Драйверы для светодиодов

Как изготовить драйвер для светодиодов своими руками

Для работы требуется:

• маломощный
  паяльник (25-40 Вт);
• флюс
  (желательно нейтральный);
• оловянно-свинцовый
  припой;
• кусачки
  и пласкогубцы;
• многожильные
  медные провода в изоляции с сечением 0,35-1 м2;
• изолента
  (термоусадочная трубка);
• мультиметр;
• печатная
  плата.

Перечень компонентов зависит от того,
какой блок питания необходимо сделать.

Пример
расчета

Самая простая схема для подключения
светодиодов к источникам с низким напряжением. Прежде всего, рассчитывается
мощность блока, базируясь на параметры источников света. Вольтаж должен быть на
20-30% выше показателя подключаемой лампочки или ленты. На выходе напряжение
зависит от падения вольтажа на светодиоде.

Если нужно подключить 6 светодиодов, падение напряжения в которых 2 В (на каждом), требуется блок на 12 В и 300 мА при последовательном размещении. Чтобы подключить те же элементов в 2 параллельные линии, необходимы другие показатели – напряжение 6 В, ток 600 мА. Для таких диодов подойдет простой драйвер, состоящий из диодного моста, 2-х конденсаторов и резистора.

Диодный мост состоит из 4-х
разнонаправленные диодов, задача которых – превратить синусоидальный переменный
электроток в пульсирующий. К плюсу моста (со стороны входа) присоединяется пленочный
конденсатор, к минусу – сопротивление, параллельно –электролитический конденсатор
(для сглаживания перепадов напряжения). Значение электротока зависит от метода подключения
(если диодов несколько, их можно соединить последовательно или параллельно).

Для мощного
светодиода (например, 3Вт) подойдет стабилизатор-драйвер,
созданный на основе микросхемы LM317
и резистора. У стабилизатора LM317 постоянный вольтаж 1,25. Если лампа новая,
ей требуется ток 700 мА (максимальное значение). Чтобы рассчитать сопротивление
резистора, нужно напряжение разделить на ток:

1,25/0,7 = 1,78 Ом.

Такого резистора нет, поэтому нужно
купить элемент на 1,8 Ом.

Так как микросхема LM317 предназначена
для тока до 1,5 А, потребуется радиатор.

Драйвер для трех led по 1 Втможно
сделать из зарядного устройства мобильного телефона, если немного
усовершенствовать микросхему. Нужно снять корпус и выпаять имеющийся резистор и
припаять другой (на 5 кОм). Светодиоды соединить последовательно и подключить к
выходному каналу. Входные каналы заменить шнуром для присоединения к сети.

Для светодиодного источника с мощностью 10 Вт можно собрать блок питания на электронной плате люминесцентной лампы на 20 Вт. Купить нужно дроссели, диоды, конденсаторы и транзисторы.

Важные нюансы сборки

Падение напряжения на светодиодах 3-30 В.
Это очень мало, если сравнивать с вольтажом сети. Готовые микросхемы отличаются
только показателями входного напряжения. При выборе необходимо учесть, что
падения напряжения на источниках света должно составлять 10-20% от вольтажа драйвера.
Поэтому не стоит делать на основе микросхемы блок для подключения к сети, если
имеется 1 или 2 диода на 3-6 В.

Все элементы на плате размещаются так, чтобы между ними было минимальное расстояние и количество перемычек. Полярность и распиновку лучше проверить в технической документации. Если элементы не новые, обязательна проверка мультиметром. Паяльник лучше выбрать небольшой, способный нагреваться до 260оС.

Конденсаторы, резисторы, диоды,
микросхемы паять достаточно сложно, если их нельзя предварительно закрепить на
плате. Чтобы повысить качество пайки, желательно залудить места, куда будут
ставиться компоненты. Для этого капается немного флюса, на паяльник берется
припой и наносится на то же место.

Каждый элемент нужно брать пинцетом за
ножку, которую нужно припаять, и приставить к месту пайки. Потом на ножку
наносится капля флюса, берется паяльник и подносится к припаиваемой ножке.
Прикоснуться достаточно примерно на секунду, так как припой и флюс уже есть.
Ножка сразу погружается в припой, нанесенный в процессе лужения.

Если элементы можно закрепить на плате,
припой должен быть с флюсом. В одну руку нужно взять паяльник, в другую –
проволоку. Место пайки греется 3-4 секунды, потом к нему подносится припой. При
соприкосновении элемента, паяльника и проволоки последняя плавится, флюс
вытекает, через секунду паяльник можно убрать.

Одновременно с паяльником желательно купить специальный отсос и очки. Если случится, что элемент припаялся не туда или на месте пайки образовался огромный бугор, нужно разогреть припой, взять отсос и нажать на кнопку. Все лишнее с платы моментально исчезнет. При работе с проводами и ножками элементов они могут отпружинить. Чтобы горячий припой не попал в глаза, работать желательно в очках.

Виды светодиодных драйверов

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

1. Линейный.
2. Импульсный.

Линейный стабилизатор

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

Схема, поясняющая линейный принцип регулировки тока

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

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

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

Линейный драйвер для питания светодиода в карманном фонаре

Импульсная стабилизация

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

Схема, поясняющая принцип работы широтно-импульсного стабилизатора

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

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

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

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

Что такое драйвер и зачем он нужен

Если заглянуть в англо-русский словарь, то можно узнать, что драйвер – это буквально «водитель» (driver – водитель, англ.). Откуда такое странное название и что он водит? Для того чтобы в этом разобраться, немного отвлечемся и поговорим о светодиодах.

Светодиод (led) – полупроводниковый прибор, способный излучать свет под воздействием приложенного к нему напряжения. Причем для правильной работы полупроводника напряжение, обеспечивающее оптимальный ток через кристалл, должно быть постоянным и строго стабилизированным. Особенно это касается мощных светодиодов, которые крайне критически относятся к всевозможным перепадам и скачкам питающего тока. Стоит питанию диода чуть снизиться, как упадет ток и, как следствие, уменьшится светоотдача. При малейшем превышении нормальной величины тока полупроводник мгновенно перегревается и сгорает.

Основное назначение драйвера – обеспечить светоизлучающий диод необходимым для его нормальной работы током. Таким образом, led драйвер – это, по сути, блок питания для светодиодов, их «водитель», обеспечивающий длительную и качественную работу полупроводникового осветителя.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.

Как сделать своими руками драйвер для светодиодов

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

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

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

Инструкция по сборке драйвера для светодиодов

Изображение	Описание этапа
	Для сборки стабилизатора на потребуется старое зарядное устройство от мобильного телефона. Мы взяли от «Самсунга», так они надежны. Зарядное устройство с параметрами 5 В и 700 мА аккуратно разобрать.
	Также нам понадобится переменный (подстроечный) резистор на 10 кОм, 3 светодиода по 1 Вт и шнур с вилкой.
	Вот так выглядит разобранное зарядное, которое мы будет переделывать.
	Выпаиваем выходной резистор на 5 кОм и на его место ставим «подстроечник».
	Далее находим выход на нагрузку и определив полярность припаиваем светодиоды, заранее собранные последовательно.
	Выпаиваем старые контакты от шнура и на их место подсоединяем провод с вилкой. Перед тем как проверить на работоспособность драйвер для светодиодов нужно убедиться в правильности соединений, их прочности и чтобы ничего не создало короткого замыкания. Только после этого можно приступать к тестам.
	Подстроечным резистором начинаем регулировку пока светодиоды не начнут светиться.
	Как видим LED-элементы горят.
	Тестером проверяем необходимые нам параметры: выходное напряжение, ток и мощность. При необходимости выполняем регулировку резистором.
	Вот, и все! Светодиоды горят нормально, нигде ничего не искрит и не дымит, а значит переделка прошла успешно, с чем вас и поздравляем.

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

Комплектация светильника и как его подобрать

Обычный светодиодный светильник включает в себя всего несколько элементов:

• светодиоды;
• корпус;
• теплоотвод;
• радиатор;
• драйвер.

Если комплект стандартный, как же тогда подобрать светильник, чтобы его предустановленный драйвер прослужил как можно дольше?

Встраиваемый светодиодный светильник Kreonix с драйвером

Для исправной работы светодиодов от источника питания необходимо понизить напряжение. У каждого светильника есть следующие параметры, которые необходимо учитывать при выборе оптимального драйвера. Поговорим о них подробнее:

Мощность. Максимальная мощность у драйвера показывает, какую максимальную нагрузку он выдержит. К примеру, если на маркировке указанно (30х36)х1W, это значит, что к этому драйверу можно подключить 30 или 36 светодиодов мощностью 1 Ватт. Если мы говорим о подключении светодиодной ленты на 12-24 Вольт, то следует учесть, что источники питания для них ограничивают напряжение, а вовсе не ток.

Схема подключения светодиодных лент

А значит, мы должны внимательно следить за мощностью нагрузки, подключенной к блоку питания. В таком случае мощность драйвера ни в коем случае не должна быть ниже мощности цепи, иначе блок питания просто «сгорит».

• Номинальные параметры тока и напряжения. Этот параметр указывается производителем на всех светодиодах, соответственно, и драйвер необходимо подбирать по этой отметке. Максимальный номинальный ток составляет 350 мА. При такой отметке в работе надо использовать источник питания с силой тока в интервале 300-330 мА. Это справедливо для любого вида подключения. Такой диапазон рабочего тока рекомендован для того, чтобы не сократить срок годности светильника, ведь теплоотвод может не выполнять свои функции в полной мере.
• Класс герметичности и влагостойкости (защищенности). В настоящее время класс защиты определяется двумя цифрами, стоящими после IP. Первая цифра говорит о степени защиты от твердых воздействий (пыли, грязи, песка, льда). Вторая – о жидких средах (воде, веществах). Однако о требуемой температуре, при которой светильник может использоваться класс IP, ничего не сообщает. Можно или нельзя охлаждать, зависит от прочности корпуса.

Надо с не меньшей ответственностью подходить к покупке драйвера для светильника, чем к покупке самого светильника, потому что именно источник питания является гарантом долгой, исправной службы всего устройства. Если вы никак не можете выбрать подходящий драйвер для светильников, то его можно сделать своими руками. Схема сборки весьма проста.

Особенности китайских

Многие любят покупать на самом большом китайском базаре Aliexpress. цены и ассортимент радуют.  LED driver чаще всего выбирают из-за низкой стоимости и хороших характеристик.

Но с повышением курса доллара покупать у китайцев стало невыгодно, стоимость сравнялась с Российской, при этом отсутствует гарантия и возможность обмена. Для дешевой электроники характеристики бывают всегда завышены. Например, если указана мощность в 50 ватт, в лучшем случае то это максимальная кратковременная мощность, а не постоянная. Номинальная будет 35W — 40W.

К тому же сильно экономят на начинке, чтобы снизить цену. Кое где не хватает элементов, которые обеспечивают стабильную работу. Применяются  самые дешевые комплектующие, с коротким сроком службы и невысокого качества, поэтому процент брака относительно высокий. Как правило, комплектующие  работают на пределе своих параметров, без какого либо запаса.

Если производитель не указан, то ему не надо отвечать за качество и отзыв про его товар не напишут. А один и тот же товар выпускают несколько заводов в разной комплектации. Для хороших изделий должен быть указан бренд, значит он не боится отвечать за качество своей продукции.

Одним из лучших является бренд MeanWell, который дорожит качеством своих изделий и не выпускает барахло.

Лужение вечного жала паяльника

Как правильно и красиво паять LED ленты

Практическая реализация идеи

Простейший источник питания светодиодов от сети 220В имеет следующий вид:

Примитивный источник питания для светодиодов от сети 220В

На приведенном рисунке резистор обеспечивает падение излишка напряжения питающей сети, а диод, включенный параллельно, защищает LED элемент от импульсов напряжения обратной полярности.

Как видно из рисунка, что можно проверить расчетами, требуется гасящий резистор большой мощности, выделяющий во время работы много тепла.

Ниже приведена схема, где вместо резистора используется гасящий конденсатор

Схема с гасящим конденсатором

Использование в качестве балласта конденсатора позволяет избавиться от мощного резистора и повысить КПД схемы. Резистор R1 ограничивает ток в момент включения схемы, R2 служит для быстрого разряда конденсатора в момент выключения. R3 дополнительно ограничивает ток через группу светодиодов.

Конденсатор С1 служит для гашения излишков напряжения, а С2 сглаживает пульсации питания.

Диодный мост образован четырьмя диодами типа 1N4007, которые можно выпаять из негодной энергосберегающей лампы.

Расчет схемы произведен для светодиодов HL-654H245WC с рабочим током 20мА. Не исключено применение аналогичных элементов с таки током.

Так же, как и в предыдущей схеме, здесь не обеспечивается стабилизация тока. Чтобы исключить выход светодиодов из строя, в схеме балласта для светодиодных ламп емкость конденсатора С1 и сопротивление резистора R3 выбраны с запасом, чтобы при максимальном входном напряжении и повышенной температуре светодиодов, ток через них не превышал допустимых значений. В нормальном режиме ток через диоды несколько менее номинального, но на яркости лампы это практически не сказывается.

Недостаток подобной схемы заключается в том, что использование более мощных светодиодов потребует увеличение емкости гасящего конденсатора, имеющего большие габариты.

Аналогично выполняется питание светодиодной ленты от платы энергосберегающей лампы

Важно, чтобы ток светодиодной ленты соответствовал линейке светодиодов, то есть 20мА

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.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Какими бывают драйверы для светодиодов по типу устройства

Драйверы для светодиодов классифицируют по типу устройства на линейные и импульсные. Структура и типовая схема драйвера для светодиодов линейного типа представляет собой генератор тока на транзисторе с р-каналом. Такие устройства обеспечивают плавную стабилизацию тока при условии неустойчивого напряжения на входном канале. Они являются простыми и дешевыми устройствами, однако отличаются низкой эффективностью, выделяют при работе много тепла и не могут быть использованы как драйвера для мощных светодиодов.

Импульсные устройства создают в выходном канале ряд высокочастотных импульсов. Их работа основана на принципе ШИМ (широтно-импульсной модуляции), когда средняя величина тока на выходе обуславливается коэффициентом заполнения, т.е. отношением длительности импульса к числу его повторений. Изменение величины среднего выходного тока происходит вследствие того, что частота импульсов остается неизменной, а коэффициент заполнения изменяется от 10-80%.

Благодаря высокому КПД преобразований (до 95%) и компактности устройств, они нашли широкое применение для портативных светодиодных конструкций. Кроме того, эффективность устройств положительно сказывается на длительности функционирования автономных приборов питания. Преобразователи импульсного типа имеют компактные размеры и отличаются обширным диапазоном входных напряжений. Недостатком этих устройств является высокий уровень электромагнитных помех.

КПД светодиодных драйверов достигает 95%

Перед тем как подобрать драйвер для светодиодов, необходимо знать условия его функционирования и место размещения светодиодных приборов. Широтно-импульсные драйверы, в основе которых лежит одна микросхема, имеют миниатюрные размеры и рассчитаны на питание от автономных низковольтных источников. Основное применение этих устройств – тюнинг автомобилей и светодиодная подсветка. Однако ввиду использования упрощенной электронной схемы качество таких преобразователей несколько ниже.