Setzenergo.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Питание светодиодов пониженным током

Источники питания для светодиодных светильников: особенности применения

13 сентября 2010

Светодиоды в целом, и, в частности, мощные (более 1 Вт) светодиоды очень чувствительны к различным внешним факторам, которые могут негативно сказаться на их сроке службы и качественных показателях. В настоящее время величины максимальных питающих токов для светодиодов имеют весьма ощутимые значения: до 1…1,5 и даже до 2 А по сравнению с 0,35 А, на которые чаще всего нормируются характеристики светодиода. Желание получить максимальный световой поток с одного полупроводникового излучателя ведет к увеличению тока, пропускаемого через него, что отражается на его тепловыделении, и вся конструкция (светодиод + светодиодная арматура) работает на грани перегрева кристалла. При этом к источнику питания предъявляются высокие требования по стабильности выходных характеристик, которые он должен обеспечить. Это является довольно проблематичным при использовании для питания источника напряжения. Во-первых, предварительное выравнивание тока в цепи светодиодов потребует, по крайней мере, дополнительного резистора, который будет ограничивать ток и в то же время рассеивать на себе дополнительную мощность. Во-вторых, любая осветительная установка работает в некотором диапазоне температур, часто довольно широком, а светодиод, обладая отрицательной зависимостью прямого падения напряжения от температуры кристалла — обычно на уровне -2…-4 мВ/°С, будет иметь плавающую рабочую точку. В-третьих, свой вклад будет вносить нестабильность выходных характеристик самого источника. Эти причины изрядно сократят жизнь современному источнику света, особенно в случае его работы на токах, близких к максимальным. Так, повышение напряжения на переходе всего на 0,1 В будет причиной изменения силы тока на 200 мА, что приведет к повышенному тепловыделению и может крайне негативно сказаться на работе светового прибора.

ВАХ на рисунке 1 показывает, насколько важно использование блока питания (БП) с регулированием по току, а не по напряжению. Повышение напряжения питания на светодиоде на 3% (0,1 В) приводит к росту тока в первом приближении на 20% (200 мА). Соответственно, на 40% растет потребляемая мощность и тепловая отдача, что неизбежно приведет к перегреву, деградации структуры кристалла и выходу из строя светодиода. При кратковременном сильном превышении питающего светодиод тока может начаться деградация кристалла диода, за которой также последует выход из строя.

Рис. 1. Типичная положительная ВАХ мощного светодиода

Понижение напряжения на диоде также нежелательно, так как при его падении на 3% от номинального, что соответствуют падению тока на 200 мА, мы теряем более 50% светового потока, что видно из зависимости относительного потока светодиода от питающего тока (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость относительного светового потока светодиода от тока питания

Самым простым способом обеспечить необходимый ток питания светодиода является применение высокочастотных (десятки кГц) широтно-импульсных преобразователей (ШИМ), способных поддерживать необходимый средний ток в широком диапазоне мощностей подключенного оборудования. В обиходе светотехников и электриков такие БП часто называют светодиодными драйверами. Некоторые модели в выходной цепи преобразуют чистый ШИМ-сигнал (прямоугольные импульсы) в более сглаженную кривую, среднее значение которой находится на уровне желаемого среднего тока.

Высокая частота работы блока питания обусловлена, прежде всего, требованиями к отсутствию видимых пульсаций источников света. Особенностью конструкции ШИМ-схем является также то, что существует запас для понижения сетевого напряжения, при котором световой поток оборудования не снижается, но уменьшается частота пульсаций выходного сигнала, особенно сильно проявляющаяся при работе БП на нагрузках, близких к максимально допустимым. К примеру, блоки питания компании Inventronics могут работать в диапазоне действующих значений напряжения сети питания от 90 до 305 В, при этом частота пульсаций выходного сигнала все еще значительно превышает порог, при котором мигание светодиода может быть заметным, т.е. явление фликера (мигания источника света согласно ГОСТ 13109-97) сводится к нулю. Таким образом, ШИМ-блоки питания могут быть рекомендованы для использования в осветительном оборудовании на расстоянии от региональных центров на территории России, где напряжения в сети может быть ощутимо ниже стандартных (действующее значение напряжения в сети может падать до 150 В и менее в регионах, удаленных от крупных электростанций), а кратковременные перенапряжения, вызванные подключением мощных удаленных потребителей, могут достигать 260 В и более.

Другой особенностью использования БП с ШИМ является простота интеграции с управляемыми диммерами. При этом БП могут получать информацию о степени ослабления светового потока по каналам 1…10 В, DMX, DALI или другим протоколам. Также нельзя не упомянуть малые габаритные размеры ШИМ-блока питания, позволяющие минимизировать размеры корпуса ОП с интегрированным БП или упростить установку внешнего блока питания недалеко от светильника.

Есть и другой подход к исполнению блоков питания: для упрощения адаптации к существующим сетям, минимизации объема БП внутри светильников и организации низковольтной сети по принципам электробезопасности используются отдельный низковольтный источник напряжения (12 или 24 В) за пределами корпуса осветительного прибора (ОП) и малогабаритный ШИМ-преобразователь внутри светильника. Несмотря на кажущуюся простоту, при таком подходе можно столкнуться с рядом серьезных опасностей при монтаже. В частности, при ошибке в полярности подключения ШИМ-преобразователь сразу выходит из строя.

Очень важным параметром любого импульсного блока питания является величина гармонических и нелинейных искажений формы питающего напряжения, которые он создает в сети. Они отрицательно сказываются на проводке электросети и потребителях, подключенных к ней. Это влияние выражается не только в различных помехах, которые сказываются на чувствительных электроприборах, но также и в самой трехфазной сети, в нулевом проводнике которой могут протекать токи, превышающие токи в фазных проводниках. Причина состоит в том, что импульсный БП потребляет из сети мощность лишь на пиках питающего напряжения; потребляемый ток имеет форму небольшого импульса и содержит в себе широкий набор гармонических составляющих. В случае симметричной нагрузки в нулевом проводнике высшие гармоники тока компенсируют друг друга (сдвиг фаз относительно друг друга составляет 120°), но это не относится к высшим гармоникам, кратным трем, которые в нулевом проводнике окажутся сложенными.

Коэффициент мощности l — комплексный показатель искажения потребляемой из сети мощности, который учитывает не только сдвиг фазы, но и искажение формы потребляемого тока (наличие гармонических составляющих). ГОСТ Р 51317.3.2-2006 устанавливает нормы гармонических составляющих тока для ТС класса С (таблица 1).

Таблица 1. Нормы гармонических составляющих тока для ТС класса С

Порядок гармонической
составляющей, n
Максимальное допустимое значение гармонической составляющей тока, % основной гармонической составляющей потребляемого тока
22
330 l *
510
77
95
11≤n≤39 (только для нечетных гармонических составляющих)3
* Коэффициент мощности цепи

При этом данные нормы устанавливаются для световых приборов с активной потребляемой мощностью более 25 Вт, однако следует полагать, что распространение энергоэффективных маломощных светодиодных светильников заставит существенно снизить эту планку или вовсе отменить ограничение.

Читать еще:  98ag13a024ch выключатель света форд фокус

Для минимизации вносимых в сеть искажений применяют устройства, компенсирующие вышеуказанные помехи и приближающие коэффициент мощности к единице. В то время как для приборов с фиксированной потребляемой мощностью применяют пассивные компенсационные конденсаторы (например, в ПРА для металл-галогенных или люминесцентных ламп), в импульсные БП интегрируют активные компенсационные устройства, максимально приближающие их характеристики к резистивным в широком диапазоне подключенных нагрузок.

Несоблюдение этих норм негативно сказывается как на качестве питающей электроэнергии, так и на работе устройств и состоянии инфраструктуры. Предприятия, превышающие эти нормы, облагаются штрафами и вынуждены устанавливать дополнительные конденсаторные установки. Однако потребление электрической энергии предприятием в большой степени прогнозируемо, что и позволяет обойтись пассивной коррекцией.

Блоки питания на ШИМ с компенсаторами вносят крайне малые искажения в сеть. Например, серия мощных БП EUC (рис. 3) от Inventronics обеспечивает значение коэффициента мощности в пределах 0,97…0,99.

Рис. 3. Общий вид БП Inventronics серии EUC

КПД современных блоков питания с широтно-импульсными модуляторами достигает величины 92% и более, что немаловажно, т.к. затрачиваемая ими энергия уходит в нагрев. Соответственно, чем выше КПД, тем меньше требуется эффективная площадь рассеяния радиатора и, соответственно, тем меньше будут габариты и масса БП, за которыми, безусловно, следует снижение стоимости драйвера.

В настоящее время БП производятся с корпусами в различном исполнении: как для установки внутрь СП, встройки в мебель или размещения в помещениях, так и во влагозащищенных корпусах с различными показателями пылевлагозащиты (IP): от IP23, допустимых к установке в сухих помещениях, и IP54 для установки во влажных помещениях и под навесом, до влагозащищенных с корпусами IP67, подходящих для установки снаружи помещений. Малораспространенная группа БП с IP68 предназначена для установки в грунт без дополнительных корпусов.

Цветовые характеристики светодиода также могут отклоняться при изменении тока питания. Например, диаграмма зависимости цветовых координат от рабочего тока мощного светодиода Osram Dragon plus (рис. 4) показывает относительное смещение цветовых координат излучения.

Рис. 4. Зависимость смещения цветовых характеристик светодиода от тока питания

В первую очередь это относится к световым приборам с возможностью управления и создания различных цветодинамических сцен. Так при использовании световым прибором большого диапазона рабочих токов цветовые координаты в пространстве могут смещаться на 0,01 единиц по оси x и на 0,015 единиц по оси y. Это смещение в холодном белом диапазоне может достигать несколько сотен Кельвин (до 700К). Но в повседневных применениях этот фактор практически не заметен. Влияние изменения величины питающего тока исчезает в случае питания светодиодов ШИМ-сигналом, а управление можно осуществлять изменением скважности сигнала.

Заключение

На рынке появился большой объем светодиодной продукции, оснащенной качественными БП и самыми различными видами оптики. Большая их часть производится с использованием мощных светодиодов. Ряд приборов ведущих мировых производителей можно уже считать проверенными временем, так как они не первый год успешно и безотказно работают на самых различных объектах в России и за рубежом.

Питание светодиодов

Интенсивное развитие светодиодных технологий за последние пять лет привело к их внедрению во все сферы деятельности, которые нуждаются в подсветке. Надёжность и экономичность – вот главное преимущество, которое стало неоспоримым фактом. А если к этим показателям добавить длительный срок службы и безопасность эксплуатации, то становится понятным, почему привычные источники искусственного света постепенно сдают позиции. Действительно, люминесцентные лампы наносят непоправимый вред экологии, а лампы накаливания весьма прожорливы и недолговечны.

Светодиоды, в свою очередь, бывают самой разнообразной формы и исполнения, ежегодно увеличивая ассортимент. Постараемся выделить их основные типы:
— слаботочные светодиоды в пластиковом корпусе;
— мощные планарные светодиоды в пластиковом корпусе;
— светодиодные индикаторы;
— светодиодные ленты;
— светодиодные сборки.

Кроме этого все они могут отличаться цветовой гаммой и размерами. Каждая вышеперечисленная особенность подчеркивает не только визуальное отличие друг от друга, но и заставляет задуматься о технических характеристиках. Главной задачей для потребителя до сих пор остаётся правильность включения в электрическую сеть. Только правильная «запитка» того или иного типа излучающего диода позволит получить максимальную световую отдачу и многолетний срок службы.

Существует два основных параметра, которые объединяют все типы диодов. Это ток потребления и падение напряжения. Изменение этих параметров большую сторону позволяет изобретателям постоянно удивлять нас новыми сверхмощными экземплярами. Но начнём по порядку, с самых простых диодов в прозрачном корпусе. Чаще всего они встречаются диаметром от трёх до десяти миллиметров, что сильно не влияет на их вольтамперную характеристику. В данном случае гораздо большее влияние оказывает цветовое различие. То есть длина волны излучения напрямую зависит от полупроводникового материала, который, в свою очередь, задаёт падение напряжения на p-n переходе. Ниже приведена таблица, наглядно демонстрирующая обратную зависимость между длиной волны и напряжением на диоде.

Как правило, на упаковке с излучающими диодами производитель указывает величину номинального напряжения, при котором будет достигаться наибольший эффект. Задача потребителя – правильно подобрать токоограничивающий резистор для достижения номинального значения. При этом следует помнить, что диоды нельзя включать в нагрузку без соответствующего сопротивления. Исключение составляют слаботочные источники питания – батарейки-таблетки, которые часто применяют для тестирования в магазинах.

Как видно из рисунка самое простое включение предусматривает наличие источника постоянного тока напряжением +5В и двух элементов цепи: светодиода и резистора. При помощи закона Ома и элементарных математических вычислений можно без труда рассчитать значение сопротивления. Если IVD=20мА, UVD=3В, то получим
R=(5-3)/0.02=100 Ом.
При последовательно-параллельном включении нескольких светодиодов в каждую ветвь нужно включать элементы с одинаковым рабочим током. В противном случае невозможно правильно рассчитать компенсирующий резистор, что скажется на яркости свечения. Для быстрого и точного расчета более сложных электрических цепей применяют законы Кирхгофа. Сложнее ситуация обстоит с полноцветными диодами. Внутри корпуса размещены кристаллы красного, синего и зелёного цвета, которые соединены с выводами. Кроме этих трёх выводов имеется ещё один – общий (анод или катод). Подключение таких образцов требует точных данных о технических характеристиках, так как каждый цвет имеет разное падение напряжения. К примеру, модель MCDL-5013RGB (I=20мА):
Ured = 2.0В;
Ugreen = 3.5В;
Ublue = 3.5В.

В продаже можно встретить мигающие и RGB-диоды с двумя выводами, в корпусе которых уже вмонтирован управляющий чип. К ним подводят обычное 3-хвольтовое питание, а хорошо зарекомендовали они себя в новогодних гирляндах. Каждый производитель бытовой микропроцессорной техники и не только, старается оснащать новые модели светодиодными или жидкокристаллическими индикаторами. Бесспорно, жидкие кристаллы постепенно вытесняют LED-индикацию, но далеко не во всех областях промышленности.

Читать еще:  Регулятор тока для светодиодов в авто 1

Если по какой-то причине самостоятельно не хочется конструировать источник питания для светодиодов (заново изобретать велосипед), можно применить унифицированный блок, который свободно продаётся в специализированных магазинах.Простые самоделки в виде декоративных подсветок не требуют прецензионного питания, а значит, можно воспользоваться любым импульсным блоком питания (ИБП) на 5, 9 или 12В постоянного напряжения. Чтобы получить на выходе постоянное напряжение нестандартной величины можно самостоятельно доработать принципиальную схему, применив интегральную микросхему-стабилизатор.

Справа на рисунке представлено типовое включение интегрального стабилизатора LM317. Общий вывод выполняет роль регулировочного входа, задавая, таким образом, стабильно малый ток потребления. Подбирая значения резисторов R1 и R2 можно получить на выходе напряжение в пределах 1.25-25В. Наиболее точно застабилизировать Uвых можно путём замены обычного R2 на два последовательно соединённых резистора. Один из них – имеет фиксированное сопротивление, а второй подстроечный с малым отклонением от номинала. LM317 выпускается в разных корпусах, отличаясь максимальными токами нагрузки. Ниже представленная принципиальная схема представляет собой усиленный вариант предыдущей схемы.

Отличие заключается в установке силового транзистора на входе стабилизатора. Такое включение является классическим вариантом и позволяет нарастить ток в нагрузке до 5А. Однако у стабилизаторов напряжения есть несколько недостатков, ограничивающие их применение в питании излучающих диодов. Например, один из диодов вышел из строя «накоротко». Тогда всё напряжение равномерно распределится на оставшиеся элементы, что станет причиной роста тока нагрузки. Вывод один: диоды гаснут в результате цепной реакции. Поэтому, конструируя дорогостоящие светодиодные самоделки, обратите внимание на стабилизаторы тока. Схемотехнически стабилизатор тока не сильно отличается от стабилизатора напряжения, что заметно на рисунке. Главное отличие кроется в управляющем выводе, который заводят непосредственно к нагрузке. По приведенной формуле не сложно рассчитать выходной ток для конкретного светодиода. Количество светодиодов в нагрузке ограничено лишь напряжением питания микросхемы (37В), а величина тока может достигать 1А. Стабилизаторы тока широко применяются для тюнинга автомобиля, где бортовое напряжение может меняться в диапазоне от 11,5 до 14,2В. Скачки обратного напряжения(к которому очень чувствительны все типы LED диодов) исключаются путём установки в цепь обычного диода. Высоковольтные выбросы положительной полярности можно нейтрализовать добавлением супрессора на 24 вольта. Ниже показано готовое схемотехническое решение самого простого стабилизатора. Остаётся добавить пару советов о его эксплуатации.

Во-первых, на больших токах (от 350мА) необходимо позаботиться об теплоотводе. Во-вторых, Uст должно стремиться к 1.3В, чтобы снизить тепловые потери на LM317. Кстати, источники постоянного тока широко применяются в люстрах со светодиодной подсветкой. Имея в доме такой источник освещения, каждый радиолюбитель может своими глазами убедиться простотой и надёжностью такого схемотехнического решения.

Совершенствование источников питания излучающих диодов дало толчок развитию их нового типа – драйверов (LED drivers). Они очень схожи с токовыми стабилизаторами, но более функциональны и надёжны. В основе устройства заложена микросхема с параметрами, максимально подобранными под определённый тип диода. В качестве примера готового практического решения можно привести прожектора и фонари, в центре которых закреплён однокристальный мощный диод. Но чаще всего их используют в качестве подсветки жидкокристаллических дисплеев. Ключевым показателем работы драйвера является его энергетическая эффективность. Стремление достичь наибольших значений в соотношении Лм/Вт доказывает практическую пользу новых разработок в управлении мощными светодиодными лампами. Уже сегодня передовым производителям удалось найти оптимальное решение без ущерба критически важных параметров. Ещё один щепетильный момент – это надёжность. Изначально драйвер считался наиболее слабым звеном в светодиодной системе. Но интенсивное развитие рынка освещения дало толчок поиску потенциальных возможностей по совершенствованию параметров всей системы в целом. В настоящее время драйверы выпускаются как в пластиковом корпусе, так и в виде печатной платы.

На рисунке наглядно показан вариант драйвера открытого типа. Главное их назначение подразумевает стабилизацию тока нагрузки, что необходимо для поддержания постоянной яркости свечения. Все драйверы – это импульсные преобразователи постоянного сигнала повышающего или понижающего типа с КПД более 90%. На практике прекрасно зарекомендовали себя повышающие преобразователи. Классический вариант такого устройства представлен на рисунке ниже. Главным элементом схемы является микросхема МР3204, к выходу которой рекомендуется подключать 3 светодиода.

Внутри микросхемы последовательно взаимодействуют генератор сигнала, ШИМ, модуль обратной связи, датчик тока и выходной усилитель на полевом транзисторе. Из рисунка следует, что при подаче высокого уровня сигнала на четвёртый вывод происходит накопление энергии в сердечнике дросселя L1. При размыкании полевого транзистора начинает заряжаться конденсатор С2 через диод D1. В следующий такт накопленная энергия поступает в нагрузку. Касательно практического применения рекомендуется использовать керамические конденсаторы и дроссель известных производителей. Значение резистора R1 подбирается под конкретный тип светодиодов и может варьироваться в широком диапазоне. Существуют и другие варианты включения МР3204, расширяющие её возможности.

А что, если в качестве источника питания применить унифицированный компьютерный блок питания? Тем более что для этих целей прекрасно подойдёт устройство с любого ПЭВМ, даже десятилетней давности. Одновременно возникает второй вопрос: «Весь ли ассортимент светодиодной продукции можно включать на выход такого БП?» Теоретически, да. Но, как упоминалось выше, практически эффективнее использовать стабилизаторы тока или специализированные драйверы. БП компьютера стабилизирует напряжение, а значит, радиолюбителю придётся самостоятельно подбирать нужный резистор. Исключение составляют ленты, в которых через равные промежутки уже запаяны резисторы. Таким образом, компьютерный блок питания наилучшим образом подходит для подключения к светодиодным лентам. Самостоятельная переделка БП займёт не более одного часа. Вначале нужно избавиться от жгута с проводами и разъёмами, которые больше нам не пригодятся. Эта операция легко реализуется при помощи мощного паяльника. Оставить нужно лишь два провода (+12В и общий вывод) для непосредственного соединения с нагрузкой. В старых блоках их можно запаять на контакты резервного разъёма 220В, предназначенного для подключения монитора. В остальном – индивидуальная фантазия и удобство. Стоит обратить внимание на тип ленты и её длину (количество диодов). Например, 5 метров ленты с кристаллами типа smd5050 двойной плотности потребляет порядка восьми ампер. Промышленные источники с токами нагрузки около 10А стоят очень дорого. Именно этим фактом обосновано практическое применение бывших в употреблении блоков питания ПЭВМ.

Подытоживая вышесказанное, можно отметить, что вопросу выбора подходящего источника питания следует уделять не меньше внимания, чем качеству светодиодов. От того, насколько правильно будет подобрано питание для инновационного освещения, будет зависеть срок службы всего изделия.

Правильное питание – залог здоровья светодиодов

Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.

Читать еще:  Кабель 4х16 медный ток

Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:

  • параметры светодиода, нормируемые производителем;
  • параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).

Параметры светодиода

Самые важные параметры – это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах. Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.

Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.

Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.

Параметры питающей сети

При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение. На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.

В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.

Простейшая схема

Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током ILED=20 мА и падением напряжения ULED =3,2 В.

В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).

Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.

Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(UБ-ULED)/ ILED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.

При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.

Развиваем тему

Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.

Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение. Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.

Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.

ПИТАНИЕ СВЕТОДИОДА БЕЗ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

EDN 2011, Апрель 21

Для питания светодиодов необходим ток, и обычно используют блок питания для получения стабильного тока. В схеме типичного источника питания используется транзистор для стабилизации тока и последовательно соединённый резистор для уменьшения напряжения, подаваемого на светодиод. К сожалению, энергия, равная (VSOURCE-VDIODE)*IDIODE бесполезно рассеивается на транзисторе/резисторе.

Схема, изображённая на рисунке 1, позволяет минимизировать рассеивание энергии путём использования индуктивности и генератора для управление током, протекающим через светодиод. Индуктивность L1 накапливает энергию и подаёт её обратно в светодиод.

Транзистор Q2 (C1364) должен быть рассчитан на большое обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер;
Индуктивность L1 — 5..10 мГн;
R1+R2=200 кОм;

Если последовательно включить два и более светодиодов, то такая конфигурация не изменит их интенсивности свечения и не позволит сэкономить энергию. Схема, изображённая на рисунке 1, позволяет экономить энергию без заботы об интенсивности свечения и рабочем напряжении светодиода. Транзисторы Q1 и Q2 попеременно открываются и закрываются. Транзистор Q1 увеличивает ток через светодиод от некоторого минимального значения при подключении индуктивности L1 и светодиода D3 к источнику питания. Транзистор Q2 разряжает индуктивность L1 с накопленной энергией через светодиод. Ток падает между максимумом и минимумом. Для анализа работы этой схемы предположим, что транзисторы Q1 и Q2 являются коммутаторами без потерь.

Так как индуктивность не позволяет току резко расти, она контролирует требуемый средний ток через светодиод. Индуктивность также накапливает энергию, которая также питает светодиод. Следующее уравнение, применённое к выходу элемента G2, определяет время включения/выключения:

Где V это напряжение питания и VT это входное напряжение порога порога переключения логического CMOS при питающем напряжении V.

Эффективность этой схемы не менее 80%. Ток источника питания меньше, чем ток, протекающий через светодиод из-за накопления энергии в индуктивности.

Ток, протекающий через светодиод имеет максимум и минимум, определяемые временем включения и выключения транзисторов Q1 и Q2, а так же значением индуктивности L1. Можно использовать индуктивность величиной 5..10 мГн с ферритовым сердечником при использовании в схеме белого светодиода с прямым падением напряжения на нём примерно 3 вольта. При величине напряжения питания, лежащем в диапазоне 7..15 вольт, в качестве Q2 следует использовать транзистор с большим обратным допустимым напряжением база-эмиттер, например, 2SC3134. Транзистор C1364 в схеме работает хорошо при напряжении питания 9 вольт. Уравнения применимы к микросхеме CD4011BP, хотя её можно заменить на HEF4011BP с пониженным энергопотреблением.

Раджу Р Баади, Индия
Под редакцией Мартина Рова и Фрэна Грэнвилла

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector