Навіщо потрібний драйвер для світлодіода і як підібрати

Широке поширення світлодіодів спричинило масове виробництво блоків живлення їм. Такі блоки називають драйверами. Основною їх особливістю є те, що вони здатні стабільно підтримувати на виході заданий струм. Іншими словами, драйвер для світлодіодів (LED) – це джерело струму для їхнього живлення.

Призначення

Оскільки світлодіод - це напівпровідникові елементи, ключовою характеристикою, що визначає яскравість їхнього свічення, є не напруга, а струм. Щоб вони гарантовано відпрацювали заявлену кількість годин, потрібен драйвер — він стабілізує струм, що протікає через ланцюг світлодіодів.

Можливе використання малопотужних світловипромінюючих діодів і без драйвера, у цьому випадку його роль виконує резистор.

Застосування

Драйвери застосовуються як під час живлення світлодіода від мережі 220В, так і від джерел постійної напруги 9-36В. Перші використовуються при освітленні приміщень світлодіодними лампами та стрічками, другі частіше зустрічаються в автомобілях, велосипедних фарах, переносних ліхтарях тощо.

Принцип роботи

Як було зазначено, драйвер – це джерело струму. Його відхилення від джерела напруги проілюстровані нижче.

Джерело напруги створює на своєму виході деяку напругу, що в ідеалі не залежить від навантаження.

Наприклад, якщо підключити до джерела напругою 12 резистор 40 Ом, через нього піде струм 300 мА.

Якщо підключити паралельно два резистори, сумарний струм складе вже 600 мА при тій же напрузі.

Драйвер підтримує на своєму виході заданий струм. Напруга може змінюватися.

Підключимо також резистор 40 Ом до драйвера 300 мА.

Драйвер створить на резисторі падіння напруги 12 ст.

Якщо підключити паралельно два резистори, струм, як і раніше, буде 300 мА, а напруга впаде до 6 В:

Таким чином, ідеальний драйвер здатний забезпечити навантаження номінальний струм незалежно від падіння напруги. Тобто світлодіод з падінням напруги 2 і струмом 300 мА горітиме так само яскраво, як і світлодіод напругою 3 В і струмом 300 мА.

Основні характеристики

При підборі потрібно враховувати три основні параметри: вихідну напругу, струм і потужність, що споживається навантаженням.

Напруга на виході драйвера залежить від кількох факторів:

• падіння напруги на світлодіоді;
• кількість світлодіодів;
• спосіб підключення

Струм на виході драйвера визначається характеристиками світлодіодів і залежить від наступних параметрів:

Потужність світлодіодів впливає на споживаний ними струм, який може змінюватись в залежності від необхідної яскравості. Драйвер повинен забезпечити їм цей струм.

Потужність навантаження залежить від:

У загальному випадку споживану потужність можна розрахувати як

де Pled - потужність світлодіода,

N - кількість світлодіодів, що підключаються.

Максимальна потужність драйвера не повинна бути меншою.

Варто врахувати, що для стабільної роботи драйвера та запобігання виходу його з ладу слід забезпечити запас потужністю хоча б 20-30%. Тобто має виконуватися таке співвідношення:

де Pmax – максимальна потужність драйвера.

Крім потужності та кількості світлодіодів, потужність навантаження залежить ще від їхнього кольору. Світлодіоди різних кольорів мають різне падіння напруги за однакового струму. Наприклад, червоний світлодіод CREE XP-E має падіння напруги 1.9-2.4 В при струмі 350 мА. Середня споживана ним потужність у такий спосіб становить близько 750 мВт.

У XP-E зеленого кольору падіння 3.3-3.9 при тому ж струмі, і його середня потужність складе вже близько 1,25 Вт. Тобто драйвером, розрахованим на 10 Вт, можна живити або 12-13 червоних світлодіодів, або 7-8 зелених.

Як підібрати драйвер для світлодіодів?

Припустимо, є 6 світлодіодів з падінням напруги 2 і струмом 300 мА. Підключити їх можна різними способами, і в кожному випадку буде потрібно драйвер з певними параметрами:

1. Послідовно. При такому способі підключення знадобиться драйвер напругою 12 і струмом 300 мА. Перевага такого способу в тому, що через весь ланцюг йде той самий струм, і світлодіоди горять з однаковою яскравістю. Недолік полягає в тому, що для підключення великої кількості світлодіодів буде потрібно драйвер з дуже великою напругою.
2. Паралельно. Тут вже буде достатньо драйвера на 6, але споживаний струм буде приблизно в 2 рази більше, ніж при послідовному з'єднанні. Недолік: струми, що поточні в кожному ланцюзі, трохи відрізняються через розкид параметрів світлодіодів, тому один ланцюг світитиме дещо яскравіше за інший.
3. Послідовно по два. Тут буде потрібний такий самий драйвер, як і в другому випадку. Яскравість світіння буде вже рівномірніша, але є один істотний недолік: при включенні живлення в кожній парі світлодіодів через розкид характеристик один може відкритися раніше іншого, і через нього піде струм, що в 2 рази перевищує номінальний. Більшість світлодіодів розраховані на такі короткочасні кидки струму, але все-таки цей спосіб менш бажаний.
   

З'єднувати таким чином паралельно 3 і більше світлодіодів неприпустимо, так як при цьому через них може піти занадто великий струм, внаслідок чого швидко вийдуть з ладу.

Зверніть увагу, що у всіх випадках потужність драйвера становить 3.6 Вт і не залежить від способу підключення навантаження.

Таким чином, доцільніше вибирати драйвер для світлодіодів на етапі закупівлі останніх, попередньо визначивши схему підключення. Якщо ж спочатку придбати самі світлодіоди, а потім підбирати до них драйвер, це може виявитися нелегким завданням, оскільки ймовірність того, що Ви знайдете саме джерело живлення, яке зможе забезпечити роботу саме цієї кількості світлодіодів, включених за конкретною схемою, невелика.

Види

Загалом драйвери для світлодіодів можна розділити на дві категорії: лінійні та імпульсні.

1. У лінійного виходом є генератор струму. Він забезпечує стабілізацію вихідного струму при нестабільному вхідному напрузі; причому підстроювання відбувається плавно, не створюючи високочастотних електромагнітних перешкод. Вони прості та дешеві, але невисокий ККД (менше 80%) обмежує сферу їх застосування малопотужними світлодіодами та стрічками.
2. Імпульсні є пристрої, що створюють на виході серію високочастотних імпульсів струму.

Імпульсні працюють за принципом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), тобто середнє значення вихідного струму визначається ставленням ширини імпульсів до періоду їхнього прямування (ця величина називається коефіцієнтом заповнення).

На діаграмі вище показаний принцип роботи ШІМ-драйвера: частота імпульсів залишається незмінною, але змінюється коефіцієнт заповнення від 10% до 80%. Це веде до зміни середнього значення струму I_cp на виході.

Імпульсні драйвери набули широкого поширення завдяки компактності та високому ККД (близько 95%) Основним недоліком є ​​більший у порівнянні з лінійними рівень електромагнітних перешкод.

Світлодіодний драйвер на 220 В

Для включення в мережу 220 В випускаються як лінійні, так і імпульсні Існують драйвери з гальванічною розв'язкою від мережі та без неї.

Без гальванічної розв'язки зазвичай дешевші, але менш надійні та вимагають обережності при підключенні, оскільки є ймовірність ураження струмом.

Китайські драйвери

Затребуваність драйверів для світлодіодів сприяє їх масовому виробництву в Китаї.

Китайський драйвер для світлодіода 3w

Основні їх переваги – низька ціна та наявність гальванічної розв'язки.

• низька надійність через використання дешевих схемних рішень;
• відсутність захисту від перегріву та коливань у мережі;
• високий рівень радіоперешкод;
• високий рівень пульсацій на виході;
• недовговічність.

З огляду на велику кількість недоліків ці драйвери користуються маленьким попитом, але, сьогодні в Китаї виробляється величезна кількість продукції, багато відомих брендів перенесли своє виробництво в цю країну. головне знати, що брати.

Що придбати?

Ми проаналізували велику кількість відгуків з форумів та самого майданчика AliExpress та підготували для вас свою добірку драйверів, які підійдуть для вирішення багатьох завдань:

1. Універсальний драйвер 5-24 Вольт, 2-4 ампера, маленькі габарити. Вхідна напруга 85-260В. Є безліч варіантів компактного виконання 5В, 2А; 12В, 4А; 24В, 4А та інші. Ціна дуже приємна, від 2 до 30 доларів (залежить від потужності, найдорожчий 30 доларів = найпотужніший 5В, 350Вт). Ми знайшли найвигіднішу пропозицію, продавець перевірений, відправляє швидко та якісно пакує. Лише позитивні відгуки. Подивитись товар на AliExpress.
2. Драйвер для світлодіодних лампочок. Цей вид перетворювачів переважно використовується в лампочках і маленьких світильниках. Маленькі габарити та низька ціна. Вхідна напруга 200-240В. Постійна напруга (DC), що виходить, залежить від навантаженої потужності і може становити 24-160 Вольт, відповідно потужність при цьому складе 8-50 Вт. Ми також підібрали найвигіднішу пропозицію з великою кількістю замовлень та позитивних відгуків. Подивитись товар на AliExpress.
3. Ще один для лампочок. Цей товар такий самий як і вище, але у цього продавця більше варіантів вибору харчування та напруги, можливо тут ви підберете те, що потрібно саме вам. Подивитись товар на AliExpress.
4. Драйвер для світлодіодних світильників та стрічок. Даний тип драйверів дозволяє підключати світлодіодні стрічки та світильники. Вхідна напруга 110-260 Вольт. Максимальне навантаження: 300 Вт. Вихідна напруга 12 та 24 Вольта. Подивитись товар на AliExpress.

Термін служби

Зазвичай термін служби драйвера менший, ніж у оптичної частини – виробники дають гарантію на 30 000 годин роботи. Це пов'язано з такими факторами, як:

• нестабільність напруги;
• перепади температур;
• рівень вологості;
• завантаженість драйвера.

Найслабшою ланкою світлодіодного драйвера є конденсатори, що згладжують, які мають тенденцію до випаровування електроліту, особливо в умовах підвищеної вологості і нестабільного напруги живлення. В результаті рівень пульсацій на виході драйвера підвищується, що негативно впливає на роботу світлодіодів.

Також на термін служби впливає неповна завантаженість драйвера. Тобто якщо він розрахований на 150 Вт, а працює на навантаження 70 Вт, половина його потужності повертається в мережу, викликаючи її перевантаження. Це провокує часті збої харчування. Рекомендуємо почитати про термін служби світлодіодних ламп.

Схеми драйверів (мікросхеми) для світлодіодів

Багато виробників випускають спеціалізовані мікросхеми драйверів. Розглянемо деякі з них.

ON Semiconductor UC3845 – імпульсний драйвер із вихідним струмом до 1А. Схема драйвера для світлодіода 10w на цій мікросхемі наведена нижче.

Supertex HV9910 – дуже поширена мікросхема імпульсного драйвера. Струм на виході не перевищує 10 мА, не має гальванічної розв'язки.

Простий драйвер струму на мікросхемі представлений нижче.

Texas Instruments UCC28810. Мережевий імпульсний драйвер має можливість організувати гальванічну розв'язку. Вихідний струм до 750 мА.

Ще одна мікросхема цієї фірми - драйвер для живлення потужних світлодіодів LM3404HV - описується в цьому відео:

Пристрій працює за принципом резонансного перетворювача типу Buck Converter, тобто функція підтримки необхідного струму тут частково покладена на резонансний ланцюг у вигляді котушки L1 та діода Шоттки D1 ​​(наведена нижче типова схема). Також є можливість завдання частоти комутації підбором резистора R_ON.

Maxim MAX16800 - лінійна мікросхема, працює при малих напругах, тому на ній можна побудувати драйвер 12 вольт. Вихідний струм – до 350 мА, тому може використовуватися як драйвер живлення для потужного світлодіода, ліхтарика тощо. Є можливість димування. Типова схема та структура представлені нижче.

Висновок

Світлодіоди набагато вимогливіші до джерела живлення, ніж інші джерела світла. Наприклад, перевищення струму на 20% для люмінесцентної лампи не спричинить серйозного погіршення характеристик, для світлодіодів термін служби скоротиться в кілька разів. Тому вибирати драйвер для світлодіодів слід особливо ретельно.

LED драйвер (driver) для світлодіодів

Світлодіодна ілюмінація є відносно новим та перспективним напрямом в облаштуванні інтер'єрів та екстер'єрів. При цьому велика відповідальність полягає у виборі комплектуючих для штучного джерела. Правильно обрана електроніка, до якої належить і led driver, забезпечує довговічну та безперебійну експлуатацію всього комплексу приладів.

Особливості роботи

Схема світлодіодного підключення має на увазі наявність джерела струму постійного типу. Відповідно до наявних стрічок потрібне джерело живлення не 220 В електромережі, а значно менший рівень постійного струму. Привести все до норми допомагає led driver – спеціальний випрямляч.

Для кожного ланцюга характерні фізичні параметри:

Тому необхідно розрахувати та вибрати відповідний світлодіодний драйвер. Нерідко користувачі стикаються з тим, що готовий проект схеми підключення, є світлодіоди, а підібрати або купити оптимальний драйвер живлення світлодіодів немає можливості.

Фактично блок живлення є невеликим за габаритами приладом, що видає на контактах встановлену виробниками напругу і силу струму. В ідеалі ці параметри не залежать від застосовуваного до нього навантаження.

Підключення двох резисторів паралельно

Знаючи закони фізики, можна розрахувати, що при підключенні до джерела струму з напругою 12В споживача з опором 40 Ом (як останній може виступати резистор), то ланцюгом буде протікати 0,3 А. Якщо ж у схемі братиме участь пара таких паралельних резисторів, то ампераж підніметься до 0,6 А.

Підключення резистора 40 Ом

Драйвер для світлодіода працює на підтримку стабільної потужності струму. Значення напруги в такому випадку здатне змінюватись. При підключенні до нього під час видачі 0,3 А резистора на 40 Ом споживач живиться напругою 12 В. Якщо ж додати паралельно другий резистор, то напруга впаде до 6, а сила струму залишиться 0,3А.

При підключенні 2-х резисторів струм буде 300А, а напруга 6В

Найкращі драйвери світлодіодів забезпечують будь-якому навантаженню встановлений виробниками параметр струму, незважаючи на значне падіння напруги. При цьому споживачі при опусканні значення напруги до 2 і отриманні 0,3 А будуть такими ж яскравими, як і при 3 В і 0,3 А.

Параметри для вибору

Грамотно вибрати драйвер для світлодіодної стрічки допомагають технічні параметри виробу. Одним із них є потужність. Вона розраховується для будь-якого джерела живлення. Потужність залежить від параметрів компонентів та їх кількості. Допустиме максимальне значення вказано на лицьовій стороні упаковки або тильній частині самого виробу.

Потужність для силових джерел обов'язково підбирається більшою, ніж значення ланцюга. В іншому випадку відбудеться підвищення температури блоку.

Також звертаємо увагу на силу струму та напругу. Кожен завод маркує вироби, вказуючи номінальний ампераж. Для світлодіодів самотужки підбираємо відповідний світлодіодний драйвер. Найбільш популярними є діоди, що споживають 0,35 А або 0,7 А. При цьому стрічки виробники пропонують 12 або 24 В. Маркування на блоках живлення проводиться у вигляді напруги і потужності.

Так як драйвери для світлодіодів можуть розташовуватися зараз в будь-яких умовах, важливо звернути увагу на вологозахищеність і клас герметичності.

Нерідко доводиться застосовувати діоди у вологих умовах, наприклад, поряд з басейном або безпосередньо в ньому. Тоді потрібно звертати увагу на показник IP, який вказує на захист від проникнення вологи. Значення IPX6 демонструє можливість тимчасового затоплення, а IPX9 дозволяє витримувати значний тиск.

ВІДЕО: Світлодіоди - живлення (LED-драйвери)

Варіанти підключення

Розберемо кілька прикладів, як підібрати драйвер для світлодіодів. Можна розібрати все на схемі із шести діодів. Вони можуть підключатись декількома способами, даючи потрібний результат.

Послідовно

У такому разі вибираємо джерело з 12 В напруги і струмом 0,3 А. Основна перевага методу полягає в тому, що по всьому контуру до споживачів надходить рівний ампераж. При цьому всі елементи випромінюють однакову яскравість. Мінусом підключення є необхідність при значному збільшенні діодів мати джерело з великою номінальною напругою.

Паралельно

У такій ситуації достатньо світлодіодного драйвера, що видає на контактах 6 ст. Однак, струм, який споживати буде схема підвищиться вдвічі до 0,6 А в порівнянні з аналогічним послідовним підключенням. Мінуси полягають у тому, що струми, що протікають для кожної ділянки, фізично матимуть відмінності через фізичні параметри діодів. В результаті вийде невелика різниця у світінні ділянок.

Послідовно парами

У даних схемах, зібраних власноруч, можна скористатися допомогою драйверів для світлодіодів, аналогічних паралельному з'єднанню. При цьому встановиться яскравість, рівна для кожної ділянки ланцюга. У схемі є суттєвий мінус. Він очевидний, тому що при старті через невеликі відмінності в характеристиках якісь елементи запустяться раніше за інші. У цей час по них надходитиме струм подвоєного номіналу. Виробники допускають короткочасне перевищення значення, але застосовувати на практиці цю схему все ж таки не рекомендується. Перед тим як підібрати драйвер для світлодіодів, необхідно оцінити всі ризики.

З'єднувати подібним чином більше двох діодів у жодному разі не можна, адже якимсь із них піде надзвичайно великий ампераж, що призведе до миттєвого виходу їх з ладу.

У наведених прикладах світлодіодний драйвер брався у кожному випадку з потужністю 3,6 Вт. Це значення не впливало на методи підключення. Виходячи з реального прикладу видно, що підбирати джерело живлення необхідно у процесі придбання діодів. Імовірність вибору на наступних етапах суттєво знижує шанси знайти потрібний блок.

Класифікація елементів

На прилавках можна виявити два основних типи драйверів для світлодіодів:

Перші є приладами, що забезпечують виході каскад імпульсів високої частоти. Останнє покоління їх використовує принцип широтно-імпульсної модуляції. Фактично усереднений параметр сили струму розраховується як відношення ширини імпульсу їхнього періоду. Параметр визначається коефіцієнтом наповнення.

Імпульсні орієнтовані на продукування високочастотних імпульсів струму

Лінійні на виході забезпечують значення від струму генератора. Формується стабілізація струму, а напруга буде варіабельною. Усі налаштування проводяться в плавному режимі без утворення високочастотних електромагнітних перешкод. Навіть при відносно невеликому ККД (близько 85%) та простоті конструкції їх сфера діяльності обмежується малопотужними стрічками або світлодіодними лампами.

Лінійні для підключення лід-елементів

ШИМ-драйвери є більш широко популярними через свої позитивні експлуатаційні характеристики:

Мінусом для останніх є високий рівень перешкод, на відміну лінійних.

Диференціюються драйвери з наявності або відсутності гальванічної розв'язки. У першому випадку забезпечується більший ККД, підвищена надійність та достатня безпека.

Для підключення до стандартної електромережі світлодіодів можуть використовуватися і той, і інший тип драйверів, але переважними є ті, де є гальванічна розв'язка. Саме вона відповідає за безпечну експлуатацію ламп. Якщо такої розв'язки немає, завжди є ризик ураження струмом.

Термін експлуатації

Навіть самі виробники заявляють, що драйвер служить менше, ніж оптика. Якщо остання розрахована на 30 тисяч годин, то випрямляч у найкращому разі пропрацює 1000 годин.Пов'язаний такий розрив у часі з наступними обставинами:

• перепади напруги в електромережі як у більшу, так і меншу сторону більш ніж на 5%;
• різниця робочої температури у процесі роботи;
• підвищена вологість, якщо йдеться про такі приміщення;
• інтенсивність – що більше працює і менше вимикається, то триваліший термін роботи.

Перше, що приймає на себе основний удар — конденсатор, що згладжує, у яких при підвищеній вологості, температурі і при стрибках напруги починає інтенсивно випаровуватися електроліт. При його нестачі рівень пульсацій збільшує, що призводить до виходу з ладу лід-драйвера.

Але найцікавіше, що скорочує термін роботи неповна завантаженість. Якщо ви купили елемент на 150 ват, а навантаження не перевищує 70, 80, що залишилися, будуть повертатися в мережу і провокувати її перевантаження. Завжди правильно вибирайте робочі елементи, щоб максимально порівняти ефективність та реальні умови.

ВІДЕО: Просте джерело живлення для світлодіодів