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.
Для конструирования светодиодных светильников постоянно требуются источники питания — драйвера. При большом объеме вполне можно наладить сборку драйверов самостоятельно, но себестоимость таких драйверов получается не такой уж и низкой, а изготовление и пайка двухсторонних печатных плат с SMD-компонентами — процесс в домашних условиях довольно трудоемкий.
Я решил обойтись готовым драйвером. Нужен был недорогой драйвер без корпуса, желательно с возможностью настройки тока и диммированием.
Схему перерисовал и немного доработал
Характеристики без конденсаторов ~0.9В и 8.7% (пульсации светового потока)
Конденсатор на выходе ожидаемо уменьшат пульсации вдвое ~0.4В и 4%
А вот 10мкФ конденсатор на входе уменьшает пульсации в 9 раз ~0.1В и 1%, правда добавление этого конденсатора значительно снижает PF (коэффициент мощности)
Оба конденсатора приближают характеристики выходных пульсаций к паспортным ~ 0.05В и 0.6%
Итак пульсации побеждены при помощи двух конденсаторов из старого блока питания.
Доработка №2. Настройка выходного тока драйвера
Основное предназначение драйверов — поддерживать стабильный ток на светодиодах. Данный драйвер стабильно выдает 600мА.
Иногда ток драйвера хочется изменить. Обычно это делается подбором резистора или конденсатора в цепи обратной связи. Как обстоят дела у этих драйверов? И зачем здесь установлены три параллельных резистора малого сопротивления R4, R5, R6?
Все правильно. Ими можно задавать выходной ток. Видимо, все драйверы одинаковой мощности, но на разные токи и отличаются именно этими резисторами и выходным трансформатором, дающим разное напряжение.
Если аккуратно демонтировать резистор на 1.9Ом, получаем выходной ток 430мА, демонтировав оба резистора 300мА.
Можно пойти и обратным путем, подпаяв параллельно еще один резистор, но данный драйвер выдает напряжение до 35В и при большем токе мы получим превышение по мощности, что может привести с выходу драйвера из строя. Но 700мА вполне можно выжать.
Итак, при помощи подбора резисторов R4, R5 и R6 можно уменьшать выходной ток драйвера (или очень незначительно увеличивать) не меняя количество светодиодов в цепочке.
Доработка 3. Диммирование
На плате драйвера имеется три контакта с надписью DIMM, что наводит на мысль, что данный драйвер может управлять мощностью светодиодов. О том же говорит и даташит на микросхему, хотя типовых схем диммирования в них не приведено. Из даташита можно почерпнуть информацию, что подавая на ногу 7 микросхемы напряжение -0.3 — 6В, можно получить плавное регулирование мощности.
Подключение к контактам DIMM переменного резистора ни к чему не приводит, кроме того, нога 7 микросхемы драйвера вообще ни к чему не подключена. Значит снова доработки.
Подпаиваем резистор на 100К к ноге 7 микросхемы
Теперь подавая между землей и резистором напряжение 0-5В получаем ток 60-600мА
Чтобы уменьшить минимальный ток диммирования, необходимо уменьшить и резистор. К сожалению, в даташите про это ничего не написано, поэтому подбирать все компоненты придется опытны путем. Меня лично устроило диммирования от 60 до 600мА.
Если нужно организовать диммирование без внешнего питания, то можно взять напряжение питания драйвера ~15В (нога 2 микросхемы или резистор R7) и подать по следующей схеме.
Ну и, напоследок, подаю ШИМ с D3 ардуино на диммирующий вход.
Пишу простейший скетч, меняющий уровень ШИМ от 0 до максимуму и обратно:
#include
void setup() {
pinMode(3, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
analogWrite(3,0);
}void loop() {
for(int i=0; i< 255; i+=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
for(int i=255; i>=0; i-=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
}
Получаю диммирование при помощи ШИМ.
Диммирование при помощи ШИМ увеличивает выходные пульсации примерно на 10-20% по сравнению с управлением постоянным током. Максимально пульсации увеличиваются примерно вдвое при установке тока драйвера в половину от максимального.
Проверка драйвера на КЗ
Токовый драйвер должен корректно реагировать на короткое замыкание. Но лучше китайцев проверить. Не люблю я такие штуки. Под напряжением что-то втыкать. Но искусство требует жертв. Закорачиваем выход драйвера во время работы:
Драйвер нормально переносит короткие замыкания и восстанавливает свою работу. Защита от КЗ есть.
Подведем итоги
Плюсы драйвера
- Малые габариты
- Низкая стоимость
- Возможность регулировки тока
- Возможность диммирования
Минусы
- Высокие выходные пульсации (устраняется добавлением конденсаторов)
- Вход диммирования нужно распаивать
- Мало нормальной документации. Неполный даташит
- При работе обнаружился еще один минус — помехи на радио в ФМ диапазоне. Лечится установкой драйвера в алюминиевый корпус или корпус обклеенный фольгой или алюминиевым скотчем
Драйверы вполне годятся для тех, кто дружит с паяльником или для тех кто не дружит, но готов терпеть выходные пульсации 3-4%.
Полезные ссылки
Из цикла — коты это жидкость. Тимофей — литров 5-6)))
Светодиодная иллюминация является относительно новым и перспективным направлением в обустройстве интерьеров и экстерьеров. При этом большая ответственность заключается в выборе комплектующих для такого искусственного источника. Правильно выбранная электроника, к которой относится и led driver, обеспечивает долговечную и бесперебойную эксплуатацию всего комплекса приборов.
Особенности работы
Схема светодиодного подключения подразумевает наличие источника тока постоянного типа. Соответственно к имеющимся лентам нужен источник питания не 220 В электросети, а значительно меньший уровень постоянного тока. Привести все к норме помогает led driver - специальный выпрямитель.
Для каждой цепи характерны физические параметры:
- своя мощность, Вт;
- сила тока, А;
- напряжение, В.
Поэтому необходимо рассчитать и выбрать соответствующий светодиодный драйвер. Нередко пользователи сталкиваются с тем, что готов проект схемы подключения, имеются в наличии светодиоды, а подобрать или купить оптимальный драйвер питания светодиодов нет возможности.
Фактически блок питания представляет собой небольшой по габаритам прибор, выдающий на контактах установленное производителями напряжение и силу тока. В идеале эти параметры не зависят от применяемой к нему нагрузки.
Подключение двух резисторов параллельно
Зная законы физики, можно рассчитать, что при подключении к источнику тока с напряжением 12В потребителя с сопротивлением 40 Ом (в качестве последнего может выступать резистор), то по цепи будет протекать 0,3 А. Если же в схеме будет участвовать пара таких параллельных резисторов, то ампераж поднимется до 0,6 А.
Драйвер для светодиода работает на поддержание стабильной силы тока. Значение напряжения в таком случае способно варьироваться. При подключении к нему во время выдачи 0,3 А резистора на 40 Ом, потребитель будет питаться напряжением в 12 В. Если же добавить параллельно второй резистор, то напряжение упадет до 6 В, а сила тока останется 0,3А.
Самые лучшие драйверы светодиодов обеспечивают любой нагрузке установленный производителями параметр тока, ни взирая на значительное падение напряжения. При этом потребители при опускании значения напряжения до 2 В и получении 0,3 А будут такими же яркими, как и при 3 В и 0,3 А.
Параметры для выбора
Грамотно выбрать драйвер для светодиодной ленты помогают технические параметры изделия. Одним из них является мощность. Она рассчитывается для любого источника питания. Мощность напрямую зависит от параметров компонентов и их количества. Допустимое максимальное значение указано на лицевой стороне упаковки или тыльной части самого изделия.
Мощность для силовых источников обязательно подбирается большей, чем имеющееся значение цепи. В противном случае произойдет повышение температуры блока.
Также обращаем внимание на силу тока и напряжение. Каждый завод маркирует свои изделия, указывая номинальный ампераж. Для светодиодов своими силами подбираем соответствующий светодиодный драйвер. Наиболее популярными являются диоды, потребляющие 0,35 А или 0,7 А. При этом ленты производители предлагают 12 В либо 24 В. Маркировка на блоках питания проводится в виде напряжения и мощности.
Так как драйверы для светодиодов могут располагаться сейчас в любых условиях, то важно обратить внимание на влагозащищенность и класс герметичности.
Нередко приходится применять диоды во влажных условиях, например рядом с бассейном или непосредственно в нем. Тогда требуется обращать внимание на показатель IP, который указывает защиту от проникновения влаги. Значение IPX6 демонстрирует возможность временного затопления, а IPX9 позволяет выдерживать значительное давление.
ВИДЕО: Светодиоды - питание (LED-драйверы)
Варианты подключения
Разберем несколько примеров, как подобрать драйвер для светодиодов. Можно разобрать все на схеме из шести диодов. Они могут подключаться несколькими способами, давая нужный результат.
.jpg)
Последовательно
В подобном случае выбираем источник с 12 В напряжения и током 0,3 А. Основное достоинство метода заключено в том, что по всему контуру к потребителям поступает равный ампераж. При этом все элементы испускают одинаковую яркость. Минусом подключения является необходимость при значительном увеличении диодов иметь в наличии источник с большим номинальным напряжением.
Параллельно
В такой ситуации достаточно светодиодного драйвера, выдающего на контактах 6 В. Однако, ток, который потреблять будет схема повысится в два раза до 0,6 А в сравнении с аналогичным последовательным подключением. Минусы заключаются в том, что токи протекающие для каждого участка, физически будут иметь отличия из-за физических параметров диодов. В результате получится небольшая разница в свечении участков.
.jpg)
В данных схемах, собранных своими руками, можно воспользоваться помощью драйверов для светодиодов, аналогичных параллельному соединению. При этом установится яркость равная для каждого участка цепи. В схеме имеется существенный минус. Он очевиден, так как при старте из-за небольших отличий в характеристиках какие-то элементы запустятся раньше других. В это время по ним станет поступать ток удвоенного номинала. Производители допускают кратковременное превышение значения, но применять на практике данную схему все же не рекомендуется. Перед тем, как подобрать драйвер для светодиодов, необходимо оценить все риски.
Соединять подобным образом более двух диодов ни в коем случае нельзя, ведь по каким-то из них пойдет чрезвычайно большой ампераж, что приведет к мгновенному выходу их из строя.
В приведенных примерах светодиодный драйвер брался в каждом случае с мощностью в 3,6 Вт. Это значение не влияло на способы подключения. Исходя из реального примера видно, что подбирать источник питания необходимо в процессе приобретения диодов. Вероятность выбора на следующих этапах существенно снижает шансы найти нужный блок.
Классификация элементов
На прилавках можно обнаружить два основных типа драйверов для светодиодов:
- импульсный тип
- линейный.
Первые являются приборами, обеспечивающими на выходе каскад импульсов высокой частоты. Последнее поколение их использует принцип широтно-импульсной модуляции. Фактически усредненный параметр силы тока рассчитывается как отношение ширины импульса к их периоду. Параметр определяется коэффициентом заполнения.
.jpg)
Линейные на выходе обеспечивают значение от генератора тока. Формируется стабилизация тока, а напряжение будет вариабельным. Все настройки проводятся в плавном режиме без образования электромагнитных высокочастотных помех. Даже при относительно небольшом КПД (около 85%) и простоте конструкции их сфера деятельности ограничивается маломощными лентами или светодиодными лампами.
ШИМ-драйверы являются более широко популярными из-за своих позитивных эксплуатационных характеристики:
- длительный срок работы;
- КПД до 95%;
- минимальные габариты.
Минусом для последних является высокий уровень помех, в отличие от линейных.
Дифференцируются драйверы по наличию или отсутствию гальванической развязки. В первом случае обеспечивается больший КПД, повышенная надежность и достаточная безопасность.
Для подключения к стандартной электросети светодиодов могут использоваться и тот, и другой тип драйверов, но преимущественными являются именно те, где есть гальваническая развязка. Именно она отвечает за безопасную эксплуатацию ламп. Если таковой развязки нет, всегда есть риск поражения током.
Срок эксплуатации
Даже сами производители заявляют о том, что драйвер служит меньше, чем оптика. Если последняя рассчитана на 30 тысяч часов, то выпрямитель в лучшем случае проработает 1000 часов. Связан такой разрыв во времени со следующими обстоятельствами:
- перепады напряжения в электросети как в большую, так и в меньшую сторону более чем на 5%;
- разница рабочей температуры в процессе работы;
- повышенная влажность, если речь идет о таких помещениях;
- интенсивность - чем больше работает и меньше выключается, тем длительнее срок работы.
Первое, что принимает на себя основной удар - сглаживающий конденсатор, у которых при повышенной влажности, температуре и при скачках напряжения начинает интенсивно испаряться электролит. При его недостатке уровень пульсаций увеличивает, что и приводит к выходу из строя лед-драйвера.
Но самое интересное, что сокращает срок работы неполная загруженность. Если вы купили элемент на 150 ватт, а нагрузка не превышает 70, оставшиеся 80 будут возвращаться в сеть и провоцировать ее перегруз. Всегда правильно выбирайте рабочие элементы, чтобы максимально сопоставить эффективность и реальные условия.
ВИДЕО: Простой источник питания для светодиодов
Светодиоды получили большую популярность. Главную роль в этом сыграл светодиодный драйвер, поддерживающий постоянный выходной ток определенного значения. Можно сказать, что это устройство представляет собой источник тока для LED-приборов. Такой драйвер тока, работая вместе со светодиодом, обеспечивает долголетний срок службы и надежную яркость. Анализ характеристик и видов этих устройств позволяет понять, какие они выполняют функции, и как их правильно выбирать.
Что такое драйвер и каково его назначение?
Драйвер для светодиодов является электронным устройством, на выходе которого образуется постоянный ток после стабилизации. В данном случае образуется не напряжение, а именно ток. Устройства, которые стабилизируют напряжение, называются блоками питания. На их корпусе указывается выходное напряжение. Блоки питания 12 В применяют для питания LED-линеек, светодиодной ленты и модулей.
Основным параметром LED-драйвера, которым он сможет обеспечивать потребителя длительное время при определенной нагрузке, является выходной ток. В качестве нагрузки применяются отдельные светодиоды или сборки из аналогичных элементов.
Драйвер для светодиода обычно питается от сети напряжением 220 В. В большинстве случаев диапазон рабочего выходного напряжения составляет от трех вольт и может достигать нескольких десятков вольт. Для подключения светодиодов 3W в количестве шести штук потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 21 В, рассчитанный на 780 мА. При своей универсальности он обладает малым КПД, если на него включить минимальную нагрузку.
При освещении в автомобилях, в фарах велосипедов, мотоциклов, мопедов и т. д., в оснащении переносных фонарей используется питание с постоянным напряжением, значение которого варьируется от 9 до 36 В. Можно не применять драйвер для светодиодов с небольшой мощностью, но в таких случаях потребуется внесение соответствующего резистора в питающую сеть напряжением 220 В. Несмотря на то, что в бытовых выключателях используется этот элемент, подключить светодиод к сети 220 В и рассчитывать на надежность достаточно проблематично.
Основные особенности
Мощность, которую эти устройства способны отдавать под нагрузкой, является важным показателем. Не стоит перегружать его, пытаясь добиться максимальных результатов. В результате таких действий могут выйти из строя драйверы для светодиодов или же сами LED-элементы.
На электронную начинку устройства влияет множество причин:
- класс защиты аппарата;
- элементная составляющая, которая применяется для сборки;
- параметры входа и выхода;
- марка производителя.
Изготовление современных драйверов выполняется при помощи микросхем с использованием технологии широтно-импульсного преобразования, в состав которых входят импульсные преобразователи и схемы, стабилизирующие ток. ШИМ-преобразователи запитываются от 220 В, обладают высоким классом защиты от коротких замыканий, перегрузок, а так же высоким КПД.
Технические характеристики
Перед приобретением преобразователя для светодиодов следует изучить характеристики устройства. К ним относятся следующие параметры:
- выдаваемая мощность;
- выходное напряжение;
- номинальный ток.
Схема подключения LED-драйвера
На выходное напряжение влияет схема подключения к источнику питания, количество в ней светодиодов. Значение тока пропорционально зависит от мощности диодов и яркости их излучения. Светодиодный драйвер должен выдавать столько тока для светодиодов, сколько потребуется для обеспечения постоянной яркости. Стоит помнить, что мощность необходимого устройства должна быть более потребляемой всеми светодиодами. Рассчитать ее можно, используя следующую формулу:
P (led) – мощность одного LED-элемента;
n - количество LED-элементов.
Для обеспечения длительной и стабильной работы драйвера следует учитывать запас мощности устройства в 20–30% от номинальной.
Выполняя расчет, следует учитывать цветовой фактор потребителя, так как он влияет на падение напряжения. У разных цветов оно будет иметь отличающиеся значения.
Срок годности
Светодиодные драйверы, как и вся электроника, обладают определенным сроком службы, на который сильно влияют эксплуатационные условия. LED-элементы, изготовленные известными брендами, рассчитаны на работу до 100 тысяч часов, что намного дольше источников питания. По качеству рассчитанный драйвер можно классифицировать на три типа:
- низкого качества, с работоспособностью до 20 тысяч часов;
- с усредненными параметрами - до 50 тысяч часов;
- преобразователь, состоящий из комплектующих известных брендов - до 70 тысяч часов.
Многие даже не знают, зачем обращать внимание на этот параметр. Это понадобится для выбора устройства для длительного использования и дальнейшей окупаемости. Для использования в бытовых помещениях подойдет первая категория (до 20 тысяч часов).
Как подобрать драйвер?
Насчитывается множество разновидностей драйверов, используемых для LED-освещения. Большинство из представленной продукции изготовлено в Китае и не имеет нужного качества, но выделяется при этом низким ценовым диапазоном. Если нужен хороший драйвер, лучше не гнаться за дешевизной китайского производства, так как их характеристики не всегда совпадают с заявленными, и редко когда к ним прилагается гарантия. Может быть брак на микросхеме или быстрый выход из строя устройства, в таком случае не удастся совершить обмен на более качественное изделие или вернуть средства.
Наиболее часто выбираемым вариантом является бескорпусный драйвер, питающийся от 220 В или 12 В. Различные модификации позволяют использовать их для одного или более светодиодов. Эти устройства можно выбрать для организации исследований в лаборатории или же проведения экспериментов. Для фито-ламп и бытового применения выбирают драйверы для светодиодов, находящиеся в корпусе. Бескорпусные устройства выигрывают в ценовом плане, но проигрывают в эстетике, безопасности и надежности.
Виды драйверов
Устройства, осуществляющие питание светодиодов, условно можно разделить на:
- импульсные;
- линейные.
Устройства импульсного типа производят на выходе множество токовых импульсов высокой частоты и работают по принципу ШИМ, КПД у них составляет до 95%. Импульсные преобразователи имеют один существенный недостаток - во время работы возникают сильные электромагнитные помехи. Для обеспечения стабильного выходного тока в линейный драйвер установлен генератор тока, который играет роль выхода. Такие устройства имеют небольшой КПД (до 80%), но при этом просты в техническом плане и стоят недорого. Такие устройства не получится использовать для потребителей большой мощности.
Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что источник питания для светодиодов следует выбирать очень тщательно. Примером может послужить люминесцентная лампа, на которую подается ток, превышающий норму на 20%. В ее характеристиках практически не произойдет изменений, а вот работоспособность светодиода уменьшится в несколько раз.
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?