Светодиоды, в последние годы серьезно потеснившие все остальные источники света, сегодня можно встретить повсеместно. Они используются в квартирах и офисах, освещают улицы, украшают здания и интерьеры. Но для правильной работы полупроводникового источника света необходим качественный и надежный драйвер для светодиодов. Сегодня мы поговорим об этом исключительно важном узле и разберемся, почему этот драйвер так необходим, как он работает, и даже попытаемся сделать led driver своими руками.
Что такое драйвер и зачем он нужен
Если заглянуть в англо-русский словарь, то можно узнать, что драйвер – это буквально «водитель» (driver – водитель, англ.). Откуда такое странное название и что он водит? Для того чтобы в этом разобраться, немного отвлечемся и поговорим о светодиодах.
Светодиод (led) – полупроводниковый прибор, способный излучать свет под воздействием приложенного к нему напряжения. Причем для правильной работы полупроводника напряжение, обеспечивающее оптимальный ток через кристалл, должно быть постоянным и строго стабилизированным. Особенно это касается мощных светодиодов, которые крайне критически относятся к всевозможным перепадам и скачкам питающего тока. Стоит питанию диода чуть снизиться, как упадет ток и, как следствие, уменьшится светоотдача. При малейшем превышении нормальной величины тока полупроводник мгновенно перегревается и сгорает.
Основное назначение драйвера – обеспечить светоизлучающий диод необходимым для его нормальной работы током. Таким образом, led драйвер – это, по сути, блок питания для светодиодов, их «водитель», обеспечивающий длительную и качественную работу полупроводникового осветителя.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Задать вопрос экспертуТы не встретишь ни одного осветительного прибора, имеющего в своем составе мощный светодиод, который бы не имел драйвера. Поэтому так важно разобраться, какими бывают драйверы, как они работают и какими характеристиками должны обладать.
Виды светодиодных драйверов
Все драйверы для светодиодов можно разделить по принципу стабилизации тока. На сегодняшний день таких принципов два:
- Линейный.
- Импульсный.
Линейный стабилизатор
Предположим, в нашем распоряжении мощный светодиод, который нужно зажечь. Соберем простейшую схему:
Схема, поясняющая линейный принцип регулировки тока Выставляем резистором R, выполняющим роль ограничителя, нужное значение тока – светодиод горит. Еcли напряжение питания изменилось (к примеру, батарея садится), поворачиваем движок резистора и восстанавливаем необходимый ток. Если увеличилось, то таким же образом ток уменьшаем. Именно это и делает простейший линейный стабилизатор: следит за током через светодиод и при необходимости «крутит ручку» резистора. Только делает он это очень быстро, успевая реагировать на малейшее отклонение тока от заданной величины. Конечно, никакой ручки у драйвера нет, ее роль выполняет транзистор, но суть пояснения от этого не меняется.
В чем недостаток линейной схемы стабилизатора тока? Дело в том, что через регулирующий элемент тоже течет ток и бесполезно рассеивает мощность, которая просто греет воздух. Причем чем входное напряжение больше, тем выше потери. Для светодиодов с небольшим рабочим током такая схема годится и успешно используется, но мощные полупроводники линейным драйвером питать себе дороже: драйверы могут съедать больше энергии, чем сам осветитель.
К преимуществам такой схемы питания можно отнести относительную простоту схемотехники и невысокую стоимость драйвера, сочетающуюся с высокой надежностью.
Линейный драйвер для питания светодиода в карманном фонаре Импульсная стабилизация
Перед нами тот же светодиод, но схему питания соберем несколько иную:
Схема, поясняющая принцип работы широтно-импульсного стабилизатора Теперь вместо резистора у нас кнопка КН и добавлен накопительный конденсатор С. Подаем напряжение на схему и нажимаем кнопку. Конденсатор начинает заряжаться, и при достижении на нем рабочего напряжения светодиод загорается. Если продолжать держать кнопку нажатой, то ток превысит допустимую величину, и полупроводник сгорит. Отпускаем кнопку. Конденсатор продолжает питать светодиод и постепенно разряжается. Как только ток опустится ниже допустимого для светодиода значения, снова нажимаем кнопку, подпитывая конденсатор.
Вот так сидим и периодически жмем кнопку, поддерживая нормальный режим работы светодиода. Чем выше питающее напряжение, тем нажатия будут короче. Чем напряжение ниже, тем кнопку придется держать нажатой дольше. Это и есть принцип широтно-импульсной модуляции. Драйвер следит за током через светодиод и управляет ключом, собранным на транзисторе или тиристоре. Делает он это очень быстро (десятки и даже сотни тысяч нажатий в секунду).
С первого взгляда работа утомительная и сложная, но только не для электронной схемы. Зато КПД импульсного стабилизатора может достигать 95%. Даже при питании потери энергии минимальны, а ключевые элементы драйвера не требуют мощных теплоотводов. Конечно, импульсные стабилизаторы несколько сложнее по конструкции и дороже, но все это окупается высокой производительностью, исключительным качеством стабилизации тока и отличными массогабаритными показателями.
Этот импульсный драйвер способен выдать ток до 3 А безо всяких радиаторов Как подобрать драйвер для светодиодов
Разобравшись с принципом работы led driver, осталось научиться их правильно выбирать. Если ты не забыл основ электротехники, полученных в школе, то дело это нехитрое. Перечислим основные характеристики преобразователя для светодиодов, которые будут участвовать в выборе:
- входное напряжение;
- выходное напряжение;
- выходной ток;
- выходная мощность;
- степень защиты от окружающей среды.
Прежде всего, необходимо решить, от какого источника будет питаться твой светодиодный светильник. Это может быть сеть 220 В, бортовая сеть автомобиля или любой другой источник как переменного, так и постоянного тока. Первое требование: то напряжение, которое ты будешь использовать, должно укладываться в диапазон, указанный в паспорте на драйвер в графе «входное напряжение». Кроме величины, нужно учесть и род тока: постоянный или переменный. Ведь в розетке, к примеру, ток переменный, а в автомобиле – постоянный. Первый принято обозначать аббревиатурой АС, второй DC. Почти всегда эту информацию можно увидеть и на корпусе самого прибора.
Этот драйвер рассчитан для работы от сети переменного тока напряжением от 100 до 265 В Далее переходим к выходным параметрам. Предположим, у тебя есть три светодиода на рабочее напряжение 3.3 В и ток 300 мА каждый (указано в сопроводительной документации). Ты решил сделать настольную лампу, схема соединения диодов последовательная. Складываем рабочие напряжения всех полупроводников, получаем падение напряжения на всей цепочке: 3.3 * 3 = 9.9 В. Ток при таком соединении остается тем же – 300 мА. Значит, тебе нужен драйвер с выходным напряжением 9.9 В, обеспечивающий стабилизацию тока на уровне 300 мА.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВажно! Все полупроводники, работающие от одного драйвера, должны быть однотипными и желательно из одной партии. В противном случае, неизбежен разброс параметров светодиодов, в результате которого один из них будет светить вполнакала, а второй быстро сгорит.
Конечно, именно на это напряжение прибор найти не удастся, но это и не нужно. Все драйверы рассчитаны не на конкретное напряжение, а на некоторый диапазон. Твоя задача – уложить свое значение в этот диапазон. А вот выходной ток должен точно соответствовать 300 мА. В крайнем случае он может быть несколько меньше (лампа будет светить не так ярко), но никогда не больше. Иначе твоя самоделка сгорит сразу либо через месяц.
Идем дальше. Выясняем, какой мощности драйвер нам нужен. Этот параметр должен как минимум совпадать с потребляемой мощностью нашей будущей лампы, а лучше превышать это значение на 10-20%. Как рассчитать мощность нашей «гирлянды» из трех светодиодов? Вспоминаем: электрическая мощность нагрузки – это ток, идущий через нее, умноженный на приложенное напряжение. Берем калькулятор и перемножаем общее рабочее напряжение всех светодиодов на ток, предварительно переведя последний в амперы: 9.9 * 0.3 = 2.97 Вт.
Последний штрих. Конструктивное исполнение. Прибор может быть как в корпусе, так и без него. Первый, естественно, боится пыли и влаги, и в плане электробезопасности он не лучший вариант. Если ты решил встроить драйвер в лампу, корпус которой является хорошей защитой от окружающей среды, тогда подойдет. Но если корпус лампы имеет кучу вентиляционных отверстий (светодиоды должны охлаждаться), а само устройство будет стоять в гараже, то лучше выбрать источник питания в собственном корпусе.
Итак, нам нужен светодиодный драйвер со следующими характеристиками:
- питающее напряжение — сеть 220 В переменного тока;
- выходное напряжение – 9.9 В;
- выходной ток – 300 мА;
- выходная мощность — не менее 3 Вт;
- корпус — пылевлагозащитный.
Отправляемся в магазин и смотрим. Вот он:
Драйвер для питания светодиодов Причем не просто подходящий, а идеально соответствующий запросам. Слегка пониженный выходной ток продлит жизнь светодиодов, но на яркости их свечения это абсолютно никак не отразится. Потребляемая мощность упадет до 2.7 Вт – будет запас мощности драйвера.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуЕсли у тебя очень большое количество светодиодов, то при последовательном включении их общее напряжение может превысить максимально возможное для существующих драйверов. В этом случае обратись к разделу Схема подключения драйвера к светодиодам, который находится в конце этой статьи.
В чем отличия между драйвером для светодиодов и блоком питания для LED ленты
Бытует мнение, что блоки питания для — нечто другое, чем обычный led драйвер. Попробуем прояснить этот вопрос, а заодно научимся правильно выбирать драйвер для светодиодной ленты. Светодиодная лента – это гибкая подложка, на которой расположены все те же светодиоды. Они могут стоять в 2, 3, 4 ряда, это не так важно. Важнее разобраться, как они соединены между собой.
Все полупроводники на ленте разбиты на группы по 3 светодиода, соединенных последовательно через токоограничивающий резистор. Все группы, в свою очередь, соединены параллельно:
Электрическая схема одной секции (слева) и всей светодиодной ленты Лента продается в бобинах обычно длиной по 5 м и рассчитана на рабочее напряжение 12 или 24 В. В последнем случае в каждой группе будет не 3, а 6 светодиодов. Предположим, ты купил ленту на 12 В с удельной потребляемой мощностью 14 Вт/м. Таким образом, общая мощность, потребляемая всей бобиной, составит 14 * 5 = 70 Вт. Если тебе не нужна такая длинная, ты можешь отрезать ненужную часть с условием, что будешь резать ее между секциями. Например, ты отрезал половину. Какие характеристики при этом изменятся? Только потребляемая мощность: она уменьшится вдвое.
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуВажно! Не забывай, что разрезать светодиодную ленту можно только между секциями по 3 светодиода (для 24-х вольтовой их будет 6), которые хорошо видны. На рисунке ниже я пометил их стрелками.
Места разделения секций хорошо видны и даже помечены пиктограммами ножниц Надо ли ограничивать и стабилизировать ток через обычный светодиод? Безусловно, иначе он сгорит. Но мы совсем забыли о резисторе, установленном в каждой секции ленты. Он служит для ограничения тока и подобран таким образом, что при подаче на секцию ровно 12-ти вольт ток через светодиоды будет оптимальным. В задачу драйвера светодиодной ленты входит удержание питающего напряжение строго на уровне 12 В. Все остальное берет на себя токоограничивающий резистор.
Таким образом, главное отличие блока питания led ленты от обычного led драйвера – четко фиксированное выходное напряжение 12 или 24 В. Здесь уже не получится использовать обычный драйвер с выходным напряжением, скажем, от 9 до 14 В.
Остальные критерии выбора блока питания для светодиодной ленты следующие:
- входное напряжение . Методика выбора та же, что и для обычного драйвера: прибор должен быть рассчитан на то входное напряжение и тот род тока, которым ты будешь питать светодиодную ленту;
- выходная мощность . Мощность блока питания должна быть минимум на 10% выше мощности ленты. При этом слишком большой запас брать не стоит: снижается КПД всей конструкции;
- класс защиты от окружающей среды . Методика та же, что и для светодиодного драйвера (см. выше): в прибор не должны попадать пыль и влага.
Драйвер для светодиодной ленты – не что иное, как высококачественный, но обычный стабилизатор напряжения. Он выдает строго фиксированное напряжение, но абсолютно не следит за выходным током. При желании и для эксперимента вместо него ты можешь использовать, к примеру, блок питания от ПК (шина 12 В). Яркость и долговечность ленты от этого не пострадают.
Схема подключения драйвера к светодиодам
Подключить драйвер к светодиодам просто, с этим справится каждый. Вся маркировка нанесена на его корпус. На входные провода (INPUT) подаешь входное напряжение, к выходным (OUTPUT) подключаешь линейку светодиодов. Единственно, необходимо соблюдать полярность, и на этом я остановлюсь подробнее.
Полярность входа (INPUT)
Если питающее драйвер напряжение постоянное, то вывод, помеченный знаком «+» необходимо подключить к положительному полюсу источника питания. Если напряжение переменное, то обрати внимание на маркировку входных проводов. Возможны следующие варианты:
- Маркировка «L» и «N»: на вывод «L» нужно подать фазу (находится при помощи индикаторной отвертки), на вывод «N» — ноль.
- Маркировка «~», «АС» или отсутствует: полярность соблюдать не нужно.
Полярность выхода (OUTPUT)
Здесь полярность соблюдается всегда! Плюсовой провод подключается к аноду первого светодиода, минусовой — к катоду последнего. Сами светодиоды соединяются между собой: анод последующего к катоду предыдущего.
Схема подключения драйвера к гирлянде из трех последовательно включенных светодиодов Если у тебя очень много светодиодов (скажем, 12 шт.), то их придется разбить на несколько одинаковых групп, а эти группы соединить параллельно. При этом учти, что общая потребляемая светильником мощность составит сумму мощностей всех групп, а рабочее напряжение будет соответствовать напряжению одной группы.
Линейный драйвер для светодиодов своими руками
С теорией закончим, перейдем к практике и попробуем собрать линейный драйвер своими руками. Проще всего эту задачу решить при помощи широко распространенного интегрального стабилизатора КР142ЕН12А (его импортный аналог — LM317). Найти его можно в любом соответствующем магазине, и стоит он в районе 20 рублей. Необходимые материалы и инструменты: паяльник, тестер и провода.
Эта микросхема рассчитана на входное напряжение до 40 В, выдерживает ток до 1.5 А и, главное, имеет встроенную защиту от перегрузки, короткого замыкания и перегрева. Правда, это стабилизатор напряжения, а драйвер должен стабилизировать ток. Но мы этот вопрос решим, чуть изменив типовую схему включения микросхемы.
Универсальный драйвер для светодиодов на интегральном стабилизаторе Здесь микросхема применяется в роли регулирующего элемента, стабилизирующего ток на заданном уровне. Какой величины этот ток будет? Все зависит от сопротивления резистора R1, номинал которого рассчитывается по простой формуле: R = 1.2/I, где:
- R – сопротивление в омах;
- I – необходимый ток в амперах.
Давай попробуем построить драйвер для тех светодиодов, из которых мы делали настольную лампу в начале статьи. Итак, нам нужен драйвер, на напряжение 9.9 В выдающий стабилизированный ток 300 мА. Делаем расчет номинала резистора R1: 1.2/0.3= 4 Ом. Поскольку резистор стоит в токовой цепи, мощность его выбираем не менее 4 Вт.
Здесь отлично подойдут резисторы, используемые практически во всех телевизорах в качестве гасящих по питанию (такие лежат в любом магазине). Они имеют мощность 2 Вт и сопротивление 1-2 Ом. Если резисторы одноомные, то их понадобится 4 шт, если двухомные – 2 шт. Соединяем их последовательно, чтобы сопротивления сложились.
Крепим микросхему на небольшой радиатор и подключаем к выходу нашего драйвера цепочку из трех последовательно соединенных светодиодов, соблюдая полярность. Можно включать. Но куда? Какое входное напряжение у этого драйвера? Вот тут начинается самое интересное. Напряжение на входе должно быть минимум на 2-3 вольта больше того, что необходимо светодиодам, но не более 40 В – больше микросхема не выдержит.
В нашем конкретном случае светодиодам нужно 9.9 В. Значит, на вход можно подать постоянное напряжение величиной от 12 до 40 В. Причем напряжение это может быть нестабилизированное. Подойдет автомобильный аккумулятор, блок питания ноутбука или ПК, понижающий трансформатор с диодным мостом. Подключаем, соблюдая полярность, и наш фонарь готов!
Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос экспертуА как же с выходным напряжением? Об этом не нужно беспокоиться. Как только драйвер стабилизирует ток на заданном уровне, нужное напряжение на светодиодах установится без нашей помощи. Кто не верит, берет тестер и измеряет.
Вот и закончилась наша беседа о led драйверах. Надеюсь, теперь ты не только знаешь, как работает этот важный узел, но и сможешь его правильно выбрать, подключить, а при необходимости даже собрать своими руками.
На фото можно увидеть множество светодиодных ламп. Они достались мне в подарок. Появилась возможность изучить устройство этих ламп, электрические схемы, а так же ремонтировать эти светильники. Самое главное — узнать причины выхода из строя, так как срок службы, указанный на коробке не всегда совпадает со сроком службы.
Лампы типа MR-16 разбираются без всяких усилий.
Судя по этикетке, лампа имеет модель MR-16-2835-F27. В ее корпусе расположено 27 SMD светодиодов. Они излучают 350 люмен. Эта лампа подходит для подключения в сеть переменного тока 220-240 В. Потребляемая мощность равна 3,5 Вт. Такая лампа светится белым цветом, температура которого 4100 градусов по Кельвину и создает узконаправленный поток за счет угла потока равного 120 градусам. Применяемый тип цоколя «GU5,3», имеющий 2 штырька, расстояние между которыми 5,3 мм. Корпус сделан из алюминия, лампа имеет съемный цоколь, который крепится при помощи двух винтов. Стекло, защищающее лампу от повреждений, посажено на клей в трех точках.
Как разобрать LED лампу MR-16
Чтоб выявить причину поломки, необходимо разобрать корпус лампы. Это делается без особых усилий.
Как видно на фото, на корпусе видна ребристая поверхность. Она выполнена для лучшего теплоотвода. Вставляем отвертку в одно из ребер и пытаемся приподнять стекло.
Получилось. Можно увидеть печатную плату, она приклеена к корпусу. Поддев ее отверткой, она отделяется.
Ремонт LED лампочки MR-16
В числе первых была разобрана лампа, внутри которой выгорел светодиод. Печатная плата, которая изготавливается из стеклотекстолита, прогорела насквозь.
Эта лампа подойдет в качестве «донора», из нее будут браться нужные запчасти для ремонта других ламп. На остальных 9 лампах так же погорели светодиоды. Так как драйвер цел, причиной поломки являются именно светодиоды.
Электрическая схема светодиодной лампы MR-16
Чтоб уменьшить время ремонта ламп, необходимо создать ее электрическую схему. Она довольно проста.
Внимание! Схема связана с фазой сети гальваническим способом. Применять ее для питания каких либо устройств запрещено.
Как же работает схема? На диодный мост VD1-VD4 через конденсатор C1 подается напряжение 220 В. Далее оно поступает на светодиоды HL1-HL27, которые включены в цепь последовательно. Число светодиодом может быть порядка 80 штук. Конденсатор С2 (чем больше емкость, тем лучше) — сглаживатель пульсаций выпрямленного напряжения. Он исключает мерцание света, имеющего частоту 100 Гц. Для разрядки C1 был установлен R1. Это нужно для того, чтоб исключить удар током при замене лампы. C2 защищен от пробоя R2 в случае, если появился обрыв цепи. R1, R2 как таковой работы в схеме не принимают.
C1- красный, C2- черный, диодный мост- корпус с четырьмя лапками.
Классическая схема драйвера светодиодных ламп мощностью до 5 Вт
Электросхема ламп не имеет элементов защиты. Понадобится резистор на 100-200 Ом, а лучше два. Один будет установлен в цепи подключения, второй будет служить защитой от перепадов тока.
Выше приведена схема с защитными резисторами. R3 защищает светодиоды и С2 конденсатор, R2 в свою очередь — диодный мост. Этот драйвер отлично подойдет для ламп, мощность которых меньше 5 Вт. Он легко запитает лампу, имеющую 80 светодиодов типа SMD3528. Если нужно уменьшить или увеличить ток, проводите манипуляции с конденсатором C1. Чтоб исключить мерцание, увеличьте емкость С2.
КПД такого драйвера менее 50 %. К примеру, для лампы MR-16-2835-F27 нужен резистор на 6,1 кОм и мощностью 4 Вт. Тогда драйвер будет расходовать мощность, превышающую мощность потребления светодиодов. Из-за большого выделения тепловой энергии поместить его в маленький корпус лампы не получится. В таком случае, можно отдельно сделать корпус под этот драйвер.
Следует помнить, что от количества светодиодов напрямую зависит КПД лампы.
Поиск неисправных светодиодов
После того, как защитное стекло было снято, можно осмотреть светодиоды. Если обнаружено малейшее черное пятнышко на поверхности светодиода, он вышел из строя. Проводите осмотр мест пайки, осмотрите качество выводов. В одной из ламп было обнаружено 4 плохо впаянных светодиода
Светодиоды, имеющие черные точки, были помечены крестиком. При внешнем осмотре светодиоды могут быть целые. Поэтому, нужно прозвонить их тестером. Для проверки понадобится напряжение чуть больше 3 В. Подойдет аккумулятор, батарейка, блок питания. За источником питания последовательно включается токоограничивающий резистор, имеющий номинал 1 кОм.
Щупами прикасаемся до светодиода. В одну сторону сопротивление должно быть малым (светодиод может светиться), в другую – быть равным десяткам мегаом.
Во время проверки необходимо зафиксировать лампу. На помощь может прийти банка.
Можно проверить светодиод без специальных приборов, если драйвер устройства цел. На цоколь лампы подается напряжение, выводы светодиодов закорачиваются пинцетом или отрезком провода.
Если видно свечение всех светодиодов, закороченный неисправен. Но такой метод подойдет, если в цепи вышел из строя 1 светодиод.
Если в цепи обнаружена поломка нескольких светодиодов, лампа будет гореть. Только ее световой поток уменьшиться. Просто закоротите места площадок, к которым были припаяны светодиоды.
Другие неисправности светодиодных ламп
Если при проверке оказалось, что светодиоды исправны, значит дело в драйвере или месте пайки.
В данной лампе обнаружилась холодная пайка проводника. Копоть, появившаяся из-за плохой пайки, оседала на дорожках платы. Для удаления копоти понадобилась тряпочка, смоченная спиртом. Провод выпаяли, залудили и припаяли. Эта лампа заработала.
Из всех ламп у одной была поломка драйвера. Диодный мост был заменен 4 диодами «IN4007», которые рассчитаны на ток 1 А и на обратное напряжение 1000 В.
Пайка SMD светодиодов
Чтоб произвести замену неисправного LED, необходимо выпаять его, не повредив печатные проводники. Обычным паяльником это можно сделать с трудом, лучше надеть на паяльник жало, изготовленное из медной проволоки.
При запайке светодиода необходимо следить за полярностью. Установите светодиод на место пайки, возьмите паяльник на 10-15 Вт и прогрейте его торцы.
Если светодиод обгорел, и при этом произошло обугливание платы, это место следует очистить. Так как оно является проводником. Если площадка расслоилась, светодиод моно припаять к «соседям». Это делается в том случае, если дорожки ведут именно к ним. Просто возьмите кусочек провода, сверните в два-три раза и подпаяйте.
Анализ причин отказа LED ламп MR-16-2835-F27
По данным таблицы можно сделать вывод, что поломки ламп зачастую происходят из-за выхода из строя светодиодов. Причиной тому является отсутствие защиты в схеме. Хотя место под варистор имеется на плате.
Ремонт светодиодной лампы серии «LL-CORN» (лампа-кукуруза) E27 4,6 Вт 36x5050SMD
Технология ремонта лампы-«кукурузы» отличается от ремонта выше показанной лампы.
Ремонт такой лампы прост, так как светодиоды располагаются на корпусе. И для прозвонки не требуется ни каких лишних действий. Эта лампа была разобрана исключительно из-за интереса.
Техника проверки «кукурузы» не отличается от вышеописанной. Только в корпусе этих ламп установлено 3 светодиода. При прозвонке все 3 должны засветиться.
Если обнаружена поломка одного из светодиодов, закоротите его или впаяйте новый. На сроке службы лампы это не отразиться. Драйвер лампы не имеет развязывающегося трансформатора. Поэтому, любое прикосновение к дорожкам светодиодов неприемлемо.
Если светодиоды целы, дело в драйвере. Для того, чтоб осмотреть его, необходимо разобрать корпус.
Чтоб добраться до драйвера, нужно снять ободок. Подденьте его отверткой в самом слабом месте, он должен отклеиться.
Драйвер имеет такую же схему, что и наша первая лампа с тем отличием, что С1-1µF, С2- 4,7 µF. Провода длинные, поэтому драйвер вытягивается без усилий. После работ по замене светодиода, ободок был посажен на клей «Момент».
Ремонт светодиодной лампы «LL-CORN» (лампа-кукуруза) E27 12 Вт 80x5050SMD
Ремонт лампы на 12 Вт делается по той же схеме. На корпусе не было обнаружено сгоревших светодиодов, поэтому пришлось вскрыть корпус, чтоб осмотреть драйвер.
С этой лампой возникли проблемы. Провода драйвера были слишком короткими, пришлось снять цоколь.
Цоколь выполнен из алюминия. Он крепился к корпусу с помощью закернения. Поэтому, нужно было высверлить места креплений сверлом, диаметр которого 1,5 мм. Далее цоколь был поддет ножом и снят. Провода, находящиеся внутри пришлось перекусить.
Внутри находились 2 одинаковых драйвера, каждый из которых запитывал 43 диода.
Драйвер окутан термоусаживающей трубочкой, ее пришлось разрезать.
После устранения неполадок, на драйвер насаживается эта же трубка и обжимается пластиковой стяжкой.
Схема драйвера подразумевает в себе защиту. С1 защищает от импульсных перепадов, R2, R3 от бросков тока. Во время проверочных работ были замечены обрывы R2. Скорее всего, на лампу было подано напряжение, превышающее норму. Резистора на 10 Ом не было, поэтому был впаян резистор на 5,1 Ом. Лампа засветилась. Далее нужно было подключить драйвер к цоколю.
Первым делом короткие провода были заменены более длинными. Драйверы были соединены по питающему напряжению. Чтоб прикрепить провода к резьбовой части цоколя, необходимо зажать их между пластиковым корпусом и цоколем.
А как подключиться к центральному контакту? Алюминий не паяется, поэтому провод был припаян к латуневой пластинке, в которой было высверлено отверстие под М 2,5. Подобное отверстие было высверлено в контакте. Все это было скручено винтом. Далее был одет цоколь и накерниванием закреплен к корпусу лампы. Лампа была пригодна к работе.
Ремонт LED лампы серии «LLB» E27 6 Вт 128-1
Конструкция лампы идеально подходит для ремонта. Корпус легко разбирается.
Следует одной рукой держать цоколь, а второй повернуть защитный плафон против часовой стрелки.
Под корпусом расположено пять прямоугольных плат, на которые впаяны светодиоды. Прямоугольник припаян к круглой плате, на которой расположена схема драйвера.
Чтоб получить доступ к LED выводам, нужно снять одну из крышек. Для облегчения работы лучше снять плату, находящуюся в точках подачи напряжения драйвера. На фото видно, что эта стенка параллельна корпусу конденсатора и отдалена от него на максимальное расстояние.
Чтоб снять плату, необходимо прогреть места пайки паяльником. Затем, для ее снятия прогреваем пайку на круглой плате и она отсоединяется.
Доступ для проверки поломок открыт. Драйвер выполнен по простой схеме. Проверка его выпрямительных диодов, а так же всех светодиодов (в этой лампе их 128) не показала проблему.
Когда я осматривал места пайки, обнаружил, что они отсутствуют в некоторых точках. Эти места были пропаяны, кроме этого я соединил печатные дорожки плат по углам.
Когда вы смотрите на свет, то эти дорожки хорошо видны и можно легко определить, где какая дорожка.
Прежде чем собрать лампу, нужно было ее проверить. Для этого на плате была установлена перемычка, двумя временными проводами выпаянная часть лампы была подключена к источнику питания.
Лампа засветилась. Осталось впаять плату на прежнее место и собрать лампу.
Ремонт светодиодной лампы серии «LLB» LR-EW5N-5
На внешний вид лампа сделана качественно. Корпус алюминиевый, дизайн выполнен красиво.
Лампа собрана надежно. Поэтому, чтоб ее разобрать, нужно снять защитное стекло. Для этого конец отвертки всовываем между радиатором. Стекло здесь фиксируется без клея, буртиком. Нужно опереться отверткой на торец радиатора и приподнять стекло вверх, используя отвертку как рычаг.
Тестер не показал поломку светодиодов. Значит, все дело в драйвере. Чтоб добраться до него, нужно открутить 4 винта.
Но меня настигла неудача. За платой была расположена плоскость радиатора. Она смазана пастой, которая проводит тепло. Пришлось собрать все, что я раскрутил. Я решил разобрать лампу со стороны цоколя.
Для того, чтоб снять цоколь, пришлось высверливать места кернения. Но он не снимался. Как оказалось, он был скреплен с пластмассой резьбовым соединением.
Радиатор нужно было отделить от пластикового переходника. Для этого, я произвел запил ножовкой по металлу в том месте, где пластмасса крепилась к радиатору. Далее поворотом отвертки детали отделились одна от другой.
Была произведена отпайка выводов от платы светодиодов, что позволило работать с драйвером. Его схема была более сложной по сравнению с другими драйверами. При осмотре был найден вздутый конденсатор 400 V 4,7 µF. Он был заменен.
Диод Шоттки «D4» типа SS110 оказался поврежденным. Он находится внизу слева на фото. Он был заменен аналогом «10 BQ100», имеющим 1 А и 100В. Лампочка засветилась.
Ремонт светодиодной лампы серии «LLB» LR-EW5N-3
Лампа похожа на «LLB» LR-EW5N-5, но ее конструкция изменена.
Защитное стекло крепится с помощью кольца. Если подцепить место стыка кольца и стекла, оно легко снимется.
Печатная плата выполнена из алюминия. На ней расположены девяти кристальные LED светодиоды количеством 3 штуки. Плата крепится 3 винтами к радиатору. Проверка не выявила проблем с светодиодами. Значит дело в драйвере. Опыт ремонта похожей лампы показал, что лучше сразу отпаять провода, которые идут от драйвера. Разборка лампы производилась со стороны цоколя.
Кольцо, соединяющее цоколь и радиатор, снялось с большим усилием. При этом кусочек откололся. А все из-за того, что оно было прикручено 3 саморезами. Драйвер был извлечен.
Саморезы располагаются под драйвером, добраться до них можно крестообразной отверткой.
Этот драйвер выполнен на основе трансформаторной схеме. Проверка показала исправность всех частей, кроме микросхемы. Данных о ней я не нашел. Лампа было отложена в качестве донора.
Ремонт светодиодной лампы серии «LLC» E14 3W1 M1
Эта лампа похожа на лампу накаливания. Первое, что можно заметить- широкое металлическое кольцо.
Я приступил к разборке лампы. Первым делом нужно было снять плафон. Как оказалось, он был посажен на основание эластичным компаундом. После того, как я снял его, понял, что это было напрасно.
В лампе находился 1 светодиод, мощность которого была равна 3,3 Вт. Его можно было проверить со стороны цоколя.
Ранее на нашем сайте уже проскакивала информация о том, (в своем приоритете) используются в LED источниках света. Конечно, есть хорошие, есть плохие, есть дорогие и очень дешевые. Если Вы живете в большом городе, то проще купить в каком-нибудь розничном магазине. Это и быстро и просто. Но что делать, если Вы находитесь в глубинке. Старый LED дайвер сгорел, а нового купить негде?
У большинства появится ответ – Интернет Вам в помощь! И будут правы. Но, как правило, посылки из столицы в глубинку идут до 2 недель. Это долго. Нам же хочется всегда побыстрее.
Основываясь на этом мы и решили показать, каким образом можно легко и быстро самостоятельно создать светодиодный драйвер.
Наш драйвер способен запитать до 40 Вт диодного света). С выходным напряжением до 37 В и током до 1,5 А.
Для драйвера нам понадобятся:
- Резистор 220 Ом
- Подстроечный резистор от 0 до 2,5 кОм
- Монтажная плата
- И обычная схемка LM Максимально, на что она способна – это 1,5А
Ниже Вы можете видеть схемку, нарисованную на коленке. Из нее все понятно без слов. Что и куда «тыкать». Если что-то не понятно, то задавайте вопросы. Поможем.
Драйвер абсолютно рабочий. Проверено.
Ну и теперь по порядку, что необходимо сделать:
Не забываем припаять питающие и отходящие провода, после чего светодиодный драйвер, собранный своими руками готов к использованию.
Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:
Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.
Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).
Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:
I LED = 0.1 / R
Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.
Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.
Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.
Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.
Для справки:
каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.
Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:
- Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
- Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.
Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:
Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.
Как работает схема
В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.
Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.
Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.
Важные нюансы сборки
Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.
Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).
Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).
Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.
В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .
Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.
При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.
Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.
Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.
Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.
Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.
И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.
К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:
- R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
- R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).
Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.
Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.
Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).
Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:
R = 0.1 / I LED [A]
Типовая схема включения выглядит так:
Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.
CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).
SN3350
SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).
Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:
R = 0.1 / I LED
Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.
Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).
Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.
Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.
Типовая схема включения:
Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).
ZXLD1350
Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.
Вот главные отличия:
- микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
- максимальный ток нагрузки - 350 мА;
- сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
- изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
- если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;
Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:
R = 0.1 / I LED
Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.
Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:
Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.
Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .
Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.
QX5241
QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).
В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).
Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.
Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.
Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:
- максимальный выходной ток - 2.5 А;
- КПД до 96%;
- максимальная частота диммирования - 5 кГц;
- максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
- точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
- напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
- выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED
Более подробно читайте в спецификации (на инглише).
Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:
Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.
Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.
Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).
AL9910
Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).
Вот ее основные характеристики:
- входное напряжение - до 500В (до 277В для переменки);
- встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
- возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
- встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
- рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
- для работы необходим внешний полевой транзистор;
- выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.
Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.
Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.
Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.
Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.
Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909 , поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).
Базовая схема драйвера следующая:
Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909
Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.
У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.
COB cветодиод 50 ватт
Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.
Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит
Падение напряжения на светодиодах –
Пульсацию тока примем равной +-15%:
I D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A
При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит
Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле
Rs = 0.25 / I LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.
Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:
что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.
Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени "высокого уровня", когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Rt = (tp - 0.8) * 66 , где tp - пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.
Продолжительность "высокого уровня" - это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения - регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.
Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности "высокого уровня" к общей продолжительности импульса - скважность импульса - рассчитывается по формуле:
D = V LED / V IN = 30 / 310 = 0.097
Частота переключений рассчитывается так:
F = (1 - D) / tp , а значит tp = (1 - D) / F
Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае
tp = (1 - 0.097) / 90 000 = 10мкс
Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt
Rt = (10 - 0.8) * 66 = 607.2КОм
Ближайший доступный номинал - 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:
tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс
Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле
Lmin = (V LED * tp) / I D
Используя уточненное значения tp, получаем
Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн
Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение - 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.
Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности - это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А.
Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 - 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.
Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще - оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким - STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора - менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток - FDD7N60NZ . В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.
При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.
Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.
Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.
На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.
Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:
Допустимая частота диммирования - до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.
Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.
Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.
Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске
Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять
Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой - кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.
Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь - напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.
Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.