Меню

Драйвер светодиодного светильника с питанием от сети



Простой драйвер для питания светодиодных светильников от сети переменного тока

Как-то до меня дошли сведения, что за примитивный драйвер в пластмассовой залитой эпоксидным компаундом коробочке для питания мощных светодиодов требуется заплатить примерно 300 руб. Это меня возмутило, и я решил, что сделаю такое устройство бесплатно. Не потому, что у меня нет упомянутой суммы, а поскольку, по моему мнению, электроника должна быть простой и стоить соответственно.

Для этого мне потребовались испорченное китайское зарядное устройство и вышедшая из строя энер-госберегающая газоразрядная лампа мощностью 26 Вт. От зарядного устройства использовалась только пла-та, выпрямительные диоды типа 1N4007 и один маломощный транзистор n-p-n типа (аналог BC337). А из пре-образователя газоразрядной лампы были извлечены силовой дроссель, конденсатор фильтра (8.2 мкФ×400 В) и один мощный транзистор в корпусе TO220 (судя по всему, аналог MJE13005). Можно было поискать в обоих устройствах и другие компоненты, однако поскольку их поиск стоил бы больше, чем они сами, другие компо-ненты использованы из имеющихся запасов.

Схема устройства приведена на Рис.1.

Рисунок 1.

Нетрудно заметить, что по своей структуре драйвер сродни китайским зарядным устройствам, но суще-ственно проще своих родственников. Именно поэтому можно использовать соответствующую плату. Дроссель, переделанный в трансформатор, на плате не поместился, поэтому он размещен вне печатной платы на удлиняющих проводниках.

Уникальной особенностью этого устройства является наличие цепи регулирования R4, VD5, которая позволяет обеспечить практически постоянную силу света при изменении напряжения в сети в пределах 120 – 240 В. Указанные параметры гарантируются при питании 8 – 10 белых светодиодов.

Дроссель преобразован в трансформатор без разборки – просто вокруг основной обмотки в имеющихся промежутках между ней и боковыми кернами сердечника намотаны 20 витков МГТФ сечением 0.04 мм 2 . Для определенности сообщу, что собственная обмотка дросселя содержит примерно 300 витков, ее индуктив-ность составляет 2.5 мГн. Сердечник – примерно соответствует Ш5×5 из феррита Ф2000НМ, причем наверня-ка предусмотрен зазор. R1 имеет мощность 1 Вт, а R3, R6 – 0.5 Вт.

В первую очередь хочу предупредить – устройство не обеспечивает гальваническую развязку от сети, поэтому при испытаниях не следует забывать о безопасности.

Первое включение устройства необходимо осуществлять через ЛАТР, используя в качестве нагрузки 10-ваттный резистор 75…100 Ом, зашунтированный конденсатором 47 мкФ 100 В. Если при увеличении на-пряжения от нуля до 30 В устройство не генерирует, его следует немедленно отключить и поменять местами выводы любой из обмоток. После проверки наличия генерации следует подать полное напряжение и прокон-тролировать величину тока через нагрузку, замерив на ней напряжение и воспользовавшись законом Ома. Если полученное значение тока не устраивает, следует соответствующим образом изменить номинал рези-стора R6. Однако не рекомендую увеличивать величину тока сверх 0.35 А, поскольку возможно насыщение сердечника используемого дросселя и, как следствие, возможен чрезмерный нагрев ключевого транзистора. На всякий случай последовательно с группой светодиодов следует включить плавкий предохранитель, рас-считанный на 0.5 А. Количество светодиодов, которые можно питать от этого устройства, рекомендуется ус-танавливать в пределах от 5 до 20 шт., включенных последовательно.

Общая розничная стоимость всех примененных компонентов, кроме дросселя, преобразованного в трансформатор, по сведениям из Интернета может составлять не более 20 руб.

Дроссель, видимо, также стоит достаточно дешево, поскольку он является одним из примерно 30 ком-понентов энергосберегающей лампы, цена которой не превышает 140 руб. Допустим, что он стоит 50 руб., а стоимость печатной платы размерами 4 × 4 см при небольшой партии составляет 20 руб. Тогда все затраты составят около 90 руб.

Читайте также:  Гост напряжение питания оборудования

Так что если из 300 рублей оставить себе 100 за труды, остаются еще 110, на которые можно купить несколько пластмассовых коробочек и целую упаковку эпоксидного клея.

Источник

Как сделать драйвер для светодиода своими руками?

Светодиоды практичны, долговечны, эффективны и экономны. Для стабильной работы этих полупроводниковых приборов необходима подача на их выводы электротока со строго выверенными параметрами. Для этого нужен специальный светодиодный драйвер, своими руками создать который несложно.

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Нестабильность тока в сети 220 вольт и отличие в характеристиках приводит к деградации материала и сгоранию светодиода. Чтобы избежать этого, ставят драйвер.

Он преобразует электроток:

  • задает ему амплитуду;
  • выпрямляет – делает его постоянным;
  • подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

  1. Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
  2. Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
  3. Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Теория питания светодиодных ламп от 220 в

Лед-лампа, лента под потолком или подсветка в современном телевизоре являются совокупностью нескольких мощных небольших светодиодов, размещенных в пространстве нужным образом.

Для замены 60 W лампочки (по яркости свечения) понадобится около дюжины недорогих полупроводниковых приборов.

Если каждый из них способен пропускать ток в 1 А при напряжении 3,3 V, то в осветительную сеть их включить нельзя – сразу сгорят. Можно воспользоваться делителем из резисторов, но на них будет рассеиваться большая мощность. Поэтому КПД светильника будет небольшим.

Для снижения напряжения и преобразования тока в постоянный применяют драйверы. Внутри этих устройств могут быть различные стабилизаторы тока, емкостно-резистивные делители и т. д.

В схему могут входить транзисторы, микросхемы, конденсаторы и т. д. Такие преобразователи меняют напряжение и обеспечивают подачу нужного количества тока каждому элементу.

Разновидности светодиодных драйверов

Есть несколько типов преобразователей для полупроводниковых источников света. Основные типы – линейный и импульсный. Каждый из них создается для своих целей и имеет свои нюансы.

Линейный

Этот тип применяют часто. Его сборка, при наличии всех деталей, может длиться 5-10 минут. Наладка ему почти не нужна – он начинает работать сразу.

Читайте также:  Гост консервы мясные для детского питания технические условия

В схеме присутствует линейный стабилизатор тока, который можно представить как переменный резистор, управляемый электронной схемой.

При подаче входного напряжения оно идет на регулирующий элемент и затем на схему (КТ) контроля тока. После этого оно появляется на выходе, к которому подсоединена нагрузка. Узел КТ проверяет ток и в зависимости от этого меняет сопротивление регулирующего элемента.

Недостаток подобного устройства – низкий КПД.

Импульсный

В основе этого типа драйвера лежит другой принцип. Регулирующим элементом здесь выступают ключи с трансформатором. При подаче напряжения на обмотках начинает запасаться энергия (в магнитном поле). Ток постепенно возрастает.

Как только он достигнет нужной величины, произойдет переключение ключей. Запасенная энергия пойдет в цепь, и ток начнет уменьшаться. По достижении минимального значения вновь сработают ключи и процесс повторится.

Принцип работы устройства

Основная работа драйвера – создание на выходе заданного значения тока и его поддержание. Любая схема подобного типа состоит из нескольких частей:

  • сетевого фильтра, защищающего сеть от помех;
  • конденсаторно-резисторного (RC) или трансформаторного узла для снижения напряжения;
  • диодного моста для выпрямления;
  • стабилизатора тока.

Устройство с RC фильтром действует так:

  1. Конденсатор в сети переменного тока выполняет функции емкостного сопротивления. Вместе с мостом он образует делитель напряжения и уменьшает его до нужного предела. Резистор в его цепи служит для самозарядки.
  2. Сниженное напряжение поступает на стабилизатор тока, а с него – на светодиоды.

Трансформаторный узел представляет собой устройство ключевого или другого типа, управляемое генератором. Он может быть выполнен на специализированных микросхемах, высоковольтных ключевых транзисторах, простых элементах или на ШИМ контроллере.

Такой драйвер работает следующим образом:

  • при подаче питания мост выпрямляет его, и оно идет на ключи, на которых с помощью обмоток создаются противофазные напряжения;
  • одновременно с ними включается генератор, который вырабатывает импульсы и запускает драйвер;
  • ключи, включаясь попеременно, обеспечивают бесперебойную работу устройства через цепь обратной связи;
  • на выходной обмотке возникает переменное напряжение, выпрямляемое мостом или 1-2 диодами вместе с электролитическими конденсаторами;
  • далее в цепи стоит стабилизатор тока, к которому подключают светодиоды.

Характеристики и отличия от блоков питания led ленты

Нельзя применить вместо преобразователя простой БП, рассчитанный на те же напряжение и ток. Хотя оба устройства (драйвер и блок led ленты) выполняют почти одну и ту же функцию – существенные различия есть.

Простой БП преобразует напряжение и выдает постоянный ток. Элементы ленты, подключаемые к нему, состоят из светодиода и резисторов. Таких узлов в ленте может быть много.

Управлять свечением полупроводника трудно, т. к. оно зависит от изменения величины тока, а он в данном узле постоянный. Для увеличения или изменения яркости в светодиодной ленте придется одновременно регулировать все резисторы, а это нереально.

Драйвер является стабилизатором тока. Светодиоды подключены к нему последовательно. Поскольку в любой стабилизатор можно вставить регулирующий элемент, то яркость полупроводников получится свободно менять. Для этого следует лишь поднять или опустить общую величину силы тока.

Изготовление драйвера для светодиодов своими руками

Если в наличии пользователя есть несколько полупроводниковых кристаллов или линейка подсветки из старого телевизора, он может самостоятельно сделать источник тока для них.

Для этого следует приобрести приборы и детали или выпаять радиоэлементы из старой аппаратуры. Часто КПД устройств, сделанных своими руками, намного выше, чем у промышленных образцов.

Читайте также:  Гост по функциональному питанию

Материалы и инструменты для работы

Для самодельного простого драйвера потребуются:

  • конденсаторы: простой 0,27 мкф на 400 V и 2 электролитических 500×16 V и 100×16 V;
  • резистор 500 кОм на 0,5 W;
  • 4 диода или готовый мост на 220 V;
  • микросхема LM317;
  • паяльник мощностью 20-40 Вт;
  • флюс и припой (желательно типа ПОС);
  • пассатижи, кусачки, плоскогубцы;.
  • многожильные изолированные проводники из меди сечением 0,35-1 мм²;
  • трубка термоусадочная;
  • мультиметр или тестер;
  • изолента;
  • плата для распайки элементов.

Схемы простого драйвера для светодиода 1 Вт и мощного

Классический преобразователь представляет собой сочетание электронного делителя напряжения и микросхемы-стабилизатора. Первый узел состоит из 2 элементов (конденсатора 0,27 мкф и резистора 500 кОм), соединенных параллельно, к которым последовательно подключен мост из диодов, выдерживающих входное напряжение.

Для сглаживания пульсаций устанавливают 2 «электролита». Первый из них 500×16 V паяют сразу после моста. Затем монтируют стабилизатор тока. За ним второй конденсатор 100×16 V.

В качестве стабилизатора часто применяют микросхему L7812, но это не совсем правильное решение. Она является линейным устройством, регулирующим напряжение, и при изменении тока может сгореть.

Схема подключения

Лучше воспользоваться микросхемами LM317, LM338 или LM350, у которых есть защита от КЗ и перегрева. Питать их можно любым напряжением 5-35 V. К драйверу можно подсоединить 5-10 светодиодов.

Схема подключения проста:

  • плюс делителя идет на вход микросхемы (1 вывод);
  • общий провод через анод светодиода идет на минус радиодетали (среднюю ножку);
  • туда же через резистор, ограничивающий ток, подключен выход LM317 (3 контакт).

Установив вместо последнего элемента регулируемое сопротивление, можно изменять силу тока, т. е. яркость светодиодов в некоторых пределах.

Если нужно соорудить мощный прожектор, то драйвер придется модифицировать:

  • необходимо поднять питающее напряжение до 24 V;
  • установить стабилизатор с наибольшим током, а из предложенных микросхем только LM338 может выдавать 5А.

Ввиду большой силы тока следует установить ее на радиатор.

Как собрать и настроить драйвер?

В простом преобразователе для светодиодов мало элементов. Драйвер можно собрать на специальной плате, куске фанеры или провести навесной монтаж.

Устройство не требует наладки, если взять все указанные детали. Главное – правильно рассчитать резистор, ограничивающий ток.

Нюансы драйвера без стабилизатора тока

Многие пользователи совсем не ставят микросхему или другой подобный узел. Но отсутствие трансформатора приводит к пульсации напряжения и тока.

Яркость светодиодов при этом тоже меняется. Частично проблему решает конденсатор, установленный после моста. Если стабилизатор не установлен, то минимальная величина пульсации составит 2-5 V.

Вариант c микросхемой позволит избавиться от проблемы. Поэтому драйвер, смонтированный своими руками, по степени пульсации не уступит зарубежным аналогам.

Правила расчета технических параметров

Работоспособность любого устройства зависит от правильно подобранных компонентов. Поэтому необходимо знать, как рассчитывать каждый элемент драйвера.

Емкость гасящего конденсатора определяют по формуле:

С(мкФ) = 3200*I нагрузки/√(Uвход²-Uвыход²)

Например, для светодиодов с током 300 mA :

С(мкФ) = 3200* 300 /√(220²-24²) = 4,367 мкф.

Величина ограничивающего сопротивления прямо пропорциональна количеству потребляемого тока:

  • 500 mA – 2,5 Ом;
  • 250 mA – 5 Ом;
  • 125 mA – 10 Ом.

Зная эти величины, можно рассчитать резистор для любого количества светодиодов.

Срок службы устройства

Длительность работы драйвера зависит от разных параметров. Это напряжение и ток нагрузки, качество использованных деталей, правильный расчет и многое другое. Общий срок службы устройства может составить от 1 года до нескольких десятков лет.

Источник