Що використовувати – стабілізатор напруги або струму при підключенні світлодіодів?

Всі світлодіоди, незалежно від форм-фактора і електричних параметрів, харчуються струмом. Правильно поставлене ток – це гарантія тривалої та стабільної роботи освітлювального приладу. Так чому ж виробники світлодіодної продукції часто замість стабілізатора струму встановлюють стабілізатор напруги? Як це позначається на роботі світлодіодних ламп, стрічок, ліхтарів і прожекторів? Спробуємо розібратися.

стабілізатори напруги

Виходячи з назви, ці пристрої призначені для підтримки напруги в навантаженні на певному рівні. При цьому величина вихідного струму залежить від самої навантаження. Іншими словами, скільки буде потрібно навантаження, стільки вона візьме, але не більше максимально можливого значення. Припустимо, стабілізатор напруги має такі вихідними параметрами: 12В і 1 А. Тобто на виході завжди буде підтримуватися 12В, а струм споживання може бути в діапазоні від нуля до одного ампера. Існує два види стабілізаторів напруги: лінійні і імпульсні.

Як правило, регулюючим елементом в схемі стабілізатора є біполярний або польовий транзистор. Якщо цей транзистор працює в активному режимі, то стабілізатор називають лінійним. Якщо ж регулюючий транзистор працює в ключовому режимі, то стабілізатор називають імпульсним.

Найбільш поширеними і недорогими є лінійні стабілізатори напруги, однак вони мають ряд недоліків:

  • низький ККД;
  • при великому струмі навантаження потребують теплоотводе;
  • мають досить високу падіння напруги.

Щоб не стикатися з подібними вадами, рекомендується використовувати стабілізатори напруги імпульсного типу. Вони бувають трьох типів: підвищують, знижують і універсальні. Імпульсні стабілізатори мають високий ККД, не потребують додаткового відведення тепла при великих токах навантаження, але мають більш високу вартість.

стабілізатори струму

Найпростіший обмежувач струму – резистор. Його часто називають найпростішим стабілізатором, що невірно, так як резистор не здатний стабілізувати струм при коливанні напруги на своєму вході.

Застосування резистора в схемі харчуванні світлодіода допустимо тільки при стабілізованою вхідній напрузі. В іншому випадку всі скачки напруги передаються в навантаження і негативно відбиваються на роботі світлодіода. Ефективність резистивних обмежувачів струму дуже низька, тому що вся споживана ними енергія розсіюється у вигляді тепла.

Трохи вище ККД у конструкцій на базі готових інтегральних мікросхем (ІМ) лінійних стабілізаторів. Схеми лінійних стабілізаторів на базі ІМ виділяються мінімальним набором елементів, відсутністю перешкод і простими налаштуваннями.

Щоб уникнути перегріву регулюючого елемента, різниця вхідного і вихідного напруги повинна бути невеликою, але достатньою (3-5 вольт). Інакше корпус мікросхеми змушений буде розсіювати незатребувану енергію, тим самим знижуючи ККД.

Драйвери для світлодіодів на основі готових ІМ лінійних стабілізаторів виділяються дешевизною і доступністю елементів для складання своїми руками.

Найбільш ефективними прийнято вважати струмові драйвери з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Їх конструюють на базі спеціалізованих мікросхем з ланцюгом зворотного зв’язку і елементами захисту, що в кілька разів підвищує надійність всього пристрою. Наявність в них імпульсного трансформатора веде до подорожчання схеми, але виправдано високим ККД і терміном служби. Струмові ШІМ стабілізатори з живленням від джерела 12В нескладно зробити своїми руками, використовуючи спеціалізовану мікросхему. Наприклад, ІМС PT4115 від компанії PowTech, яка розроблена спеціально для схем живлення світлодіодів потужністю від 1 до 10 Вт.

Параметри живлення світлодіодів

У світлодіодів, крім номінального струму існує ще один важливий параметр – пряме падіння напруги. Роль цього параметра також істотна, саме тому його вказують в першому ряду технічних параметрів напівпровідникового приладу.

Щоб через p-n перехід почав протікати струм, до нього потрібно докласти якусь мінімальну пряме напруга Uмін.пр .. Значення мінімального прямого напруги вказується в документації світлодіода і відбивається на графіку вольт – амперних характеристик (ВАХ).

На зеленому ділянці ВАХ світлодіода видно, що тільки при досягненні Uмін.пр. починає протікати струм Іпр. Подальший незначне зростання Uпр призводить до різкого зростання Іпр. Саме тому навіть невеликі перепади напруги понад Uмакс..пр. згубні для кристала світлодіода. У момент перевищення Uмакс.пр. струм досягає свого піку і відбувається руйнування кристала. Для кожного типу світлодіодів існує номінальний струм і відповідне йому напругу (паспортні дані), при яких прилад повинен відпрацювати заявлений термін служби.

Правильне і неправильне включення

Найбільше помилок допускають автомобілісти, коли намагаються заощадити на схемі живлення світлодіодного освітлення. Часто автолюбителі включають світлодіодні прилади безпосередньо від акумулятора, а потім скаржаться на різні неполадки: моргання, втрату яскравості і повне згасання кристала. Все це відбувається через відсутність проміжного перетворювача, який повинен компенсувати перепади напруги в інтервалі від 10 до 14,5В. Ще одна помилка власників авто – підключення тільки через резистор, розрахований на середній показання акумулятора 12В. Резистор – лінійний елемент, а значить, струм через нього зростає пропорційно напрузі. Підключення через резистор допускається за умови його розрахунку на 14,5В, але тоді доведеться змиритися з неповною світловіддачею світлодіодів при низьких і середніх значеннях напруги в бортовій мережі. Тому однозначний вірний спосіб підключення світлодіодів в автомобілі – це використання стабілізатора струму, бажано імпульсного типу.

У різних освітлювальних конструкціях на основі світлодіодів часто використовуються саме стабілізатори напруги. Чому так відбувається? По-перше, вони набагато дешевше якісних струмових драйверів. По-друге, щоб з стабілізатора напруги вийшов більш-менш надійний драйвер досить на виході встановити резистор, грамотно розрахувавши його потужність і опір. Таке схемотехнічне рішення часто застосовується в недорогих LED лампах і освітлювальних конструкціях із застосуванням світлодіодних стрічок.

Більшість світлодіодних стрічок харчується стабільною напругою 12В. Якщо розглянути конструкцію стрічки більш детально, то можна побачити, що вона розділена на невеликі ділянки. Як правило, кожна ділянка складається з трьох SMD світлодіодів і одного токозадающего резистора. Падіння напруги на одному Світловипромінювальний елемент в середньому становить 2,5-3,5 В, тобто максимум 10,5 в сумі. Залишок гаситься резистором, номінал якого виробник підбирає під тип використовуваних світлодіодів. Тому підключення світлодіода через зв’язку з стабілізатора напруги і резистора можна вважати правильною.

Вихідна потужність стабілізатора повинна бути більше споживаної потужності навантаження приблизно на 30%.

Якщо використовувати простий блок живлення без стабілізації (трансформатор, діодний міст і конденсатор), то при невеликому збільшенні напруги мережі, його пропорційно зменшена частина буде рівномірно розподілятися на всіх чотирьох елементах кожної ділянки стрічки. В результаті виросте струм, температура кристала і, як наслідок, почнеться незворотний процес деградації світлодіодів.

Найбільш правильним схемотехническим рішенням є застосування стабілізатора струму імпульсного типу. На сьогоднішній день – це оптимальний варіант, який використовують всі провідні виробники світлодіодних виробів. Токовий драйвер з ШІМ регулятором практично не гріється, ефективний і надійний.

Так чому ж віддати перевагу: дешевому стабілізатора напруги з резистором або більш дорогому токовому драйверу? Правильна відповідь криється в вираженні: «Будь-яка економія повинна бути виправдана». Якщо Вам потрібно підключити десяток слабкострумових світлодіодів або не більше одного метра стрічки, то вибір на користь першого варіанту не можна назвати помилковим.

Але якщо ваша мета – живити фірмові світлодіоди з потужністю кожного кристала більше 1 Вт, то без якісного токового драйвера не обійтися. Тому що вартість таких випромінюючих діодів набагато вище ціни на драйвер.

Ссылка на основную публикацию