Последовательное соединение светодиодов считается более предпочтительным подходом, поскольку в этом случае каждый светодиод светит с одинаковой яркостью. В то время как при параллельном соединении яркость отдельных линий может варьироваться, что приводит к неравномерному освещению. Важно отметить, что при большом количестве последовательно соединенных элементов требуется драйвер с высоким выходным напряжением для корректной работы всей цепи.
Как подобрать драйвер светодиодной лампы: виды, назначение + особенности подключения
В последние годы светодиодные светильники стали весьма распространенными благодаря своей энергоэффективности и долговечности. В связи с этим началось активное производство вторичных источников питания, таких как драйверы для светодиодов. Драйвер светодиодной лампы важен, так как он обеспечивает поддержание стабильного выходного тока светильника за счет стабилизации напряжения, которое проходит через цепочку диодов.
Эта статья призвана информировать вас о различных типах драйверов и принципах работы трансформатора тока, используемого для управления диодными лампами. В статье также приведены рекомендации по выбору драйвера, которые могут быть полезны даже для домашних электриков, и предложены электрические схемы, проверенные на практике.
Назначение и сфера использования
Диоды, используемые в светодиодах, представляют собой полупроводниковые кристаллы, которые состоят из двух полупроводников: анода (плюс) и катода (минус). Эти полупроводники отвечают за преобразование электрических сигналов в свет. Одна из областей имеет P-проводность, а другая — N-проводность. При подключении источника питания к этим элементам начинает течь ток.
Из-за различий в полярности, электроны перемещаются из области P-типа в область N-типа, создавая поток зарядов. Однако каждая из этих областей имеет свои пределы, так называемые P-N переходы. При взаимодействии на этих переходах частицы могут либо поглощаться, либо рекомбинировать, что создает свет.
Целесообразно отметить, что диод является полупроводниковым элементом, который содержит один P-N переход. Поэтому основным параметром, определяющим яркость его свечения, является не напряжение, а ток. Использование P-N перехода всегда приводит к падению напряжения на фиксированное значение в вольтах, которое будет одинаковым для каждого элемента, находящегося в цепи. В рамках этих параметров драйвер стабилизирует входной ток и контролирует постоянное значение на выходе.
Важно понимать, какие значения мощности необходимы в зависимости от специфики использования и указаны в спецификациях светодиодного компонента. Таким образом, при выборе светодиодной лампы необходимо учитывать параметры источника питания; диапазон выходного напряжения должен быть достаточно широким для компенсации возможных потерь мощности.
Чтобы мощные светодиоды работали на заданные в спецификациях временные периоды, требуется использовать стабилизирующее устройство — драйвер. Выходное напряжение прописывается на корпусе устройства и может варьироваться в зависимости от типа используемых светодиодов.
Драйверы используются для осветительных приборов, которые работают с напряжением от 10 до 36 В. Например:
- это могут быть автомобильные и велосипедные фары, мотоциклетные фары и другие устройства,
- или компактные переносные светильники, уличные фонари, ленточные огни и различные приборы освещения.
Однако стоит отметить, что драйверы не применяются для маломощных светодиодов и в случаях, когда используется постоянное напряжение. Вместо этого в такие схемы обычно включается резистор, который также может быть подключен к сети 220 В.
Принцип работы блока питания
Теперь давайте разберемся в различиях между источником напряжения и источником питания на примере простой электрической схемы.
При подключении резистора в 40 Ом к источнику харчування на 12 В протекает ток в 300 мА (рисунок A). Как только добавляется ещё один резистор параллельно, общий ток увеличивается до 600 мА (рисунок B). При этом напряжение остаётся на прежнем уровне.
Несмотря на наличие двух резисторов, второй резистор будет обеспечивать постоянное напряжение на выходе, так как в идеальных условиях он не будет зависеть от нагрузки.
Теперь посмотрим, как изменяются параметры, при этом оба резистора подключены к регулируемому источнику питания. Таким образом, если ведётся использование реостата в 40 Ом с драйвером 300 мА, то выходное напряжение составит 12 В (цепь В) через него.
Если же в цепи будут проставлены два резистора, ток через них будет оставаться одинаковым, а общее напряжение будет распределено и составит 6 В (рисунок D).
В отличие от обычных источников напряжения, драйверы обеспечивают постоянный ток на выходе, хотя напряжение может колебаться.
В общем, качественный привратник обеспечит нагрузке необходимый ток, даже при падении напряжения в сети. Следовательно, диодно-базовый чип на 2 или 3 В с током 300 мА будет сверкать с одинаковой яркостью, даже если напряжение немного упадёт.
Последовательно-параллельная схема — это решение, которое часто используется в автомобильных фарах и других мощных источниках света, работающих как на постоянном, так и на переменном напряжении.
Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны
Светодиоды представляют собой полупроводниковые элементы, и их яркость контролируется током, а не напряжением. Для нормального функционирования светодиодов необходим постоянный ток строго определённой величины. При этом p-n-переход у каждого из элементов вызывает общее падение напряжения, которое составляет одно и то же значение вольт для всех диодов в цепи. Основная задача драйвера заключается в том, чтобы обеспечить эффективное функционирование светодиодных источников согласно заданным параметрам.
Важно понимать, что точная мощность и величина падения напряжения на p-n-переходе всегда указаны в спецификации конкретного светодиодного компонента. Диапазон параметров источника питания, в свою очередь, должен быть соответствующим — находиться в определенных пределах для устойчивой работы всего светодиодного устройства.
Драйвер фактически выполняет функцию источника питания. Однако самым главным выходным параметром этого устройства является стабилизированный ток, который вырабатывается на основе широтно-импульсного модулирования (ШИМ) с использованием специализированных микросхем или простых транзисторов.
Драйверы, как правило, подключаются к стандартной электросети и обеспечивают на выходе напряжение внутри определенного диапазона, который ограничивается двумя показателями: минимальным и максимальным значением. Обычно диапазон составляет от 3 В до нескольких десятков вольт. К примеру, драйвер с напряжением 9÷21 В и выходным током 780 мА может использоваться для управления 3-6 светодиодами, каждый из которых создает падение напряжения в 3 В в сети.
Таким образом, драйвер является устройством, которое преобразует ток от сети 220 В в параметры, необходимые для света, обеспечивая его нормальную работу и продолжительный срок службы.
Светодиодный дисплей драйвера
Где применяют
С ростом популярности светодиодов возрастает и спрос на преобразователи, обеспечивающие стабильную работу этих источников света. Светодиодный свет используется в большом количестве применения благодаря своей экономичности, высокой мощи и компактным размерам:
- Для освещения улиц,
- в домах,
- для вертикального подсвета и освещения,
- в автомобильных и велосипедных фарах,
- в компактных фонарях и т.д.
При подключении к сети 220 В необходим драйвер, а в некоторых случаях может использоваться резистор при постоянном напряжении.
Светодиодные уличные фонари — мощные и экономичные
Как работает устройство
Принцип работы драйверов светодиодов основан на поддержании фиксированного тока на выходе, независимо от колебаний напряжения. Ток, проходящий через резисторы внутри устройства, стабилизируется до желаемой частоты, а переменный ток проходит через выпрямительный диодный мост. В итоге на выходе получается постоянный ток, который достаточно для работы определенного количества светодиодов.
Приборы, которые используются для поддержания характеристик тока должны учитывать несколько ключевых параметров:
- Номинальная мощность устройства. Этот параметр выражается в диапазоне, но максимальное значение обязательно должно быть немного больше, чем потребляемая мощность подключаемого светильника.
- Выходное напряжение. Это значение должно быть равно или превышать суммарное падение напряжения на каждом элементе цепи.
- Номинальный ток. Он должен соответствовать мощности светильника для обеспечения необходимых параметров яркости.
Используйте эти исходные значения для оценки, какие источники светодиодов можно подключить к конкретному драйверу.
Вся важная информация о параметрах устройства может быть найдена непосредственно на его корпусе.
На верхней синей дуге рисунка 7 показана комбинация выходных параметров при поддержании постоянной выходной мощности. Этот диапазон ограничен комбинациями ток/напряжение, например, 700 мА/107 В и 1050 мА/42,5 В. Это означает, что если вы измените ток с 1050 мА на 700 мА, выходная мощность источника питания не изменится.
Технические характеристики
Необходимость в приобретении драйвера часто возникает, когда вы встречаете интересный светильник, который не был укомплектован трансформатором тока. Другой вариант — это цельное создание светового источника с нуля, покупая все его компоненты отдельно.
Перед покупкой преобразователя тока обязательно уточните информацию о трех его основных характеристиках:
- Выходное напряжение,
- Рабочая мощность,
- Выходной ток.
Выходное напряжение рассчитывается, основываясь на подключаемом питании и количестве светодиодов в установке. Значение тока напрямую влияет на мощность и, соответственно, на яркость. Выходной ток светодиодного драйвера должен быть достаточным для обеспечения стабильного и яркого свечения.
Рабочая мощность должна превышать сумму всех потребляемых значений светодиодов. Формула для расчета мощности защитного устройства: P = P (светодиод) × N, где:
— P (светодиод) – это энергия, потребляемая одним светодиодом,
— N – количество подключенных светодиодов.
Также стоит помнить, что для стабильного функционирования источника питания запас мощности целесообразно делать на уровне 20-30%. Поэтому при выборе драйвера следует учитывать следующее:
Pmax ≥ (1.2…1.3)×P, где Pmax — максимальная мощность источника питания.
Срок годности
Срок службы драйвера обычно короче, чем у светодиодных оптических частей и составляет около 30 000 часов. На это влияет множество факторов, включая колебания напряжения, молекулы тепла, уровень влажности и общую нагрузку на драйвер.
Одна из наиболее уязвимых частей — сглаживающий конденсатор, в котором со временем может испариться электролит. Это происходит в основном в условиях повышенной влажности или при подключении к электросети, подверженной скачкам напряжения. Такой подход приводит к увеличению остаточных пульсаций на выходе, что негативно сказывается на работе светодиодов.
В немалой степени срок службы драйвера сокращается из-за частичной нагрузки. Например, если устройство, рассчитанное на 200 Вт, функционирует на половинной нагрузке (100 Вт), то вторая половина мощности возвращается в сеть, что может привести к перегрузке. Такие ситуации часто заканчиваются отключениями электричества.
Виды драйверов
Существует несколько основных категорий трансформаторов тока для светодиодов, среди которых выделяются линейные и импульсные устройства. В линейных драйверах выход представляет собой стабилизатор тока, который обеспечивает стабилизацию во время колебаний напряжения в сети. Компоненты таких драйверов регулируют плавно и минимально генерируют высокочастотные электромагнитные волны. Их простота и низкая цена, к сожалению, обычно характеризуется КПД менее 80%, что ограничивает область применения, в основном, светодиодными компонентами и маломощными токовыми лентами.
Импульсные драйверы, в отличие от линейных, более сложные. На выходе создается серия высокочастотных импульсов тока, где частота остается постоянной, но коэффициент заполнения может варьироваться от 10% до 80%, что в свою очередь приводит к изменению выходного тока. Благодаря компактным размерам и высокому КПД (90-95%) импульсные драйверы находит широкое применение. Основной недостаток таких драйверов — это количество генерируемых электромагнитных помех, которое в целом выше, чем у линейных драйверов.
Стоимость драйвера, как правило, колеблется в зависимости от наличия или отсутствия гальванической развязки. Драйверы с данной функцией обычно дороже, но их надежность выше из-за меньшей вероятности поражения электрическим током.
При выборе подходящего драйвера важно учесть, что нет ограничений по выходному току. Светодиоды могут стабильно функционировать при токе в 1,5-2 ампера, однако если неосторожно взаимодействовать с оголенными проводами, сила тока может заметно возрасти до десятков ампер, что в свою очередь повлечет за собой опасный травматизм.
Как работает драйвер?
Как уже упоминалось, светодиодный драйвер является источником тока. В отличие от источника напряжения, который генерирует на выходе напряжение, не зависящее от нагрузки.
Например, при подключении к источнику 12 В резистора 40 Ом через него проходит ток в 300 мА.
Теперь параллельно подключите два резистора, общий ток при этом составит 600 мА.
Так как источник питания контролирует ток на своем выходе, напряжение может быть изменено. Подключив резистор 40 Ом к драйверу, который выдаёт 300 мА, мы получаем падение напряжения на 12 В через резистор.
Если параллельно подключить два резистора, их ток также составит 300 мА, но напряжение упадет вдвое.
Каковы основные характеристики LED-драйвера?
При выборе драйвера акцентируйте внимание на таких параметрах, как выходное напряжение и потребляемая мощность (ток) нагрузки.
— Выходное напряжение будет зависеть от падения напряжения на светодиоде, количества светодиодов и способа их подключения.
— Ток на выходе источника питания определяется характеристиками светодиодов и имеет зависимость от их мощности и яркости, а также количества используемых и их цвета.
Обратите внимание на цветовые свойства светодиодных ламп, которые также зависят от энергопотребления нагрузки. Например, красные светодиоды имеют среднее потребление 740 мВт. В то время как для светодиодов зеленого цвета это значение уже составляет 1,20 Вт. Учитывая эти данные, можно заранее рассчитать необходимую мощность для драйвера.
Чтобы помочь вам определить общую потребляемую мощность светодиодов, рекомендуем использовать следующую формулу:
P = Pled x N, где Pled — мощность одного светодиода, а N — общее количество подключаемых светодиодов.
Вот еще одно важное правило. Для обеспечения надежной работы источника питания запас мощности должен составлять не менее 25%. Для этого использование приведенной формулы будет следующим:
Pmax ≥ (1.2…1.3)xP, где Pmax — максимальная мощность источника питания.
Как правильно подсоединять светодиоды-LED?
Светодиоды могут быть подключены различными способами, среди которых два основных метода:
Первый — это последовательное соединение. Для этого образца требуется драйвер с выходным напряжением 12 В и током 300 мА, что гарантирует, что все светодиоды в данной конфигурации будут светить с одинаковой яркостью. Однако если вы планируете увеличить количество светодиодов, потребуется драйвер с более высоким выходным напряжением.
Второй метод — параллельное соединение. Такое соединение позволит использовать источник питания на 6 В, при этом потребляемая мощность будет примерно в два раза выше по сравнению с последовательным подключением, но существует риск того, что одна линия может светиться ярче другой.
Также существует последовательно-параллельная схема, которая используется в фарах и других мощных источниках света, работающих как на постоянном, так и на переменном напряжении.
Существует вариант, в котором драйвер состоит из двух частей, что является менее предпочтительным методом.
Гибридная версия комбинирует преимущества последовательного и параллельного соединения, что делает её более универсальной. Специалисты рекомендуют определиться с выбором драйвера до покупки светодиодов и, по возможности, заранее продумать систему их подключения. Это сделает работу блока питания более эффективной.
Генераторы работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), что означает, что среднее значение выходного тока определяется соотношением ширины импульса к периоду повторения (эта величина известна как коэффициент заполнения).
Светодиодный драйвер на 220 В
На рынке представлены как линейные, так и импульсные драйверы, предназначенные для работы в сети 220 В. Существуют модели с гальванической развязкой от сети и без неё. Основные преимущества аппаратов с развязкой заключаются в их высокой эффективности, надежности и безопасности.
В отличие от них, драйверы без гальванической развязки обычно стоят дешевле, однако они менее надежны и требуют осторожности при подключении, так как существует риск поражения электрическим током.
Китайские драйверы
Рост спроса на светодиодные драйверы приводит к тому, что их массово производят в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, как правило, обеспечивающие ток от 350 до 700 мА и часто поставляемые без корпуса.
Китайский светодиодный драйвер на 3W.
Ключевые преимущества китайских драйверов заключаются в их низкой цене и наличии гальванической изоляции. Однако стоит учитывать также и их недостатки:
- Низкая надежность, обусловленная использованием дешевых схем;
- Отсутствие защиты от перегрева и перепадов напряжения;
- Высокий уровень радиопомех;
- Значительная остаточная пульсация на выходе;
- Хрупкость самих устройств.
Несмотря на множество упомянутых недостатков, спрос на эти драйверы все еще существует, так как сигналы многих крупных брендов также производятся в Китае. На сегодняшний день можно приобрести высококачественные светодиодные драйверы из Китая, например, на платформе AliExpress, однако важно заранее понять, что конкретно вы приобретаете.
Как правило, срок службы драйвера короче, чем у светодиодной части, и составляет около 30 000 часов. Это обусловлено несколькими факторами:
- Нестабильное напряжение сети;
- Ненадежное электропитание, такое как перепады напряжения;
- Также колебания температуры и влажности влияют на срок службы;
- Сильно нагруженные драйверы сокращают общее время работы.
Самой уязвимой частью светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые подвержены испарению электролитов, особенно при повышенной влажности и нестабильном напряжении питания. Это, в свою очередь, приводит к увеличению пульсаций на выходе, что негативно сказывается на работе светодиодов.
Срок службы также снижается в случае частичной нагрузки. Например, если драйвер с мощностью 150 Вт работает на нагрузке в 70 Вт, половина мощности возвращается в сеть, вызывая перегрузку и частые отключения.
Функция регулируемого по времени затемнения, применяемая в продуктах Inventronics и MEAN WELL, называется «регулируемое по времени затемнение» или «интеллектуальное регулирование затемнения». С точки зрения функциональности и особенностей фиксированного и адаптивного затемнения, они работают по схожему алгоритму, но имеют некоторые различия в общем проектировании устройства.
Как правильно выбрать драйвер?
В процессе выбора соответствующего встроенного драйвера питания для светодиодной лампы или светодиодов, как правило, возникают проблемы при выходе из строя конкретного устройства. Важно искать блок питания, идентичный предыдущему по характеристикам. Для этого необходимо учитывать параметры, указанные на корпусе устройства. Мы заинтересованы в:
Запишите необходимые параметры и найдите подходящий аналог. Также возможно сэкономить время, обратившись к представителю компании Ledrus.
Рассмотрим альтернативную ситуацию. Допустим, вам необходимо выбрать драйвер, который будет управлять шестью последовательно соединенными светодиодами. В описаниях светодиодов обычно указывается падение напряжения при номинальном токе. Рассмотрим, к примеру, что это значение равно 3 В при токе 350 мА. Общее падение напряжения U общ. составит 15 В. Общая потребляемая мощность составит 6,3 Вт. С учетом коэффициента мощности в 20-30% это значит, вам потребуется драйвер мощностью около 8 Вт. Вот, какой драйвер будет подходить:
Так же можно выбрать источник питания для светодиодов, если знать основные параметры.
Как выполнить ремонт драйвера своими руками?
В нашей стране существует множество радиолюбителей, которые самостоятельно собирают и ремонтируют электронные устройства. Для них не представляет сложности выявить неисправность и качественно её устранить. Однако обычные люди, не слишком разбирающиеся в электронике и не обладающие специальными навыками и необходимым оборудованием, вряд ли смогут выполнить ремонт драйвера самостоятельно.
Кроме того, нет особой необходимости в неполадках самостоятельно. Стоимость нового драйвера для светодиодов и светодиодных светильников очень невысока. При этом вы можете легко купить необходимое устройство без сильного ущерба для бюджета. Замена и подключение драйвера светодиодного освещения могут быть выполнены вами самостоятельно, следуя заводской маркировке подключаемых кабелей.
Без гальванической развязки драйверы стоят дешевле, но менее надежны. При их подключении стоит проявлять особую осторожность, так как существует риск поражения электрическим током.
Адаптивный димминг: самоподстройка по средней точке
Рисунок 6. Адаптивная настройка по средней точке: а) зимой; б) летом.
В режиме «демпфирование посередине» можно достичь высокой точности настройки профиля электропитания. В качестве средней точки может быть выбрана полночь (00:00). Если мы задали профиль затухания, показанный на рисунке 6a для зимнего периода, общее время работы источника питания составит 16 часов в день (8 + 8 часов). Первое отключение электроэнергии произойдет в 23:00, второе — в полночь (00:00). Если в летний срок общее время работы источника составит 8 часов, БП перенастроит свой профиль относительно выбранной точки (полночь), чтобы эта точка оставалась в середине его цикла (4 + 4 часа). В данном случае сохраняется время первого отключения (23:00) и время второго (00:00). Мы видим, что блок питания просто «обрезал» время в начале и в конце цикла в соответствии с сезонными условиями освещения.
Этот алгоритм наиболее удобен, обеспечивает надежную поддержку запрограммированного профиля в соответствие с сезонными изменениями освещения и может применяться для приглушения наружного освещения.
Программируемые LED-драйверы
Компания MEAN WELL интегрировала функции программирования в свое популярное семейство источников питания ELG (рис. 1). Программируемые модели имеют суффикс D2 в названиях, например, ELG-100-C700D2 (100 Вт, 700 мА, программируемый). Ассортимент продукции включает как серийные модели с токовым управлением (CC), так и серийные модели двойного управления (CV + CC) в диапазонах мощностей от 75 до 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 | 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 | |
| Гарантия производителя, лет | 5 | |||
Эта линейка отличается низкой ценой, которая сопоставима с продукцией российских производителей, и длительной гарантией на 5 лет. Следует заметить, что российские производители пока что не предлагают в своем ассортименте программируемых драйверов, и в контексте стоимости сравниваются только модели без функции программирования. Наличие программируемой функции увеличивает стоимость по сравнению с обычными моделями на 15…20%, в зависимости от выходной мощности источника.
С помощью программирования можно изменять выходной ток в диапазоне от 10 до 100%. При этом, если выходной ток уменьшается, то также уменьшается и выходная мощность. Известно, что с понижением выходной мощности коэффициент коррекции мощности и КПД также снижаются. При снижении выходной мощности до 50% коэффициент коррекции мощности остается на уровне 0.95, что считается хорошим показателем. Реальное выражение снижения наблюдается, когда выходная мощность падает до 30% от номинального значения, например, когда источник мощностью 100 Вт работает с нагрузкой на 30 Вт. Исходя из этого, использование рассматриваемой линейки следует рассматривать в диапазоне мощностей от 100 до 50%. В этом диапазоне КПД держится на уровне от 91% до 89%.
Заключение: какие же возможности нам предоставляют программируемые LED-драйверы?
С помощью программируемых светодиодных драйверов мы больше не прикованы к фиксированному значению тока, и класс защиты может достигать IP67. Мы можем:
- Снять зависимость светового потока светильника от параметров светодиодов (в определенной степени);
- Незамедлительно изменять состав светильника и использовать оптимальные компоненты на данный момент;
- Реализовывать управление освещением (например, управление светом по времени) без необходимости прокладывать дополнительную линию управления;
- Создавать светильники с постоянным световым потоком в течение всего срока службы;
- Сократить количество моделей источников питания на складе в условиях разнообразия предлагаемых светильников;
- Упрощать этапы производства и сокращать число испытаний на электромагнитную совместимость.
Для программируемых светодиодных драйверов требуется персональный компьютер, программное обеспечение или графический интерфейс пользователя (GUI), а также специальное программирующее устройство. Детали о том, где его приобрести и как работать с ним, будут освещены в следующих номерах журнала.
Вы можете ознакомиться с моделями программируемых светодиодных драйверов, имеющихся на складе, по данной ссылке.
