Для чего нужен и как выбрать драйвер для светодиодного освещения

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:

1. ширпотреб до 20.000ч.;
2. среднее качество до 50.000ч.;
3. 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.

Диммируемый драйвер для LED-элементов — что это?

Последние модели преобразователей для светодиодов адаптированы для работы с регуляторами яркости свечения полупроводниковых кристаллов – диммерами. Использование этих устройств позволяет более рационально использовать электроэнергию и увеличить ресурс LED-элемента.

Диммируемые драйвера позволят управлять яркостью ламп и сделать освещение более комфортным для глаз

Диммируемые преобразователи бывают двух типов. Одни включены в цепь между стабилизатором и светодиодными элементами освещения и работают посредством ШИМ-управления. Преобразователи подобного типа используются для работы со светодиодными лентами, бегущей строкой и т.п.

Во втором варианте диммер устанавливается на разрыве между источником питания и стабилизатором, а принцип работы заключается, как в управлении параметрами тока, проходящего через светодиоды, так и при помощи широтно-импульсной модуляции.

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

Вопрос о том отличаются ли между собой led-driver для светодиодной лампы и ленты, волнует всех тех, кто своими руками желает сделать подсветку из расходных материалов. Ответить на него можно лишь, предварительно разобравшись, что собой представляет лэд-полоска, из каких элементов она состоит и как все это работает.

Обычная лед-лента – это набор светодиодов, соединенных между собой в один или несколько рядов по электросхеме и закрепленные на специальной эластичной подложке. В свою очередь внутри они разбиты на группы по 3 или 6 кристаллов. Все они соединены через токоограничитель-резистор по последовательной цепочке. При этом группы между собой имеют параллельное подключение.

Рабочее напряжение для лед-полосок имеет значение в 12 или 24 вольта. При этом вся лента разделена на секции. В каждой из них есть свой резистор – для ограничения и стабилизации тока. Таким образом, в задачу блока питания входит преобразование выходного напряжения строго до 12 или 24 вольт – ни больше и не меньше. Именно в этом и состоит отличие от обычного led-driver, который может быть рассчитан на любое другое рабочее напряжение (как правило, это диапазон, например, от 8 до 13 вольт). При этом драйвер лед-ленты совсем не следит за параметрами выходящего тока – это задача резисторов в каждой группе светодиодов.

Обзор цен в магазинах

Цены в магазине

Даже не смотря на мировой кризис и различный санкции в отношении России, китайцы продолжают исправно работать и наводнять своей продукцией российский рынки. Стоимость напрямую зависит от качества, тут китайцы предлагают свободу выбора. Если вас не интересует электронный трансформатор очень высокого качества, за исключением, если вы проектируете освещение в бункере на случай ядерного конфликта. Если эксплуатировать будете в домашних условиях отапливаемого помещения, а не в предельных температурных режимах, то вам будет достаточно недорого китайского блока.

Модельный ряд одного производителя, размеры корпусов

Покупать у китайцев не советую, в половине случаев они обманывают и завышают электрические характеристики. Поэтому надежней, быстрей, дешевле купить в ближайшем интернет магазине, ваши потраченные нервы и время тоже стоят немало.

Модельный ряд и размеры герметичных источников

Как сделать своими руками драйвер для светодиодов

При помощи готовых микросхем даже начинающий радиолюбитель в состоянии собрать преобразователь для светодиодов различной мощности. Для этого требуется умение чтения электросхем и опыт работы с паяльником.

Собрать токовый стабилизатор для 3-ваттных стабилизаторов, можно используя микросхему от китайского производителя PowTech – PT4115. Данная ИМС может быть использована для светодиодных элементов с мощностью более 1 Вт и состоит из блоков управления с довольно мощным транзистором на выходе. Преобразователь, созданный на основе PT4115, имеет высокую эффективность и минимальный набор компонентов.

Как видим при наличии опыта, знаний и желания можно собрать светодиодный драйвер практически по любой схеме. Теперь рассмотрим пошаговую инструкцию создания простейшего токового преобразователя для 3-х LED-элементов мощность по 1 Вт, из зарядного устройства для мобильного телефона. Кстати, это поможет лучше разобраться в работе устройства и позднее перейти к более сложным схемам, рассчитанным на большее количество светодиодов и ленты.

Инструкция по сборке драйвера для светодиодов

Как видите сделать простейший драйвер для светодиодов очень просто. Конечно, опытным радиолюбителям эта схема может быть не интересна, но для новичка она отлично подойдет для практики.

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.

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 (посмотреть), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.

Понятие сетевого драйвера и его предназначение

Драйвер — электронный компонент, на который поступает напряжение переменного тока, происходит стабилизация и выходит напряжение постоянного тока

Здесь важно понимать, что речь идет о получении тока. Для преобразования напряжения используются обычные блоки питания (на корпусе указывается значение выходного напряжения)

Блоки питания эксплуатируются в диодных лентах.

Главная характеристика преобразователя для светодиодных осветительных приборов — выходной ток. Для нагрузки используют вспомогательные led-диоды или другие полупроводники. Практически всегда драйвер питается от промышленной сети 220 В, а диапазон напряжения на выходе начинается от 2 – 3 и заканчивается десятками Вольт. Чтобы подключить три светодиода на 3 Вт, необходим электронный драйвер с выходным напряжением 9 – 21 В и током 780 мА. При небольшой нагрузке универсальное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Для питания фар транспортных средств применяют источник с постоянным напряжением от 10 до 35 В. Если мощность невысокая, драйвер необязателен, но потребуется соответствующий резистор. Данный компонент — незаменимая часть бытового выключателя, но при коммутации led-диода к переменной сети 220 В нельзя рассчитывать на надежную и долговечную работу.

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:

1. заливка всей платы герметиком или компаундом;
2. сборка блока с использованием силиконовых уплотнителей;
3. 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.

Основные характеристики

Среди основных характеристик led-driver особое значение на его рабочие параметры оказывают следующие три:

1. Выходное напряжение.
2. Номинальный ток.
3. Мощность.

На первый фактор влияют значение падения напряжения самого лед-элемента, а также способ его подключения. Если применяется параллельная схема, то напряжение на всех светодиодах будет одинаковым. Иной результат будет при использовании последовательной схемы. Здесь величина этого параметра должна быть равной суммарному падению напряжения всех элементов цепочки.

Значение номинального тока led-driver находится в прямой зависимости от яркости и мощности лэд-светильников. Драйвер должен подавать ток такой силы, чтобы их световая сила была равна заявленной от производителя.

Мощность или выдаваемая нагрузка led-driver должна быть не ниже общего значения аналогичного параметра для всех участников цепи. Например, если в схеме 10 светодиодов по 2 Вт, значит их сумма будет равна 20 Вт. При этом к расчетной нагрузке нужно прибавить буфер в 20-30% (запас мощности). В данном случае получится: 20 Вт + (20 х 0,3) 6 Вт = 26 Вт.

Виды светодиодных драйверов

Все драйверы для светодиодов можно разделить по принципу стабилизации тока. На сегодняшний день таких принципов два:

1. Линейный.
2. Импульсный.

Линейный стабилизатор

Предположим, в нашем распоряжении мощный светодиод, который нужно зажечь. Соберем простейшую схему:

Схема, поясняющая линейный принцип регулировки тока

Выставляем резистором R, выполняющим роль ограничителя, нужное значение тока – светодиод горит. Еcли напряжение питания изменилось (к примеру, батарея садится), поворачиваем движок резистора и восстанавливаем необходимый ток. Если увеличилось, то таким же образом ток уменьшаем. Именно это и делает простейший линейный стабилизатор: следит за током через светодиод и при необходимости «крутит ручку» резистора. Только делает он это очень быстро, успевая реагировать на малейшее отклонение тока от заданной величины. Конечно, никакой ручки у драйвера нет, ее роль выполняет транзистор, но суть пояснения от этого не меняется.

В чем недостаток линейной схемы стабилизатора тока? Дело в том, что через регулирующий элемент тоже течет ток и бесполезно рассеивает мощность, которая просто греет воздух. Причем чем входное напряжение больше, тем выше потери. Для светодиодов с небольшим рабочим током такая схема годится и успешно используется, но мощные полупроводники линейным драйвером питать себе дороже: драйверы могут съедать больше энергии, чем сам осветитель.

К преимуществам такой схемы питания можно отнести относительную простоту схемотехники и невысокую стоимость драйвера, сочетающуюся с высокой надежностью.

Линейный драйвер для питания светодиода в карманном фонаре

Импульсная стабилизация

Перед нами тот же светодиод, но схему питания соберем несколько иную:

Схема, поясняющая принцип работы широтно-импульсного стабилизатора

Теперь вместо резистора у нас кнопка КН и добавлен накопительный конденсатор С. Подаем напряжение на схему и нажимаем кнопку. Конденсатор начинает заряжаться, и при достижении на нем рабочего напряжения светодиод загорается. Если продолжать держать кнопку нажатой, то ток превысит допустимую величину, и полупроводник сгорит. Отпускаем кнопку. Конденсатор продолжает питать светодиод и постепенно разряжается. Как только ток опустится ниже допустимого для светодиода значения, снова нажимаем кнопку, подпитывая конденсатор.

Вот так сидим и периодически жмем кнопку, поддерживая нормальный режим работы светодиода. Чем выше питающее напряжение, тем нажатия будут короче. Чем напряжение ниже, тем кнопку придется держать нажатой дольше. Это и есть принцип широтно-импульсной модуляции. Драйвер следит за током через светодиод и управляет ключом, собранным на транзисторе или тиристоре. Делает он это очень быстро (десятки и даже сотни тысяч нажатий в секунду).

С первого взгляда работа утомительная и сложная, но только не для электронной схемы. Зато КПД импульсного стабилизатора может достигать 95%. Даже при питании сверхмощных светодиодных прожекторов потери энергии минимальны, а ключевые элементы драйвера не требуют мощных теплоотводов. Конечно, импульсные стабилизаторы несколько сложнее по конструкции и дороже, но все это окупается высокой производительностью, исключительным качеством стабилизации тока и отличными массогабаритными показателями.

Этот импульсный драйвер способен выдать ток до 3 А безо всяких радиаторов 

Принцип работы

Основной принцип работы драйвера для светодиодной лампы
заключается в создании и поддержании заданного значения силы тока на выходе.
Проходя через сопротивления внутри прибора, он стабилизируется, а посредством
конденсаторов получает определенную частоту. Выпрямление происходит при
пропускании его через диодный мостик.

Наивысшая точность параметров задается тем, что ток
стабилизируется не только перед выпрямлением, но и после преобразования. При
этом напряжение можно повышать или понижать. Кроме того, следует понимать, что
драйвер и трансформатор для светодиодного светильника – это два различных прибора.

Блок питания преобразует напряжение, а драйвер – силу тока. Их выходные характеристики неизменны и не зависят друг от друга. Например, если к трансформатору на 12 вольт подсоединить один резистор в 40 Ом, сила тока составит 300 мА, при подключении второго аналогичного модуля данная характеристика повысится уже до 600 мА при заданных 12В.

Если проделать аналогичный алгоритм с драйвером на
300 мА, то при подключении первого модуля напряжение составит 12 вольт, а при
втором – уже снизится до 6 В. При этом сила тока останется изначальной. По этой
причине подобное устройство является надежной защитой для светодиодных
светильников от различных перегрузок сети и коротких замыканий.