Последовательное соединение лучше, потому что все светодиоды светят с одинаковой яркостью, в то время как яркость отдельных линий может варьироваться. Большое количество последовательно соединенных элементов требует драйвера с высоким выходным напряжением.
Как подобрать драйвер светодиодной лампы: виды, назначение + особенности подключения
В настоящее время светодиодные светильники получили широкое распространение, поэтому началось активное производство вторичных источников питания. Драйвер светодиодной лампы способен поддерживать выходной ток светильника за счет стабилизации напряжения, проходящего через цепочку диодов.
Мы информируем вас о типах и принципах работы трансформатора тока для управления диодной лампой. В этой статье приведены указания по выбору водителя и даны полезные рекомендации. Самостоятельные домашние электрики найдут электрические схемы, проверенные на практике.
Назначение и сфера использования
Диодные кристаллы состоят из двух полупроводников — анода (плюс) и катода (минус), которые отвечают за преобразование электрических сигналов. Одна область имеет P-проводность, другая — N-проводность. При подключении источника питания через эти элементы протекает ток.
Из-за этой полярности электроны текут из области P-типа в область N-типа, и наоборот, заряды текут из N-точки в P-область. Однако каждая часть диапазона имеет свои границы, так называемые P-N переходы. При этих переходах частицы встречаются и поглощают или рекомбинируют друг с другом.
Диод является полупроводниковым элементом и имеет только один p-n-переход. По этой причине не напряжение, а ток является основной характеристикой, определяющей яркость его свечения.
При использовании p-n-перехода напряжение падает на определенное количество вольт, которое всегда одинаково для каждого элемента в цепи. При этих значениях драйвер стабилизирует входной ток и модулирует постоянное значение на выходе.
Какая мощность необходима и какие значения прямого затухания P-N указаны в спецификации светодиодного компонента. Поэтому при выборе диодной лампы необходимо учитывать параметры источника питания, а диапазон должен быть достаточным для компенсации потерь мощности.
Для того чтобы мощные светодиоды могли работать в течение указанного в спецификации времени, необходимо стабилизирующее устройство — драйвер. Выходное напряжение всегда указывается на корпусе электронного блока.
Для оснащения осветительных приборов используются источники питания с напряжением от 10 до 36 В.
Они могут быть разных типов:
- автомобильные фары, велосипедные фары, фары для мотоциклов и т.д,
- небольшие переносные светильники или уличные фонари, ленточные фонари, крышные фонари и приборы.
Однако драйверы неприемлемы для маломощных светодиодов и при использовании постоянного напряжения. Вместо этого в схему вставляется резистор, который также питается от сети 220 В.
Принцип работы блока питания
Давайте рассмотрим различия между источником напряжения и источником питания. Рассмотрим в качестве примера схему, показанную ниже.
При подключении резистора 40 Ом к источнику питания 12 В протекает ток 300 мА (рис. A). При параллельном подключении второго резистора сила тока составляет 600 мА (B). Напряжение, однако, остается неизменным.
Хотя два резистора подключены к источнику питания, второй резистор будет создавать постоянное напряжение на выходе, поскольку в идеальных условиях он не следует за нагрузкой
Теперь рассмотрим, как изменяются значения, когда резисторы подключены к источнику питания схемы. Аналогично, введите реостат 40 Ом с драйвером 300 мА. Последний создает напряжение 12 В (цепь В) через него.
Если цепь состоит из двух резисторов, то ток одинаков, а напряжение равно 6 В (D).
В отличие от источника напряжения, драйвер поддерживает ток на выходе, но напряжение может меняться
В целом, качественный инвертор будет питать нагрузку номинальным током даже при падении напряжения. Следовательно, чип диода на 2 В или 3 В с током 300 мА будет гореть так же сильно при пониженном напряжении.
Последовательно-параллельная схема — встречается в фарах и других мощных фарах, которые работают как на постоянном, так и на переменном напряжении.
Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны
Светодиоды являются полупроводниковыми элементами. Их яркость регулируется током, а не напряжением. Для функционирования им необходим постоянный ток определенной величины. При использовании p-n-перехода напряжение на каждом элементе падает на одно и то же число вольт. Задача драйвера — обеспечить оптимальное функционирование светодиодных источников в соответствии с этими параметрами.
Точная требуемая мощность и падение напряжения на p-n-переходе должны быть указаны в спецификации светодиодного компонента. Диапазон параметров преобразователя должен находиться в пределах этих значений.
Драйвер — это, по сути, источник питания. Однако самым важным выходным параметром этого устройства является стабилизированный ток. Они изготавливаются по принципу ШИМ-преобразования с использованием специальных микросхем или на транзисторной основе. Последние называются простыми транзисторами.
Инвертор питается от обычной электросети и вырабатывает на выходе напряжение в определенном диапазоне, определяемом двумя числами: минимальным и максимальным значением. Обычно от 3 В до нескольких десятков. Например, драйвер с выходным напряжением 9÷21 В и выходной мощностью 780 мА может управлять 3÷6 светодиодными элементами, каждый из которых создает падение напряжения в сети на 3 В.
Таким образом, драйвер — это устройство, которое преобразует ток от сети 220 В в необходимые параметры светильника, обеспечивая его нормальную работу и долгий срок службы.
Светодиодный дисплей драйвера
Где применяют
Спрос на преобразователи растет параллельно с ростом популярности светодиодов. Светодиодные источники света — это экономичные, мощные и компактные устройства. Они используются в широком диапазоне применений:
- Для уличного освещения,
- в домах,
- для уличного освещения, на улицах, в домах, для подсветки,
- в автомобильных и велосипедных фарах,
- в маленьких фонариках,
При подключении к сети 220 В всегда требуется драйвер; при постоянном напряжении может быть достаточно резистора.
Светодиодные уличные фонари — мощные и экономичные
Как работает устройство
Принцип работы светодиодных драйверов для светодиодов заключается в поддержании фиксированного тока на выходе независимо от колебаний напряжения. Ток, протекающий через резисторы внутри устройства, стабилизируется и приобретает желаемую частоту. Затем он проходит через выпрямительный диодный мост. На выходе получается постоянный постоянный ток, достаточный для работы определенного количества светодиодов.
Наиболее важные параметры трансформатора тока, которые необходимо учитывать при выборе трансформатора тока:
- Номинальная мощность устройства. Этот параметр задается в диапазоне. Максимальное значение обязательно должно быть немного больше, чем потребляемая мощность подключаемого светильника.
- Выходное напряжение. Значение должно быть больше или равно суммарному падению напряжения на каждом элементе цепи.
- Номинальный ток. Она должна быть равна мощности светильника для обеспечения достаточной яркости.
Используйте эти характеристики, чтобы определить, какие источники светодиодов могут быть подключены к определенному драйверу.
Всю необходимую информацию можно найти на корпусе устройства.
Верхняя синяя дуга на рисунке 7 показывает комбинацию выходных параметров при постоянной выходной мощности. Этот диапазон ограничен комбинациями ток/напряжение 700мА/107В и 1050мА/42,5В, т.е. если вы измените ток с 1050мА на 700мА, выходная мощность источника питания не изменится.
Технические характеристики
Необходимость в покупке драйвера возникает, когда обнаруживается интересный светильник без трансформатора тока. Другой вариант — собрать источник света с нуля, покупая каждую деталь отдельно.
Перед покупкой преобразователя тока узнайте о трех его основных характеристиках:
- Выходное напряжение,
- Рабочая мощность,
- Выходное напряжение.
Выходное напряжение рассчитывается в зависимости от подключения питания и количества светодиодов. Значение тока влияет на мощность и яркость. Выходной ток светодиодного драйвера должен быть достаточным для обеспечения стабильного и яркого свечения.
Мощность произведения должна быть больше, чем сумма всех светодиодов. Формула P = P (вел) × X, где
Чтобы обеспечить долгий срок службы преобразователя, обратите внимание на запас мощности — покупайте инверторы с номинальной мощностью на 20-30% выше требуемого значения. Не забывайте о цветовом факторе, который напрямую связан с падением напряжения. Последнее значение варьируется в зависимости от различных цветов.
Срок годности
Срок службы драйвера несколько короче, чем у оптического элемента светодиодного светильника — около 30 000 часов. На это есть несколько причин: Колебания напряжения, колебания температуры, влажность и нагрузка на драйвер.
Одним из слабых мест является сглаживающий конденсатор, в котором со временем испаряется электролит. В большинстве случаев это происходит при установке в местах с повышенной влажностью или при подключении к сети со скачками напряжения. Такой подход приводит к увеличению остаточных пульсаций на выходе устройства, что оказывает негативное влияние на диоды светодиодов.
Нередко срок службы драйвера сокращается из-за частичной нагрузки. Когда устройство мощностью 200 Вт работает при половинной нагрузке (100 Вт), половина мощности возвращается в сеть, что приводит к перегрузке и более частым отключениям электроэнергии.
Виды драйверов
Существуют две основные категории трансформаторов тока для светодиодов — линейные и импульсные типы. В линейных устройствах выход представляет собой генератор тока, который обеспечивает стабилизацию при колебаниях напряжения в сети. Компонент регулирует плавно, не генерируя высокочастотных электромагнитных волн. Простые и дешевые изделия с КПД менее 80%, что ограничивает область применения светодиодами и маломощными токовыми лентами.
Импульсные драйверы более сложны — на выходе генерируется серия высокочастотных импульсов тока.
Частота импульсов тока всегда постоянна, но коэффициент заполнения может изменяться от 10% до 80%, что приводит к переменному выходному току. Благодаря компактным размерам и высокому КПД (90-95%) импульсные драйверы широко используются. Их основным недостатком является большее количество электромагнитных помех (по сравнению с линейными драйверами).
Стоимость драйвера зависит от наличия или отсутствия гальванической развязки. В последнем случае устройства обычно дешевле, но их надежность значительно ниже из-за возможности поражения электрическим током.
При выборе метода необходимо соблюдать осторожность, так как ограничений по выходному току нет. Светодиоды работают при силе тока 1,5-2 ампера, но если неосторожно прикоснуться к оголенным проводам, сила тока возрастет до десятков ампер и вызовет сильный удар током.
Как работает драйвер?
Как мы уже говорили, светодиодный драйвер служит источником тока. Источник напряжения генерирует на своем выходе напряжение, которое в идеале не зависит от нагрузки.
Например, подключите резистор 40 Ом к источнику 12 В. Через него протекает ток 300 мА.
Теперь подключите два резистора одновременно. Общий ток составит 600 мА.
Источник питания поддерживает ток на своем выходе. Напряжение можно изменять. Подключите резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.
Источник питания создает падение напряжения 12 В на резисторе.
Если вы подключите два резистора параллельно, ток также составит 300 мА, а напряжение упадет вдвое.
Каковы основные характеристики LED — драйвера?
При выборе драйвера обратите внимание на такие параметры, как выходное напряжение, потребляемая мощность (ток) нагрузки.
— Выходное напряжение зависит от падения напряжения на светодиоде, количества светодиодов и типа подключения.
— Ток на выходе источника питания определяется характеристиками светодиодов и зависит от их мощности и яркости, количества и цвета.
Давайте остановимся на цветовых свойствах светодиодных ламп. Кстати, это зависит от энергопотребления нагрузки. Средняя потребляемая мощность красных светодиодов, например, составляет 740 мВт. Для зеленого цвета средняя мощность составляет уже 1,20 Вт. На основе этих данных можно заранее рассчитать, какая мощность необходима водителю.
Чтобы помочь вам рассчитать общую потребляемую мощность светодиодов, мы рекомендуем использовать следующую формулу.
P=Pled x N
где Pled — мощность светодиода, а N — количество подключенных светодиодов.
Еще одно важное правило. Для стабильной работы источника питания запас мощности должен составлять не менее 25%. Поэтому необходимо соблюдать следующее соотношение:
Pmax ≥ (1.2…1.3)xP
где Pmax — максимальная мощность источника питания.
Как правильно подсоединять светодиоды-LED?
Светодиоды могут быть подключены различными способами.
Первый метод — серийная вставка. Здесь необходим драйвер с напряжением 12 В и током 300 мА. Это гарантирует, что светодиоды в лампе или ленте горят с одинаковой яркостью. Однако если вы хотите подключить больше светодиодов, вам понадобится драйвер с очень высоким напряжением.
Второй метод — параллельное соединение. Мы можем использовать источник питания 6 В, а потребляемая мощность будет примерно в два раза выше, чем при последовательном соединении. Есть и недостаток — одна цепь может светить ярче другой.
Последовательно-параллельная схема — встречается в фарах и других мощных фарах, которые работают как на постоянном, так и на переменном напряжении.
Четвертый метод заключается в последовательном соединении драйвера из двух частей. Он является наименее предпочтительным.
Существует также гибридная версия. Он сочетает в себе преимущества последовательного и параллельного соединения светодиодов.
Специалисты советуют выбирать драйвер перед покупкой светодиодов, и желательно заранее определиться с системой их подключения. Таким образом, блок питания будет работать для вас более эффективно.
Генераторы работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), т.е. среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульса к периоду его повторения (эта величина называется коэффициентом заполнения).
Светодиодный драйвер на 220 В
Имеются как линейные, так и импульсные драйверы для сети 220 В. Существуют колонки с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первого являются высокая эффективность, надежность и безопасность.
Без гальванической развязки они обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении из-за риска поражения электрическим током.
Китайские драйверы
Спрос на светодиодные драйверы стимулирует их массовое производство в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто без корпуса.
Китайский светодиодный драйвер на 3w
Их главные преимущества — низкая цена и наличие гальванической изоляции. Недостатки следующие:
- Низкая надежность из-за использования дешевых схем,
- нет защиты от перегрева и перепадов напряжения в сети,
- высокий уровень радиопомех,
- высокая остаточная пульсация на выходе,
- хрупкость.
Из-за многочисленных недостатков спрос на них невысок, но сегодня большое количество продукции производится в Китае, и многие известные бренды перенесли свое производство в эту страну. По этой причине сейчас можно купить высококачественные светодиодные драйверы в Китае, например, на AliExpress, главное — знать, что вы покупаете.
Как правило, срок службы привода короче, чем срок службы оптической части — производители дают гарантию на 30 000 часов работы. Это объясняется, в частности, следующими факторами:
- Нестабильное напряжение в сети,
- Ненадежное электропитание, например, перепады напряжения в электросети,
- Колебания температуры, Колебания влажности,
- Нагрузка на водителя.
Самым слабым звеном в светодиодном драйвере являются сглаживающие конденсаторы, которые склонны к испарению электролита, особенно при высокой влажности и нестабильном напряжении питания. В результате пульсации на выходе драйвера увеличиваются, что отрицательно сказывается на работе светодиода.
Срок службы также снижается, если водитель не полностью заряжен. Это означает, что если устройство имеет номинальную мощность 150 Вт, но работает с нагрузкой 70 Вт, половина мощности возвращается в сеть, что приводит к перегрузке. Это приводит к частым отключениям электроэнергии. Мы рекомендуем прочитать о сроке службы светодиодных ламп.
Функция регулируемого по времени затемнения Inventronics и MEAN WELL называется «регулируемое по времени затемнение» или «интеллектуальное регулируемое по времени затемнение». С точки зрения функциональности и особенностей фиксированного и адаптивного замирания, они очень похожи и работают по схожему алгоритму, но есть некоторые различия в общих чертах.
Как правильно выбрать драйвер?
Проблема выбора встроенного драйвера питания для лед-лампы или светодиода обычно возникает в случае выхода из строя рассматриваемого устройства. Правильным решением будет поиск блока питания с аналогичными характеристиками. Для этого соблюдайте параметры, указанные на корпусе устройства. Мы заинтересованы в: Входное и выходное напряжение, ток и мощность. Например:
Запишите параметры и найдите подходящий аналог. Вы можете сэкономить время, связавшись с представителем компании Ledrus.
Давайте рассмотрим другой случай. Вам необходимо выбрать драйвер, который будет управлять шестью последовательно соединенными светодиодами. В описании светодиодов обычно указывается падение напряжения при номинальном токе. Предположим, что это 3 В при токе 350 мА. Общее падение напряжения U общ. составляет 15 В. Общая потребляемая мощность составляет 6,3 Вт, а при коэффициенте мощности 20-30% — 8 Вт. Поэтому этот светодиодный драйвер является лучшим выбором:
Аналогично можно выбрать источник питания для светодиода, если знать его основные параметры.
Как выполнить ремонт драйвера своими руками?
В нашей стране есть много радиолюбителей, которые сами собирают и ремонтируют электронные устройства. Конечно, для них не составляет труда найти дефекты и качественно их устранить. Однако обычный человек, не разбирающийся в электронике и не имеющий навыков ремонта и нужного оборудования, вряд ли сможет отремонтировать драйвер своими руками.
Да, и в данном случае нет особой необходимости. Стоимость нового преобразователя для светодиодов и светодиодных светильников очень низкая. Вы можете купить нужный продукт без особого напряжения для вашего бюджета. Вы можете легко заменить и подключить драйвер светодиодного освещения самостоятельно, следуя заводской маркировке кабеля.
Без гальванической развязки источник питания дешевле, но не так надежен, и при его подключении следует быть осторожным, поскольку существует риск поражения электрическим током.
Адаптивный димминг: самоподстройка по средней точке
Рисунок 6. Адаптивная настройка средней точки: а) зимой; б) летом.
В режиме «демпфирование посередине» можно добиться достаточно точного демпфирования профиля электропитания. В качестве средней точки может быть выбрана полночь (00:00). Предположим, мы выбрали профиль затухания, показанный на рисунке 6a, для зимнего периода. Общее время работы составляет 16 часов в день (8 + 8 часов, связанных со средней точкой). Первое отключение электроэнергии произойдет в 23:00, а второе — в полночь (00:00). Предполагая, что летом общее время работы источника составляет 8 часов, БП перенастроит свой профиль относительно выбранной точки (полночь) так, чтобы эта точка оставалась в середине его цикла (4 + 4 часа). В данном случае мы видим, что сохранили время первого падения напряжения (23:00) и время второго падения напряжения (00:00). Оказалось, что блок питания просто «обрезал» время в начале и конце своего цикла в соответствии с сезонными условиями освещенности.
Оказалось, что этот алгоритм наиболее удобен, лучше поддерживает запрограммированный профиль в соответствии с сезонными изменениями освещения и может использоваться для приглушения наружного освещения.
Программируемые LED-драйверы
Компания MEAN WELL внедрила функции программирования в популярное семейство источников питания ELG (рис. 1). Программируемые модели имеют суффикс D2 в конце своего названия, например, ELG-100-C700D2 (100 Вт, 700 мА, программируемый). Ассортимент продукции включает в себя как серию с токовым управлением (CC), так и серию с двойным управлением (CV + CC) в диапазоне мощностей 75…240 Вт. Основные параметры семейства ELG приведены в таблице 1.
Таблица 1: Основные параметры программируемых источников питания
| Параметр/Имя | ELG/D2 | EUD | EUG | ЭБД |
| Производитель | СРЕДНЯЯ ВЕЛИЧИНА | Inventronics | ||
| Диапазон мощности, Вт | 75…240 | 75…600 | 75…240 | |
| Функция стабилизации выходного сигнала | Ток — ток и напряжение | Текущий | ||
| Диапазон входного напряжения, В | 90…305 | 176…305 | ||
| Протоколы диммирования | 0…10 В, ШИМ, сопротивление, DALI, интеллектуальный таймер диммирования | 0…10 В, ШИМ, DALI, диммирование по таймеру | 0…5/0…10 В, ШИМ, временное демпфирование | 0…5/0…10 В, ШИМ, временное демпфирование |
| Защита от перенапряжения, кВ | 6/4 | 6/10 | ||
| Степень защиты, IP | 67 | |||
| Диапазон температур, °C | -40…70 | |||
| Специальные возможности | Полная функциональность программирования | Полная функциональность программирования | Современное перепрограммирование и стабильный профиль демпфирования | |
| Гарантия производителя, лет | 5 | |||
Особенностью этого семейства является низкая цена, сравнимая с ценой продукции российских производителей, и длительная гарантия — 5 лет. Обратите внимание, что российские производители пока не имеют в своем ассортименте программируемых драйверов, и когда мы говорим о стоимости, мы имеем в виду сравнение моделей без функции программирования. Функция программирования означает увеличение стоимости по сравнению с непрограммируемыми моделями примерно на 15…20%, в зависимости от выходной мощности источника.
С помощью программирования можно изменять выходной ток в диапазоне 10…100%. Когда выходной ток уменьшается, выходная мощность также уменьшается. Известно, что с уменьшением мощности значение коэффициента коррекции мощности и КПД уменьшаются. При снижении выходной мощности на 50% коэффициент коррекции мощности остается на уровне 0,95, что является отличным показателем. Реальное ухудшение этого коэффициента наблюдалось при снижении выходной мощности до 30% от номинального значения, т.е. при работе источника мощностью 100 Вт с нагрузкой 30 Вт. Поэтому использование этого семейства следует рассматривать в диапазоне мощностей 100…50%. В этом диапазоне мощности КПД составляет от 2 до 3%, например, от 91% до 89%.
Заключение: какие же возможности нам предоставляют программируемые LED-драйверы?
С программируемыми светодиодными драйверами мы больше не привязаны к определенному значению тока, а класс защиты может достигать IP67. Мы можем:
- устраняют зависимость светового потока светильника от шага светодиодов (в определенной степени),
- немедленно изменить состав светильника и использовать оптимальные на данный момент компоненты,
- для обеспечения управления освещением (управление освещением с контролем времени) без необходимости прокладки дополнительной линии управления,
- для производства светильников с постоянным световым потоком в течение всего срока службы,
- сократить количество моделей источников питания на внутреннем складе при широком ассортименте выпускаемых светильников,
- упростить варианты изготовления и сократить количество испытаний на ЭМС.
Для программируемых светодиодных драйверов требуется компьютер, графический интерфейс пользователя (GUI) или просто программное обеспечение и программирующее устройство. О том, где его взять и как им пользоваться, будет подробно рассказано в следующих номерах журнала.
Модели программируемых светодиодных драйверов, имеющиеся на складе, можно посмотреть по этой ссылке.
