Стабильный ток для питания светодиодов

Кравцова Виталия Николаевича.

Представленные конструкции уникальны

и разработаны только автором

ДРАЙВЕР ДЛЯ МОЩНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ МАТРИЦ 10 — 100 W С НАПРЯЖЕНИЕМ ПИТАНИЯ 32 -34 V

В последнее время мощные сверхяркие светодиоды в качестве источников света всё больше завоевывают рынок, вытесняя лампы накаливания и энергосберегающие люминесцентные лампы, Тому есть несколько причин: малое энергопотребление, большой срок службы, небольшие габариты, безопасность, удобство монтажа. Мощные светодиоды выпускаются как с одиночным кристаллом, так и с несколькими, расположенными на одной подложке. Из-за нелинейной вольтамперной характеристики питание светодиодов осуществляется только стабильным током, величиной, определяемой паспортными данными прибора. Устройство, обеспечивающее стабильный ток питания нагрузки, обычно называют драйвером. Основные требования к драйверу: высокий коэффициент полезного действия, надёжность, стабильность выходного тока независимо от напряжения питания. Чаще всего схемотехника драйверов основана на использовании импульсных схем с использованием накопительного дросселя, ключевого элемента и схемы управления ключевым элементом, работающим на частоте 30 -100 кГц. Если рабочее напряжение светодиода ниже напряжения источника питания, в схеме драйвера светодиод подключается последовательно с дросселем и ключевым элементом (наиболее распространённая ситуация), а если на светодиод требуется подать напряжение выше, чем у источника питания — используется схема с накопительным дросселем, ток через который прерывается с высокой скоростью, что вызывает появление всплесков напряжени я в десятки раз выше питающего. Повышенное напряжение подаётся на светодиод, ток в цепи которого контролируется и используется для регулирования выходного напряжения. Драйверы для питания низковольтных светодиодов от источников напряжения 90 — 240 В широко распространены и доступны, схемотехника достаточно освещена в различных публикациях, в драйверах часто используются специализированные микросхемы, обеспечивающие минимальное количество внешних элементов. В случае, когда несколько последовательно соединённых светодиодов или многокристальная светодиодная матрица подключается к источнику с меньшим напряжением схема незначительно изменяется. На рисунке показана схема такого драйвера для светодиодной матрицы с напряжением около 32В и рабочим током 350 мА.

Основными элементами в схеме являются: накопительный дроссель L1 , ключевой транзистор VT1 и микросхема задающего генератора DA1 . Микросхема обеспечивает импульсы с короткими фронтами для управления транзистором VT1 , что позволяет получить на стоке транзистора всплески напряжения до 50В (зависит от параметров дросселя, транзистора и крутизны фронтов управления). Ток на сборку светодиодов поступает через токоизмерительный резистор R7 . При достижении тока 0,35А напряжение на R7 составляет 0,7В, транзистор VT2 открывается и обеспечивает прерывание импульсов запуска. При снижении тока импульсы запуска транзистора VT1 появляются вновь, обеспечивая стабилизацию тока на нагрузке. Резисторы R3, R4 служат для ограничения выходного напряжения на выходе при отключении нагрузки, предотвращая выход из строя электронных компонентов.

В схеме можно использовать подходящие дроссели, намотанные проводом 0,3 . 1,0 мм на стержневых ферритовых сердечниках (несколько хуже на ферритовых кольцах), имеющие индуктивность 40 — 200 мкГн. Габариты дросселя определяются требуемой мощностью нагрузки. В качестве транзистора VT1 можно использовать n- канальные полевые транзисторы, имеющие небольшую ёмкость затвор-исток, ток стока 5 -30А и максимальное напряжение стока свыше 55В. Конденсаторы С2, С4 должны иметь низкое внутренне сопротивление для обеспечения большого импульсного тока через дроссель L1 , желательно использовать танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа. Недостаток схемы — сильная зависимость работы схемы от параметров дросселя и полевого транзистора.

У автора возникла необходимость переделать распространённые Китайские светодиодные прожекторы с напряжением питания 90 -240 В на напряжение 12 В. В прожекторах используются светодиодные матрицы 10 — 100 Вт с рабочим напряжением 32-34 В (матрица из 9 кристаллов ). Поиски готовых драйверов в торговой сети не привели к успеху — найденное подходило только для низковольтных светодиодов. Из-за большой требуемой мощности и условия некритичности к типу используемых элементов схема драйвера была несколько доработана. В качестве задающего генератора использована распространённая микросхема MC33063AP1 , имеющая более чувствительный вход обратной связи по току (1,2 В вместо 2,5 В у предыдущей схемы). Для формирования запускающих импульсов с короткими фронтами для полевого транзистора используется микросхема- драйвер TLP250 , часто используемая в различных преобразователях и источниках бесперебойного питания для управления мощными полевыми или IGBT транзисторами. Использование этого драйвера позволило использовать практически любые мощные полевые транзисторы, например IRF8010 , что позволяет легко получить мощность на выходе 100 Вт и более.

В качестве дросселя L1 использовались готовые катушки диаметром 15 мм, намотанные на стержневых ферритовых сердечниках от старых мониторов проводом 0,8 — 1,2 мм. Индуктивность катушек должна составлять 40 — 160 мкГн. Чем выше индуктивность, тем ниже может быть рабочая частота задающего генератора. При индуктивности 40 мкГн она должна быть около 100 кГц, а 160 мкГн — 30 кГц. Ток нагрузки определяется сопротивлением резистора R4 . На нём всегда падает 1,25 В. Сопротивление этого резистора подсчитывается по формуле: R ( Ом) = 1,25 / I нагрузки (А). Резисторы R2, R3 и стабилитрон VD2 служат для ограничения выходного напряжения на уровне 50В при отключении нагрузки, в противном случае напряжение на выходе может достигнуть 100 В и более.

Читать еще: Выключатели с подсветкой для сетевых удлинителей

Схема имеет высокий КПД, достигающий 88%, поэтому нагрев элементов минимальный. Радиатор транзистору VT1 не требуется, достаточно охлаждения на печатную плату (см. снимок и чертёж печатной платы).

Схема может использоваться для питания цепочек светодиодов или светодиодных матриц с рабочим напряжением 15 — 50 В. При иной нагрузке и выходном напряжении необходимо пересчитать сопротивление R4 , а также соотношение резисторов R2, R3 . Может потребуется замена диода VD1 на более мощный.

Правильно собранная схема начинает работать сразу. Если нет уверенности в исправности элементов или правильности монтажа, вначале вместо светодиодов подключают нагрузочный резистор с таким расчётом, чтобы при нормальном режиме ток через него и напряжение совпадали с рабочими параметрами светодиода. В случае использования 10 W светодиодных матриц с рабочим напряжением 32В и током 0,35 А резистор должен быть сопротивлением примерно 100 Ом и мощностью 10Вт. Плату подключают к блоку питания через ограничительный резистор с сопротивлением 3 .. 5 Ом. Убедившись, что всё работает нормально и ток потребления не превышает расчётного, резистор отключают.

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Стабильный ток для питания светодиодов

Любой электрический прибор должен иметь источник питания: аккумулятор, батарейку или электрическую сеть. К электросети, от которой происходит питание светодиодов, предъявляются высокие требования. Вот тут и возникает проблема. В наших электросетях переменное напряжение в 220 вольт. Светодиодным лампам требуется прямое напряжение, указанное в его характеристиках. Его значение зависит от конструкции и цвета светодиода и составляет от 1 до 2,2 В. Номинальные показатели тока варьируют от 5 до 20 А. Подключение напрямую с возможными перепадами напряжения приведет к нестабильной работе и уменьшению срока службы изделия. Что же делать, чтобы этого избежать? Приобрести блок питания, его еще называют драйвером для светодиодов. Разберемся, как он работает и как выбрать устройство.

Особенности питания светодиодных светильников

Срок службы светодиодов зависит от качества кристалла, значения рабочего тока, условия эксплуатации. Обычно они работают от тока, максимальное значение которого не превышает 2 А. Однако установленные характеристики требуют оптимальное значение в 0,35 А. Стремление иметь предельный световой поток приводит к увеличению тока. Из-за этого возникает риск перегрева кристалла. Поэтому для светодиодных светильников не рекомендуется использовать в качестве источника питания обычную электросеть без адаптера.

Какие проблемы появляются при подключении прибора к сети напрямую:

Светодиод будет иметь плавающую рабочую точку, из-за отрицательной зависимости снижения напряжения от температуры кристалла.
Чтобы выровнять ток, понадобится, по меньшей мере, добавить в схемы питания светодиодов дополнительный резистор. Помимо стабилизации тока, он будет рассеивать мощность.
Ко всему прочему свою лепту внесет нестабильность выходных данных источника.

Читать еще: Измерительные кабеля с трансформаторами тока

Всё это приведет к существенному сокращению эксплуатационного срока, особенно при работе на предельных значениях тока.

Блоки питания для светодиодных светильников

Решить возникающие проблемы поможет использование высокочастотных преобразователей. Они включены в конструкцию блоков питания для светодиодов. От характеристик таких устройств зависит продолжительность эксплуатации и качество освещения подключенных к нему ламп. Особенно важно включать БП в схемы питания мощных светодиодов. Это связано с необходимостью стабилизации электропитания. Подаваемое на прибор напряжение на выходе преобразовывается в стабильный ток. Разбираться в устройстве оборудования нам не к чему. Важнее узнать, какие виды можно встретить в продаже.

С учетом способа расположения, блок питания бывает внутренним или внешним. Первые находятся в корпусе самого прибора. Внешний БП может входить в комплект к изделию или же потребуется его приобрести самостоятельно. При использовании нескольких осветительных приборов можно сэкономить, установив один блок на все.

В случае отключения электричества возможно аварийное питание светодиодных светильников посредством специального устройства БАП. Когда в сети пропадает напряжение, прибор работает от аккумулятора на протяжении 1-3 часов. Всё это происходит в автоматическом режиме, в том числе подзарядка. Такие изделия могут дополнительно обеспечиваться индикатором заряда аккумулятора.

Как выбрать блок питания

Прежде чем покупать блок питания для светодиодных светильников, желательно составить схему включения. На ней нужно указать все приборы и необходимые параметры. Не можете сделать это самостоятельно, обратитесь к специалисту.

Выбирая изделие, обращают внимание на следующие показатели:

Потребляемая мощность. При этом учитываются все светильники, подключаемые к устройству.
Напряжение питания светодиодного светильника. Диапазон, в пределах которого изделие способно оптимально функционировать без потери яркости, указывается в характеристиках. К примеру, 176-264 В или 150-250 В.
Герметичность. Этот показатель зависит от места установки прибора. Более защищенные изделия используются во влажных и пыльных помещениях.

Определяясь с мощностью, нужно добавить не менее 20% «про запас». Зачем это нужно, спросите вы? А затем, что эффективная мощность имеет тенденцию к снижению при колебании окружающей температуры. Причем происходить это может как при ее существенном снижении, так и при повышении.

Итак, подведем итог. Кроме случаев, когда используется автономное питание светодиодного светильника, потребуется блок питания. Устройство позволяет улучшить эффективность и продлить срок службы светодиодных приборов. Надеемся, что статья оказалась для Вас полезной и Вы правильно настроите световые приборы в вашем доме.

Что такое драйвер светодиода

Драйверы светодиодов применяются для обеспечения питания светодиодов, в частности сверхярких светодиодов, они представляют собой стабилизированный источник тока, преобразовывающий сетевое напряжение в постоянный ток.

Драйверы обеспечивают стабильный ток на нагрузку, в то время как блоки питания обеспечивают постоянное выходное напряжение. Поскольку яркость свечения светодиода зависит от силы протекающего через него тока, а не от напряжения, то для обеспечения максимально равномерного свечения важно обеспечить стабильный ток.

Преимущества светодиодного драйвера перед блоками питания:

Стабильный ток – это гарантирует постоянный световой поток;
Максимальная мощность – при использовании драйвера на светодиод подается максимальная допустимая мощность, что позволяет получить максимальную светоотдачу;
Драйверы потребляют меньше электроэнергии, поскольку нет необходимости использовать ограничивающий резистор.

Драйверы могут быть изготовлены на транзисторах или на ШИМ-контроллерах, большинство моделей реализовано на ШИМ, поскольку такое решение обеспечивает более высокую точность стабилизации тока и схема рассчитана на большие нагрузки. Единственным плюсом драйверов реализованных на транзисторах является низкая цена.

Светодиодные драйверы выпускаются под определенное напряжение:

12 В
3,7 В
7-30 В
12/24 В

Наиболее распространенные модели светодиодных драйверов, рассчитанные на ток в 300 и 700 мА. При необходимости вы легко сможете купить светодиодные драйверы, выдающие токи в несколько ампер.

К каждому дайверу подбирается строго соответствующее количество светодиодов определенной мощности, из-за этого их наиболее часто применяют в изделиях, которые изготавливаются промышленным способом, а не в индивидуальных решениях.

Читать еще: Схема контрольного выключателя с подсветкой

Но выпускаются и универсальные дайверы, которые предусматривают использование переменного количества светодиодов, но при условии, что их суммарная мощность не превышает номинальную мощность драйвера, КПД таких драйверов ниже, а цена несколько выше.

Также важным преимуществом светодиодных драйверов являются очень компактные размеры, благодаря чему их можно поместить практически в любой корпус и незаметно разместить в нишах интерьера.

Вы можете купить светодиодные драйверы в безкорпусном варианте, они рассчитаны для монтажа в сухих помещениях и использования в защищенных корпусах фонариков и прожекторов, или приобрести драйверы, имеющие свой корпус, которые рассчитаны на использование во влажных помещениях и на улице.

Светодиоды в интернет магазине foton.ua

В нашем магазине вы можете купить светодиодные драйверы различных производителей, а также самую разную светодиодную продукцию (сверхяркие светодиоды, светодиодные ленты, светильники, блоки питания и т.д.). Для наших клиентов мы предлагаем оптимальные цены и обеспечим максимально быструю доставку в любую точку Украины.

Стабилизатор тока для светодиодов двух выводной

Все знают, что для питания светодиодов требуется стабильный ток, иначе их кристалл не выдерживает и быстро разрушается. Для этого применяют токовую стабилизацию — специальные схемы драйверов или просто резисторы. Последний метод используется чаще всего, особенно в светодиодных лентах, где на каждые 3 LED элемента ставят по одному сопротивлению. Но резисторы, справляются со своим делом стабилизации не слишком эффективно, так как во-первых греются (лишний расход энергии), а во-вторых поддерживают заданный ток в узком диапазоне напряжений — согласно закона Ома.

Представляем радиоэлемент нового поколения — компактный регулятор тока для светодиодов от OnSemi NSI45020AT1G. Его важное преимущество — он двухвыводной и миниатюрный, создан специально для управления маломощными светодиодами. Устройство выполнено в SMD корпусе SOD-123 и обеспечивает стабильный ток 20 мА в цепи, не требуя дополнительных внешних компонентов. Такое простое и надежное устройство позволяет создавать недорогие решения для управления светодиодами. Внутри него находится схема из полевого транзистора и нескольких деталей обвязки, естественно с сопутствующими радиоэлементами защиты. Что-то типа такого LED драйвера.

Регулятор включается последовательно в цепь светодиодов, работает с максимальным рабочим напряжением 45 В, обеспечивает ток в цепи 20 мА с точностью ±10%, имеет встроенную ESD защиту, защиту от переполюсовки. При повышении температуры регулятора, выходной ток будет снижаться. Падение напряжения 0,5 В, а напряжение включения — 7,5 В.

Схемы включения стабилизатора тока LED

Для обеспечения тока в цепи больше 20 мА нужно включить параллельно несколько регуляторов (2 регулятора – ток 40 мА, 3 регулятора – ток 60 мА, 5 регуляторов — 100 мА).

Основные характеристики регулятора NSI45020

Регулируемый ток 20±10% мА;
Максимальное напряжение анод-катод 45 В;
Рабочий температурный диапазон -55…+150°С;
Корпус SOD-123 выполненный с использованием без свинцовых технологий.

Сферы применения стабилизатора NSI45020AT1G: световые панели, декоративная подсветка, подсветка дисплеев. В автомобилях регулятор тока ставят на подсветку зеркал, приборной панели, кнопок. Также его используют в светодиодных лентах вместо обычных резисторов, что позволяет подключать LED ленты к источникам разного напряжения без потери яркости. Напряжение питания у NSI45020 до 45 В, на выходе стабильные 20 мА. Включается последовательно с цепочкой светодиодов, единственное условие: сумма падений напряжения на светодиодах должна быть меньше входного напряжения минимум на 0,7 В. В общем деталь полезная, и если бы ещё цена на них была низкая — можно смело закупать партию и ставить вместо резисторов, на все светодиоды в приборах и конструкциях. Даташит на NSI45020 здесь

Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.