Led driver схема: Схемы драйверов светодиодов на PT4115, QX5241 и др. микросхемах с регулятором яркости для диммируемых светодиодных светильников

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.

назначение, принцип работы, схема и ремонт

Сейчас уже можно разделить светодиоды на два основных подтипа: индикаторные и осветительные. Осветительные светодиоды – относительно новые элементы светотехники. Первые модели применялись как индикаторы еще лет 30 назад. Но прогресс на месте не стоит. Инженерам удалось получить большую яркость при минимальном размере и потребляемом токе в сравнение с лампами. Кроме того, светодиоды имеют намного большую механическую прочность. Как лампочку их уже не разобьешь.

Светодиодная осветительная продукция серьезно потеснила практически все другие источники света. Светодиоды могут обеспечить освещение не хуже лампового. А их энергоэффективность намного выше. Обычно источники света на основе светодиодов окупаются в течение года. Сейчас их можно встретить в качестве домашнего освещения, уличных фонарей. Они устанавливаются в световое оборудование автомобилей. Даже в мониторах и телевизорах они заменили лампы подсветки.

Cодержание

Назначение.

Светодиод весьма чувствителен к качеству электропитания. Если пониженное напряжение ему не сделает ничего плохого, то повышенные напряжения и токи очень быстро снижают ресурс этих перспективных источников света. Многие видели, наверное, как на автомобилях хаотично моргают огни. Этот светодиод уже отслужил.

Для обеспечения стабильного электропитания (поддержания заданного напряжения и тока) необходима дополнительная электронная схема – блок питания или драйвер питания. Часто его называют led driver.

Принцип работы.

Электронная схема должна обеспечить строго стабилизированные напряжение и ток, подводимые к кристаллу. Небольшое превышение в цепи питания существенно снижает ресурс светоизлучателя.

В простейшем и самом дешевом случае просто ставят ограничительный резистор.

Питание диода через ограничивающий резистор.

Это простейшая линейная схема. Она не способна автоматически поддерживать ток. С ростом напряжения, он будет расти, при превышение допустимого значения произойдет разрушение кристалла от перегрева. В более сложном случае управление реализуется через транзистор. Недостаток линейной схемы – бесполезное рассеивание мощности. С ростом напряжения будут расти и потери. Если для маломощных LED-источников света такой подход еще допустим, то при использовании мощных светоизлучающих диодов такие схемы не используются. Из плюсов только простота реализации, низкая себестоимость, достаточная надежность схемы.

Можно применить импульсную стабилизацию. В простейшем случае схема будет выглядеть так:

Пример.Импульсная стабилизация (упрощенно)

При нажатии на кнопку происходит заряд конденсатора, при отпускании, он отдает накопленную энергию полупроводнику, а тот излучает свет.  При росте напряжения время на зарядку сокращается, при падении – увеличивается. Вот так на кнопку и надо нажимать, поддерживая свечение. Естественно, сейчас это все делает электроника. В источниках питания роль кнопки выполняет транзистор, либо тиристор. Это — принцип ШИМ — широтно-импульсная модуляция. Замыкание происходит десятки, а то и тысячи раз в секунду. КПД ШИМ может достигать 95%.

Категорически не стоит путать светодиодный драйвер и ПРА для люминесцентных ламп, у них разные принципы работы.

Характеристики драйверов, их отличия от блоков питания LED ленты.

Если сравнивать драйвер и блок питания, то у них есть различия в работе. Драйвер – это источник тока. Его задача поддерживать именно определенную силу тока через кристалл или светодиодную линейку.

Задача стабилизированного блока питания в выдаче именно стабильного напряжения. Хотя блок питания – понятие обобщенное.

Источник напряжения применяется в основном со светодиодной лентой, где диоды включены в параллель. Соответственно через них должен проходить равный ток, при неизменном напряжении. При использовании одного светодиода важно обеспечить определенную силу тока через него. Отличия есть, но оба выполняют одну и туже задачу – обеспечение стабильного питания.

Для подключения светодиодной ленты необходимы, как правило, блоки питания, выдающие 12, либо 24 В. Второй параметр – это мощность. Блок питания должен выдавать мощность не равную, а несколько большую, чем мощность подключаемой светодиодной линейки. В противном случае, яркость свечения будет недостаточна. Обычно запас по мощности рекомендуется в пределах 20-30 процентов от суммарной мощности.

При выборе драйвера нужно учесть:

• Мощность,
• Напряжение,
• Предельный ток.

Кроме того, существуют и регулируемые источники питания. Их задача – регулировка яркости освещения. Но различаются принципы – регулировка напряжения, либо силы тока.

Для подключения led-линейки потребуется большая сила тока при неизменном напряжении.

Суммарная мощность будет рассчитываться по формуле P = P(led) × n, где Р – мощность, Р(led) – мощность единичного диода в линейке, n – их количество.

Сила тока через линейку будет рассчитываться по аналогичной формуле.

Если есть желание самостоятельно изготовить источник питания для светодиодов, то самый простой вариант – импульсный без гальванической развязки.

Схема простого led-драйвера без гальванической развязки.

Схема проста и надежна. Делитель основан на емкостном сопротивлении. Выпрямление производится при помощи диодного моста. Электролитический конденсатор (перед L7812) сглаживает пульсации после выпрямления. Конденсатор после L7812 сглаживает пульсации на светодиодах. На работу схемы он не влияет. L7812 – собственно сам стабилизатор. Это импортный аналог советских микросхем серии КРЕНхх. Та же самая схема включения. Характеристики несколько улучшены. Однако предельный ток составляет не более 1.2А. Это не позволит создать мощный светильник. Существуют неплохие варианты готовых источников питания.

Как выбрать драйвер для светодиодов.

От выбора драйвера зависит срок службы светодиодов.

При этом светодиод достигает своих номинальных характеристик, так как получает необходимую ему мощность.

В зависимости от степени защиты драйвер можно применять либо дома, либо на улице. Внешне драйвер может быть открытым, в корпусе из перфорированного металла, либо – закрытый, размешенный в герметичной металлической коробке. Для дома достаточно негерметизированного пластикового корпуса, в котором расположен электронный блок.

Сразу стоит учесть, что ограничивающий резистор – это не самый лучший вариант. Он не избавит ни от скачков питающей сети, ни от импульсных помех. Любое изменение напряжения приведет в скачку тока. Линейные стабилизаторы также не являются достойным средством запитки светоизлучающих диодов. Его способности ограничиваются низкой эффективностью.

Выбор драйвера производится только после того, как известна суммарная мощность, схема подключения и количество светодиодов.

Сейчас много подделок и одни и те же по типоразмерам диоды могут обеспечивать разные мощности.

Лучше использовать только известные марки электротехнической продукции.

На корпусе драйвера для подключения светодиодов, всегда размещена спецификация. Она включает:

• класс защищенности от пыли и жидкости,
• мощность,
• номинальный стабилизированный ток,
• рабочее входное напряжение,
• диапазон выходного напряжения.

Достаточно популярны бескорпусные led-драйверы. Плату потребуется разместить в корпусе. Это необходимо для безопасного использования. Платы больше подходят для радиолюбителей-энтузиастов. У них входное напряжение может быть либо 12 В, либо 220 В.  

Также стоит продумать о размещении драйвера. Температура и влажность влияют на надежность системы освещения.

Не стоит пытаться выжать из источника тока максимум. Это приводит к работе на предельных режимах, соответственно возникает повышенный нагрев. Превышение может вывести стабилизатор из строя.

Виды драйверов.

По типу их можно подразделить на:

Линейные. Они наиболее подходящие, если входное напряжение не стабильно. Отличаются улучшенной стабилизацией. Распространены мало по причине низкого КПД. Выделяет большее количество тепла, подходит для маломощной нагрузки.

Внутреннее устройство драйвера

Внешний вид и схема драйвера LED 1338G7.

Импульсные. Основаны на микросхемах ШИМ. Обладают высоким КПД. Отличаются малым нагревом и длительным сроком службы.

ШИМ-драйвер Recom.

Микросхемы ШИМ создают значительный уровень электромагнитных помех. Людям с кардиостимуляторами не рекомендовано находится в помещениях, где применяются такие драйвера для питания светодиодов.

Драйвер, работающий с диммером. Принцип основан на использовании ШИМ-контроллера. Принцип состоит в том, что регулируется сила тока на светодиодах. Низкокачественные изделия дают эффект мерцания.

Драйвер с диммером.

LED драйвер на 220 В.

Существует немало уже готовых светодиодных драйверов промышленного производства. Естественно, они обладаю различными характеристиками. Их особенность в том, что они питаются от сети 220 В переменного напряжения и могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. Задача, у них все та же. Выдать определенную силу тока. Многие промышленные изделия уже имеют гальваническую развязку. Гальваническая развязка предназначена для передачи электроэнергии без непосредственного соединения входной и выходной частей схемы. Это дополнительные очки в плане электробезопасности (простейшей и исторически первой гальванической развязкой считается обычный трансформатор). Обычно они имеют нестабильность не более 3 %. В подавляющем большинстве сохраняют работоспособность от 90-100 Вольт и до 260 Вольт. В магазинах очень часто их могут называть:

• блок питания (БП),
• источник тока,
• адаптер питания,
• источник питания.

Это все одно и тоже устройство. Продавцы не обязаны обладать техническим образованием.

Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.

Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Тем не менее лучше не приобретать безымянную продукцию родом из Китая. Хотя временами и попадаются достойные внимания экземпляры, что в прочем явление редкое. Существует огромное количество поддельных осветителей. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. Такие источники тока при выходе из строя могут дать импульс и сжечь led-ленту.

Но тем не менее рынок в основном занят именно китайской продукцией. Российские поставщики известны не широко. Из них можно ответить продукцию фирм Аргос, Тритон ЛЕД, Arlight, Ирбис, Рубикон. Большинство моделей может работать и в экстремальных условиях.

Из иностранных можно смело выбрать источники тока от Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.

Led-драйвер Helvar.

Led-драйвер Mean Well.

Led-драйвер DEUS.

Led-драйвер «Ирбис».

Led-драйвер MOSO.

Из китайских можно доверять MOSO. Возможно появление новых брендов, которые производят конкурентоспособные устройства.

Хорошие рекомендации имеют Texas Instruments (США) и Rubicon (Япония, не путать с «Рубикон» Россия. Это разные марки). Но пока они дороги. 

Схема подключения драйвера к светодиодам.

Перед подключением светодиодов к драйверу необходимо уметь определять его полярность, иными словами, распознавать, где анод (+), где катод (-). Без этого света не будет.

Индикаторные диоды, а также некоторые маломощные осветительные, имеют два вывода.

Выводы светодиода.

Светодиоды в исполнении SMD (поверхностный монтаж) имеют либо 2, либо 4 вывода. В любом случае это анод и катод.

Выводы светодиодов в SMD-исполнении.

В первом случае выводы 3 и 4 могут быть не задействованы. Во втором случае косой срез расположен ближе к катоду. Обратите внимание, единого стандарта нет и возможны различия в полярности.

Поэтому можно либо обратиться к datasheet, либо использовать низковольтный источник постоянного тока и резистор ограничитель.

В случае неправильной полярности светодиод не может загореться.

При использовании источника тока схема драйвера для светодиодов будет следующая:

Схема подключения светодиода.

Если у нас источник напряжения, то подключение осуществляется через ограничивающий резистор.

Схема подключения светодиода к источнику
напряжения через ограничитель.

Классическая светодиодная лента построена по такой схеме:

Схема светодиодной линейки.

В этом случае расчет производится по формулам:

Формула связи тока, напряжения, сопротивления.

При подключении важно учитывать:

• При малой силе тока, мы теряем в яркости, при большой в сроке службы.
• Напряжение из datasheet указывает падение напряжения при прохождении номинального тока. Этот параметром не основной.
• Мощным светодиодам требуется и качественное питание, и хорошее охлаждение.

Схемы (микросхемы) светодиодных драйверов.

Как правило драйвера светодиодов строятся на интегральных стабилизаторах (КРЕНхх, либо импортные аналоги) или ШИМ. Схемы достаточно просты.

Использовании микросхем для стабилизации.

Принципиальные схемы светодиодных драйверов.

Существует схема самодельного источника тока на советской микросхеме К142ЕН12А.  Резистор R2 позволяет менять яркость свечения.

Принципиальная схема на отечественных компонентах.

Линейный светодиодный драйвер своими руками.

Эта часть статьи посвящена радиолюбителям.

Оригинальный линейный источник тока на компараторе.

Это весьма интересная схема. В качестве ключевого элемента выступает униполярный (полевой) транзистор. Степенью его открытия управляет микросхема – квадрантный компаратор напряжения. Возможно, эта схема покажется сложной, но тем не менее ее можно смело отнести к линейным источникам тока, так как управление током осуществляется через соединение «исток-сток». Степень открытия зависит от приложенного к затвору напряжения. Регулировка достигается за счет связи одного из входов компаратора и напряжения со стока. VD1 выполняет функцию защиты.

Срок службы светодиодных драйверов.

Как такового определенного срока службы нет, но многие производители готовы дать гарантию сроком в пять лет на свою продукцию. Естественно, при согласовании мощностей. Для того, чтобы источник питания прослужил дольше не следует давать нагрузку, при которой он будет отдавать предельные токи. Если он собран из качественных комплектующих, то он будет стабильно работать достаточно долгое время. Но рабочие температуры могут быть близки к критическим (зависит от схемотехнических решений). Оптимально, если мощность потребителей будет меньше на 20-30 процентов.

Если говорим о самодельном изготовлении, то многое зависит от качества сборки, качества радиодеталей. Интегральные стабилизаторы желательно закреплять на радиатор для обеспечения теплового режима, не следует забывать о про теплопроводящую пасту между корпусом стабилизатора и теплоотводом.

---

 

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 .

Используя вышеописанные методы, можно сконфигурировать любое количество светодиодов в комбинации последовательно/параллельно для соответствия любому конкретному выходу источника питания.

Теперь, возвращаясь к теме нашего драйвера светодиодов, в этом посте мы обсудим два простых метода проектирования драйверов светодиодов: 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 найти 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 столь 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 контроллер тока

Нам нужен контроллер 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 большой мощностью или большим током, несмотря на последовательный резистор, 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 меньше, 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 включения, мы можем модернизировать резистор до 1 Вт резистора с проволочной обмоткой.

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

Из приведенного выше обсуждения мы понимаем, что для емкостных драйверов светодиодов идеальной ситуацией было бы использование конфигурации светодиодов, общая 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. Снимите C2 с указанного места 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 бестрансформаторная схема драйвера светодиодов без перенапряжения, управляемая переходом через ноль

Как известно, даже если входной конденсатор рассчитан оптимально, скачок 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 и позволяет мгновенным 50 В сохраняться внутри конденсатора емкостью 1000 мкФ.

Эта накопленная энергия затем используется для безопасного освещения подключенных светодиодов, не опасаясь внезапного включения импульсного тока, который может сжечь светодиоды.

В следующем выпрямленном цикле переменного тока процесс продолжается, и кажется, что светодиоды продолжают гореть постоянно, и на них не влияют какие-либо спорадические скачки 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.

Объяснение схемы драйвера светодиода и доступные решения |

Дни ламп накаливания прошли. В настоящее время светодиодное освещение берет верх, так как оно намного более энергоэффективно. С другой стороны, светодиодные фонари требуют хорошей схемы управления для правильной работы, и это так называемая схема драйвера светодиодов. Светодиоды в основном представляют собой форму диода, который излучает свет при прямом смещении. Диод рассчитан на прямое напряжение 0,3 В или 0,7 В для германия и кремния соответственно. Для светодиодных ламп прямое напряжение выше, чем у диода, и обычно может достигать 2-3,5 В на светодиод. Некоторые светодиоды, для которых указано более высокое напряжение, уже являются комбинацией нескольких светодиодов.

Светодиоды по своей природе являются источниками постоянного тока, но почему светодиоды используются непосредственно вместо ламп накаливания и КЛЛ в розетке переменного тока? Это стало возможным благодаря использованию схемы драйвера светодиодов. Схема драйвера светодиода будет преобразовывать переменный ток в постоянный, уровень которого будет безопасно использоваться светодиодами. Есть несколько доступных решений для схемы драйвера светодиодов. Драйверы светодиодов могут быть линейными или импульсными. Ознакомимся с этими решениями.

В схеме линейного драйвера светодиодов используется линейное устройство для управления током светодиодов. Это схемное решение совершенно неэффективно и ограничено только приложениями малой мощности. Линейный драйвер светодиодов может быть только простым источником напряжения и токоограничивающим резистором; это действительно очень просто, поэтому до сих пор популярное решение для управления светодиодами. Еще одним преимуществом линейного светодиодного драйвера является то, что он может обеспечить очень чистый свет, я имею в виду, что чистый свет заключается в отсутствии эффекта размытия или мерцания.

Простая линейная схема управления светодиодами

Ниже приведена очень простая схема управления светодиодами.

В основном он состоит только из источника постоянного напряжения и ограничительного резистора Rlimit. Однако в этом решении источником напряжения должен быть чистый постоянный или линейный уровень, чтобы установка тока для светодиодов не менялась. В том случае, если ток на светодиодах будет меняться, освещение несколько покажет изменение интенсивности, и это не приятно видеть глазами. Еще одним недостатком изменения тока светодиода является то, что светодиоды могут перегреться и выйти из строя.

В приведенной выше схеме источником напряжения является чистый постоянный ток, а ток светодиода, устанавливаемый ограничительным резистором, составляет 600 мА. Это дает общую мощность светодиода 8,332 Вт . Токоограничивающий резистор рассеивает 3,67 Вт. Общая мощность, подаваемая на схему, составляет 12 Вт , а эффективность составляет всего 69,43%, что очень мало.

Эффективность светодиода = 8,332 Вт / 12 Вт = 69,43%

Линейный регулятор в качестве драйвера светодиода

Вышеприведенный пример очень простой и элементарный подход к управлению светодиодами. В случае переменного источника напряжения можно использовать линейный регулятор. Линейный регулятор способен принимать переменное входное напряжение, сохраняя при этом постоянное выходное напряжение. Это все еще решение управления светодиодами с потерями, но лучше, чем первый подход, с точки зрения стабильности тока светодиодов.

На приведенной ниже схеме показана типичная схема линейного регулятора. VOUT — это узел, к которому прикладывается нагрузка, и она регулируется до уровня напряжения, установленного пользователем. Предположим, что диапазон входного напряжения равен 9-16В, выходное напряжение останется прежним; например 7,5 В на настройку. Когда разница между входом и выходом велика, линейный регулятор рассеивает огромную мощность, чтобы поддерживать регулируемое выходное напряжение. Свойство линейного регулятора поддерживать выходное напряжение делает его популярным для управления светодиодами.

Ниже приведена схема драйвера светодиода с использованием линейного регулятора Linear Technology, LT1083-12. Выход этого регулятора фиксированный 12В. Тем не менее, последовательный резистор необходим для установки безопасного уровня тока для светодиодов. Ток светодиода в этой схеме равен 261,6 мА .

Ток светодиода = (12 В – (3 X 3,128 В)) / 10 Ом = 261,6 мА

Мощность светодиода составляет всего 2,452 Вт .

Индикатор питания = 3 X 3,128 В X 261,6 мА = 2,45 Вт

 

Мощность, рассеиваемая ограничительным резистором, составляет 0,684 Вт.

Ограничительный резистор мощности = (261,6 мА) ² X 10 Ом = 0,684 Вт

Мощность, рассеиваемая линейным регулятором, составляет = (16–12 В) X (261,6 мА + 5 мА) = 1,0664 Вт.

(Ток покоя указан в паспорте регулятора. Это лишь небольшое значение, и в большинстве случаев им можно пренебречь для упрощения расчетов.)

КПД схемы равен

Резистор ограничения мощности + регулятор мощности) = 2,45 Вт / (2,45 Вт + 0,684 Вт + 1,0664 Вт) = 58,33%

 

Эффективность очень низкая, как и в предыдущем решении. КПД еще больше снизится при работе с более высоким входным напряжением.

Специализированный линейный контроллер светодиодов

Существуют специальные линейные ИС, разработанные исключительно для драйверов светодиодов. Однако концепция и анализ со стороны силовой части
такие же, как и в приведенном выше примере.

Преимущество этих ИС заключается в возможности управления несколькими цепочками светодиодов и встроенной защите для коротких и открытых светодиодов. Еще одним преимуществом является включение функции затемнения. Обычный линейный регулятор не имеет функции диммирования.

Одним из примеров такого решения является BD8374HFP-M от ROHM semiconductor. Ниже приведена схема приложения. Это только один канал с возможностью затемнения, защитой от обрыва и короткого замыкания светодиодов, защитой от перенапряжения и перегрева.

Для этого контроллера установка тока светодиода осуществляется с помощью резистора RVIN_F. Этот резистор расположен на входе, в отличие от предыдущих примеров выше, которые расположены последовательно со светодиодами. В этом решении напряжение светодиода будет устанавливать выходное напряжение микросхемы контроллера. При использовании типичного регулятора напряжения выход представляет собой фиксированное напряжение, но здесь выход является переменным в зависимости от общего прямого напряжения светодиода.

Общая мощность светодиода представляет собой просто сумму прямых напряжений светодиода, умноженную на IOUT или ток, установленный резистором R _{VIN_F} . Мощность, рассеиваемая линейной ИС (BD8374HFP-M), представляет собой разницу между входным напряжением и общим падением напряжения на светодиодах, умноженную на установленный выходной ток. С другой стороны, рассеиваемая мощность токозадающего резистора RVIN_F равна просто падению напряжения, умноженному на выходной ток, или квадрату выходного тока, умноженному на сопротивление. Расчет эффективности можно сделать так же, как и в приведенном выше примере.

В драйвере светодиодов с линейным режимом колебания входного напряжения невелики, так как ограничиваются рассеиваемой мощностью линейного контроллера. Потери огромны и в линейном решении. Эти недостатки решаются за счет импульсного типа драйвера светодиодов. Драйвер светодиода с режимом переключения может быть понижающим (понижающим), повышающим (повышающим) или комбинированным (понижающий-повышающий). Импульсный светодиодный драйвер можно использовать непосредственно от универсальной сети переменного тока; скажем 90-264Vrms.

Принцип переключения режимов

Режим переключения означает, что управляющее устройство работает в режиме непрерывного переключения между включением и выключением переключающего устройства, такого как MOSFET или BJT. При включении переключателя в идеале сопротивление равно нулю, поэтому в идеале потери мощности нулевые. С другой стороны, при выключении ток в идеале равен нулю, поэтому потери мощности также нет. Такое поведение делает решение с режимом переключения более эффективным, чем линейное решение. Однако подход с переключением режимов более сложен, чем линейное решение, и будет стоить дороже.

Драйвер светодиодов, производный от понижающего преобразователя

Ниже приведена типовая схема силовой части понижающего преобразователя. Понижающий преобразователь представляет собой понижающий преобразователь. Его выход всегда ниже, чем его вход. MOSFET Q1 приводится в насыщение и отключается сигналом ШИМ, чтобы генерировать выходное напряжение. Катушка индуктивности L1 служит накопителем энергии, который заряжается, когда полевой МОП-транзистор Q1 переходит в режим насыщения. Он разряжается, когда MOSFET Q1 отключается.

Конденсатор C1 также служит в качестве резервуара для минимизации колебаний напряжения на выходной шине. Он заряжается, когда Q1 приводится в состояние насыщения, и разряжается, когда Q1 приводится в состояние отсечки. Диод D1 служит в качестве пути для тока индуктора, когда он разряжается, он функционирует только тогда, когда MOSFET Q1 находится в состоянии отсечки.

И МОП-транзистор, и диод проводят только часть периода переключения. Соотношение между входным и выходным напряжением определяется так называемым рабочим циклом. Идеальный рабочий цикл понижающего преобразователя составляет

Рабочий цикл, Buck = Vout / Vin

Пример рабочей цепи драйвера светодиода, производной от понижающего преобразователя

Ниже приведена схема драйвера светодиода, основанная на топологии понижающего преобразователя. Это работает очень хорошо в симуляции, так что на самом деле. Управляющее устройство — LT3474 от Linear technology.

Путь питания проходит от IN к внутреннему переключателю U1 (Q1 в универсальном понижающем преобразователе выше), к L1 и C3 (C1 в универсальном понижающем преобразователе выше). D1 является диодом разрядного контура индуктора, как и D1 в общей схеме понижающего преобразователя выше. Схема позволяет широко варьировать входное напряжение в отличие от линейного решения.

Расчеты силовой части этой схемы драйвера такие же, как и для универсального понижающего преобразователя, который мы обсуждали выше. Эта схема драйвера светодиода имеет возможность диммирования ШИМ путем подачи ШИМ-сигнала на вывод ШИМ.

Смоделированный ток светодиода с ШИМ-управлением яркостью:

Как видно из приведенного выше сигнала, напряжение светодиода, которое является выходным напряжением понижающего преобразователя, меньше входного напряжения, которое составляет 10 В, поскольку понижающий понижающий преобразователь. Ток светодиода модулируется для достижения затемнения.

Драйвер светодиодов на основе повышающего преобразователя

Ниже приведена типичная схема силовой части повышающего преобразователя. Q1 модулируется и работает в режимах насыщения и отсечки в быстрой манере. То же самое с понижающим преобразователем, переключающее устройство будет иметь идеальные нулевые потери, так как во время насыщения в идеале нет сопротивления, а во время отсечки нет тока. Когда Q1 включен, L1 заряжается, а D1 смещается в обратном направлении. Когда Q1 выключится, L1 изменит полярность и сместит D1 вперед, после чего ток достигнет выходного узла. C1 служит резервуаром, так что энергия все еще поступает в нагрузку, когда катушка индуктивности заряжается. Повышающий преобразователь также является управляемым рабочим циклом, его идеальное уравнение рабочего цикла:

Рабочий цикл, форсирование = 1 – (VIN / VOUT)

Пример рабочей схемы драйвера светодиодов на основе форсирования

Ниже приведена схема простого драйвера светодиодов, полученного из повышающего преобразователя.

При использовании повышающего драйвера вход всегда должен быть ниже общего прямого напряжения светодиодов. В этой схеме входное напряжение равно 3, а общее напряжение светодиода составляет 9,64 В на основе моделирования.

Драйвер светодиодов, производный от Buck-Boost

Если в приложении требуется очень широкий диапазон напряжений, который не может быть обеспечен одним только повышающим или понижающим преобразователем, рассмотрите возможность использования драйвера светодиодов, основанного на повышающем или повышающем преобразователе. Примером этого является схема ниже от Linear Technology.

 

Цепь драйвера светодиодов, полученная от сети переменного тока

Решения, которые мы обсуждали выше, относятся ко всем приложениям постоянного тока. Как насчет того, если нам нужен светодиодный светильник, который мы можем напрямую подключить к розетке переменного тока, как коммерческие светодиодные светильники, доступные в настоящее время, что нам делать? В связи с этим нам нужна еще одна схема драйвера светодиодов, подходящая для ACDC. Есть несколько вещей, которые делают это возможным.

Неизолированный драйвер светодиодов ACDC с потерями

Ниже приведена схема простого неизолированного драйвера светодиодов ACDC. Он состоит только из пассивных устройств и стабилитрона и диода. Это экономичное решение, но не эффективное и безопасное в использовании. Будь осторожен.

 

Неизолированный драйвер светодиодов ACDC без потерь

Решение, показанное ниже, по-прежнему не изолировано, так как отсутствует изолирующий трансформатор. Это решение предоставлено Richtek с использованием контроллера RT8402. Однако этот драйвер эффективнее по сравнению с первой схемой выше. Это конкретное решение — доллар

производный драйвер светодиодов AC-DC. Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, а Q1, D1, L1 и EC1 являются силовой секцией понижающего преобразователя. Это эффективный драйвер, поскольку Q1 работает между насыщением и отсечкой.