Драйвер для мощного светодиода своими руками: Драйвер для светодиодов своими руками: простые схемы с описанием

Драйвер для светодиодов своими руками: простые схемы с описанием

Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать драйвер для светодиодов своими руками.

Содержание

1. Как сделать драйвер для светодиодов
2. Необходимые материалы и инструменты
3. Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт
4. Схема мощного драйвера с входом ШИМ
5. Особенности драйвера
6. Принцип действия
7. Сборка и настройка драйвера
8. Заключение

Как сделать драйвер для светодиодов

В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.

Необходимые материалы и инструменты

Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:

• Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, т.к. обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.
• Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.
• Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Бессвинцовые припои менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.
• Небольшие плоскогубцы для сгибания выводов.
• Кусачки или бокорезы для обкусывания длинных концов выводов и проводов.
• Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.
• Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.
• Изолента или термоусадочная трубка.
• Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.

Макетная плата из текстолита для быстрого монтажа

Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

R=1,2/I

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом радиаторе. Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Схема мощного драйвера с входом ШИМ

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера

• Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
• Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
• Выходная мощность: до 18 Вт;
• Защита от КЗ по выходу;
• Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала (интересно будет почитать, как регулировать яркость светодиодной ленты через диммер).

Принцип действия

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

• 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
• 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
• 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Список элементов:

Заключение

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.

Драйвер светодиода своими руками на микросхеме LM3406

Микросхема LM3406 представляет собой импульсный понижающий драйвер мощного светодиода.

Особенности микросхемы:

• Выходной ток до 1.5 Ампер
• Встроенный полевой транзистор, который способствует увеличению КПД и уменьшению количества внешних компонентов
• Поддерживает цифровую (ШИМ) и аналоговую регулировку яркости
• Защита от перегрева
• Может работать без конденсатора на выходе
• Широкий диапазон питающих напряжений – от 6 до 40В

Схему драйвера светодиода я взял типовую из даташита, только добавил некоторые мелочи:

• Разъем питания
• Нулевые резисторы по входу и выходу
• Светодиодный индикатор питания
• Защиту ножки обратной связи
• Диод для защиты от обрыва в цепи светодиодов

Замечу, что в даташите есть несколько схем, я выбрал схему с защитой от обрыва в нагрузке.

Схема получилась вот такая:

В качестве индуктивности использовано желто-красное кольцо из распыленного железа, снятое со старой материнской платы.

Родную обмотку снимаем, наматываем новую обмотку, порядка 20 витков медным проводом диаметром 0.5 мм. Я намотал проводом от витой пары.

Либо ставим готовую индуктивность 22 мкГн, способную протащить через себя ток не менее 1А. Плата выполнена из двустороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм. На обратной стороне платы оставлен слой меди для более быстрого распределения тепла по плате.

Обратная сторона платы драйвера:

На брюшке микросхемы расположен теплоотводящий контакт, который обязательно должен быть припаян к медному полигону на плате, для должного охлаждения микросхемы. При перегреве микросхемы сработает температурная защита. В совокупности с защитой от обрыва нагрузки, при правильном питании микросхемы, “убить” её практически нереально. 

Выходной ток драйвера задаётся резистором, подключенным между выводом “CS” и землёй. Ток рассчитывается по формуле:

Ток_драйвера_Ампер = 0,2 / Сопротивление_резистора_Ом

Я составил резистор из трёх параллельно соединённых резисторов по 1 Ом. Общее сопротивление получившегося резистора – примерно 0,333 Ом.

0,2 / 0,333 Ом = 0,6 А

Выходной ток драйвера равен 0,6 Ампер.

В качестве нагрузки подключим к драйверу 2 светодиода CREE XP-G, соединённых последовательно:

На вход драйвера подадим 12 Вольт

Ну и напоследок, табличка с результатами КПД:

Напряжение питания, В	Ток потребления, А	Потребляемая мощность, Вт	Напряжение падения на светодиодах, В	Ток через светодиоды, А	Мощность на светодиодах, Вт	КПД, %
11,88	0,34	4,0392	6,08	0,6	3,648	90,3
19,90	0,205	4,0795	6,08	0,6	3,648	89,4

Когда я собирал данный светодиодный драйвер 2 года назад, КПД был выше. Скорее всего, причина в использованной индуктивности. Но так как меня устраивает КПД 90%, то переделывать индуктивность не буду.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
DA1	LED драйвер	LM3406	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1	Диод Шоттки	MBRS360	1	SMD	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD2	Диод Шоттки	MBRA340T3G	1	SMD	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1, C5, C8	Конденсатор	0. 1 мкФ 35В	3	SMD 1206	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C2, C4	Конденсатор электролитический	470 мкФ 35В	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C3, C7	Конденсатор	0.1 мкФ 35В	2	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C6	Конденсатор	1 мкФ 35В	1	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1, R4	Резистор	перемычка (0)	2	SMD1206	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Резистор	100 кОм	1	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	2 кОм	1	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R5, R8, R9	Резистор	1 Ом	3	SMD1206	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6	Резистор	100 Ом	1	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7	Резистор	1 кОм	1	SMD1206	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R10	Резистор	1 кОм	1	SMD0805	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
L1	Катушка индуктивности	10 мкГн	1	любая, на ток не менее 1,5 А	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
HL1	Светодиод	любой	1	SMD0603	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Светодиод
• LED драйвер
• Sprint-Layout

Как спроектировать простые схемы драйверов светодиодов

В этом посте мы обсудим, как разработать собственные простые схемы драйверов светодиодов в домашних условиях. Мы узнаем, как рассчитать конкретные конфигурации светодиодов для применения светодиодов с соответствующими блоками питания драйверов светодиодов. В этих источниках питания драйверов мы изучим две концепции: одну с использованием плат SMPS, а другую с использованием емкостных источников питания.

Что такое драйвер светодиодов

Драйвер светодиодов представляет собой электронную схему, специально разработанную для безопасного управления или освещения набора светодиодов за счет контролируемого выходного тока и напряжения в соответствии со спецификациями светодиодов.

Поскольку светодиоды являются уязвимыми полупроводниковыми устройствами, они должны приводиться в действие с помощью источника питания с регулируемым током и напряжением. Таким образом, мы также можем сказать, что драйверы светодиодов — это в основном источники питания, специально разработанные для работы или освещения светодиодов с помощью контролируемых параметров, чтобы светодиоды светились оптимально без риска перенапряжения или перегрузки по току.

Это означает, что драйвер светодиодов должен иметь постоянное напряжение и постоянный ток, чтобы светодиоды никогда не подвергались воздействию аномальных условий напряжения или тока, а также никогда не перегорали и не портились со временем.

Самым большим врагом светодиодов является перегрев, который может привести к тепловому выходу светодиодов из строя. Перегрев может быть вызван перегрузкой по току или перенапряжению, и именно поэтому эти два параметра должны строго регулироваться в любой конкретной схеме драйвера светодиодов.

Параметры светодиодов

Прежде чем мы начнем изучать схемы драйверов светодиодов, было бы важно понять некоторые характеристики светодиодов, которые имеют решающее значение для разработки драйверов для них. Это номинальное прямое напряжение светодиода или рейтинг VF и номинальный прямой ток светодиода или рейтинг ПЧ.

Номинальное прямое напряжение светодиода (VF): По сути, это оптимальное номинальное напряжение светодиода, которое должно обеспечиваться драйвером или блоком питания для освещения светодиода с оптимальной яркостью. Это напряжение никогда не должно увеличиваться, чтобы обеспечить надлежащую безопасность светодиода.

Номинальный прямой ток светодиода (IF): Это максимальный рабочий ток светодиода, превышение которого может привести к ухудшению или даже необратимому повреждению светодиода.

Например, стандартный светодиод мощностью 1 Вт имеет номинальное прямое напряжение 3,3 В и прямой ток 0,303 Ампер. Превышение прямого напряжения 3,3 В может привести к увеличению потребляемого тока, превышающему его максимально допустимое значение ПЧ 0,303 А. Это может привести к перегреву светодиода, что в конечном итоге приведет к его возгоранию и необратимому повреждению.

Прямой ток можно рассчитать, разделив мощность светодиода на его прямое напряжение. Для приведенного выше примера это IF = 1 / 3,3 = 0,303 A

При разработке драйвера светодиодов необходимо убедиться, что он обеспечивает светодиоды с правильным значением VF и параметрами ПЧ, чтобы светодиоды способны оптимально освещать без риска повреждения.

Теперь мы увидим, как параметры VF и IF, как описано выше, могут быть правильно реализованы с использованием правильной конфигурации светодиода и правильного расчета резистора светодиода.

Конфигурация светодиодов

При проектировании драйверов светодиодов конфигурация светодиодов должна быть правильно согласована с выходным напряжением драйвера, чтобы напряжение драйвера было равно спецификациям прямого напряжения конфигурации светодиодов.

Это гарантирует, что правильное количество прямого тока проходит через светодиоды. Однако всегда невозможно согласовать выходной сигнал драйвера с доступной конфигурацией светодиодов.

В случае, если выходное напряжение драйвера не совсем совпадает со спецификацией прямого напряжения светодиода, мы используем последовательный токоограничивающий резистор для регулировки напряжения и тока драйвера со светодиодом.

Example#1

Допустим, выходное напряжение драйвера составляет 12 В постоянного тока (с током 1 А), и мы хотим подключить к этому выходу постоянного тока светодиод мощностью 3 Вт. Предположим, у нас есть 3 светодиода мощностью 1 Вт с прямым напряжением 3,3 В каждый.

Мы хотим, чтобы прямое напряжение светодиодов как можно ближе соответствовало спецификации драйвера 12 В.

Поэтому мы добавляем 3 светодиода последовательно, чтобы общее прямое напряжение цепочки светодиодов стало 3,3 + 3,3 + 3,3 = 9.0,9 В. Это близко к 12 В, но все же не совсем равно.

Если мы подключим эту цепочку из 3 светодиодов напрямую к источнику питания 12 В драйвера, это приведет к тому, что каждый светодиод будет подвергаться прямому напряжению 12 / 3 = 4 В. Это выглядит слишком высоким для каждого из светодиодов, и это мгновенно сожжет всю цепочку из 3 светодиодов.

Чтобы предотвратить описанную выше проблему и обеспечить правильную работу цепочки из 3 светодиодов при напряжении 12 В от драйвера, мы добавили последовательный резистор с цепочкой светодиодов. Значение резистора рассчитывается с учетом общего прямого напряжения цепочки светодиодов, максимального тока цепочки светодиодов и входного напряжения питания от драйвера.

R = Напряжение питания — Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.

R = 12 – 9,9 / 0,303 (Все 3 светодиода будут иметь ток 0,303 А, поскольку они соединены последовательно.)

R = 6,93 Ом или 7 Ом.

Таким образом, нам потребуется резистор на 7 Ом, чтобы обеспечить безопасное использование 12 В с цепочкой из 3 светодиодов.

Мощность резистора можно рассчитать по формуле:

Вт = (Напряжение питания – Общее прямое напряжение светодиода) x Ток светодиода.

Вт = (12 – 9,9) x 0,303 = 0,63 Вт, или просто 1 Вт.

Пример №2

Давайте рассмотрим другой сценарий, в котором мы хотим настроить светодиод мощностью 6 Вт на выход драйвера 12 В, 1 А. Предполагая, что у нас есть 6 светодиодов мощностью 1 Вт, мы хотим убедиться, что общее прямое напряжение светодиодов как можно ближе к выходному напряжению 12 В постоянного тока.

Как и в предыдущем примере, последовательное подключение 3 светодиодов дает общее прямое напряжение 3,3 + 3,3 + 3,3 = 90,9 В. Поскольку у нас 6 светодиодов, значит, мы должны создать две такие цепочки по 3 светодиода в каждой цепочке.

После создания двух цепочек следующим шагом является расчет токоограничивающего резистора для двух цепочек светодиодов. Как было рассчитано в предыдущем примере, мы должны соединить резистор 7 Ом 1 Вт последовательно с каждой из двух цепочек светодиодов, а затем просто соединить две цепочки светодиодов параллельно.

Эта параллельная комбинация затем, наконец, может быть подключена к источнику питания 12 В для получения соответствующей конфигурации с источником питания.

Example#3

В приведенных выше двух примерах вычисления были довольно простыми, поскольку числа светодиодов были четными. Теперь давайте рассмотрим нечетную комбинацию светодиодов.

Предположим, мы хотим подключить светодиод мощностью 7 Вт к источнику питания 12 В драйвера.

Предположим, у нас есть 7 светодиодов мощностью 1 Вт для конфигурации светодиодов мощностью 7 Вт.

Выполняем те же процедуры, что и выше.

Сначала мы создаем две цепочки светодиодов, содержащие по 3 светодиода мощностью 1 Вт в каждой, а также последовательный резистор 7 Ом мощностью 1 Вт на каждой из цепочек.

Соединяем две вышеуказанные струны параллельно, как и раньше.

Для приведенной выше конфигурации мы используем 6 светодиодов, и обнаруживаем, что у нас остался еще один светодиод, который также необходимо включить в конструкцию.

У нас нет другого выхода, кроме как подключить один светодиод параллельно двум цепочкам.

Однако этому одиночному светодиоду также потребуется резистор, чтобы его прямое напряжение 3,3 В можно было согласовать с напряжением питания 12 В.

Мы используем ту же формулу, что и выше, для расчета ограничительного резистора для этой одиночной цепочки светодиодов:

R = Напряжение питания — Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.

R = 12 – 3,3/0,303 = 28,71 Ом или просто 30 Ом.

Мощность = 12 – 3,3 x 0,303 = 2,63 Вт или просто 3 Вт будет достаточно .

С помощью описанных выше методов можно сконфигурировать любое количество светодиодов в комбинации последовательно/параллельно для соответствия любому конкретному выходу источника питания.

Теперь, возвращаясь к теме нашего светодиодного драйвера, в этом посте мы обсудим два простых метода проектирования светодиодных драйверов: 1) метод SMPS, 2) метод емкостного источника питания.

Предупреждение. Цепи, описанные ниже, не изолированы от сети переменного тока, поэтому прикасаться к ним при включенном и разомкнутом состоянии крайне опасно. Вы должны быть предельно осторожны при построении и тестировании этих цепей и обязательно принять необходимые меры предосторожности. Автор не может нести ответственность за любой несчастный случай из-за какой-либо небрежности пользователя .

Драйверы светодиодов SMPS

Драйверы светодиодов SMPS построены с использованием технологии SMPS или технологии импульсного источника питания, которые на сегодняшний день являются наиболее эффективным типом источников питания из-за их низкого рассеивания и снижения потерь мощности.

Однако разработка источников питания SMPS непроста и требует большого количества расчетов, поэтому новички-любители могут счесть этот аспект SMPS нежелательным и неэффективным.

Таким образом, может показаться, что разработка драйверов светодиодов SMPS может быть действительно сложной задачей, и большинство энтузиастов или профессионалов в области электроники могут счесть это не таким уж предпочтительным.

Тем не менее, существует простой обходной путь, с помощью которого можно создать дешевые и быстрые драйверы светодиодов SMPS.

Приобретение готовых дешевых источников питания SMPS на рынке, а затем настройка светодиодного каскада на его выходе через схему управления током.

Пример дешевой платы SMPS на 12 В, 1 А, можно увидеть на следующем изображении:

Эти модули обеспечивают выходное напряжение 12 В постоянного тока, 1 А и мощность 12 Вт. Мы можем легко подключить правильно сконфигурированные цепочки светодиодов на выходе через каскад контроллера тока для преобразования этих плат SMPS в простые и безопасные драйверы светодиодов.

Зачем нам нужен регулятор тока

Нам нужен регулятор тока, чтобы гарантировать, что ток, подаваемый на светодиоды, не превысит допустимый предел, указанный в спецификациях светодиодов.

Регулятор тока необходим только для светодиодов высокой мощности или сильноточных светодиодов, как правило, для светодиодов со спецификацией тока выше 100 мА.

Для светодиодов с низким током ниже 100 мА ступень регулятора тока может не понадобиться, и ток можно регулировать просто с помощью расчетного последовательного резистора.

Вам может быть интересно, зачем может понадобиться регулятор тока для светодиодов высокой мощности, несмотря на то, что последовательно со светодиодами подключен токоограничивающий резистор?

Это происходит из-за значительного количества тепла, выделяемого светодиодами высокой мощности. Маломощные или слаботочные светодиоды не излучают слишком много тепла, поэтому последовательного резистора становится достаточно для управления током.

В светодиодах с высокой мощностью или большим током, несмотря на наличие последовательного резистора, выделяется очень большое количество тепла, что приводит к пропорциональному увеличению потребляемого светодиодом тока. Это, в свою очередь, приводит к выделению большего количества тепла и большему потреблению тока.

Ситуация окончательно становится неуправляемой, что приводит к перегоранию светодиода. Это известно как ситуация с тепловым разгоном и часто встречается также в силовых транзисторах.

Ступень регулятора тока гарантирует, что ток, потребляемый светодиодом, никогда не превысит установленный предел. Этот предел обычно является самым высоким допустимым значением тока светодиода.

Наряду со ступенью контроллера тока нам также необходимо установить светодиод высокой мощности над радиатором, чтобы гарантировать, что его температура никогда не станет слишком высокой, что в противном случае может привести к ухудшению срока службы светодиода.

Простая схема драйвера светодиодов SMPS мощностью 6 Вт

На следующем рисунке показан пример простого драйвера мощностью 6 Вт с использованием дешевой коммерческой платы SMPS.

Просто добавляя каскад контроллера тока между SMPS и светодиодами, мы превращаем схему SMPS в полностью совместимый модуль драйвера светодиодов для 6-ваттных светодиодов.

Список деталей

T1 = TIP122

T2 = 2N2222

R1 можно рассчитать по следующей формуле:0020

= (12 – 0,6) 1000 / (0,303 x 2) = 18811 = 18 К приблизительно.

Итак, R1 = 18 K

Мощность = P = V ²  / R = 12 ²  / 18811 = 0,0076 Вт. Это означает, что резистора на 1/4 Вт будет достаточно.

R2 = 0,6 / максимальный постоянный ток = 0,6 / 0,606 = 0,99 Ом, или 1 Ом будет работать нормально.

Мощность = 0,6 x Максимальный постоянный ток = 0,6 x 0,606 = 0,36 Вт, или 1/2 ватта прекрасно справятся с этой задачей.

R3 и R4 уже рассчитаны ранее в Примере №2 выше.

12-ваттный драйвер светодиода SMPS Схема

Используя те же шаги, что описаны выше, можно спроектировать 12-ваттный светодиод, как показано на следующей схеме:

Резисторы можно рассчитать так же, как это было сделано для предыдущего 6-ваттного пример. Транзисторы управления током останутся прежними, так как TIP122 может выдерживать значительно более 1 ампер.

Поскольку максимальная мощность указанной платы SMPS составляет 12 Вт (12 В x 1 А), на ее выходе можно настроить светодиод мощностью не более 12 Вт. Для применения светодиодов более высокой мощности может потребоваться соответствующая модернизация модуля SMPS.

Приведенные выше примеры показывают нам, как любую готовую стандартную плату SMPS, приобретенную на рынке, можно легко преобразовать в полноценный работающий драйвер светодиодов путем соответствующей настройки схемы светодиода вместе с транзисторным каскадом управления током.

Тем не менее, те, кто не хочет использовать готовые платы SMPS, а хочет построить всю схему SMPS по отдельности, могут пройти по следующим ссылкам и попробовать представленные там конструкции.

2 Компактная схема 12 В 2 А SMPS для драйвера светодиодов

7 Вт схема драйвера светодиода SMPS – управляемая по току

Сделайте это 3,3 В, 5 В, 9 В схема SMPS

32 В, 3 A схема драйвера светодиода SMPS

SMPS 50 Вт схема драйвера светодиодного уличного освещения

12 В, 1, 2 Amp MOSFET SMPS Circuit

5V, 12V Buck Converter Circuit SMPS 220V

Самая дешевая SMPS схема с использованием MJE13005

Простая 12V, 1A SMPS Circuit

Емкостный драйвер светодиодов

Встроенный драйвер питания также широко известен как бестрансформаторный источник питания.

Он состоит из высоковольтного конденсатора, соединенного последовательно с одной из входных клемм сети для ограничения тока до желаемого более низкого уровня, в зависимости от номинала и конфигурации светодиодов.

Пониженный переменный ток выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и фильтрующего конденсатора, как и в любой другой стандартной цепи питания переменного тока в постоянный.

Однако есть несколько серьезных проблем с емкостными блоками питания.

1. Хотя ток ограничен, выходной сигнал емкостного источника питания всегда дает пиковые уровни среднеквадратичного значения переменного тока. Это означает, что если на входе 220 В переменного тока, то на выходе постоянного тока от емкостного источника питания будет 310 В постоянного тока.
2. При каждом включении емкостного источника питания на выходе генерируется сильный импульсный ток, который может мгновенно сжечь любой светодиод, подключенный к его выходу.
3. Ток от емкостного драйвера светодиодов должен быть ниже, поскольку более высокий ток приводит к пропорционально более высокому импульсному току при включении питания. Как правило, характеристики выходного тока должны быть ниже 100 мА при разработке схем емкостных драйверов светодиодов.

Добавление стабилитрона к управляющему напряжению

Вышеуказанные две проблемы могут быть решены путем использования стабилитронов соответствующего номинала на выходе источника питания. Но добавление стабилитрона также означает ненужное рассеивание тепла и потерю мощности.

Предположим, у нас есть светодиодная конфигурация, общее прямое напряжение которой составляет 24 В, тогда мы можем включить стабилитрон, чтобы ограничить выходное напряжение источника питания до 24 В, используя стабилитрон на 24 В.

Однако это будет означать понижение 310 В постоянного тока до 24 В постоянного тока, что может привести к потере значительного количества энергии из-за рассеяния стабилитрона.

Это просто означает, что не существует простого и эффективного способа понизить выходное напряжение емкостного источника питания до более низкого уровня. Поэтому кажется, что у нас нет другого выбора, кроме как использовать полные 310 В постоянного тока от источника питания и настроить светодиоды, чтобы они соответствовали этим 310 В постоянного тока.

Для этого сначала делим 310 В на значение прямого падения напряжения светодиода.

310 / 3,3 = 93,93. Округление дает нам 94 числа светодиодов для конфигурации.

Чтобы оставить запас на случай низкого напряжения, мы уменьшили количество светодиодов примерно до 90.

Расчет ограничительного резистора

Мы используем ту же формулу для расчета ограничительного резистора:

R = Напряжение питания – Суммарное прямое напряжение светодиода / Ток светодиода.

R = 310 – (90 x 3,3) / 0,02 А (с использованием 5 мм светодиодов 20 мА для конфигурации)

R = 650 Ом

– Мощность = 9 0190 x 3,3 x 20 мА = 0,26 Вт

Чтобы обеспечить лучшую защиту от импульсных токов при включении, мы можем заменить резистор на проволочный резистор мощностью 1 Вт.

Окончательная конфигурация будет выглядеть так, как показано на следующем рисунке. Добавлен стабилитрон, чтобы гарантировать повышенную защиту от колебаний напряжения, а NTC обеспечивает усиленную защиту от импульсного тока при включении.

Как это работает

Как правило, конденсатор 1 мкФ/400 В генерирует ток 50 мА. Итак, C1 здесь 1 мкФ/400 В, который может выдерживать нагрузку до 50 мА с выходным напряжением 310 В постоянного тока.

Первоначально конденсатор C1 полностью разряжен и действует как кратковременное короткое замыкание, пока полностью не зарядится и не стабилизируется.

Как только питание включается, NTC контролирует начальный скачок тока, и через несколько миллисекунд светодиоды загораются с полной яркостью. К этому моменту С1 уже стабилизируется и импульсный ток короткого замыкания устранен.

Однако в другом сценарии, если NTC не может контролировать бросок тока, стабилитрон включается при напряжении 300 В, что вызывает мгновенную зарядку C1, что стабилизирует бросок тока через него, защищая светодиоды и стабилитрон. диод.

Примечание. Удалите C2 из указанного положения и подключите его параллельно стабилитрону. напряжение соответствует пиковому выходному постоянному току источника питания.

Однако, если эффективность не важна, можно использовать другие конфигурации светодиодов с гораздо более низким прямым напряжением, с соответствующими стабилитронами для управления пиковым постоянным током от емкостного источника питания.

Пример конструкции показан на следующем рисунке.

Примечание. Удалите C2 из указанного положения и подключите его между эмиттером T1 и линией заземления.

Как это работает

В приведенной выше схеме высокоемкостного драйвера светодиодов мы видим 5 параллельных цепочек светодиодов, каждая из которых имеет 10 светодиодов по 50 мА, соединенных последовательно.

Это означает, что общее потребление светодиодной сети составляет 50 x 5 = 250 мА.

Как описано ранее, учитывая, что 1 мкФ/400 В может генерировать ток 50 мА, для получения 250 мА нам потребуется C1, равный 5 мкФ/400 В.

количество тока включения, которое может легко вывести из строя светодиоды вместе со стабилитроном.

Помня об этой проблеме, мы представили транзисторный регулятор напряжения, который поддерживает стабилизацию выходного напряжения и, в свою очередь, предотвращает перегрузку по току на светодиодах.

Необходимо немного поэкспериментировать с резистором R3, чтобы убедиться, что транзистор способен обеспечить необходимые 250 мА для светодиодных цепочек.

В целом приведенная выше схема выглядит хорошо, однако она может быть крайне неэффективной из-за сильного рассеивания тепла транзистором.

Увеличение количества светодиодов в последовательных цепочках пропорционально повысит эффективность схемы. Однако для этого необходимо соответствующим образом изменить последовательный резистор, транзистор, значение стабилитрона.

Интересный способ управления импульсным током в цепях емкостных драйверов светодиодов

Как обсуждалось в предыдущих параграфах, основной проблемой сильноточных емкостных драйверов светодиодов является импульсный ток включения, который может мгновенно вывести из строя подключенные светодиоды.

Простым способом устранения вышеуказанной проблемы является использование стабилитрона, однако стабилитрон, являющийся полупроводниковым устройством, может сгореть во время резкого скачка напряжения при включении емкостного источника питания.

Новый способ решения этой проблемы — включение мини-реле слабого тока и переключение светодиодов через контакты реле.

Это обеспечивает несколько преимуществ общей конструкции. Сначала катушка реле поглощает весь первоначальный бросок тока включения и, кроме того, включает светодиоды с небольшой задержкой, дополнительно защищая от начального броска тока.

Полную схему устройства защиты от перенапряжения с задержкой включения реле для емкостных драйверов светодиодов можно увидеть на следующем рисунке.

Убедитесь, что реле рассчитано на минимальное напряжение 24 В с сопротивлением катушки 1 кОм или выше. Реле типа mini SPDT или SPST на 24 В прекрасно работают в вышеуказанном приложении.

Простая схема бестрансформаторного драйвера светодиодов с контролируемым переходом через ноль

Как известно, даже если входной конденсатор рассчитан оптимально, бросок тока при включении может стать серьезной проблемой для емкостных бестрансформаторных цепей драйвера светодиодов. Из-за этого светодиоды часто перегорают непредсказуемо. Хотя это можно устранить с помощью стабилитрона, сильноточный драйвер светодиода становится возможным только при реализации идеального перехода через нуль и без стабилитрона.

Простая схема бестрансформаторного драйвера светодиодов без перенапряжений с переходом через ноль показана на следующей схеме:

Как это работает

Эта схема работает следующим образом:

PNP-транзистор TIP127 гарантирует, что он никогда не выключится. ВКЛ до тех пор, пока входной цикл переменного тока превышает 50 В.

Отсечка 50 В определяется стабилитроном 50 В. Вы можете использовать другие значения стабилитрона, чтобы получить любое другое желаемое выходное напряжение, в соответствии с количеством светодиодов в серии.

Каждый раз, когда пиковое напряжение переменного тока падает ниже 50 В, TIP127 мгновенно проводит ток и позволяет мгновенным значениям 50 В накапливаться внутри конденсатора емкостью 1000 мкФ.

Эта накопленная энергия затем используется для безопасного освещения подключенных светодиодов без каких-либо опасений по поводу внезапного включения импульсного тока, который может сжечь светодиоды.

В следующем выпрямленном цикле переменного тока процесс продолжается, и кажется, что светодиоды продолжают гореть непрерывно, не подвергаясь влиянию каких-либо спорадических скачков тока.

Вам слово

Итак, что вы думаете о представленном выше подробном описании простых схем драйверов светодиодов? У вас есть какие-либо конкретные вопросы или какие-либо другие простые конструкции светодиодных драйверов, которыми вы хотели бы поделиться в этой статье? Пожалуйста, не стесняйтесь выражать свои ценные мысли и идеи в комментариях ниже.

Что такое драйверы светодиодов? – Starbeam Lighting

Светодиодное освещение предлагает длинный список преимуществ по сравнению с традиционным освещением — энергоэффективность, долговечность, меньшее воздействие на окружающую среду и более низкая стоимость владения в течение всего срока службы, и это лишь некоторые из них. Тем не менее, одним из (очень незначительных) недостатков светодиодов является то, что им требуется постоянный, постоянный поток электрического тока при точном напряжении, чтобы функционировать должным образом и оставаться при температуре, которая предотвращает их неисправность. Это контролируется светодиодным драйвером.

Драйверы светодиодов — это, как вы уже догадались, механизм, управляющий функцией светодиодного освещения. Он действует как система управления током для одного или нескольких светильников и создает буфер, обеспечивающий защиту от слишком высоких токов и температур. Поскольку светодиоды работают от постоянного тока (вместо переменного), драйвер также преобразует эту мощность и предотвращает скачки напряжения. На самом деле, большинство отказов светодиодов происходит из-за драйвера, а не самого освещения.

Существует два типа драйверов светодиодов: постоянного напряжения и постоянного тока.

Постоянное напряжение: Эти драйверы используются для светодиодного освещения и светильников, которым требуется устойчивое низковольтное питание постоянного тока. Постоянное напряжение обычно используется со светодиодами, драйверы которых встроены в светильник или приспособление, и все, что ему действительно нужно, — это инструмент, помогающий контролировать это постоянное напряжение. Драйверы постоянного напряжения часто используются для таких приложений, как ландшафтное и акцентное освещение, подсветка, крупномасштабное светодиодное освещение высокой четкости.

Постоянный ток: Обычно эти драйверы используются для светодиодного освещения, в которое еще не встроен драйвер тока. Драйверы постоянного тока регулируют ток, поступающий на светодиод, предотвращая слишком большой ток, который может перегрузить светодиод и привести к неисправности. Существует несколько различных конфигураций этих драйверов, и они хорошо работают с рядом светодиодных ламп или светильников, чтобы поддерживать постоянный ток.

Во многих случаях, особенно в промышленных приложениях, светодиоды настраиваются последовательно или параллельно друг другу, и дополнительные знания об этих конфигурациях помогают лучше понять, как работают драйверы светодиодов. Ряд светодиодов соединяются друг с другом, образуя единый непрерывный ток в серии или «цепочке». Драйвер в этом случае должен контролировать общее напряжение, необходимое для работы всех светодиодов в серии. В параллельных конфигурациях светодиоды располагаются рядом и управляются драйвером. Могут быть даже параллельные цепочки светодиодного освещения. Драйверы также могут управлять возможностями затемнения и изменения цвета светодиодов.

Поскольку гарантия на старые светодиодные продукты истекает, важно быстро определить драйверы, необходимые для обеспечения правильной работы освещения. Новая технология, в том числе Touch To Tune от Universal Lighting, позволяет нашим специалистам Starbeam предоставлять эти драйверы, подключать их к мобильному приложению и легко и просто управлять светодиодами. Для клиентов, которые, возможно, захотят даже «сделай сам» своими руками, вот как Кевин Бойс, директор по управлению продуктами для светодиодных драйверов в Universal Lighting Technologies, рассказывает нам, как это делается:

«Замена драйвера, а не всего приспособления экономит время конечного пользователя, сохраняя при этом идеальную непрерывность конструкции в пространстве. В Universal мы постоянно стремимся сделать самые передовые и удобные продукты доступными для всех наших клиентов, и мы уверены, что Touch to Tune облегчит их работу».

Приложение Touch To Tune использует связь ближнего поля (NFC) для связи с драйверами и устройствами, что позволяет настраивать выходной ток, минимальный ток диммирования, кривую диммирования, полное управляющее напряжение яркости, минимальное управляющее напряжение диммирования, и напряжение диммирования-выключения.

Поскольку приложение Touch To Tune совместимо с продуктами Universal Lighting, важно работать с квалифицированным дистрибьютором светодиодов, имеющим право продавать и устанавливать их, например Starbeam. Наша команда прошла тщательную подготовку по типам продуктов и инструкциям по использованию Universal Lighting, и мы можем из первых рук показать вам, как получить отдачу от ваших инвестиций. Драйверы светодиодов

являются важной частью функции светодиодного освещения, но обновления не должны быть сложными или предлагать крутую кривую обучения, особенно когда вы используете такие инструменты, как Touch To Tune.