Драйвер и импульсный блок питания. Отличия, принцип работы. Что лучше выбрать?

Многие довольно часто путают блоки питания и драйвера, подключая светодиоды и светодиодные ленты не от тех источников что нужно.

В итоге через небольшой промежуток времени они выходят из строя, а вы и не подозреваете в чем была причина и начинаете ошибочно грешить на «некачественного» производителя.

Рассмотрим подробнее в чем их отличия и когда нужно применять тот или иной источник питания. Но для начала кратко разберемся в типах блоков питания.

Трансформаторный блок

Сегодня уже довольно редко можно встретить применение трансформаторного БП. Схема их сборки и работы довольно проста и понятна.

Самый главный элемент здесь, безусловно трансформатор. В домашних условиях он преобразует напряжение 220В в напряжение 12 или 24В. То есть, идет прямое преобразование одного напряжения в другое.

Частота сети при этом, привычные нам всем 50 Герц.

Далее за ним стоит выпрямитель. Он выпрямляет синусоиду переменного напряжения и на выходе выдает «постоянку». То есть 12В, подаваемые к потребителю, это уже постоянное напряжение 12V, а не переменное.

У такой схемы 3 главных достоинства:

• незамысловатость конструкции

• относительная надежность

Однако есть здесь и недостатки, которые заставили разработчиков задуматься и придумать что-то более современное.

• во-первых это большой вес и приличные габариты

• как следствие первого недостатка — большой расход металла на сборку всей конструкции

• ну и ухудшает все дело низкий косинус фи и низкий КПД

Именно поэтому и были изобретены импульсные источники питания. Здесь уже несколько иной принцип работы.

Импульсные блоки питания

Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.

Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача — создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.

Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.

Третий элемент в схеме — импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие — это маленькие габаритные размеры.

Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.

Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.

Преимущества импульсных блоков:

• маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе

• напряжение питания можно подавать в большом разбросе

• при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи

Есть и недостатки:

• усложненность сборочной схемы

• сложная конструкция

• если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования

Проще говоря, блок питания что обычный, что импульсный — это устройство у которого на выходе строго одно напряжение. Его конечно можно «подкрутить», но в не больших диапазонах.

Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.

В чем отличия драйвера от блока питания

Почему же для светодиодов нельзя применять простой БП, и для чего нужен именно драйвер?

Драйвер — это устройство похожее на блок питания.

Однако, как только в него подключаешь нагрузку, он заставляет стабилизироваться на одном уровне не напряжение, а ток!

Светодиоды «питаются» электрическим током. Также у них есть такая характеристика, как падение напряжения.

Если вы видите на светодиоде надпись 10мА и 2,7В, то это означает, что максимально допустимый ток для него 10мА, не более.

При протекании тока такой величины, на светодиоде потеряется 2,7 Вольт. Именно потеряется, а не требуется для работы. Добьетесь стабилизации тока и светодиод будет работать долго и ярко.

Более того, светодиод — это полупроводник. И сопротивление этого полупроводника зависит от напряжения, которое на него подано. Изменяется сопротивление по графику — вольтамперной характеристике.

Если на нее посмотреть, то становится видно, даже если вы не намного увеличите или уменьшите напряжение, это резко, в разы изменит величину тока.

Причем зависимость не прямо пропорциональная. 

Казалось бы, один раз выставь точное напряжение и можно получить номинальный ток, который необходим для светодиода. При этом, он не будет превышать предельные величины. Вроде бы и обычный блок с этим должен справиться.

Однако у всех светодиодов уникальные параметры и характеристики. При одном и том же напряжении они могут «кушать» разный ток.

Мало того, эти параметры еще способны меняться при изменении окружающей температуры.

А температурный диапазон работы светодиодных светильников очень большой.
Например, зимой на улице может быть -30 градусов, а летом уже все +40. И это в одном и том же месте.

Поэтому, если вы такие светильники подключите от обычного импульсного блока питания, а не от драйвера, то режим их работы будет абсолютно не предсказуем.

Работать они конечно будут, но в каком режиме светоотдачи и насколько долго неизвестно. Заканчивается такая работа всегда одинаково — выгоранием светодиода.

Кстати, при превышении температуры световой поток у светодиодных светильников всегда падает, даже у тех, которые подключены через драйвер. У некачественных экземпляров световой поток падает очень сильно, стоит им поработать около часа и нагреться.

У качественных изделий световой поток с нагревом уменьшается слабо, но все же уменьшается.

Поэтому каждому светильнику после запуска, нужно дать время, чтобы он вышел на свой рабочий режим и световой поток стабилизировался. Его изменение должно быть не более 10% от начального.

Многие недобросовестные производители хитрят и измеряют эти параметры сразу после включения, когда поток еще максимальный.

Если вам нужно соединить несколько светодиодов, то подключаются они последовательно. Это необходимо, чтобы через все элементы, несмотря на их разные ВАХ (вольт-амперные характеристики), протекал один и тот же ток.

А уже эту последовательную цепочку подключают к драйверу. Данные цепочки можно комбинировать различными способами. Создавать последовательно-параллельные или гибридные схемы.

Недостатки драйверов

Безусловно и у драйверов есть свои неоспоримые недостатки:

• во-первых они рассчитаны только на определенный ток и мощность 

А это значит, что для каждого драйвера каждый раз придется подбирать определенное количество светодиодов. Если один из них случайно выйдет из строя в процессе работы, то драйвер весь ток запустит на оставшиеся.

Что приведет к их перегреву и последующему выгоранию. То есть потеря одного светодиода влечет за собой поломку всей цепочки.

Бывают и универсальные модели драйверов, для них не важно количество светодиодов, главное чтобы их общая мощность не превышала допустимую. Но они гораздо дороже.

• узкоспециализированность на светодиодах 

Простые блоки питания можно использовать для разных нужд, везде где необходимы 12В и более, например для систем видеонаблюдения.

Основное же предназначение драйверов — это светодиоды.

А есть бездрайверные заводские светильники? Есть. Не так давно на рынке появилось немало таких Led светильников и прожекторов.

Однако энергоэффективность у них не очень высокая, на уровне обычных люминесцентных ламп. И как он поведет себя при возможных перепадах параметров в наших сетях, большой вопрос.

Светодиодные ленты — подключение от блока питания или драйвера?

Отдельный вопрос это светодиодные ленты. Для них вовсе не нужны драйвера, и как известно они подключаются от привычных нам блоков питания 12-36 Вольт.

Казалось бы в чем подвох? Там же тоже стоят светодиоды.

А дело в том, что драйвер уже автоматически присутствует в самой ленте.

Все вы видели на светодиодных лентах впаянные сопротивления (резисторы).

Они как раз таки и отвечают за ограничение тока до номинальной величины. Одно сопротивление устанавливается на три последовательно подключенных светодиода.

Такие участки ленты, рассчитанные на напряжение 12 Вольт называют кластерами. Эти отдельные кластеры на всем протяжении ленты подключены между собой в параллель.

И именно благодаря такому параллельному соединению, на все светодиоды подается одинаковое напряжение 12В. Благодаря кластеризации при монтаже низковольтной ленты, ее спокойно можно отрезать на мелкие кусочки, состоящие минимум из 3-х светодиодов.

Казалось бы, решение найдено и где здесь недостаток? А главный недостаток такого устройства — эти резисторы не проделывают никакой полезной работы.

Они лишь дополнительно нагревают окружающее пространство и сам светодиод возле него. Именно поэтому светодиодные ленты не светят так ярко, как нам хотелось бы. Вследствие чего, их используют лишь как дополнительный свет интерьера.

Сравните 60-70 люмен/ватт у светодиодных лент, против 120-140 лм/вт у светильников и решений на основе драйверов.

Возникает вопрос, а можно ли найти ленту без сопротивлений и подключить к ней драйвер отдельно? Да, такие устройства например применяют в светодиодных панелях.

Их часто монтируют в подвесном потолке и не только. Применяются они без сопротивлений. Еще их называют токовыми светодиодными линейками.

Именно токовыми. Здесь все отдельные участки линеек подключаются последовательно на один драйвер. И все прекрасно работает.

Драйвер для мощных светодиодов

ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕРХЯРКИХ СВЕТОДИОДОВ

    Микросхема HV 9910 выпускается фирмой Supertex I nc . для применения в светодиодных лампах, питающихся напряжением от 8 до 450 V (!).
    Микросхема представляет собой импульсный источник стабильного тока через светодиод или светодиодную матрицу составленную из последовательно включенных суперярких светодиодов . Входное напряжение постоянного тока мо жет быть от 8 до 450 V ( при работе от переменного тока используется мостовой или другой выпрямитель ).
    Микросхема работает совместно с внешним высоковольтным MOSFET транзистором . Частоту переключения можно регулировать от нескольких десятков килогерц до 300 кГц путем изменения сопротивления одного резистора , подключенного к выводу RT . Ток через светодиоды можно задать от единиц миллиампер до 1 А путем изменения величины контрольного сопротивления , включенного в цепи истока выходного транзистора . Напряжение с этого сопротивления поступает на вывод CS микросхемы , и по величине этого напряжения вычисляется величина тока .
    Кроме того , яркостью светодиода ( или светодиодов ) можно управлять подачей управляющих импульсов на вывод PWM , при этом происходит модуляция этими импульсами более высокочастотного импульсного сигнала , на котором происходит преобразование. Соответственно скважности модулирующих импульсов изменяется и яркость светодиодов . При подаче логической единицы на вывод PWM генератор включен , а при подаче нуля — выключен . В микросхеме имеется встроенный стаби лизатор напряжения 7,5 V, который может быть использован для системы управления . Частоту генератора можно установить в диапазоне от 25 до 300 кГц изменением сопротивления резистора на выводе Rt ( или Rosc ). Частота определяется по формуле : F = 25000/( R +22). Частота выражена в кГц , сопротивление в кОм . Частота импульсов ШИМ , подаваемых на вывод PWM может быть от 100 Гц до 5 кГц . При этом , скважность импульсов может быть от нуля до 100% , то есть , практически любая . Соответствующим образом будет изменяться яркость светодиода ( или светодиодов ). Сопротивление контрольного резистора в цепи истока выходного транзистора выбирают таким , чтобы при максимальном токе напряжение на нем было равно 0.25 V .

    Используя подобный драйвер Вы однозначно избежите злоключений, кторые постигли меня — спешка в при включении мощных светодиодов разлучила меня с несколькими, пусть и не очень дорогими светодиодами:

    Выход я конечно нашел — собрал стабилизатор тока, но только максимально к нему можно подключить всего два светодиода:

    Светодиоды покупал ЗДЕСЬ, но товар видимо закончился, поэтому в следующий раз буду брать ЗДЕСЬ. Разумеется в планах есть покупка и описанного в статье драйвера для светодиодов. Результаты поисков ЗДЕСЬ.

    По поводу мощных светодиодов для освещения остается добавить, что ТЕПЛЫЙ СВЕТ лучше для жилых помещений, он хоть немного тусклее, но намного приятней глазу, а вот для уличных фонарей лучше брать ХОЛОДНЫЙ — светит заметно ярче.

    Разумеется, что это не единственная схема драйвера для светодиодов. Можно использовать и схемы работающие в линейном режиме стабилизатора тока. Для начала схема подобного драйвера была исследована в симуляторе, причем проверялись практически все режимы работы с различным количеством светодиодов и при различных величинах напряжения питания:

    В приведенной схеме диодный мост и сглаживающий фильтр сетевого напряжения питания заменен на эквивалент — источник постоянного тока с напряжением 310 вольт. Проверка показала возможность запитки до 50-60 штук светодиодов с током от 15 до 25 мА, при этом диапазон питающего сетевого напряжения составляет от 160 до 260 вольт без изменения яркости свечения. Если диапазон питания уменьшить, то возможно подключение и 60-70 светодиодов. Единственный недостаток данного драйвера — довольно высокое тепловыделение на силовом транзисторе и тем оно выше, чем мощнее будут светодиоды. Поэтому при использовании данного драйвера необхдимо предусмотреть соответствующий радиатор для силового транзитора. Для питания сорока светодиодов при токе 24-25 мА радиатора от чипсета материнской платы треьего Пентиума вполне хватило.
    Более подробно об этой схеме линейного драйвера можно посмотреть в видео:

    В видео использованы светодиоды купленные ЗДЕСЬ.

       Разумеется были опробованы и SMD светодиоды, однако выяснилось несколько интересных моментов. Но обо всем по порядку. Для начала была смоделирована схема:

    На схеме установлено 84 светодиода и номинал измерительного резистора составил 3,6 Ома. Однако при первичных тестах от пониженного напряжения стало понятно, что ток в 0,15 А для этих светодиодов слишком велик и после нескольких подюоров измерительный резистор стабилизатора тока приобрел номинал равный 26 Омам. Плата со светодиодами была установлена на радиаотор через термопасту и через 20-30 минут нагревается до температуры 60 градусов, т.е. как бы и этого многовато.
    По поводу этой матрицы было снято видео и благодаря подписчику LINKS_234 стала доступна более расширенная информация по пооводу этих и им аналогичных светодиодов.

    Использования данного стабилизатора тока в схеме светодиодного драйвера на светодиодах SMD.

    Прежде всего удалось выявить более-менее надежного продавца, чьи светодиоды соответствуют заявленым в описании характеристикам. Светодиоды конечно же несколько дороже, однако тут уж выбирайте сами — либо цена, либо качество.
    Я покупал ЗДЕСЬ, а надо было покупать светодиоды ЗДЕСЬ.
    Кроме всего прочего так же выяснилось, что совсем не обязательно самому паять SMD светодиоды, поскольку уже есть уже ГОТОВЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МАТРИЦЫ на различные мощности. Разннобразие и мощностной диапазон просто огромный и я обязательно что то для себя приобрету.
    Было бы не справедливо умолчать еще об одной интересной ссылке — светодиодные лампы на 220 вольт нового поколения. Конструктив данных ламп провел впечатление, а положительный отзыв давнего проверенного подписчика позволяет верить тому, что лампы действительно хороши. Лампы на 3, 7, 9 и 12 Вт.

    Как и положено есть возможность выбора ТЕПЛОГО или ХОЛОДНОГО света, впрочем подроности смотрите сами ЗДЕСЬ.

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

Драйверы для светодиодных лент мощностью до 100 Ватт

Схемы питания светодиодов

материалы в категории

В последнее время мощные сверхяркие светодиоды в качестве источников света всё больше завоевывают рынок, вытесняя лампы накаливания и энергосберегающие люминесцентные лампы,  Тому есть несколько причин: малое энергопотребление, большой срок  службы, небольшие габариты, безопасность, удобство монтажа.

Не оказалась в стороне и бытовая радиоэлектроника- применение светодиодной подсветки в lcd телевизорах или мониторах гораздо выгоднее и надежнее чем раньше- при помощи люминесцентных ламп.

Но при всех преимуществах светодиодов и них имеются и свои особенности- из-за нелинейной вольт-амперной характеристики питание светодиодов должно осуществляться только стабильным током, с величиной, определяемой паспортными данными прибора.   Устройство, которое обеспечивает стабильный ток питания нагрузки, обычно называют драйвером.

Основные требования к драйверу: высокий КПД, надёжность, стабильность выходного тока независимо от напряжения питания. 
Чаще всего схемотехника драйверов основана на использовании импульсных схем с использованием накопительного дросселя, ключевого элемента и схемы управления ключевым элементом, работающим на частоте 30 -100 кГц.  Если рабочее напряжение светодиода ниже напряжения источника питания, в схеме драйвера светодиод подключается последовательно с дросселем и ключевым элементом (наиболее распространённая ситуация), а если на светодиод требуется подать напряжение выше, чем у источника питания —  используется схема с накопительным дросселем, ток через который прерывается с высокой скоростью, что вызывает появление всплесков  напряжения в десятки раз выше питающего.  Повышенное напряжение  подаётся на светодиод, ток в цепи которого контролируется и используется для регулирования выходного напряжения.

Драйверы для питания низковольтных светодиодов от  источников напряжения  90 — 240 В широко распространены и доступны,  схемотехника достаточно освещена  в различных публикациях, в драйверах часто используются специализированные микросхемы, обеспечивающие минимальное количество внешних элементов.   В случае, когда несколько последовательно соединённых светодиодов или многокристальная светодиодная матрица подключается к  источнику с меньшим напряжением  схема  незначительно изменяется.

На рисунке  показана схема драйвера для светодиодной матрицы с напряжением около 32В и рабочим током 350 мА.

Основными элементами в схеме являются: накопительный дроссель L1, ключевой транзистор VT1  и микросхема задающего генератораDA1.  Микросхема обеспечивает импульсы с короткими фронтами для управления транзистором VT1, что позволяет  получить на стоке транзистора всплески напряжения до 50В  (зависит от параметров дросселя, транзистора и крутизны фронтов управления). Ток на сборку светодиодов поступает через токоизмерительный резистор R7.  При достижении тока 0,35А  напряжение на R7 составляет 0,7В, транзисторVT2 открывается и обеспечивает прерывание импульсов запуска. При снижении тока импульсы запуска транзистора VT1 появляются вновь, обеспечивая стабилизацию тока на нагрузке.  Резисторы R3, R4  служат для ограничения выходного напряжения на выходе при отключении нагрузки, предотвращая выход из строя электронных компонентов.

    В схеме можно использовать подходящие дроссели, намотанные проводом 0,3 … 1,0 мм на стержневых ферритовых сердечниках (несколько хуже на ферритовых кольцах), имеющие индуктивность 40 — 200 мкГн.  Габариты дросселя определяются требуемой мощностью нагрузки.  В качестве транзистора VT1  можно использовать n-канальные полевые транзисторы, имеющие небольшую ёмкость затвор-исток,  ток стока  5 -30А и максимальное напряжение стока свыше 55В.  Конденсаторы С2, С4 должны иметь низкое внутренне сопротивление для обеспечения большого импульсного тока через дроссель L1,  желательно использовать танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа.   Недостаток схемы — сильная зависимость работы схемы от параметров дросселя и полевого транзистора.

У автора возникла необходимость переделать Китайские светодиодные прожекторы с напряжением питания 90 -240 В  на напряжение 12 В.  

В прожекторах используются светодиодные матрицы 10 — 100 Вт с рабочим напряжением 32-34 В (матрица из 9 кристаллов).  Поиски готовых драйверов в торговой сети не привели к успеху — найденное подходило только для низковольтных светодиодов.  Из-за  большой требуемой мощности  и  условия некритичности к типу  используемых элементов  схема драйвера была несколько доработана.  В качестве задающего генератора использована распространённая микросхема MC33063AP1, имеющая более чувствительный вход обратной связи по току (1,2 В вместо 2,5 В у предыдущей схемы).  Для формирования запускающих импульсов с короткими фронтами  для  полевого транзистора используется микросхема- драйвер TLP250,  часто используемая  в различных преобразователях и источниках бесперебойного питания для управления мощными полевыми или IGBTтранзисторами.   Использование этого драйвера позволило использовать практически любые  мощные полевые транзисторы, например IRF8010, что позволяет легко получить мощность на выходе 100 Вт и более. 

В качестве дросселя L1  использовались готовые катушки  диаметром 15 мм, намотанные на стержневых ферритовых сердечниках от старых мониторов проводом 0,8 — 1,2 мм.   Индуктивность катушек  должна составлять 40 — 160 мкГн. Чем выше индуктивность, тем ниже может быть рабочая частота задающего генератора.  При индуктивности 40 мкГн она должна быть около 100 кГц, а  160 мкГн — 30 кГц. Ток нагрузки определяется сопротивлением резистора R4.  На нём всегда падает 1,25 В.  Сопротивление этого резистора подсчитывается по формуле:  R (Ом) = 1,25 / I нагрузки (А).  Резисторы R2, R3  и стабилитрон VD2  служат для ограничения выходного напряжения на уровне 50В при отключении нагрузки, в противном случае напряжение на выходе может достигнуть 100 В и более.

   Схема имеет высокий КПД, достигающий 88%, поэтому нагрев элементов минимальный. Радиатор транзистору VT1 не требуется, достаточно охлаждения на печатную плату 

Схема может использоваться для питания цепочек светодиодов или светодиодных матриц с рабочим напряжением 15 — 50 В.  При  иной нагрузке и выходном напряжении необходимо пересчитать  сопротивление R4, а также соотношение резисторов R2, R3.  Может потребуется замена диода VD1 на более мощный. 

   Правильно собранная схема начинает работать сразу.  Если нет уверенности в исправности элементов или правильности монтажа, вначале вместо светодиодов подключают  нагрузочный резистор с таким расчётом, чтобы при нормальном режиме ток через него и напряжение совпадали с рабочими параметрами светодиода.  В случае использования 10W светодиодных матриц  с рабочим напряжением 32В и током 0,35 А  резистор должен быть сопротивлением примерно 100 Ом и мощностью 10Вт.  Плату подключают к блоку питания через ограничительный резистор с сопротивлением 3 .. 5 Ом. Убедившись, что всё работает нормально и ток потребления не превышает расчётного, резистор отключают.

Автор Кравцов В.Н. http://kravitnik.narod.ru
Обсудить на форуме

Зачем светодиоду нужен драйвер? | ЭлектроУникум

dcAlex
♦ 12.05.2013

♦ 14 комментариев

Сегодняшний пост, решил посвятить вопросу, который с однойстороны вроде как и не требует особого внимания, а с другой стороны часто возникает у людей, которые начинают знакомиться с миром светодиодной светотехники.

Итак «Зачем светодиоду нужен драйвер?»

Начнём с основ, которые не сильно поменялись со времен изобретения Ником Холоньяком в 1962 году первого красного светодиода. Светодиод — это полупроводниковый диод, преобразующий приложенную к нему
электрическую энергию в некогерентное световое излучение. Световое излучение достигается за счет рекомбинации неосновных носителей в области p-n перехода. Поток неосновных носителей в свою очередь обеспечивается прямым напряжением смещения.

Вот тут-то возникает основные трудности у начинающих разработчиков светодиодных устройств.   Дело в том, что в отличии от обычных выпрямительных диодов, кроме того что у светодиодов значение прямого напряжения больше,  больше и его разброс .  И если  эту особенность не учесть , то это может привести к печальным последствиям, так как небольшие изменения прямого напряжения приводят к значительным изменениям тока. Причем ни у одного производителя  вы не найдете этот диапазон, по крайней мере на сегодняшний день. В лучшем случае, как например для  светодиодов Cree, вы найдете типовые  и максимальные значения. Пример типовой вольт амперной характеристики на примере диода XQ-D дан на рисунке, также в таблице приведены значения прямого напряжения падения.

И если с разбросом прямого напряжения падения всё понятно  перейдём к следующему факту. Яркость  светодиода зависит от протекающего через него тока, а не напряжения. Т.е если мы хотим заставить светодиод выдать необходимый нам световой поток, а для цветных светодиодов ещё  и получить заявленный цвет, мы должны обеспечить необходимое значения тока через него. Типовая зависимость светового потока от  заданного тока дана ниже на примере диода XQ-D.

Соответственно, чтобы достичь заявленной производителем оптимальной яркости нам необходимо обеспечить светодиод соответствующим током.  Таким образом становиться ясным, что основное назначение драйвера светодиода — это обеспечить требуемый ток. В простейшем случае драйвер светодиода не что иное как обычный источник постоянного тока, обеспечивающий заданное значение тока через светодиод.

Поэтому вполне логичным выглядит использование источника постоянного стабилизированного напряжения  с резистором в качестве токоограничевающего/преобразующего  напряжение в ток элемента.

Действительно такое решение достаточно простое, дешёвое и требует минимального  количества компонентов .  Одним из минусов такого решения является тот факт, что из-за разброса параметров светодиода, при заданном и рассчитанном значении резистора мы будем иметь разброс тока через диод и следовательно  будет различаться световой поток.   При небольших количествах устройств  данный минус обходиться простым подбором резистора под конкретные диоды. Но данное решение начинает становиться большим минусом когда речь заходит о серийном производстве.

Также  не смотря на то, что  резистор является простейшим преобразователем напряжения в ток, КПД такого решения будет тем ниже чем больше  падение напряжения на резисторе, что становиться существенным ограничением при использовании мощных светодиодов где рабочий ток 1А и более.

И напоследок следует отметить, что большинство  драйверов светодиодов кроме управления током через светодиод позволяют реализовать дополнительные функции: диммирование, защита системы от обрыва и короткого замыкания, тепловая защита и т.д. Поэтому если не  стоит вопрос энергоэффективности,  повторяемости световых характеристик, управления световым потоком,  защиты системы от сбоев то собственно говоря драйвер и не нужен. Во всех других случаях без него будет трудно обойтись.  Если  есть другие интересующие вопросы по  данной тематике, оставляйте комментарии — будем на них отвечать по мере сил и возможностей.

Пример расчёта LED-драйвера представлен в статье:  Расчёт неизолированного драйвера светодиода на примере LM3448.

Другие статьи по теме светодиодного освещения можно найти в рубрике «Светодиодное освещение».

LED-драйверы и системы управления светодиодным освещением

Введение

Компаниями «Интеграл» (Республика Беларусь), «Тандем Электроника» (Российская Федерация) и СКТБ «Микроника» (Республика Беларусь) организовано производство LED-ламп и светильников, начиная от разработки, производства интегральных микросхем (ИМС) LED-драйверов и систем управления освещением и заканчивая изготовлением плат применения.

Производимые LED-лампы и светильники характеризуются продолжительным сроком эксплуатации, крайне низким уровнем энергопотребления, высокой светоотдачей, отсутствием пульсаций светового потока, нечувствительностью к нестабильной электросети и к частым включениям/выключениям, способностью уверенно работать в условиях повышенной влажности и серьезных морозов. В случае необходимости используется модульное расположение LED-диодов в осветительной системе, что позволяет не заменять незамедлительно LED-лампу при выходе из строя одного или нескольких светодиодов, так как общая светоотдача такой системы изменяется незначительно.

Светодиодные лампы и светильники обычно состоят из светодиодного модуля и платы источника тока (LED-драйвера), размещенных в корпусе-радиаторе. Все LED-лампы, трубки и светильники компаний «Интеграл» и «Тандем Электроника» комплектуются LED-драйверами, разработанными компанией СКТБ «Микроника», которая использует в их составе ИМС собственной разработки.

Во многих случаях актуально создание с целью экономии электроэнергии (системы уличного, офисного освещения, «умный дом») или для реализации специальных режимов освещения (птицеводческие фабрики, тепличное освещение и др.) управляемых систем освещения, в составе которых необходим управляемый источник питания (УИП). Использование УИП в таких системах освещения может обеспечивать как групповое, так и адресное управление каждым светильником. Кроме того, УИП обеспечивают поддержку открытой распределенной архитектуры с интеллектуальной периферией, которая позволяет, во-первых, оптимизировать систему управления освещением под индивидуальные требования заказчика, во-вторых, система имеет расширенные функции по управлению освещением и обеспечивает возможность ее интеграции с другими распределенными системами управления. Основная область применения таких систем — птицеводческие помещения, энергосберегающее уличное и офисное освещение.

LED-драйверы

LED-драйверы разрабатываются специалистами компаний «Интеграл» и «Тандем Электроника» и производятся на собственных мощностях с использованием пассивных комплектующих ведущих мировых производителей, что гарантирует их высокие эксплуатационные характеристики. В драйверах светодиодов, которые по типу подразделяются на линейные, изолированные и неизолированные, используются собственные специально спроектированные микросхемы, обеспечивающие функционирование драйвера с высокими техническими параметрами (таблица 1).

Как видно из таблицы, разработанные LED-драйверы характеризуются расширенным диапазоном входного напряжения, высокой эффективностью, высоким фактором мощности. Стабильность тока всех типов драйверов не хуже ±(1-3)%, срок службы более 40 000 ч. Возможно увеличение срока службы до 80 000 ч и более за счет схемотехнических решений, исключающих электролитические конденсаторы в плате драйвера.

Линейные LED-драйверы

Линейный драйвер представляет собой ограничитель тока, выполненный на семействе микросхем MCA1504, рассчитанных на типовой выходной ток 20, 30, 40 и 60 мА. Упрощенно ограничитель тока можно представить в виде некоего регулируемого резистора, сопротивление которого меняется в зависимости от напряжения на нем, за счет чего ток в цепи резистора остается постоянным [1]. Внешний вид драйвера и его схема показаны на рис. 1. Стабильность тока составляет ±2,5% в диапазоне сетевых напряжений 210-230 В (рис. 2).

Рис. 1. Линейный светодиодный драйвер на ИМС МСА1504 40 мА:
а) внешний вид;
б) электрическая схема

Рис. 2. Зависимость тока светодиодов от входного напряжения линейного драйвера с выходным током 40 мА на ИМС МСА1504

Изолированные LED-драйверы

Изолированный драйвер мощностью 6-22 Вт разработан на базе микросхемы MCA1501 [2], а мощностью 40-200 Вт — на базе MCA6062. Драйвер этого типа представляет собой гальванически изолированный от сети обратноходовой импульсный преобразователь напряжения (flyback converter) с контролем выходного тока через цепь обратной связи посредством оптопары и активным корректором коэффициента мощности (ККМ). Внешний вид драйверов на ИМС МСА1501 и МСА6062 и их блок-схема показаны на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид изолированного LED-драйвера:
а) 11 Вт;
б) 60 Вт;
в) блок-схема драйвера мощностью 60 Вт

Микросхемы MCA1501 и МСА6062 представляют собой сетевой светодиодный контроллер с ККМ, разработанный для управления обратно-ходовыми понижающими или повышающими преобразователями, работающими в режиме критической проводимости (Critical Conduction Mode). Драйверы данной конструкции характеризуются высокой стабильностью тока: изменение тока не превышает ±1% в диапазоне сетевых напряжений 90-255 В (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость тока светодиодов от входного напряжения изолированных LED-драйверов мощностью 11 и 60 Вт

В изолированном LED-драйвере большой мощности (60-200 Вт) используется схема обратноходового импульсного преобразователя напряжения на базе ИМС MCA6062 с активным ККМ на входе (рис.  5).

Рис. 5. LED-драйвер мощностью 60-200 Вт:
а) внешний вид;
б) блок-схема

Неизолированные LED-драйверы

Схема неизолированных светодиодных драйверов содержит фильтр радиопомех, блок выпрямителя, схему управления со встроенным активным либо с внешним пассивным ККМ и блок ключа с интегрирующим элементом. Данные LED-драйверы мощностью 3-22 Вт построены на базе микросхем MCA1602 и МСА1503 и представляют собой понижающий импульсный преобразователь напряжения (buck converter) с пассивным ККМ (для схемы с MCA1602) и активным ККМ (для схемы с МСА1503). Внешний вид неизолированных LED-драйверов и их блок-схема показаны на рис. 6, 7. Изменение тока неизолированных LED-драйверов на базе ИМС МСА1602 и МСА1503 в диапазоне сетевых напряжений 100-255 В не превышает ±3% (рис. 8).

Рис. 6. Неизолированный LED-драйвер на базе микросхемы MCA1602:
а) внешний вид;
б) блок-схема

Рис. 7. Неизолированный LED-драйвер на базе микросхемы MCA1503:
а) внешний вид;
б) блок-схема

Рис. 8. Зависимость тока светодиодов от входного напряжения LED-драйверов на базе ИМС MCA1602 мощностью 6 Вт и МСА1503 мощностью 9 Вт

Управляемый источник питания

УИП при решении задачи создания интеллектуальных систем освещения обеспечивает реализацию двух основных функций:

• прием, обработка и передача микросхеме LED-драйвера управляющего сигнала;
• обеспечение заданной яркости свечения источника света при оптимальных режимах работы светодиодов.

Конструктивно УИП реализован на одной плате (рис. 9), которая содержит контроллер управления с каналом цифрового интерфейса и источник импульсного тока питания светодиодов — LED-драйвер. В составе УИП могут использоваться как изолированные, так и неизолированные LED-драйверы, аналогичные описанным выше.

Рис. 9. Внешний вид УИП с неизолированным 20-Вт LED-драйвером

LED-драйвер мощностью 20 Вт, входящий в состав УИП, изображенного на рис. 9, представляет собой понижающий импульсный преобразователь напряжения (buck converter) с пассивным ККМ и схемой управления тока светодиодов по LIN-интерфейсу. Зависимости эффективности (КПД), выходного тока (тока светодиодов) и фактора мощности этого LED-драйвера представлены на рис. 10-12.

Рис. 10. Зависимость эффективности от входного напряжения 20-Вт LED-драйвера в УИП

Рис. 11. Зависимость тока светодиодов от входного напряжения 20-Вт LED-драйвера в УИП

Рис. 12. Зависимость фактора мощности от входного напряжения 20-Вт LED-драйвера в УИП

Управление яркостью светодиодов осуществляется по следующему алгоритму (рис. 13): цифровой управляющий сигнал формируется контроллером пульта управления системы в соответствии с установленной на нем программой и поступает по двухпроводному оптически развязанному каналу связи в модуль интерфейса UART микроконтроллера управления УИП.

Рис. 13. Структурная схема системы индивидуального управления светодиодными светильниками

Каждый микроконтроллер управления УИП имеет уникальный адрес. В системе пульт управления имеет статус мастера интерфейсной шины, остальные устройства являются ведомыми. Физически сигнал в линии передачи данных является токовым, что обеспечивает устойчивость к внешним помехам и позволяет создавать линии связи длиной до 200 м. В каждом устройстве имеется блок сопряжения с микроконтроллером через оптическую сигнальную развязку. Блок интерфейса микроконтроллера управления модифицирует протокол LIN, уменьшая скорость обмена данными до скорости 10 кбит/с, что обеспечивает устойчивую работу канала связи на длинных расстояниях при вполне достаточной для управления системами освещения скорости. В соответствии с принятой командой микроконтроллер выдает сигнал управления (ШИМ или линейный) на вход диммирования микросхемы LED-драйвера.

Литература

1. Рудаковский Д., Цевелюк Е., Тарайкович А., Яцко Т. Регуляторы тока светодиодов «Микроника» серии MCA1504 // Полупроводниковая светотехника. 2012. № 4.
2. Цевелюк Е., Котов В. Обзор LED-драйверов для светодиодных ламп широкого применения // Полупроводниковая светотехника. 2013. № 1.

Что такое светодиодный драйвер?

Что такое светодиодный драйвер?

Драйвер светодиода — это автономный источник питания, который регулирует мощность, необходимую для светодиода или массива светодиодов. Светоизлучающие диоды — это маломощные осветительные устройства с длительным сроком службы и низким энергопотреблением, поэтому необходимы специализированные источники питания.

Чем драйвер светодиода отличается от конвекционного источника питания?

Драйвер светодиодного освещения чем-то похож на круиз-контроль в автомобиле: требуемый уровень мощности изменяется в зависимости от температуры светодиода, увеличивается и уменьшается.Без правильного драйвера светодиодной лампы светодиоды будут слишком горячими и нестабильными, что приведет к отказу и снижению производительности. Для обеспечения безупречной работы светодиодов требуется автономный драйвер светодиодов, обеспечивающий поддержание постоянного количества энергии на светодиод.

Светодиоды обеспечивают низкое напряжение и защиту светодиодов.

• Обеспечивает низкое напряжение

Отдельные светодиодные лампы работают при напряжении от 1,5 до 3,5 вольт и токе до 30 мА.Бытовые лампы могут состоять из нескольких ламп, соединенных последовательно и параллельно, и для этого требуется общее напряжение от 12 до 24 В постоянного тока. Драйвер светодиода выпрямляет переменный ток и понижает уровень в соответствии с требованиями. Это означает преобразование высокого сетевого напряжения переменного тока в диапазоне от 120 до 277 вольт в необходимое низкое напряжение постоянного тока.

• Обеспечивает защиту светодиодных ламп

Драйверы светодиодов обеспечивают защиту светодиодных ламп от колебаний тока и напряжения.Драйверы обеспечивают, чтобы напряжение и сила тока светодиодных ламп оставались в пределах рабочего диапазона светодиодов независимо от колебаний в электросети. Защита позволяет избежать слишком большого напряжения и тока, которые могут ухудшить работу светодиодов, или слишком низкого тока, который может снизить светоотдачу.

Типы светодиодных драйверов

Драйверы светодиодов используются либо снаружи, либо внутри сборки светодиодной лампы.

Внутренние драйверы светодиодов

Они обычно используются в домашних светодиодных лампах, чтобы упростить замену лампочек; внутренние драйверы обычно размещаются в том же корпусе, что и светодиоды.

Рисунок 1 Внутренние драйверы светодиодов в светодиодной лампе — Изображение предоставлено

Внешние драйверы светодиодов

Внешние драйверы размещаются отдельно от светодиодов и обычно используются для таких приложений, как наружное, коммерческое и дорожное освещение. Эти типы огней требуют отдельных драйверов, которые проще и дешевле заменить. В большинстве этих приложений производитель указывает тип драйвера светодиода, который будет использоваться для конкретной сборки светильника.

Большинство отказов светодиодных ламп происходит из-за неисправности драйвера, и заменить или отремонтировать внешний драйвер проще, чем внутренний.

Рисунок 2 Внешний драйвер светодиода — Изображение предоставлено

Выбор светодиодных драйверов

• Режим тока и напряжения: Драйверы светодиодов работают с постоянным током или постоянным напряжением.
• Драйверы постоянного тока обеспечивают фиксированный выходной ток и могут иметь широкий диапазон выходных напряжений. Примером драйвера постоянного тока является драйвер с выходным током 700 мА и диапазоном выходного напряжения 4–13 В постоянного тока.
• Драйверы светодиодов постоянного напряжения обеспечивают фиксированное выходное напряжение и максимальный регулируемый выходной ток. Они предназначены для систем с питанием от электросети, которым требуется стабильное напряжение, скажем, 12 или 24 В постоянного тока. типичный драйвер может обеспечить 24 В и максимальный выходной ток 1,04 А
• Физический размер: , чтобы убедиться, что он помещается в фиксируемой области.
• Степень защиты корпуса от проникновения IP указывает на степень защиты окружающей среды, обеспечиваемую внешним корпусом драйвера от проникновения влаги, пыли и других предметов или жидкостей.
• Другие рассматриваемые факторы включают коэффициент мощности, максимальную мощность, способность регулирования яркости и соответствие международным нормативным стандартам, таким как UL1310 в отношении безопасности.

Нужен ли мне светодиодный драйвер? — 1000Bulbs.com Blog

В связи с ужесточением нормативов в области энергопотребления большинство людей уже знакомы с длительным сроком службы и экономией энергии, связанными с светодиодами или светодиодами. Однако многие не знают, что в этих инновационных источниках света для работы используются специальные устройства, называемые драйверами светодиодов.Драйверы светодиодов (также известные как источники питания для светодиодов) похожи на балласты для люминесцентных ламп или трансформаторы для низковольтных ламп: они обеспечивают светодиоды правильным источником питания для работы и максимальной производительности. Ниже мы обсудим, когда вам нужен светодиодный драйвер, зачем вам нужен светодиодный драйвер и какой тип драйвера может вам понадобиться.

Когда мне нужен светодиодный драйвер?

Для каждого светодиодного источника света требуется драйвер. Вопрос должен заключаться в том, нужно ли вам покупать его отдельно.Некоторые светодиоды уже имеют встроенный драйвер внутри лампы. Светодиоды, предназначенные для домашнего использования (лампы с цоколем E26 / E27 или GU24 / GU10 и работающие от 120 В), как правило, уже включают драйвер. Однако низковольтные светодиодные источники света, такие как некоторые MR-лампы (MR GU5.3s, MR8s и MR11s) и ленточные светильники, а также некоторые приспособления, панели или светильники для наружного освещения обычно требуют отдельного драйвера. Когда светодиод, для которого требуется отдельный драйвер, перестает работать до истечения его номинального срока службы, его обычно можно сохранить, если заменить драйвер.

Зачем мне нужен светодиодный драйвер?

• Светодиоды предназначены для работы от низкого напряжения (12-24В) постоянного тока. Однако в большинстве мест есть более высокое напряжение (120-277 В), электричество переменного тока. Основное назначение драйвера светодиода — выпрямлять более высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока.
• Драйверы светодиодов также защищают светодиоды от колебаний напряжения или тока. Изменение напряжения может вызвать изменение тока, подаваемого на светодиоды.Световой поток светодиода пропорционален его току, и светодиоды рассчитаны на работу в определенном диапазоне тока (измеряется в амперах). Поэтому слишком большой или слишком низкий ток может привести к изменению или более быстрому ухудшению светоотдачи из-за более высоких температур внутри светодиода.

В итоге драйверы светодиодов служат двум целям: преобразовывать более высокое напряжение, переменный ток в низкое напряжение, постоянный ток и поддерживать напряжение или ток, протекающие по цепи, на номинальном уровне.

Какой тип светодиодного драйвера мне нужен?

Существует два основных типа внешних драйверов светодиодов, постоянного тока и постоянного напряжения, а также третий тип драйверов, называемый драйвером светодиодов переменного тока, который также будет обсуждаться. Каждый тип драйвера предназначен для работы со светодиодами с различным набором электрических требований. При замене драйвера требования старого драйвера к вводу / выводу должны быть максимально согласованы. Ключевые отличия подробно описаны ниже.

Постоянный- Ток

Как выбрать светодиодный драйвер

Добро пожаловать в это руководство по выбору драйвера светодиода.

Это руководство включает основные факторы, которые следует учитывать при выборе драйвера светодиода для вашего приложения.За этими факторами также стоит информация, которая поможет вам принять решение. RS Components предлагает широкий выбор светодиодных драйверов и источников питания самых популярных брендов. Они также предлагают доставку на следующий день, конкурентоспособные цены и оптовые скидки.
Полную копию руководства в формате PDF можно найти внизу статьи.

Перед тем, как начать…

Вы выбрали светодиод (ы)? Мы предлагаем широкий выбор светодиодной продукции, в том числе:

Зависимость постоянного тока от постоянного напряжения

Все драйверы имеют либо постоянный ток (CC), либо постоянное напряжение (CV), либо и то, и другое. Это один из первых факторов, которые необходимо учитывать в процессе принятия решений. Это решение будет определяться светодиодом или модулем, который вы будете включать, информацию о которых можно найти в техническом описании светодиода.

ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННЫЙ ТОК?

Драйверы светодиодов постоянного тока (CC) поддерживают постоянный электрический ток во всей электронной схеме за счет переменного напряжения. Драйверы CC часто являются наиболее популярным выбором для светодиодных приложений. Драйверы светодиодов CC могут использоваться для отдельных лампочек или для последовательной цепочки светодиодов. Последовательность означает, что все светодиоды установлены вместе в линию, чтобы ток протекал через каждый из них.Недостатком является то, что при разрыве цепи ни один из ваших светодиодов не будет работать. Однако они обычно обеспечивают лучший контроль и более эффективную систему, чем постоянное напряжение.

ЧТО ТАКОЕ ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ?

Драйверы светодиодов постоянного напряжения (CV) — это блоки питания.