Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:
- Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
- Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.
Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.
В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.
Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:
Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.
Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:
R = (U вх - U LED) / I
А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:
P = (U вх - U LED) 2 / R
где U вх = 220 В,
U LED - прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I - ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.
Пример расчета балластного резистора
Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:
R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)
P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)
Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.
Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.
| Сопротивление резистора, кОм | Амплитудное значение тока через светодиод, мА | Средний ток светодиода, мА | Средний ток резистора, мА | Мощность резистора, Вт |
|---|---|---|---|---|
| 43 | 7.2 | 2.5 | 5 | 1.1 |
| 24 | 13 | 4.5 | 9 | 2 |
| 22 | 14 | 5 | 10 | 2.2 |
| 12 | 26 | 9 | 18 | 4 |
| 10 | 31 | 11 | 22 | 4.8 |
| 7.5 | 41 | 15 | 29 | 6.5 |
| 4.3 | 72 | 25 | 51 | 11.3 |
| 2.2 | 141 | 50 | 100 | 22 |
Другие варианты подключения
В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:
Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.
Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт - 1N4007 (КД258).
Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.
Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы - ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!
Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:
Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на "землю" (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.
Как быть с пульсациями?
В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.
К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.
Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):
Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.
К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.
Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй - во время отрицательной.
Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.
Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале - попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).
Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное - это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)
А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.
Какие пульсации считаются допустимыми?
Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.
Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.
Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц - 8% (гарантированно безопасный уровень - 3%). Для частоты 50 Гц - это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.
На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).
В соответствии с ГОСТ 33393-2015 "Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности" для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель - коэффициент пульсаций (К п).
Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:
К п = (Е max - E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,
где Е мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин - минимальное.
Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.
Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:
Как уменьшить пульсации?
Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:
Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.
Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:
А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.
Расчет емкости сглаживающего конденсатора
Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.
Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:
К п = (U max - U min) / (U max + U min) ⋅ 100%
Подставляем исходные данные и вычисляем U min:
2.5% = (2В - U min) / (2В + U min) ⋅ 100% => U min = 1.9В
Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).
Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:
Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):
t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅ 3.1415⋅ 50) = 0.0010108 с
Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:
t разр = Т - t зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с
Осталось вычислить емкость:
C = I LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)
На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.
Повышаем КПД
Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?
Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).
Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.
Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:
R c = 1 / 2πfC
то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f - тем ниже сопротивление.
Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)
Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:
Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.
Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.
Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.
Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.
Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.
Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:
И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.
А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.
Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.
Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:
Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):
C = I / (2πf√(U 2 вх - U 2 LED)) [Ф],
где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U вх - действующее значение напряжения сети (220В), U LED - напряжение на светодиоде.
Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх - U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:
C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]
а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]
Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.
Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.
Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
| C1 | 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I LED | 1 mA | 4.5 mA | 6.7 mA | 10 mA | 22 mA | 45 mA | 67 mA |
Немного о самих конденсаторах
В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:
Если вкратце, то:
- X1 - используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
- X2 - самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
- Y1 - работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
- Y2 - довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше - на 630 В).
Сегодня широкое распространение получили китайские "шоколадки" (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.
Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!
Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов - для них лучше использовать , которые называются драйверами.
Драйвер для светодиодного светильника - важнейший элемент схемы, обеспечивающий хорошую яркость, эффективность и продолжительную эксплуатацию источников света. С его помощью происходит трансформация переменного тока промышленной сети напряжением 220 В в постоянный ток нужного значения (12/24/48 В). Разберемся во всех функциях электротехнического элемента и укажем важные критерии выбора устройств.
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.
Принцип работы
Преобразователь выступает источником тока. Разберемся в отличиях изделия от блока питания - источника напряжения.
На выходе каждого преобразователя напряжения имеем определенное напряжение, которое не связано с нагрузкой. К примеру, если подключить к блоку питания 12 В сопротивление 40 Ом, через него будет идти ток 300 мА. Если установить два резистора параллельно, то в сумме получится ток 600 мА, хотя напряжение останется идентичным.
Что касается драйвера, он дает одинаковый ток, несмотря на изменяющееся в меньшую или большую сторону напряжение. Возьмите резистор 30 Ом и соедините его с драйвером на 225 мА. Напряжение упадет до 12 В. Если выполнить коммутацию двух параллельно соединенных резисторов по 30 Ом каждый, ток все равно останется равным 225 мА, но напряжение уменьшится вдвое - до 6 В.
Отсюда вывод: качественный драйвер гарантирует нагрузке заданный выходной ток независимо от изменяющегося напряжения. В результате led-диод при подаче напряжения 5 В будет светить одинаково ярко в сравнении с источником питания на 10 В при условии сохранения идентичного тока.
Технические характеристики
Необходимость покупки драйвера возникает, если был найден интересный светильник без преобразователя тока. Другой вариант - создание источника света с нуля путем приобретения каждого элемента отдельно.
Перед покупкой преобразователя тока изучите три главные характеристики:
- выходной ампераж;
- рабочая мощность;
- выходной вольтаж.
Выходное напряжение рассчитывается исходя из схемы подключения к питанию и числа светодиодов. Значение тока оказывает воздействие на мощность и уровень свечения. Выходного тока драйвера для led-диодов должно быть достаточно для постоянного и яркого свечения.
Мощность изделия должна быть выше суммарного значения всех светодиодов. Для расчета используется формула P = P (led) × X, где
- P (led) - мощность диода;
- X - число диодов.
Для гарантии продолжительной эксплуатации драйвера нужно ориентироваться на запас мощности - покупайте преобразователи номинальной мощностью на 20 – 30 % выше требуемого значения. Не забывайте о цветовом факторе, непосредственно связанном с падением напряжения. Последняя величина изменяется в зависимости от разных цветов.
Срок годности
Срок эксплуатации драйвера несколько меньше по сравнению с оптической составляющей светодиодного светильника - порядка 30 000 часов. Это связано с рядом причин: скачками напряжения, изменениями температуры, влажности и нагрузкой на преобразователь.
Одно из уязвимых мест - сглаживающий конденсатор, в котором со временем испаряется электролит. В большинстве случаев это происходит при монтаже в помещениях с высокой влажностью или подключении к сети, в которой есть скачки напряжения. Подход приведет к повышению пульсаций на выходе устройства, что негативно воздействует на led-диоды.
Нередко срок службы драйвера уменьшается из-за частичной загруженности. Если используется устройство мощностью 200 Вт с уменьшенной в два раза нагрузкой (100 Вт), половина от номинального значения вернется в сеть, что вызовет перегрузку и более частые сбои питания.
Виды драйверов
Существуют две основные категории преобразователей тока для светодиодов - линейного и импульсного типов. На линейном оборудовании выход - генератор тока, гарантирующий стабилизацию при любых перепадах сетевого напряжения. Компонент выполняет плавную подстройку без образования электромагнитных волн высокой частоты. Простые и дешевые изделия с КПД ниже 80 %, что ограничивает область использования до светодиодов и лент малой мощности.
Принцип действия импульсных драйверов сложнее - на выходе образуется серия импульсов тока высокой частоты.
Частота появления импульсов тока всегда постоянна, но коэффициент заполнения может изменяться в диапазоне 10 – 80 %, что приводит к изменению значения выходного тока. Компактные габариты и высокий КПД (90 – 95 %) обусловили широкое распространение импульсных драйверов. Их главный недостаток - большее число электромагнитных помех (в сравнении с линейными).
На стоимости драйвера сказывается наличие или отсутствие гальванической развязки. В последнем случае устройства обычно дешевле, но надежность значительно ниже из-за вероятности поражения током.
Диммируемый драйвер
Диммер - устройство, позволяющее регулировать яркость источников света. Большинство драйверов поддерживают данную функцию. С их помощью понижается интенсивность освещения в светлое время суток, расставляются акценты на определенных предметах интерьера, выполняется зонирование комнаты. Все это предоставляет возможность снижения затрат на электроэнергию и увеличение ресурса отдельных компонентов.
Китайские драйверы
Дешевые и низкокачественные китайские драйверы характеризуются отсутствием корпуса. Величина выходного тока обычно не превышает 700 мА. На фоне минимальной стоимости и (возможно) наличия гальванической развязки недостатки выглядят куда более серьезными:
- короткий срок эксплуатации;
- ненадежность - дешевые элементы для схем;
- большие радиочастотные помехи;
- многочисленные пульсации;
- слабая защита от высокой температуры и повышения/снижения сетевого напряжения.
Как подобрать драйвер
Если хотите получить качественное устройство, которое прослужит несколько лет и будет выполнять требуемые функции, рекомендуем избегать приобретения дешевых китайских изделий. Далеко не всегда физические параметры таковых совпадают с заявленными значениями. Не покупайте приборы, у которых отсутствуют гарантийные талоны.
Самый простой, средний по качеству и цене вариант - преобразователь тока без корпуса, подключаемый к промышленной сети напряжением 220 В. Выбирая ту или иную модификацию устройства, можно использовать его для одного или нескольких светодиодов. Это отличные элементы, применяемые в лабораторных исследованиях и экспериментах. Для квартиры и дома желательно покупать драйверы с корпусом, поскольку при его отсутствии снижаются надежность и безопасность эксплуатации.
Готовые микросхемы преобразователей тока для светодиодных светильников
На рынке можно встретить готовые микросхемы для преобразования тока. Ниже рассмотрим наиболее популярные из всех:
- Supertex HV9910 - импульсный преобразователь с током до 10 мА, не поддерживающий развязку.
- ON Semiconductor UC3845 - устройство импульсного типа, выходной ток которого равен 1 А.
- Texas Instruments UCC28810 - драйвер импульсного типа с поддержкой развязки и выходным током не более 750 мА.
- LM3404HV - отличный вариант для питания светодиодов высокой мощности. Работа построена по принципу преобразователя резонансного типа. Для поддержания номинального тока используется резонансная цепь, состоящая из конденсатора и полупроводникового диода Шоттки. При выборе сопротивления RON есть возможность задать требуемую частоту коммутации.
- Maxim MAX16800 - линейный драйвер для малого напряжения (12 В). Выходной ток насчитывает не более 350 мА. Данная схема драйвера для светодиодной лампы - отличный вариант для мощного led-диода или фонарика. Поддерживается диммирование.
Самостоятельная сборка преобразователя для светодиодов 220 В
Рассмотренная схема напоминает блок питания импульсного типа. Для примера возьмем простой блок питания импульсного типа, не имеющий гальванической развязки. Главные преимущества подобной схемы - простота и надежность.
При выборе метода действуйте осторожно, поскольку отсутствуют какие-либо ограничения по выходному току. Светодиоды будут питаться от положенных им 1,5 – 2 А, но если по неосторожности коснуться руками оголенных проводов, значение тока вырастет до десятков ампер и произойдет сильный удар.
Простейшая схема преобразователя тока на 220 В содержит три каскада:
- делитель напряжения с емкостным резистором;
- несколько диодов (мост);
- стабилизатор напряжения.
В первом каскаде емкостной резистор используется для самостоятельной подзарядки конденсатора, не имеет отношения к работе самой схемы. Номинал не имеет значения и обычно составляет от 100 кОм до 1 МОм при мощности не более 1 Вт. В этих целях нельзя выбирать электролитический конденсатор.
Ток через конденсатор проходит до тех пор, пока он полностью не зарядится. Чем ниже емкость конденсатора, тем быстрее завершится процесс. Конденсатор на 0,3 мкФ пропустит через себя меньшую часть от общего напряжения сети.
Диодный мост используется для трансформации переменного напряжения в постоянное. После того как конденсатор «отсечет» практически весь вольтаж, диодный мост выдаст постоянный ток с напряжением 20 – 22 В.
На третьем каскаде устанавливают сглаживающий фильтр для стабилизации напряжения. Конденсатор и диодный мост уменьшают напряжение. Любые изменения напряжения в сети сказываются на выходной амплитуде диодного моста. Для уменьшения пульсации параллельно в схему подключают электролитический конденсатор.
Самостоятельная сборка преобразователя на 10 Ватт
Если хотите своими руками соорудить сетевой драйвер для питания мощного светодиода, воспользуйтесь электронными платами от испорченных экономок. Зачастую подобные светильники прекращают работу именно из-за перегоревших ламп, хотя электронная плата продолжает функционировать. Все компоненты могут применяться для создания блока питания, драйвера и прочих электротехнических приборов. В процессе потребуются конденсаторы, диоды, транзисторы и дроссели.
Разберите вышедшую из строя ртутную лампу мощностью 20 Вт (подходит для драйвера на 10 Вт). В таком случае гарантируется, что дроссель выдержит оказываемую нагрузку. С увеличением потребностей мощности для сетевого драйвера придется выбирать более мощную экономку или вместо дросселя воспользоваться аналогом с огромным сердечником.
Выполните 20 витков на обмотке и паяльником подключите ее к выпрямителю (диодному мосту). Подайте напряжение от промышленной сети 220 В и мультиметром измерьте полученное значение на выходе диодного моста. При использовании инструкции получится значение в районе 9 – 10 В. Светодиодный источник потребляет 0,8 А при номинале 900 мА. Поскольку вы будете подавать ток уменьшенного значения, сможете продлить срок эксплуатации led-диода.
Заключение
Несмотря на кажущуюся простоту и надежность, светодиоды более сложны и требовательны, нежели другие источники света. Взять те же источники питания. К примеру, если превысить мощность тока питания люминесцентной лампы на 15 – 25 %, характеристики не ухудшатся. В случае светодиодов срок их эксплуатации снизится в несколько раз. Наличие сетевого драйвера гарантирует подачу одинакового выходного тока независимо от скачков напряжения сети. По этой причине не стоит экономить на покупке данных устройств.
Сегодня я кратенько рассмотрю вопрос о том, какие драйверы устанавливают в LED лампы. Виды, типы, их характеристики. Сразу отмечу, что все драйверы светодиодных ламп можно разделить на два вида: электронные и на конденсаторах. О некоторых достоинствах и недостатках мы и поговорим сегодня. А по большому счету буду раскрывать более детально этот вопрос не много позднее и добавлять в данную статью. Таким образом, предполагаю, что "светодиодные драйверы для ламп" станет достаточно объемной. Тем более материала накопилось много.
Производят драйверы, рассчитанные на один или группу светодиодов. Рассчитанных на определенный ток.
Электронные драйверы для LED ламп
Драйвер для светодиодной лампы
Вообще, по хорошему, любой электронный драйвер должен иметь ключевой транзистор, дабы разгрузить микросхему управления драйвером. Чтобы исключить или по максимуму сгладить пульсацию на выходе должен стоять конденсатор. Стоимость драйверов такого типа не маленькая, в отличии от балластных, но зато они стабилизируют токи до 750 мА и выше, чего обычным «бесхребетным» не под силу. Можно. Но лучше больше 200 мА не использовать… Опять же опыт эксплуатации.
Пульсация – не один недостаток драйверов. Другим можно считать высокочастотные помехи. В случае, если ваша розетка связана с лампой (разводка квартиры), то не избежать проблем с приемом цифровым телевидением, IP и т.п. Естественно, будет проблематично поймать радио. Задался сейчас вопросом: “А Wi-Fi будет страдать?»… Надо поставить опыты…
В хороших драйверах для сглаживания пульсаций стоит установить электролиты, а для снижения ВЧ помех пойдет керамика. В идеале, когда в драйвере присутствует и тот и другой кондер. Но такое сочетание большая редкость. Особенно в китайских лампах. Есть некоторые «индивидуумы», но их очень мало. Когда-нибудь я поговорю о них.
Ну и еще одна общая информация. Для тех, кто любит «очумелые ручки». Вы всегда можете изменить выходной ток своего электронного драйвера, «балуясь» номиналом резисторов. Хотя, нужно ли? Уже выпускается огромное количество драйверов и подобрать нужный – не проблема. И не обязательно приобретать дорогущий. Китайцы давно научились штамповать вполне приличную электронику.
Перейдем к не менее распространенным так называемым драйверам – на конденсаторах. Я их всегда называю «так называемые». Почему? Это будет понятно из выводов в конце статьи.
Светодиодные драйверы для ламп на основе конденсаторов
Обратимся к любой стандартной схеме светодиодной лампы, использующей такие «драйверы»
Схема общая и в ряде случаев ее постоянно модифицируют. Особенно любят китайские производители выкидывать оттуда что-нибудь.
Часто в дешевых лампах мы можем «наблюдать» пульсацию в 100 процентов. В этом случае можно даже не заглядывать внутрь лампы, чтобы утверждать об отсутствии одного из конденсаторов. А именно второго. Т.к. первый необходим для регулировки выходного тока. Его – то уж точно никуда не денут))).
Для тех, кто желает самостоятельно собирать такие драйвера, есть формулы, которые можно найти в сети. И по ним рассчитать номинал конденсатора.
Это можно отнести к большому плюсу такого вида драйвера. Ведь мощность лампы можно подогнать простым подбором конденсатора. Минусом стоит отметить отсутствие электробезопасности. Прикасаться к включенной лампе руками запрещено. Электротравма обеспечена.
Еще одним плюсом можно отметить 100 процентный КПД, ведь потери будут только на самих LEDs и сопротивлениях.
Огромный минус – пульсация. Она берется в результате выпрямления сетевого напряжения и составляет порядка 100 Гц. Согласно ГОСТ и САНпИН пульсация допустима от 10-20 процентов и то, в зависимости от того, в каком помещении установлен источник света. Уменьшить пульсацию можно подбором номинала конденсатора №2. Но все-равно Вы не получите полного отсутствия, а только не много сгладите всплески.
Это второй и главный минус такого типа драйверов. Как говорится: то что дешево – не всегда полезно. А пульсация очень вредна для здорового организма. Да и для не здорового))).
Сравнение электронных и балластных драйверов для светодиодных ламп
Из всего выше сказанного (возможно путанно) можно сделать сравнительную характеристику между двумя типами драйверов для светодиодных ламп:
| Драйверы | Балластные на конденсаторах | Электронные |
| Вероятность электротравмы | Высокая. За счет отсутствия гальванической развязки с сетью. Запрещено прикосновение к элементам руками при включенной лампе | Низкая |
| Высокие токи | Не возможно получить высокие токи для свечения диодов, в результате того, что необходимы конденсаторы большого размера. Конструктивно и лампа будет больших размеров. Кроме того, увеличенные конденсаторы влекут увеличение пусковых токов, что приводит к быстрому выходу из строя выключателей | Возможно получить без особых проблем |
| Пульсация | Большая. Порядка 100 Гц. Практически невозможно избавиться из-за необходимости внедрения конденсаторов большой емкости на выходе, фильтрующих пульсацию | Легко регулируется либо отсутствует |
| Схема | Схема очень простая. Легко собирается на коленке и не требует больших познаний в радиоэлеткронике | Схема сложная. С большим количеством электронных компонентов |
| Выходное напряжение | Легко регулируется | Выходной диапазон напряжения узкий |
| Стоимость | Низкая | Высокая |
| Регулировка тока | Путем изменения емкости входного конденсатора | Более сложная. Как правило только при помощи резисторов. И то не всегда. Все зависит от сложности собранной схемы |
Какие светодиодные драйверы для ламп лучше, а какие хуже – решать Вам. У обоих есть как сильные так и слабые стороны. И те и другие можно использовать. Только в разных помещениях. Но для себя я ввел градацию простую. Никогда не считаю качественными лампами те, которые собраны на балластах из конденсаторов по причине пульсации. Я сторонник здорового образа жизни))) и поэтому определяю такие источники света сразу в мусор.
Видео материал на тему светодиодных драйверов для ламп
Ну и на последок, как уже повелось, предлагаю интересное видео о светодиодных драйверах. Вернее об одном, самом простом, который можно собрать на коленке самостоятельно.
Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.
В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.
Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:
Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.
Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.
Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.
Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.
Поверх первичной обмотки дросселя нужно намотать 20 витков эмальпровода. Затем припаиваем вторичную намотанную обмотку к выпрямительному диодному мостику. Подключаем к лампе напряжение 220В и измеряем напряжение на выходе с выпрямителя. Оно составило 9,7В. Светодиод, подключенный через амперметр, потребляет ток в 0,83А. У этого светодиода номинальный ток равен 900мА, но чтобы увеличить его ресурс в работе специально занижено потребление по току. Диодный мостик можно собрать на плате навесным монтажом.
Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.
Шаг третий. Сборка светодиодной настольной лампы.
Патрон для лампы на 220 вольт убираем. Светодиод мощностью 10Вт установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы. Абажур настольной лампы служит теплоотводом для светодиода.
Электронную плату питания и диодный мост разместил в корпусе подставки настольной лампы.
Как проверить драйвер для светодиодов на работоспособность и соответствие заявленным параметрам мощности можно узнать из видео:
Проверка матрицы LED-прожектора:
Виды драйверов по типу устройства
Различают два типа драйверов для светодиодов:
- Линейные. Типовая линейная схема драйвера основана на транзисторе с P-каналом. Такое устройство лучше использовать, если входное напряжение неустойчивое. Оно обеспечивает более плавную стабилизацию тока, надежно в эксплуатации и имеет доступную цену. Несмотря на такие не преимущества данный драйвер не получил широкого применения. Он отличается низкой эффективностью, в процессе работы выделяет много тепла и его невозможно использовать для подключения мощных .
- Импульсные. Принцип действия основан на широтно-импульсной модуляции. КПД преобразования тока таких устройств достигает 95%. Они имеют небольшой размер, выделяют мало тепла, защищают от негативного воздействия внешних факторов. Их использование положительно сказывается на продолжительности функционирования LED-освещения.
Важно! Импульсные драйверы имеют достаточно высокий уровень электромагнитных помех. В теории люди использующие кардиостимуляторы могут ощущать дискомфорт от нахождения в помещении, освещённом такими приборами. Однако, как показала практика, чтобы на кардиостимулятор повлияло магнитное поле драйвера необходимо нахождение человека на расстоянии менее метра от высокого мощного LED-прожектора.
Диммируемые драйверы для светодиодов
В состав современных драйверов для светодиодов в большинстве случаев входят приспособления, регулирующие яркость осветительных приборов. Применение позволяет настроить комфортный уровень освещение в комнате. Кроме того, это позволяет экономить рабочий ресурс LED-осветителей.
Устройство диммирования может находиться между источником питания и LED-осветителем. Такие приспособления управляют непосредственно энергией поступающей к светодиодам. Как правило, это импульсные устройства, основанные на ШИМ-регулирование. Они регулируют величины протекающего тока. В некоторых случаях, при использовании бюджетных LED-источников могут наблюдаться негативные эффекты типа мерцания.
Второй тип диммер преобразователей осуществляет управление источника питания. В принципе их воздействием лежит как ШИМ-регулирование, так и контроль протекающего через прибор тока. При этом может наблюдаться не только изменение яркости, но и цветности светодиодов. К примеру, белые светодиоды при такой регулировке могут излучать желтоватый свет при снижении интенсивности и ярко-синий преувеличение.
Схема драйвера для светодиодов своими руками на базе PT4115 с регулятором яркости
Использование PT4115 в схеме драйвера допускает применение нескольких типов источников питания: с напряжением 12÷240 В и 12÷18 В во втором случае в общую схему драйвера светодиодов с PT4115 необходимо ввести диодный мост с конденсатором, установленным на выходе.
Изготовление драйвера для светодиодов своими руками
| Иллюстрация | Описание работ |
 | Для облегчения работы можно взять старый от мобильника. |
 | Устройство фактически является и имеет в своем составе почти все необходимые радиодетали для подключения нескольких одноваттных светодиодов. |
 | Из схемы необходимо выпаять ограничительный резистор, который предохраняет телефон от подачи чрезмерного напряжения. В данном случае это резистор на 5 кОм расположенный у выходного канала. |
 | На место статичного резистора нужно впаять подстроечный. Вначале его целесообразно выставить на те же 5 кОм. В процессе настройки напряжение можно будет поднять до нужного уровня. |
 | К выходному каналу подключается 3 светодиода в последовательном соединении. При условии, что они имеют мощность по 1 Вт общая потребляемая на выходе мощность составить 3 Вт. |