Драйвер для світлодіодів: призначення, вибір, підключення, схеми

Широке поширення світлодіодів спричинило за собою масове виробництво блоків живлення для них. Такі блоки називаються драйверами. Основний їх особливістю є те, що вони здатні стабільно підтримувати на виході заданий струм. Іншими словами, драйвер для світлодіодів (LED) – це джерело струму для їх харчування.

призначення

Оскільки світлодіод – це напівпровідникові елементи, ключовою характеристикою, що визначає яскравість їх світіння, є не напруга, а струм. Щоб вони гарантовано відпрацювали заявлена ??кількість годин, необхідний драйвер, – він стабілізує струм, що протікає через ланцюг світлодіодів. Можливе використання малопотужних світлодіодів і без драйвера, в цьому випадку його роль виконує резистор.

застосування

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

Принцип роботи

Як вже було сказано, драйвер – це джерело струму. Його відмінності від джерела напруги проілюстровані нижче.

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

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

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

Драйвер же підтримує на своєму виході заданий струм. Напруга при цьому може змінюватися.

Підключимо так само резистор 40 Ом до драйверу 300 мА.

Драйвер створить на резисторі падіння напруги 12 В.

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

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

Основні характеристики

При підборі потрібно враховувати три основних параметра: вихідна напруга, струм і споживана навантаженням потужність.

Напруга на виході драйвера залежить від декількох факторів:

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

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

  • потужність світлодіодів;
  • яскравість.

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

Потужність навантаження залежить від:

  • потужності кожного світлодіода;
  • їх кількості;
  • кольори.

У загальному випадку споживану потужність можна розрахувати як

де Pled – потужність світлодіода,

N – кількість підключаються світлодіодів.

Максимальна потужність драйвера не повинна бути менше.

Варто врахувати, що для стабільної роботи драйвера і запобігання виходу його з ладу слід забезпечити запас по потужності хоча б 20-30%. Тобто повинно виконуватися наступне співвідношення:

де Pmax – максимальна потужність драйвера.

Крім потужності і кількості світлодіодів, потужність навантаження залежить ще від їх кольору. Світлодіоди різних кольорів мають різний падіння напруги при однаковому струмі. Наприклад, червоний світлодіод CREE XP-E має падінням напруги 1.9-2.4 В при струмі 350 мА. Середня споживана їм потужність таким чином складає близько 750 мВт.

У XP-E зеленого кольору падіння 3.3-3.9 В при тому ж струмі, і його середня потужність складе вже близько 1.25 Вт. Тобто драйвером, розрахованим на 10 ват, можна живити або 12-13 червоних світлодіодів, або 7-8 зелених.

Як підібрати драйвер для світлодіодів. Способи підключення LED

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

  1. Послідовно. При такому способі підключення потрібно драйвер напругою 12 В і струмом 300 мА. Перевага такого способу в тому, що через весь ланцюг йде один і той же струм, і світлодіоди горять з однаковою яскравістю. Недолік полягає в тому, що для підключення великої кількості світлодіодів потрібно драйвер з дуже великою напругою. 
  2. Паралельно. Тут вже буде досить драйвера на 6 В, але споживаний струм буде приблизно в 2 рази більше, ніж при послідовному з’єднанні. Недолік: струми, поточні в кожному ланцюзі, трохи розрізняються через розкиду параметрів світлодіодів, тому один ланцюг буде світити кілька яскравіша за іншу. 
  3. Послідовно по два. Тут потрібно такий же драйвер, як і в другому випадку. Яскравість світіння буде вже більш рівномірна, але є один істотний недолік: при включенні харчування в кожній парі світлодіодів через розкиду характеристик один може відкритися раніше іншого, і через нього піде струм, в 2 рази перевищує номінальний. Більшість світлодіодів розраховані на такі короткочасні кидки струму, але все-таки цей спосіб найменш привабливий.

З’єднувати таким чином паралельно 3 і більше світлодіодів неприпустимо, так як при цьому через них може піти занадто великий струм, в результаті чого вони 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 вже 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 те джерело живлення, який зможе забезпечити роботу саме цієї кількості світлодіодів, включених по конкретній схемі, невелика.

види

У загальному випадку драйвери для світлодіодів можна розділити на дві категорії: лінійні і імпульсні.

У лінійного виходом служить генератор струму. Він забезпечує стабілізацію вихідного струму при нестабільному вхідній напрузі; причому підстроювання відбувається плавно, не створюючи високочастотних електромагнітних завад. Вони прості і дешеві, але невисокий ККД (менше 80%) обмежує сферу їх застосування малопотужними світлодіодами та стрічками.

Імпульсні являють собою пристрої, що створюють на виході серію високочастотних імпульсів струму.

Зазвичай вони працюють за принципом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), тобто середнє значення вихідного струму визначається відношенням ширини імпульсів до періоду їх слідування (ця величина називається коефіцієнтом заповнення).

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

Такі драйвери набули широкого поширення завдяки компактності і високому ККД (близько 95%). Основним недоліком є ??більший у порівнянні з лінійними рівень електромагнітних завад.

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 і без неї. Основними перевагами перших є високий ККД, надійність і безпеку.

Без гальванічної розв’язки зазвичай дешевше, але менш надійні і вимагають обережності при підключенні, оскільки є ймовірність ураження струмом.

китайські драйвери

Затребуваність драйверів для світлодіодів сприяє їх масового виробництва в Китаї. Ці пристрої являють собою імпульсні джерела струму, зазвичай на 350-700 мА, часто не мають корпусу.


Китайський драйвер для світлодіода 3w

Основні їхні переваги – низька ціна і наявність гальванічної розв’язки. Недоліки наступні:

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

Строк служби

Зазвичай термін служби драйвера менше, ніж у оптичної частини – виробники дають гарантію на 30000 годин роботи. Це пов’язано з такими факторами, як:

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

Найслабшою ланкою світлодіодного драйвера є згладжують конденсатори, 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 позначається на роботі 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 з вихідним струмом до 1А. Схема драйвера для світлодіода 10w на цій мікросхемі приведено нижче.

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

Простий драйвер струму на цій 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 покладено на резонансну ланцюг у вигляді котушки L1 і діода Шотткі D1 (типова схема приведена нижче). Також є можливість завдання частоти комутації підбором резистора RON.

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 харчування для потужного світлодіода, ліхтарика, і т.д. Є можливість діммірованія. Типова схема та структура представлені нижче.

висновок

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

Ссылка на основную публикацию