Светодиоды получили большую популярность. Главную роль в этом сыграл светодиодный драйвер, поддерживающий постоянный выходной ток определенного значения. Можно сказать, что это устройство представляет собой источник тока для LED-приборов. Такой драйвер тока, работая вместе со светодиодом, обеспечивает долголетний срок службы и надежную яркость. Анализ характеристик и видов этих устройств позволяет понять, какие они выполняют функции, и как их правильно выбирать.

Что такое драйвер и каково его назначение?

Драйвер для светодиодов является электронным устройством, на выходе которого образуется постоянный ток после стабилизации. В данном случае образуется не напряжение, а именно ток. Устройства, которые стабилизируют напряжение, называются блоками питания. На их корпусе указывается выходное напряжение. Блоки питания 12 В применяют для питания LED-линеек, светодиодной ленты и модулей.

Основным параметром LED-драйвера, которым он сможет обеспечивать потребителя длительное время при определенной нагрузке, является выходной ток. В качестве нагрузки применяются отдельные светодиоды или сборки из аналогичных элементов.

Драйвер для светодиода обычно питается от сети напряжением 220 В. В большинстве случаев диапазон рабочего выходного напряжения составляет от трех вольт и может достигать нескольких десятков вольт. Для подключения светодиодов 3W в количестве шести штук потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 21 В, рассчитанный на 780 мА. При своей универсальности он обладает малым КПД, если на него включить минимальную нагрузку.

При освещении в автомобилях, в фарах велосипедов, мотоциклов, мопедов и т. д., в оснащении переносных фонарей используется питание с постоянным напряжением, значение которого варьируется от 9 до 36 В. Можно не применять драйвер для светодиодов с небольшой мощностью, но в таких случаях потребуется внесение соответствующего резистора в питающую сеть напряжением 220 В. Несмотря на то, что в бытовых выключателях используется этот элемент, и рассчитывать на надежность достаточно проблематично.

Основные особенности

Мощность, которую эти устройства способны отдавать под нагрузкой, является важным показателем. Не стоит перегружать его, пытаясь добиться максимальных результатов. В результате таких действий могут выйти из строя драйверы для светодиодов или же сами LED-элементы.

На электронную начинку устройства влияет множество причин:

• класс защиты аппарата;
• элементная составляющая, которая применяется для сборки;
• параметры входа и выхода;
• марка производителя.

Изготовление современных драйверов выполняется при помощи микросхем с использованием технологии широтно-импульсного преобразования, в состав которых входят импульсные преобразователи и схемы, стабилизирующие ток. ШИМ-преобразователи запитываются от 220 В, обладают высоким классом защиты от коротких замыканий, перегрузок, а так же высоким КПД.

Технические характеристики

Перед приобретением преобразователя для светодиодов следует изучить характеристики устройства. К ним относятся следующие параметры:

• выдаваемая мощность;
• выходное напряжение;
• номинальный ток.

Схема подключения LED-драйвера

На выходное напряжение влияет схема подключения к источнику питания, количество в ней светодиодов. Значение тока пропорционально зависит от мощности диодов и яркости их излучения. Светодиодный драйвер должен выдавать столько тока для светодиодов, сколько потребуется для обеспечения постоянной яркости. Стоит помнить, что мощность необходимого устройства должна быть более потребляемой всеми светодиодами. Рассчитать ее можно, используя следующую формулу:

P (led) – мощность одного LED-элемента;

n - количество LED-элементов.

Для обеспечения длительной и стабильной работы драйвера следует учитывать запас мощности устройства в 20–30% от номинальной.

Выполняя расчет, следует учитывать цветовой фактор потребителя, так как он влияет на падение напряжения. У разных цветов оно будет иметь отличающиеся значения.

Срок годности

Светодиодные драйверы, как и вся электроника, обладают определенным сроком службы, на который сильно влияют эксплуатационные условия. LED-элементы, изготовленные известными брендами, рассчитаны на работу до 100 тысяч часов, что намного дольше источников питания. По качеству рассчитанный драйвер можно классифицировать на три типа:

• низкого качества, с работоспособностью до 20 тысяч часов;
• с усредненными параметрами - до 50 тысяч часов;
• преобразователь, состоящий из комплектующих известных брендов - до 70 тысяч часов.

Многие даже не знают, зачем обращать внимание на этот параметр. Это понадобится для выбора устройства для длительного использования и дальнейшей окупаемости. Для использования в бытовых помещениях подойдет первая категория (до 20 тысяч часов).

Как подобрать драйвер?

Насчитывается множество разновидностей драйверов, используемых для LED-освещения. Большинство из представленной продукции изготовлено в Китае и не имеет нужного качества, но выделяется при этом низким ценовым диапазоном. Если нужен хороший драйвер, лучше не гнаться за дешевизной китайского производства, так как их характеристики не всегда совпадают с заявленными, и редко когда к ним прилагается гарантия. Может быть брак на микросхеме или быстрый выход из строя устройства, в таком случае не удастся совершить обмен на более качественное изделие или вернуть средства.

Наиболее часто выбираемым вариантом является бескорпусный драйвер, питающийся от 220 В или 12 В. Различные модификации позволяют использовать их для одного или более светодиодов. Эти устройства можно выбрать для организации исследований в лаборатории или же проведения экспериментов. Для фито-ламп и бытового применения выбирают драйверы для светодиодов, находящиеся в корпусе. Бескорпусные устройства выигрывают в ценовом плане, но проигрывают в эстетике, безопасности и надежности.

Виды драйверов

Устройства, осуществляющие питание светодиодов, условно можно разделить на:

• импульсные;
• линейные.

Устройства импульсного типа производят на выходе множество токовых импульсов высокой частоты и работают по принципу ШИМ, КПД у них составляет до 95%. Импульсные преобразователи имеют один существенный недостаток - во время работы возникают сильные электромагнитные помехи. Для обеспечения стабильного выходного тока в линейный драйвер установлен генератор тока, который играет роль выхода. Такие устройства имеют небольшой КПД (до 80%), но при этом просты в техническом плане и стоят недорого. Такие устройства не получится использовать для потребителей большой мощности.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что источник питания для светодиодов следует выбирать очень тщательно. Примером может послужить люминесцентная лампа, на которую подается ток, превышающий норму на 20%. В ее характеристиках практически не произойдет изменений, а вот работоспособность светодиода уменьшится в несколько раз.

Светодиоды продолжают форсировать очередные рубежи в мире искусственного освещения, подтверждая своё превосходство целым рядом преимуществ. Большая заслуга в успешном развитии LED-технологий принадлежит источникам питания. Работая в тандеме, драйвер и светодиод открывают новые горизонты, гарантируя потребителю стабильную яркость и заявленный срок службы.

Что собой представляет светодиодный драйвер, и какая функциональная нагрузка на него возложена? На что обратить внимание при выборе и есть ли альтернатива? Попробуем разобраться.

Что такое драйвер для светодиода и для чего он нужен?

Выражаясь по-научному, LED-драйвером называют электронное устройство, основным выходным параметром которого является стабилизированный ток. Именно ток, а не напряжение. Устройство со стабилизацией напряжения принято именовать «блоком питания» с указанием номинального выходного напряжения. Его используют для запитки светодиодных лент, модулей и LED-линеек. Но речь пойдет не о нём.

Главный электрический параметр драйвера для светодиода – выходной ток, который он может длительно обеспечивать при подключении соответствующей нагрузки. В роли нагрузки выступают отдельные светодиоды или сборки на их основе. Для стабильного свечения необходимо, чтобы через кристалл светодиода протекал ток, указанный в паспортных данных. В свою очередь, напряжение на нём упадёт ровно столько, сколько потребуется p-n переходу при данном значении тока. Точные значения протекающего тока и прямого падения напряжения можно определить из вольта-мперной характеристики (ВАХ) полупроводникового прибора. Питание драйвер получает, как правило, от постоянной сети 12 В или переменной сети 220 В. Его выходное напряжение указывается в виде двух крайних значений, между которыми гарантируется стабильная работа. Как правило, рабочий диапазон может быть от трёх вольт до нескольких десятков вольт. Например, драйвер с U вых =9-12 В, I вых =350 мА, как правило, предназначен для последовательного подключения трёх белых светодиодов мощностью 1 Вт. На каждом элементе упадёт примерно 3,3 В, что в сумме составит 9,9 В, а значит это попадает в указанный диапазон.

К стабилизатору с разбросом напряжений на выходе 9-21 В и током 780 мА можно подключить от трех до шести светодиодов по 3 Вт каждый. Такой драйвер считается более универсальным, но имеет меньший КПД при включении с минимальной нагрузкой.

Немаловажным параметром светодиодного драйвера является мощность, которую он может отдать в нагрузку. Не стоит пытаться выжать из него максимум. Особенно это касается радиолюбителей, которые мастерят последовательно-параллельные цепочки из светодиодов с выравнивающими резисторами, а потом этой самодельной матрицей перегружают выходной транзистор стабилизатора.

Электронная часть драйвера для светодиода зависит от многих факторов:

• входных и выходных параметров;
• класса защиты;
• применяемой элементной базы;
• производителя.

Современные драйверы для светодиодов изготавливают по принципу ШИМ-преобразования и с помощью специализированных микросхем. Широтно-импульсные преобразователи состоят из импульсного трансформатора и схемы стабилизации тока. Они питаются от сети 220 В, имеют высокий КПД и защиту от короткого замыкания и перегрузки.

Драйверы на базе одной микросхемы более компактны, так как рассчитаны на питание от низковольтного источника постоянного тока. Они также обладают высоким КПД, но их надёжность ниже из-за упрощенной электронной схемы. Такие устройства очень востребованы при светодиодном тюнинге автомобиля. В качестве примера можно назвать ИМС PT4115, о готовом схемотехническом решении на основе этой микросхемы можно прочесть в .

Критерии выбора

Сразу хочется отметить, что резистор – это не альтернатива драйверу для светодиода. Он никогда не защитит от импульсных помех и перепадов в питающей сети. Любое изменение входного напряжения пройдёт через резистор и приведет к скачкообразному изменению тока из-за нелинейности ВАХ светодиода. Драйвер, собранный на базе линейного стабилизатора – тоже не лучший вариант. Низкая эффективность сильно ограничивает его возможности.

Выбирать LED-драйвер нужно только после того, как будет точно известно количество и мощность подключаемых светодиодов.

Помните! Чипы одного типоразмера могут иметь различную мощность потребления ввиду большого количества подделок. Поэтому старайтесь приобретать светодиоды только в проверенных магазинах.

Касаемо технических параметров, то на корпусе LED-драйвера обязательно должно быть указано:

• мощность;
• рабочий диапазон входного напряжения;
• рабочий диапазон выходного напряжения;
• номинальный стабилизированный ток;
• степень защиты от влаги и пыли.

Очень привлекательны бескорпусные драйверы с питанием от 12 В и 220 В. Среди них существуют разные модификации, в которых можно подключать как один, так и несколько мощных светодиодов. Такие устройства удобны для проведения лабораторных исследований и экспериментов. Для домашнего использования всё равно придётся поместить изделие в корпус. В итоге денежная экономия на плате драйвера открытого типа достигается в ущерб надежности и эстетики.

Кроме подбора драйвера для светодиода по электрическим параметрам, потенциальный покупатель должен четко представлять условия его будущей эксплуатации (место размещения, температура, влажность). Ведь оттого, где и как будет установлен драйвер, зависит надёжность всей системы.

Читайте так же

Сегодняшний пост , решил посвятить вопросу , который с одной стороны 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:

Мы рассмотрим действительно простой и недорогой мощный светодиодный драйвер. Схема представляет собой источник постоянного тока, что означает, что он сохраняет яркость LED постоянной независимо от того, какое питание вы используете. Ели при ограничении тока небольших сверхярких светодиодов достаточно резистора, то для мощностей свыше 1-го ватта нужна специальная схема. В общем так питать светодиод лучше, чем с помощью резистора. Предлагаемый led драйвер идеально подходит особенно для , и может быть использован для любого их числа и конфигурации, с любым типом питания. В качестве тестового проекта, мы взяли LED элемент на 1 ватт. Вы можете легко изменить элементы драйвера на использование с более мощными светодиодами, на различные типы питания - БП, аккумуляторы и др.

Технические характеристики led драйвера:

Входное напряжение: 2В до 18В
- выходное напряжение: на 0,5 меньше, чем входное напряжение (0.5V падение на полевом транзисторе)
- ток: 20 ампер

Детали на схеме:

R2: приблизительно в 100-омный резистор

R3: подбирается резистор

Q2: маленький NPN-транзистор (2N5088BU )

Q1: большой N-канальный транзистор (FQP50N06L )

LED: Luxeon 1-ватт LXHL-MWEC

Другие элементы драйвера:

В качестве источника питания использован трансформатор-адаптер, вы можете использовать батареи. Для питания одного светодиода 4 - 6 вольт достаточно. Вот почему эта схема удобна, что вы можете использовать широкий спектр источников питания, и он всегда будет светить одинаково. Радиатор не требуется, так как идёт около 200 мА тока. Если планируется больше тока, вы должны установить LED элемент и транзистор Q1 на радиатор.

Выбор сопротивления R3

- ток LED устанавливается с помощью R3, он приблизительно равен: 0.5 / R3

Мощность рассеиваемая на резисторе приблизительно: 0.25 / R3

В данном случае установлен ток 225 мА с помощью R3 на 2,2 Ом. R3 имеет мощность 0,1 Вт, таким образом, стандартный 0,25 Вт резистор подходит отлично. Транзистор Q1 будет работать до 18 В. Если вы хотите больше, нужно изменить модель. Без радиаторов, FQP50N06L может рассеивать только около 0,5 Вт - этого достаточно для 200 мА тока при 3-х вольтовой разнице между источником питания и светодиодом.

Функции транзисторов на схеме:

- Q1 используется в качестве переменного резистора.
- Q2 используется в качестве токового датчика, а R3-это установочный резистор, который приводит к закрыванию Q2, когда течет повышенный ток. Транзистор создаёт обратную связь, которая непрерывно отслеживает текущие параметры тока и держит его точно в заданном значении.

Для конструирования светодиодных светильников постоянно требуются источники питания — драйвера. При большом объеме вполне можно наладить сборку драйверов самостоятельно, но себестоимость таких драйверов получается не такой уж и низкой, а изготовление и пайка двухсторонних печатных плат с SMD-компонентами — процесс в домашних условиях довольно трудоемкий.

Я решил обойтись готовым драйвером. Нужен был недорогой драйвер без корпуса, желательно с возможностью настройки тока и диммированием.

Схему перерисовал и немного доработал

Характеристики без конденсаторов ~0.9В и 8.7% (пульсации светового потока)

Конденсатор на выходе ожидаемо уменьшат пульсации вдвое ~0.4В и 4%

А вот 10мкФ конденсатор на входе уменьшает пульсации в 9 раз ~0.1В и 1%, правда добавление этого конденсатора значительно снижает PF (коэффициент мощности)

Оба конденсатора приближают характеристики выходных пульсаций к паспортным ~ 0.05В и 0.6%

Итак пульсации побеждены при помощи двух конденсаторов из старого блока питания.

Доработка №2. Настройка выходного тока драйвера

Основное предназначение драйверов — поддерживать стабильный ток на светодиодах. Данный драйвер стабильно выдает 600мА.

Иногда ток драйвера хочется изменить. Обычно это делается подбором резистора или конденсатора в цепи обратной связи. Как обстоят дела у этих драйверов? И зачем здесь установлены три параллельных резистора малого сопротивления R4, R5, R6?

Все правильно. Ими можно задавать выходной ток. Видимо, все драйверы одинаковой мощности, но на разные токи и отличаются именно этими резисторами и выходным трансформатором, дающим разное напряжение.

Если аккуратно демонтировать резистор на 1.9Ом, получаем выходной ток 430мА, демонтировав оба резистора 300мА.

Можно пойти и обратным путем, подпаяв параллельно еще один резистор, но данный драйвер выдает напряжение до 35В и при большем токе мы получим превышение по мощности, что может привести с выходу драйвера из строя. Но 700мА вполне можно выжать.

Итак, при помощи подбора резисторов R4, R5 и R6 можно уменьшать выходной ток драйвера (или очень незначительно увеличивать) не меняя количество светодиодов в цепочке.

Доработка 3. Диммирование

На плате драйвера имеется три контакта с надписью DIMM, что наводит на мысль, что данный драйвер может управлять мощностью светодиодов. О том же говорит и даташит на микросхему, хотя типовых схем диммирования в них не приведено. Из даташита можно почерпнуть информацию, что подавая на ногу 7 микросхемы напряжение -0.3 — 6В, можно получить плавное регулирование мощности.

Подключение к контактам DIMM переменного резистора ни к чему не приводит, кроме того, нога 7 микросхемы драйвера вообще ни к чему не подключена. Значит снова доработки.

Подпаиваем резистор на 100К к ноге 7 микросхемы

Теперь подавая между землей и резистором напряжение 0-5В получаем ток 60-600мА

Чтобы уменьшить минимальный ток диммирования, необходимо уменьшить и резистор. К сожалению, в даташите про это ничего не написано, поэтому подбирать все компоненты придется опытны путем. Меня лично устроило диммирования от 60 до 600мА.

Если нужно организовать диммирование без внешнего питания, то можно взять напряжение питания драйвера ~15В (нога 2 микросхемы или резистор R7) и подать по следующей схеме.

Ну и, напоследок, подаю ШИМ с D3 ардуино на диммирующий вход.

Пишу простейший скетч, меняющий уровень ШИМ от 0 до максимуму и обратно:

#include

void setup() {
pinMode(3, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
analogWrite(3,0);
}

void loop() {
for(int i=0; i< 255; i+=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
for(int i=255; i>=0; i-=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
}

Получаю диммирование при помощи ШИМ.

Диммирование при помощи ШИМ увеличивает выходные пульсации примерно на 10-20% по сравнению с управлением постоянным током. Максимально пульсации увеличиваются примерно вдвое при установке тока драйвера в половину от максимального.

Проверка драйвера на КЗ

Токовый драйвер должен корректно реагировать на короткое замыкание. Но лучше китайцев проверить. Не люблю я такие штуки. Под напряжением что-то втыкать. Но искусство требует жертв. Закорачиваем выход драйвера во время работы:

Драйвер нормально переносит короткие замыкания и восстанавливает свою работу. Защита от КЗ есть.

Подведем итоги

Плюсы драйвера

• Малые габариты
• Низкая стоимость
• Возможность регулировки тока
• Возможность диммирования

Минусы

• Высокие выходные пульсации (устраняется добавлением конденсаторов)
• Вход диммирования нужно распаивать
• Мало нормальной документации. Неполный даташит
• При работе обнаружился еще один минус — помехи на радио в ФМ диапазоне. Лечится установкой драйвера в алюминиевый корпус или корпус обклеенный фольгой или алюминиевым скотчем

Драйверы вполне годятся для тех, кто дружит с паяльником или для тех кто не дружит, но готов терпеть выходные пульсации 3-4%.

Полезные ссылки

Из цикла — коты это жидкость. Тимофей — литров 5-6)))