОм или выше. Реле типа mini SPDT или SPST на 24 В прекрасно работают в вышеуказанном приложении.
Простая схема бестрансформаторного драйвера светодиодов с контролируемым переходом через ноль
Как известно, даже если входной конденсатор рассчитан оптимально, бросок тока при включении может стать серьезной проблемой для емкостных бестрансформаторных цепей драйвера светодиодов. Из-за этого светодиоды часто перегорают непредсказуемо. Хотя это можно устранить с помощью стабилитрона, сильноточный драйвер светодиода становится возможным только при реализации идеального перехода через нуль и без стабилитрона.
Простая схема бестрансформаторного драйвера светодиодов без перенапряжений с переходом через ноль показана на следующей схеме:
Как это работает
Эта схема работает следующим образом:
PNP-транзистор TIP127 гарантирует, что он никогда не выключится.
ВКЛ до тех пор, пока входной цикл переменного тока превышает 50 В.
Отсечка 50 В определяется стабилитроном 50 В. Вы можете использовать другие значения стабилитрона, чтобы получить любое другое желаемое выходное напряжение, в соответствии с количеством светодиодов в серии.
Каждый раз, когда пиковое напряжение переменного тока падает ниже 50 В, TIP127 мгновенно проводит и позволяет мгновенным 50 В сохраняться внутри конденсатора емкостью 1000 мкФ.
Эта накопленная энергия затем используется для безопасного освещения подключенных светодиодов, не опасаясь внезапного включения импульсного тока, который может сжечь светодиоды.
В следующем выпрямленном цикле переменного тока процесс продолжается, и кажется, что светодиоды продолжают гореть постоянно, и на них не влияют какие-либо спорадические скачки тока.
Вам слово
Итак, что вы думаете о представленном выше подробном описании простых схем драйверов светодиодов? У вас есть какие-либо конкретные вопросы или какие-либо другие простые конструкции светодиодных драйверов, которыми вы хотели бы поделиться в этой статье? Пожалуйста, не стесняйтесь выражать свои ценные мысли и идеи в комментариях ниже.
Объяснение схемы драйвера светодиода и доступные решения
Дни ламп накаливания прошли. В настоящее время светодиодное освещение берет верх, так как оно намного более энергоэффективно. С другой стороны, светодиодные фонари требуют хорошей схемы управления для правильной работы, и это так называемая схема драйвера светодиодов. Светодиоды в основном представляют собой форму диода, 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 ламп прямое напряжение выше, чем у диода, и обычно может достигать 2-3,5 В на светодиод. Некоторые светодиоды, для которых указано более высокое напряжение, уже являются комбинацией нескольких светодиодов.
Светодиоды по своей природе являются источниками постоянного тока, но почему светодиоды используются непосредственно вместо ламп накаливания и КЛЛ в розетке переменного тока? Это стало возможным благодаря использованию схемы драйвера светодиодов.
Схема драйвера светодиода будет преобразовывать переменный ток в постоянный, уровень которого будет безопасно использоваться светодиодами. Есть несколько доступных решений для схемы драйвера светодиодов. Драйверы светодиодов могут быть линейными или импульсными. Ознакомимся с этими решениями.
В схеме линейного драйвера светодиодов используется линейное устройство для управления током светодиодов. Это схемное решение совершенно неэффективно и ограничено только приложениями малой мощности. Линейный драйвер светодиодов может быть только простым источником напряжения и токоограничивающим резистором; это действительно очень просто, поэтому до сих пор популярное решение для управления светодиодами. Еще одним преимуществом линейного светодиодного драйвера является то, что он может обеспечить очень чистый свет, я имею в виду, что чистый свет заключается в отсутствии эффекта размытия или мерцания.
Простая линейная схема управления светодиодами
Ниже приведена очень простая схема 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 или линейный уровень, чтобы установка тока для светодиодов не менялась. В том случае, если ток на светодиодах будет меняться, освещение несколько покажет изменение интенсивности, и это не приятно видеть глазами. Еще одним недостатком изменения тока светодиода является то, что светодиоды могут перегреться и выйти из строя.
В приведенной выше схеме источником напряжения является чистый постоянный ток, а ток светодиода, устанавливаемый ограничительным 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 эффективность составляет всего 69,43%, что очень мало.
Эффективность светодиода = 8,332 Вт / 12 Вт = 69,43%
Линейный регулятор в качестве драйвера светодиода
Вышеприведенный пример очень простой и элементарный подход к управлению светодиодами.
В случае переменного источника напряжения можно использовать линейный регулятор. Линейный регулятор способен принимать переменное входное напряжение, сохраняя при этом постоянное выходное напряжение. Это все еще решение управления светодиодами с потерями, но лучше, чем первый подход, с точки зрения стабильности тока светодиодов.
На приведенной ниже схеме показана типичная схема линейного регулятора. VOUT — это узел, к которому прикладывается нагрузка, и она регулируется до уровня напряжения, установленного пользователем. Предположим, что диапазон входного напряжения равен 9-16В, выходное напряжение останется прежним; например 7,5 В на настройку. Когда разница между входом и выходом велика, линейный регулятор рассеивает огромную мощность, чтобы поддерживать регулируемое выходное напряжение. Свойство линейного регулятора поддерживать выходное напряжение делает его популярным для управления светодиодами.
Ниже приведена схема драйвера светодиода с использованием линейного регулятора Linear Technology, LT1083-12.
Выход этого регулятора фиксированный 12В. Тем не менее, последовательный резистор необходим для установки безопасного уровня тока для светодиодов. Ток светодиода в этой схеме равен 261,6 мА .
Ток светодиода = (12 В – (3 X 3,128 В)) / 10 Ом = 261,6 мА
Мощность светодиода составляет всего 2,452 Вт .
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
= (16–12 В) 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 цепи равен
Резистор ограничения мощности + регулятор мощности) = 2,45 Вт / (2,45 Вт + 0,684 Вт + 1,0664 Вт) = 58,33%
Эффективность очень низкая, как и в предыдущем решении.
КПД еще больше снизится при работе с более высоким входным напряжением.
Специализированный линейный контроллер светодиодов
Существуют специальные линейные ИС, разработанные исключительно для драйверов светодиодов. Однако концепция и анализ со стороны силовой части
такие же, как и в приведенном выше примере.
Преимущество этих ИС заключается в возможности управления несколькими цепочками светодиодов и встроенной защите для коротких и открытых светодиодов. Еще одним преимуществом является включение функции затемнения. Обычный линейный регулятор не имеет функции диммирования.
Одним из примеров такого решения является BD8374HFP-M от ROHM semiconductor. Ниже приведена схема приложения. Это только один канал с возможностью затемнения, защитой от обрыва и короткого замыкания светодиодов, защитой от перенапряжения и перегрева.
Для этого контроллера установка тока светодиода осуществляется с помощью резистора RVIN_F.
Этот резистор расположен на входе, в отличие от предыдущих примеров выше, которые расположены последовательно со светодиодами. В этом решении напряжение светодиода будет устанавливать выходное напряжение микросхемы контроллера. При использовании типичного регулятора напряжения выход представляет собой фиксированное напряжение, но здесь выход является переменным в зависимости от общего прямого напряжения светодиода.
Общая мощность светодиода представляет собой просто сумму прямых напряжений светодиода, умноженную на IOUT или ток, установленный резистором R VIN_F . Мощность, рассеиваемая линейной ИС (BD8374HFP-M), представляет собой разницу между входным напряжением и общим падением напряжения на светодиодах, умноженную на установленный выходной ток. С другой стороны, рассеиваемая мощность токозадающего резистора RVIN_F равна просто падению напряжения, умноженному на выходной ток, или квадрату выходного тока, умноженному на сопротивление. Расчет эффективности можно сделать так же, как и в приведенном выше примере.
В драйвере светодиодов с линейным режимом колебания входного напряжения невелики, так как ограничиваются рассеиваемой мощностью линейного контроллера. Потери огромны и в линейном решении. Эти недостатки решаются за счет импульсного типа драйвера светодиодов. Драйвер светодиода с режимом переключения может быть понижающим (понижающим), повышающим (повышающим) или комбинированным (понижающий-повышающий). Импульсный светодиодный драйвер можно использовать непосредственно от универсальной сети переменного тока; скажем 90-264Vrms.
Принцип переключения режимов
Режим переключения означает, что управляющее устройство работает в режиме непрерывного переключения между включением и выключением переключающего устройства, такого как MOSFET или BJT. При включении переключателя в идеале сопротивление равно нулю, поэтому в идеале потери мощности нулевые. С другой стороны, при выключении ток в идеале равен нулю, поэтому потери мощности также нет. Такое поведение делает решение с режимом переключения более эффективным, чем линейное решение.
Однако подход с переключением режимов более сложен, чем линейное решение, и будет стоить дороже.
Драйвер светодиодов, производный от понижающего преобразователя
Ниже приведена типовая схема силовой части понижающего преобразователя. Понижающий преобразователь представляет собой понижающий преобразователь. Его выход всегда ниже, чем его вход. MOSFET Q1 приводится в насыщение и отключается сигналом ШИМ, чтобы генерировать выходное напряжение. Катушка индуктивности L1 служит накопителем энергии, который заряжается, когда полевой МОП-транзистор Q1 переходит в состояние насыщения. Он разряжается, когда MOSFET Q1 отключается.
Конденсатор C1 также служит в качестве резервуара для минимизации колебаний напряжения на выходной шине. Он заряжается, когда Q1 приводится в состояние насыщения, и разряжается, когда Q1 приводится в состояние отсечки. Диод D1 служит в качестве пути для тока индуктора, когда он разряжается, он функционирует только тогда, когда MOSFET Q1 находится в состоянии отсечки.
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 составляет
Рабочий цикл, Buck = Vout / Vin
Пример рабочей цепи драйвера светодиода, производной от понижающего преобразователя
Ниже приведена схема драйвера светодиода, основанная на топологии понижающего преобразователя. Это работает очень хорошо в симуляции, так что на самом деле. Управляющее устройство — LT3474 от Linear technology.
Путь питания проходит от IN к внутреннему переключателю U1 (Q1 в универсальном понижающем преобразователе выше), к L1 и C3 (C1 в универсальном понижающем преобразователе выше). D1 является диодом разрядного контура индуктора, как и D1 в общей схеме понижающего преобразователя выше. Схема позволяет широко варьировать входное напряжение 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 диммирования ШИМ путем подачи ШИМ-сигнала на вывод ШИМ.
Смоделированный ток светодиода с ШИМ-управлением яркостью:
Как вы можете видеть на приведенной выше осциллограмме, напряжение светодиода, которое является выходным напряжением понижающего преобразователя, меньше входного напряжения, которое составляет 10 В, поскольку понижающий понижающий преобразователь. Ток светодиода модулируется для достижения затемнения.
Драйвер светодиодов на основе повышающего преобразователя
Ниже приведена типичная схема силовой части повышающего преобразователя. Q1 модулируется и работает в режимах насыщения и отсечки в быстрой манере. То же самое с понижающим преобразователем, переключающее устройство будет иметь идеальные нулевые потери, так как во время насыщения в идеале нет сопротивления, а во время отсечки нет тока. Когда Q1 включен, L1 заряжается, а D1 смещается в обратном направлении.
Когда Q1 выключится, L1 изменит полярность и сместит D1 вперед, после чего ток достигнет выходного узла. C1 служит резервуаром, так что энергия все еще поступает в нагрузку, когда катушка индуктивности заряжается. Повышающий преобразователь также является управляемым рабочим циклом, его идеальное уравнение рабочего цикла:
Рабочий цикл, форсирование = 1 – (VIN / VOUT)
Пример рабочей схемы драйвера светодиодов на основе форсирования
Ниже приведена схема простого драйвера светодиодов, полученного из повышающего преобразователя.
При использовании повышающего драйвера вход всегда должен быть ниже общего прямого напряжения светодиодов. В этой схеме входное напряжение равно 3, а общее напряжение светодиода составляет 9,64 В на основе моделирования.
Драйвер светодиодов, производный от Buck-Boost
Если в приложении требуется очень широкий диапазон напряжений, который не может быть обеспечен одним только повышающим или понижающим преобразователем, рассмотрите возможность использования драйвера светодиодов, основанного на повышающем или повышающем преобразователе.
Примером этого является схема ниже от Linear Technology.
Цепь драйвера светодиодов, полученная от сети переменного тока
Решения, которые мы обсуждали выше, относятся ко всем приложениям постоянного тока. Как насчет того, если нам нужен светодиодный светильник, который мы можем напрямую подключить к розетке переменного тока, как коммерческие светодиодные светильники, доступные в настоящее время, что нам делать? В связи с этим нам нужна еще одна схема драйвера светодиодов, подходящая для ACDC. Есть несколько вещей, которые делают это возможным.
Неизолированный драйвер светодиодов ACDC с потерями
Ниже приведена схема простого неизолированного драйвера светодиодов ACDC. Он состоит только из пассивных устройств и стабилитрона и диода. Это экономичное решение, но не эффективное и безопасное в использовании. Будь осторожен.
Неизолированный драйвер светодиодов ACDC без потерь
Решение, показанное ниже, по-прежнему не изолировано, так как отсутствует изолирующий трансформатор.
Это решение предоставлено Richtek с использованием контроллера RT8402. Однако этот драйвер эффективнее по сравнению с первой схемой 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 секцией понижающего преобразователя. Это эффективный драйвер, поскольку Q1 работает между насыщением и отсечкой. Тем не менее, будьте осторожны, это решение не является изолированным.
Другое решение от Richtek с использованием контроллера RT8487:
Оба решения обычно используются в коммерческих маломощных и недорогих светодиодных лампах.
Изолированный драйвер ACDC без потерь с использованием топологии обратного хода
Для мощных светодиодных ламп или ламп предпочтительнее схема ниже. Это решение от Richtek с использованием RT7306. Это обратноходовой драйвер светодиодов. Наличие трансформатора обеспечивает изоляцию между линией переменного тока и светодиодами.
