Зачем нужен драйвер для светодиода и как подобрать

Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.

Назначение

Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов.

Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.

Принцип работы

Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.

Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.

Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.

Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.

Подключим так же резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.

Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.

Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:

Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.

Основные характеристики

При подборе нужно учитывать три основных параметра: выходное напряжение, ток и потребляемая нагрузкой мощность.

Напряжение на выходе драйвера зависит от нескольких факторов:

Ток на выходе драйвера определяется характеристиками светодиодов и зависит от следующих параметров:

Мощность светодиодов влияет на потребляемый ими ток, который может варьироваться в зависимости от требуемой яркости. Драйвер должен обеспечить им этот ток.

Мощность нагрузки зависит от:

В общем случае потребляемую мощность можно рассчитать как

где Pled — мощность светодиода,

N — количество подключаемых светодиодов.

Стоит учесть, что для стабильной работы драйвера и предотвращения выхода его из строя следует обеспечить запас по мощности хотя бы 20-30%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

где Pmax — максимальная мощность драйвера.

Кроме мощности и количества светодиодов, мощность нагрузки зависит еще от их цвета. Светодиоды разных цветов имеют разное падение напряжения при одинаковом токе. Например, красный светодиод CREE XP-E обладает падением напряжения 1.9-2.4 В при токе 350 мА. Средняя потребляемая им мощность таким образом составляет около 750 мВт.

У XP-E зеленого цвета падение 3.3-3.9 В при том же токе, и его средняя мощность составит уже около 1,25 Вт. То есть драйвером, рассчитанным на 10 ватт, можно питать либо 12-13 красных светодиодов, либо 7-8 зеленых.

Как подобрать драйвер для светодиодов, способы подключения

Допустим, имеется 6 светодиодов с падением напряжения 2 В и током 300 мА. Подключить их можно различными способами, и в каждом случае потребуется драйвер с определенными параметрами:

Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя.

Обратите внимание, что во всех случаях мощность драйвера составляет 3.6 Вт и не зависит от способа подключения нагрузки.

Таким образом, целесообразнее выбирать драйвер для светодиодов уже на этапе закупки последних, предварительно определив схему подключения. Если же сначала приобрести сами светодиоды, а потом подбирать к ним драйвер, это может оказаться нелегкой задачей, поскольку вероятность того, что Вы найдете именно тот источник питания, который сможет обеспечить работу именно этого количества светодиодов, включенных по конкретной схеме, невелика.

В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.

Импульсные работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования (эта величина называется коэффициентом заполнения).

На диаграмме выше показан принцип работы ШИМ-драйвера: частота импульсов остается постоянной, но изменяется коэффициент заполнения от 10% до 80%. Это ведет к изменению среднего значения тока I_cp на выходе.

Импульсные драйверы получили широкое распространение благодаря компактности и высокому КПД (около 95%). Основным недостатком является больший по сравнению с линейными уровень электромагнитных помех.

Светодиодный драйвер на 220 В

Для включения в сеть 220 В выпускаются как линейные, так и импульсные. Существуют драйверы с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первых являются высокий КПД, надежность и безопасность.

Без гальванической развязки обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении, поскольку есть вероятность поражения током.

Китайские драйверы

Востребованность драйверов для светодиодов способствует их массовому производству в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто не имеющие корпуса.

Китайский драйвер для светодиода 3w

Основные их достоинства – низкая цена и наличие гальванической развязки. Недостатки следующие:

Ввиду большого количества недостатков эти драйверы пользуются маленьким спросом, но, сегодня в Китае производится огромное количество продукции, многие известные бренды перенесли свое производство в эту страну. В связи с этим, теперь в Китае можно купить и качественные драйверы для светодиодов, например на AliExpress, главное знать, что брать.

Что купить?

Мы проанализировали большое количество отзывов с форумов и самой площадки AliExpress и подготовили для вас свою подборку драйверов, которые подойдут для решения многих задач:

Срок службы

Обычно срок службы драйвера меньше, чем у оптической части – производители дают гарантию на 30000 часов работы. Это связано с такими факторами, как:

Самым слабым звеном светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые имеют тенденцию к испарению электролита, особенно в условиях повышенной влажности и нестабильного питающего напряжения. В результате уровень пульсаций на выходе драйвера повышается, что негативно сказывается на работе светодиодов.

Также на срок службы влияет неполная загруженность драйвера. То есть если он, рассчитан на 150 Вт, а работает на нагрузку 70 Вт, половина его мощности возвращается в сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания. Рекомендуем почитать про срок службы светодиодных ламп.

Схемы драйверов (микросхемы) для светодиодов

Многие производители выпускают специализированные микросхемы драйверов. Рассмотрим некоторые из них.

ON Semiconductor UC3845 – импульсный драйвер с выходным током до 1А. Схема драйвера для светодиода 10w на этой микросхеме приведена ниже.

Supertex HV9910 – очень распространенная микросхема импульсного драйвера. Ток на выходе не превышает 10 мА, не имеет гальванической развязки.

Простой драйвер тока на этой микросхеме представлен ниже.

Texas Instruments UCC28810. Сетевой импульсный драйвер, имеет возможность организовать гальваническую развязку. Выходной ток до 750 мА.

Еще одна микросхема этой фирмы, — драйвер для питания мощных светодиодов LM3404HV — описывается в этом видео:

Устройство работает по принципу резонансного преобразователя типа Buck Converter, то есть функция поддержания требуемого тока здесь частично возложена на резонансную цепь в виде катушки L1 и диода Шоттки D1 (типовая схема приведена ниже). Также имеется возможность задания частоты коммутации подбором резистора R_ON.

Maxim MAX16800 – линейная микросхема, работает при малых напряжениях, поэтому на ней можно построить драйвер 12 вольт. Выходной ток – до 350 мА, поэтому может использоваться как драйвер питания для мощного светодиода, фонарика, и т.д. Есть возможность диммирования. Типовая схема и структура представлены ниже.

Заключение

Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% для люминесцентной лампы не повлечет за собой серьезного ухудшения характеристик, для светодиодов же срок службы сократится в несколько раз. Поэтому выбирать драйвер для светодиодов следует особенно тщательно.

Источник

В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов: теория и практика, всё что нужно знать

Примечание автора: «В сети есть достаточно большое количество информации о питании светодиодной продукции, но когда я готовил материал для этой статьи, нашел большое количество абсурдной информации на сайтах из топа выдачи поисковых систем. При этом наблюдается либо полное отсутствие, либо неправильное восприятие базовых теоретических сведений и понятий».

Содержание статьи

Источник тока и источник напряжения

Различают два основных типа источников питания:

Давайте рассмотрим их отличия.

У идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равняется нулю, при этом выходной ток может быть бесконечно большим. В реальности же дело обстоит иначе.

Для реального источника напряжения аварийным режимом работы является режим короткого замыкания. В таком режиме ток резко возрастает, его ограничивает только внутреннее сопротивление источника питания. Если источник питания не имеет защиты от КЗ, то он выйдет из строя

Так как целью источника тока является поддержание заданного уровня тока. Аварийным режимом работы для него является режим холостого хода.

Если объяснить причину простыми словами, то дело обстоит следующим образом: допустим, вы подключили к источнику тока с номинальным в 1 Ампер нагрузку сопротивлением в 1 Ом, то напряжение на его выходе установится в 1 Вольт. Выделится мощность в 1 Вт.

Если увеличить сопротивление нагрузки, скажем, до 10 Ом, то ток так и будет 1А, а напряжение уже установится на уровне 10В. Значит, выделится 10Вт мощности. И наоборот, если снизить сопротивление до 0.1 Ома, ток будет все равно 1А, а напряжение станет 0.1В.

Холостым ходом называется состояние, когда к выводам источника питания ничего не подключено. Тогда можно сказать, что на холостом ходу сопротивление нагрузки очень большое (бесконечное). Напряжение будет расти до тех пор, пока не потечет ток силой в 1А. На практике, для примера такой ситуации можно привести катушку зажигания автомобиля.

Напряжение на электродах свечи зажигания, когда цепь питания первичной обмотки катушки размыкается, растёт до тех пор, пока его величина не достигнет напряжения пробоя искрового промежутка, после чего через образовавшуюся искру протечет ток и рассеется энергия, накопленная в катушке.

Состояние короткого замыкания для источника тока не является аварийным режимом работы. При коротком замыкании сопротивление нагрузки источника питания стремится к нулю, т.е. оно бесконечно маленькое. Тогда напряжение на выходе источника тока будет соответствующим для протекания заданного тока, а выделяемая мощность ничтожно мала.

Перейдем к практике

Если говорить о современной номенклатуре или названиям, которые даются источникам питания в большей степени маркетологами, а не инженерами, то блоком питания принято называть источник напряжения.

Зарядное устройство для мобильного телефона (в них преобразование величин до достижения необходимого зарядного тока и напряжения осуществляется установленными на плате заряжаемого устройства преобразователями.

Блок питания для ноутбука.

Блок питания для светодиодной ленты.

Питание светодиодов

В начале статьи было упомянуто, что у светодиода весьма высокие требования к питанию. Дело в том, что светодиод питается током. Это связано с вольтамперной характеристикой всех полупроводниковых диодов. Взгляните на неё.

На картинке ВАХ диодов разных цветов:

Такая форма ветви (близка к параболе) обусловлена характеристиками полупроводников и примесей которые в них внесены, а также особенностей pn-перехода. Ток, когда напряжение, приложенное к диоду меньше порогового почти, не растёт, вернее его рост ничтожно мал. Когда напряжение на выводах диода достигает порогового уровня, через диод резко начинает расти ток.

Если ток через резистор растёт линейно и зависит от его сопротивления и приложенного напряжения, то рост тока через диод не подчиняется такому закону. И при увеличении напряжения на 1% ток может возрасти на 100% и больше.

Чтобы узнать причины этого подробнее нужно углубиться в курс “Физические основы электроники” и узнать о типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочих интересных вещах, но делать этого мы не будем, бегло эти вопросы мы рассматривали в статье о биполярных транзисторах.

В технических характеристиках пороговое напряжение обозначается, как падение напряжения в прямом смещении, для светодиодов белого свечения обычно около 3-х вольт.

С первого взгляда может показаться, что достаточно на этапе проектировки и производства светильника достаточно подобать токоограничивающие резисторы и выставить стабильное напряжения на выходе блока питания и всё будет хорошо. На светодиодных лентах так и делают, но их питают от стабилизированных источников питания, к тому же мощность применяемых в лентах светодиодах зачастую* мала, десятые и сотые доли Ватт.

Мощные светодиоды, которые и рекомендуется питать драйверами, греются достаточно сильно. Например, светодиод мощностью 1Вт нагревается до температуры выше 50 градусов за несколько 5-15 секунд работы без радиатора.

Если такой светодиод питается от драйвера, со стабильным выходным током, то при нагреве светодиода ток через него не возрастет, а останется неизменным, а напряжение на его выводах для этого немного снизится.

А если от блока питания (источника напряжения), после нагрева ток увеличится, от чего нагрев будет еще сильнее.

Блок питания в разобранном виде

Выбор драйвера: характеристики, подключение

Для правильного выбора драйвера нужно ознакомиться с его техническими характеристиками, основные это:

Номинальный выходной ток;

Минимальная мощность. Не всегда указывается. Дело в том, некоторые драйвера не запустятся если к ним подключена нагрузка меньше определенной мощности.

Часто в магазинах вместо мощности указывают:

Номинальный выходной ток;

Диапазон выходных напряжений в виде (мин.)В…(макс.)В, например 3-15В.

Количество подключаемых светодиодов, зависит от диапазона напряжений, пишется в виде (мин)…(макс), например 1-3 светодиодов.

Так как ток через все элементы одинаков при последовательном подключении, поэтому к драйверу светодиоды подключаются последовательно.

Параллельно светодиоды нежелательно (скорее нельзя) подключать к драйверу, потому что, падения напряжений на светодиодах могут немного различаться и один будет перегружен, а второй наоборот работать в режиме ниже номинального.

Подключать больше светодиодов, чем определено конструкцией драйвера не рекомендуется. Дело в том, что любой источник питания имеет определенную максимально допустимую мощность, которую нельзя превышать. А при каждом подключенном светодиоде к источнику стабилизированного тока напряжение на его выходах будет возрастать примерно на 3В (если светодиод белый), а мощность будет равняться как обычно произведению тока на напряжение.

Исходя из этого, сделаем выводы, чтобы купить правильный драйвер для светодиодов, нужно определиться с током, который потребляют светодиоды и напряжением, которое на них падает, и по параметрам подобрать драйвер.

Например этот драйвер поддерживает подключение до 12 мощных светодиодов на 1Вт, с током потребления в 0.4А.

Вот такой выдаёт ток в 1.5А и напряжение от 20 до 39В, значит к нему можно подключить, например светодиод на 1.5а, 32-36В и мощностью 50Вт.

Заключение

Драйвер – это один из типов блока питания, рассчитанный на обеспечение светодиодов заданным током. В принципе все равно как называют этот источник питания. Блоками питания называются источники питания для светодиодных лент на 12 или 24 Вольта, они могут выдавать любой ток ниже максимального. Зная правильные названия, вы вряд ли ошибетесь при приобретении товара в магазинах, и вам не придётся его менять.

Другие полезные материалы про современное светодиодное освещение:

Источник

Виды и характеристики драйверов для светодиодных источников света

Драйвер для светодиодного светильника — важнейший элемент схемы, обеспечивающий хорошую яркость, эффективность и продолжительную эксплуатацию источников света. С его помощью происходит трансформация переменного тока промышленной сети напряжением 220 В в постоянный ток нужного значения (12/24/48 В). Разберемся во всех функциях электротехнического элемента и укажем важные критерии выбора устройств.

Понятие сетевого драйвера и его предназначение

Драйвер — электронный компонент, на который поступает напряжение переменного тока, происходит стабилизация и выходит напряжение постоянного тока. Здесь важно понимать, что речь идет о получении тока. Для преобразования напряжения используются обычные блоки питания (на корпусе указывается значение выходного напряжения). Блоки питания эксплуатируются в диодных лентах.

Главная характеристика преобразователя для светодиодных осветительных приборов — выходной ток. Для нагрузки используют вспомогательные led-диоды или другие полупроводники. Практически всегда драйвер питается от промышленной сети 220 В, а диапазон напряжения на выходе начинается от 2 – 3 и заканчивается десятками Вольт. Чтобы подключить три светодиода на 3 Вт, необходим электронный драйвер с выходным напряжением 9 – 21 В и током 780 мА. При небольшой нагрузке универсальное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Для питания фар транспортных средств применяют источник с постоянным напряжением от 10 до 35 В. Если мощность невысокая, драйвер необязателен, но потребуется соответствующий резистор. Данный компонент — незаменимая часть бытового выключателя, но при коммутации led-диода к переменной сети 220 В нельзя рассчитывать на надежную и долговечную работу.

Принцип работы

Преобразователь выступает источником тока. Разберемся в отличиях изделия от блока питания — источника напряжения.

На выходе каждого преобразователя напряжения имеем определенное напряжение, которое не связано с нагрузкой. К примеру, если подключить к блоку питания 12 В сопротивление 40 Ом, через него будет идти ток 300 мА. Если установить два резистора параллельно, то в сумме получится ток 600 мА, хотя напряжение останется идентичным.

Что касается драйвера, он дает одинаковый ток, несмотря на изменяющееся в меньшую или большую сторону напряжение. Возьмите резистор 30 Ом и соедините его с драйвером на 225 мА. Напряжение упадет до 12 В. Если выполнить коммутацию двух параллельно соединенных резисторов по 30 Ом каждый, ток все равно останется равным 225 мА, но напряжение уменьшится вдвое — до 6 В.

Отсюда вывод: качественный драйвер гарантирует нагрузке заданный выходной ток независимо от изменяющегося напряжения. В результате led-диод при подаче напряжения 5 В будет светить одинаково ярко в сравнении с источником питания на 10 В при условии сохранения идентичного тока.

Технические характеристики

Необходимость покупки драйвера возникает, если был найден интересный светильник без преобразователя тока. Другой вариант — создание источника света с нуля путем приобретения каждого элемента отдельно.

Перед покупкой преобразователя тока изучите три главные характеристики:

Выходное напряжение рассчитывается исходя из схемы подключения к питанию и числа светодиодов. Значение тока оказывает воздействие на мощность и уровень свечения. Выходного тока драйвера для led-диодов должно быть достаточно для постоянного и яркого свечения.

Мощность изделия должна быть выше суммарного значения всех светодиодов. Для расчета используется формула P = P (led) × X, где

Для гарантии продолжительной эксплуатации драйвера нужно ориентироваться на запас мощности — покупайте преобразователи номинальной мощностью на 20 – 30 % выше требуемого значения. Не забывайте о цветовом факторе, непосредственно связанном с падением напряжения. Последняя величина изменяется в зависимости от разных цветов.

Срок годности

Срок эксплуатации драйвера несколько меньше по сравнению с оптической составляющей светодиодного светильника — порядка 30 000 часов. Это связано с рядом причин: скачками напряжения, изменениями температуры, влажности и нагрузкой на преобразователь.

Одно из уязвимых мест — сглаживающий конденсатор, в котором со временем испаряется электролит. В большинстве случаев это происходит при монтаже в помещениях с высокой влажностью или подключении к сети, в которой есть скачки напряжения. Подход приведет к повышению пульсаций на выходе устройства, что негативно воздействует на led-диоды.

Нередко срок службы драйвера уменьшается из-за частичной загруженности. Если используется устройство мощностью 200 Вт с уменьшенной в два раза нагрузкой (100 Вт), половина от номинального значения вернется в сеть, что вызовет перегрузку и более частые сбои питания.

Виды драйверов

Существуют две основные категории преобразователей тока для светодиодов — линейного и импульсного типов. На линейном оборудовании выход — генератор тока, гарантирующий стабилизацию при любых перепадах сетевого напряжения. Компонент выполняет плавную подстройку без образования электромагнитных волн высокой частоты. Простые и дешевые изделия с КПД ниже 80 %, что ограничивает область использования до светодиодов и лент малой мощности.

Принцип действия импульсных драйверов сложнее — на выходе образуется серия импульсов тока высокой частоты.

Частота появления импульсов тока всегда постоянна, но коэффициент заполнения может изменяться в диапазоне 10 – 80 %, что приводит к изменению значения выходного тока. Компактные габариты и высокий КПД (90 – 95 %) обусловили широкое распространение импульсных драйверов. Их главный недостаток — большее число электромагнитных помех (в сравнении с линейными).

На стоимости драйвера сказывается наличие или отсутствие гальванической развязки. В последнем случае устройства обычно дешевле, но надежность значительно ниже из-за вероятности поражения током.

Диммируемый драйвер

Диммер — устройство, позволяющее регулировать яркость источников света. Большинство драйверов поддерживают данную функцию. С их помощью понижается интенсивность освещения в светлое время суток, расставляются акценты на определенных предметах интерьера, выполняется зонирование комнаты. Все это предоставляет возможность снижения затрат на электроэнергию и увеличение ресурса отдельных компонентов.

Китайские драйверы

Дешевые и низкокачественные китайские драйверы характеризуются отсутствием корпуса. Величина выходного тока обычно не превышает 700 мА. На фоне минимальной стоимости и (возможно) наличия гальванической развязки недостатки выглядят куда более серьезными:

Как подобрать драйвер

Если хотите получить качественное устройство, которое прослужит несколько лет и будет выполнять требуемые функции, рекомендуем избегать приобретения дешевых китайских изделий. Далеко не всегда физические параметры таковых совпадают с заявленными значениями. Не покупайте приборы, у которых отсутствуют гарантийные талоны.

Самый простой, средний по качеству и цене вариант — преобразователь тока без корпуса, подключаемый к промышленной сети напряжением 220 В. Выбирая ту или иную модификацию устройства, можно использовать его для одного или нескольких светодиодов. Это отличные элементы, применяемые в лабораторных исследованиях и экспериментах. Для квартиры и дома желательно покупать драйверы с корпусом, поскольку при его отсутствии снижаются надежность и безопасность эксплуатации.