Pk-vtk.ru

Электро освещение
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Драйверы для светодиодов: виды, назначение, подключение

Драйверы для светодиодов: виды, назначение, подключение

Владимир Пузрин

LED-источники должны подключаться к электросети через специальные устройства, стабилизирующие ток – драйверы для светодиодов. Это преобразователи напряжения переменного тока 220 В в постоянный ток с необходимыми для работы световых диодов параметрами. Только при их наличии можно гарантировать стабильную работу, длительный срок эксплуатации LED-источников, заявленную яркость, защиту от короткого замыкания и перегрева. Выбор драйверов небольшой, поэтому лучше сначала приобрести преобразователь, а потом под него подбирать светодиодные источники освещения. Собрать устройство можно самостоятельно по простой схеме. О том, что такое драйвер для светодиода, какой купить и как правильно его использовать, читайте в нашем обзоре.

Драйверы для светодиодов

Стабилизация с использованием измерительного резистора

Точная стабилизация выходного тока представляет проблему для большинства DC/DC-преобразователей, которые, как правило, рассчитаны на стабилизацию выходного напряжения. Чтобы измерить выходной ток, обычно необходимо создать и измерить падение напряжения на чувствительном элементе или же измерить магнитное поле, образуемое протекающим током, с помощью датчика Холла. Датчики Холла громоздки, дороги и не подходят для применения в портативных изделиях. При измерении напряжения на измерительных резисторах в системе возникают дополнительные потери, в результате чего растут тепловыделение и температура и сокращается время работы изделия от батареи.

Измерение тока через СД с помощью измерительного резистора часто выбирают из-за простоты этого подхода, поскольку через измерительный резистор протекает постоянный ток и точность измерения может быть высокой. Но измерительный резистор снижает КПД.

Рис. 1. Сравнение стабилизации тока двумя методами: с помощью измерительного резистора и с помощью полевого МОП-транзистора в силовом каскаде

Рис. 1. Сравнение стабилизации тока двумя методами:
a) с помощью измерительного резистора;
б) с помощью полевого МОП-транзистора в силовом каскаде

На рис. 1а показана типовая блок-схема светодиодного драйвера, в котором ток стабилизируется с помощью измерительного резистора. Напряжение на измерительном резисторе сравнивается с опорным напряжением VREF компаратором на операционном усилителе (ОУ). ОУ управляет силовым каскадом, который преобразует входное напряжение VIN в выходной ток IOUT.

Простой светодиодный драйвер с ШИМ входом

Светодиодный драйвер с ШИМ входом Poorman

Мощные светодиоды 1 Вт и выше сейчас совсем недорогие. Я уверен, что многие из вас используют такие светодиоды в своих проектах.

Читайте так же:
Как померить ток светодиода мультиметром

Однако питание таких светодиодов по-прежнему не такое простое и требует специальных драйверов. Готовые драйвера удобны, но они не регулируемые, или зачастую их возможности излишни. Даже возможности моего собственного универсального светодиодного драйвера могут быть лишними. Некоторые проекты требуют самого простого драйвера, возможности которого хватит.

Poorman’s Buck – простой светодиодный драйвер постоянного тока.

Этот светодиодный драйвер построен без микроконтроллера или специализированной микросхемы. Все используемые детали легкодоступные.

Хотя драйвер задумывался как самый простой, я добавил функцию регулировки тока. Ток может подстраиваться регулятором, установленным на плате или ШИМ сигналом. Это делает драйвер идеальным для использования с Arduino или другими управляющими устройствами — вы можете управлять мощными светодиодами микроконтроллером, просто отправляя ШИМ сигнал. С Arduino вы можете просто подавать сигнал с «AnalogWrite ()» для управления яркостью мощных светодиодов.

Светодиодный драйвер с ШИМ входом Poorman

Особенности драйвера

Работа по схеме buck-конвертера (импульсного понижающего (step-down) преобразователя)
Широкий диапазон выходных напряжения от 5 до 24В. Питание от батарей и адаптеров переменного тока.
Настраиваемый выходной ток до 1А.
Метод контроля тока «цикл за циклом»
До 18Вт выходной мощности (при напряжении питания 24В и шестью 3 Вт светодиодами)
Контроль тока при помощи потенциометра.
Контроль тока может быть использован как встроенный диммер.
Защита от короткого замыкания на выходе.
Возможность управления ШИМ сигналом.
Маленькие размеры — всего 1х1,5х0,5 дюйма(без учета ручки потенциометра).

Светодиодный драйвер с ШИМ входом Poorman

Схема светодиодного драйвера

Схема построена на очень распространенном интегральном двойном компараторе LM393, включённым по схеме понижающего преобразователя.

Индикатор выходного тока сделан на R10 и R11. В результате напряжение пропорционально току в соответствии с законом Ома. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением на компараторе. Когда Q3 открывается, ток течёт через L1, светодиоды и резисторы R10 и R11. Индуктор не позволяют току повышаться резко, поэтому ток возрастает постепенно. Когда напряжение на резисторе повышается, напряжение на инвертирующем входе компаратора также увеличивается. Когда оно становится выше опорного напряжения, Q3 закрывается и ток через него перестаёт течь.

Читайте так же:
Кабель апвббшп 4х240 ток

Поскольку индуктор «заряжен», в схеме остаётся ток. Он течет через диод Шоттки D3 и питает светодиоды. Постепенно этот ток затухает и цикл начинается снова. Этот метод контроля тока называется «цикл за циклом». Также этот метод имеет защиту от короткого замыкания на выходе.
Весь этот цикл происходит очень быстро — более чем 500 000 раз в секунду. Частота этих циклов изменяется в зависимости от напряжения питания, прямого падения напряжения на светодиоде и тока.

Опорное напряжение создается обычным диодом. Прямое падение напряжения на диоде составляет около 0,7В и после диода напряжение остаётся постоянным. Затем это напряжение регулируется потенциометром VR1 для контроля выходного тока. При помощи потенциометра выходной ток можно изменять в диапазоне около 11:01 или от 100% до 9%. Это очень удобно. Иногда после установки светодиодов они оказываются намного ярче, чем ожидалось. Вы можете просто уменьшить ток для получения необходимой вам яркости. Вы можете заменить потенциометр двумя обычными резисторами, если вы хотите установить яркость светодиодов один раз.

Преимущество такого регулятора в том, что он контролирует выходной ток без «сжигания» избыточной энергии. Энергии от источника питания берётся только столько, сколько нужно, чтобы получить необходимый выходной ток. Немного энергии теряется из-за сопротивления и других факторов, но эти потери минимальны. Такой конвертер имеет эффективность 90% и выше.
Этот драйвер при работе мало греется и не требует теплоотвода.

Настройка выходного тока

Драйвер может быть настроен на выходной ток от 350 мА до 1А. Изменяя значение R2 и подключая сопротивление R11, вы можете изменить выходной ток.

Сравнение электронных и балластных драйверов для светодиодных ламп

Из всего выше сказанного ( возможно путанно ) можно сделать сравнительную характеристику между двумя типами драйверов для светодиодных ламп:

Читайте так же:
Устройство двухклавишного выключателя с подсветкой
ДрайверыБалластные на конденсаторахЭлектронные
Вероятность электротравмыВысокая. За счет отсутствия гальванической развязки с сетью. Запрещено прикосновение к элементам руками при включенной лампеНизкая
Высокие токиНе возможно получить высокие токи для свечения диодов, в результате того, что необходимы конденсаторы большого размера. Конструктивно и лампа будет больших размеров. Кроме того, увеличенные конденсаторы влекут увеличение пусковых токов, что приводит к быстрому выходу из строя выключателейВозможно получить без особых проблем
ПульсацияБольшая. Порядка 100 Гц. Практически невозможно избавиться из-за необходимости внедрения конденсаторов большой емкости на выходе, фильтрующих пульсациюЛегко регулируется либо отсутствует
СхемаСхема очень простая. Легко собирается на коленке и не требует больших познаний в радиоэлеткроникеСхема сложная. С большим количеством электронных компонентов
Выходное напряжениеЛегко регулируетсяВыходной диапазон напряжения узкий
СтоимостьНизкаяВысокая
Регулировка токаПутем изменения емкости входного конденсатораБолее сложная. Как правило только при помощи резисторов. И то не всегда. Все зависит от сложности собранной схемы

Какие светодиодные драйверы для ламп лучше, а какие хуже – решать Вам. У обоих есть как сильные так и слабые стороны. И те и другие можно использовать. Только в разных помещениях. Но для себя я ввел градацию простую. Никогда не считаю качественными лампами те, которые собраны на балластах из конденсаторов по причине пульсации. Я сторонник здорового образа жизни))) и поэтому определяю такие источники света сразу в мусор.

Принцип работы драйвера светодиода

Цикл работы драйвера на микросхеме MAX756 можно поделить на два этапа, а именно:

Первый этап

Внутренний транзистор в данный момент открыт и через дроссель L1 протекает линейно-нарастающий ток. В электромагнитном поле дросселя накапливается энергия. Конденсатор C3 постепенно разряжается, отдавая ток светодиодам. Продолжительность фазы составляет примерно 5 мкс. Но эта фаза может быть прекращена досрочно. Это произойдет в том случае, если максимально допустимое значение ток стока транзистора превысит 1 А.

Читайте так же:
Кабель канал для проводов под дерево

Второй этап

Транзистор на этом этапе закрыт. Протекающий ток от дросселя L1 через диод VD1 заряжает конденсатор C3, возмещая его разрядку на первом этапе. При увеличении напряжения на конденсаторе до определенного уровня данный этап заканчивается.

С постепенным понижением входного напряжения и увеличением тока нагрузки, микросхема MAX756 переключается в режим с постоянной продолжительностью фазы (соответственно 5 мкс и 1 мкс соответственно). Выходное напряжение в данном случае не стабилизировано, оно уменьшается, оставаясь по возможности максимальным. От того какое фактическое напряжение элементов питания и тока потребления светодиодами, частота повторения данного цикла меняется в очень широких пределах.

В роли светоизлучателей в драйвере применены четыре светодиода L-53PWC «Kingbright». Так как при токе 15 мА прямое падение на светодиодах составляет около 3,1В, излишние 0,2В приходится гасить, включенным последовательно резистором R1 . По мере прогрева светодиодов, падение напряжения на них снижается, и резистор R1 в каком-то роде стабилизирует ток потребления светодиодов и их яркость свечения.

На заметку: используя стабилизатор напряжения LM2941 можно сделать диммер для светодиодной лампы.

Основные выводы

Светодиоды более требовательны к качеству электроэнергии, чем другие лампы. При превышении значения постоянного тока на 10-20 % в лучшем случае у них сокращается срок службы, в худшем они сгорают. Поэтому делать или выбирать driver нужно на основе точных расчетов.

Пайка резисторов, конденсаторов и готовых микросхем требует определенной сноровки. Проще сделать блок из простых элементов, не требующих создания микросхем с использованием паяльника. Микросхемы лучше покупать в виде готовой сборки, хотя конечная стоимость будет выше, но и качество тоже. Попробовать паять сложные микросхемы можно после того, как будет приобретен опыт в выполнении этой работы.

Читайте так же:
Как поставить одинарный выключатель света

Описание платы с массивом из 32 светодиодов

Общий вид платы с массивом из 32 светодиодов показан на рис. 8, а ее блок-схема соответствует изображенной на рис. 1. Все компоненты размещены на лицевой стороне платы.

Плата с массивом из 32 светодиодов

Эта плата имеет импульсный DC/DC-преобразователь, выполненный на ключевом регуляторе L5970D с шаговым понижением для входных напряжений питания в диапазоне от 5 до 35 В. Эта плата имеет собственное обозначение: STLED32MAT-EVAL1.

Принципиальная схема этой разработки представлена на рис. 9.

Принципиальная схема платы с массивом из 32 светодиодов

Два драйвера светодиодов STP16CL596 с 16 выходами в каждом управляются одним микроконтроллером ST7LITE09. Все основные элементы и функции (связи, регулирование яркости, регулирование скорости мигания) аналогичны плате с массивом из 80 светодиодов. Дополнительным является только наличие импульсного DC/DC-преобразователя. Значение его выходного напряжения составляет 4 В, а максимального тока — 1 A (микросхема L5970D) [3]. Тактовая частота для этого приложения составляет 83,6 кГц, а частота сигнала ШИМ для регулирования яркости — 654 Гц. Спецификация используемых для данной платы компонентов представлена в таблице 2.

Кроме драйверов светодиодов, примененных в рассмотренных разработках, компанией ST производится целое семейство подобных микросхем, полный перечень которых представлен в таблице 3.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector