Как подобрать и установить светодиодный драйвер своими руками

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Виды светодиодных драйверов

Существуют два основных вида led-driver – это импульсного и линейного типа. Отличие между ними заключается в принципе стабилизации электрического тока, что выражается в главных характеристиках, сферах применения и сроке эксплуатации. Рассмотрим их более подробно.

Линейный стабилизатор

Линейный led-driver выполняет функцию простейшего автоматического резистора. При малейших изменениях силы тока он моментально восстанавливает заданное его значение на выходе. Роль такого устройства выполняет транзистор. Независимо от того как меняются характеристики внешней питающей сети, внутреннее его величина сохраняется постоянной.

Преимущество такой системы заключается в простоте ее устройства, низкой стоимости и стабильности. Однако главный недостаток линейного стабилизатора – потеря доли мощности за счет перехода ее в тепловую энергию. При этом существует прямая зависимость между абсолютным значением входящего напряжения и расходом. Поэтому led-driver линейного типа подходит для маломощных светодиодов. На лэд-элементах с большими параметрами силы тока он не применяется, так как сами драйверы будут потреблять больше энергии, чем сами полупроводниковые кристаллы.

Импульсная стабилизация

Импульсный led-driver представляет собой импульсный конденсатор с расположенным перед ним автоматическим устройством включения/отключения электрического тока. Как только напряжение в нем достигает рабочего значения, и светодиодная шина или лампа загорается, срабатывает выключатель и ток прекращается – чтобы избежать дальнейшего роста потенциала и избежать перегорания кристалла в светильнике.

В дальнейшем по мере постепенного расхода потенциала в накопительном конденсаторе включается ток для его подзарядки, чтобы фонарь не затухал. Время подпитки и период отключения могут изменяться в зависимости от величины напряжения во внешней сети. Роль такого регулятора-переключателя, работающего в автоматическом запрограммированном режиме, и выполняет импульсный led-driver.

Его коэффициент полезного действия близок к 100%. Поэтому и применяется он даже на очень мощных прожекторах. При этом led-driver в его схеме настолько эффективен, что его корпус даже не требуют особых радиаторов для отведения тепла. Среди их главных недостатков выделяются сложность устройства и высокая цена. С другой стороны, ряд таких преимуществ, как высокая производительность, небольшие габариты и масса и высокое качество выдаваемой стабильности тока легко их нивелирует.

Комплектация светильника и как его подобрать

Обычный светодиодный светильник включает в себя всего несколько элементов:

• светодиоды;
• корпус;
• теплоотвод;
• радиатор;
• драйвер.

Если комплект стандартный, как же тогда подобрать светильник, чтобы его предустановленный драйвер прослужил как можно дольше?

Встраиваемый светодиодный светильник Kreonix с драйвером

Для исправной работы светодиодов от источника питания необходимо понизить напряжение. У каждого светильника есть следующие параметры, которые необходимо учитывать при выборе оптимального драйвера. Поговорим о них подробнее:

Мощность. Максимальная мощность у драйвера показывает, какую максимальную нагрузку он выдержит. К примеру, если на маркировке указанно (30х36)х1W, это значит, что к этому драйверу можно подключить 30 или 36 светодиодов мощностью 1 Ватт. Если мы говорим о подключении светодиодной ленты на 12-24 Вольт, то следует учесть, что источники питания для них ограничивают напряжение, а вовсе не ток.

Схема подключения светодиодных лент

А значит, мы должны внимательно следить за мощностью нагрузки, подключенной к блоку питания. В таком случае мощность драйвера ни в коем случае не должна быть ниже мощности цепи, иначе блок питания просто «сгорит».

• Номинальные параметры тока и напряжения. Этот параметр указывается производителем на всех светодиодах, соответственно, и драйвер необходимо подбирать по этой отметке. Максимальный номинальный ток составляет 350 мА. При такой отметке в работе надо использовать источник питания с силой тока в интервале 300-330 мА. Это справедливо для любого вида подключения. Такой диапазон рабочего тока рекомендован для того, чтобы не сократить срок годности светильника, ведь теплоотвод может не выполнять свои функции в полной мере.
• Класс герметичности и влагостойкости (защищенности). В настоящее время класс защиты определяется двумя цифрами, стоящими после IP. Первая цифра говорит о степени защиты от твердых воздействий (пыли, грязи, песка, льда). Вторая – о жидких средах (воде, веществах). Однако о требуемой температуре, при которой светильник может использоваться класс IP, ничего не сообщает. Можно или нельзя охлаждать, зависит от прочности корпуса.

Надо с не меньшей ответственностью подходить к покупке драйвера для светильника, чем к покупке самого светильника, потому что именно источник питания является гарантом долгой, исправной службы всего устройства. Если вы никак не можете выбрать подходящий драйвер для светильников, то его можно сделать своими руками. Схема сборки весьма проста.

Такая используется ткань под обои

Выбор драйвера

Выбор драйвера во многом определяет место, где планируется установка светильника.

Например, в условиях складского помещения для светильника понадобится драйвер с рабочей температурой выше 0◦С и степенью влагостойкости от IP 20

Если освещать будем офис или любое другое административное помещение, где работают люди и нужна высокая освещаемость, то в таком случае надо брать во внимание и коэффициент пульсации: он не должен быть выше 5%. Границы входящего напряжения зависят от конкретных условий

Например, если в помещении установлено большое количество оборудования или оно достаточно мощное, то есть вероятность падения (скачков) напряжения в сети. В этом случае понадобится источник питания с универсальным входом.

Блоки питания и драйверы для светодиодных светильников

Напряжение в сети офисных помещений обычно стабильно, и стандартного диапазона входных напряжений бывает более чем достаточно. Но в любом случае светодиодный светильник нуждается в корректоре коэффициента мощности, потому что прибавочная мощность оказывается выше порога в 25 Ватт. Есть модели, рассчитанные на внутреннее освещение. Это модели светильников PLD-40 и PLD-60. Их коэффициент пульсации не выше 20%, а значит, они подойдут для освещения помещений, не требовательных к яркому освещению. Драйверы таких моделей защищены от короткого замыкания и перегревов, а также имеют полное соответствие требованиям электромагнитной совместимости. Таким образом, примеры моделей PLD-40 и PLD-60 продемонстрировали нам прекрасное соответствие для стандартных светильников без регулировки освещения.

Блок питания PLD-60-1050B для внутреннего светодиодного освещения

Требования к драйверам в зависимости от назначения светильника:

Если светильник устанавливается для наружного освещения, то главное требование для его драйвера – это широкий диапазон переносимых температур, гарантирующих исправную работу после длительного нахождения на морозе.

Герметичный контроллер с драйвером светодиодного светильника

Блок питания (кроме того, что он должен быть защищен указанным способом) должен обладать широким диапазоном входного напряжения ввиду того, что линии питания весьма нестабильны. Он должен быть надежно защищен от перепадов напряжения.

Если светильник устанавливается для освещения дорог, железной дороги, метро, то драйвер у такого светильника должен обладать виброустойчивостью. Этому способствует компаунд, который залит в блоки питания, что позволяет ему не воспринимать вибрации. В противном случае элементы просто отвалятся от платы при первой же вибрационной атаке.

От качества выполнения деталей драйвера зависят все параметры и возможности светильника. Среди них и такие важные, как уровень пульсации, диапазон рабочих температур, устойчивость к скачкам напряжения, температурный диапазон

Вот почему так важно качество комплектующих этого прибора. Как известно, светодиодный светильник led сам по себе является очень надежным осветительным прибором, отличающимся долговечностью

Однако он не сможет пройти весь срок своей службы, если не подойти должным образом к выбору драйвера в светодиодных лампах. Ведь основная причина выхода из строя светильника — не перегоревший светодиод, а плохой драйвер. Именно из-за него вам придется носить светильник на ремонт.

Ремонт драйвера (LED) фонарей

Ремонт переносного источника света зависит от его схемотехнического решения. Если фонарь не горит или светит слабо, сначала проверяют элементы питания и меняют их, если это нужно.

После этого в драйверах с аккумуляторами проверяют тестером или мультиметром детали модуля зарядки: диоды моста, входной конденсатор, резистор и кнопку или переключатель. Если все исправно, проверяют светодиоды. Их подключают к любому источнику питания напряжением 2-3 В через резистор 30-100 Ом.

Рассмотрим четыре типичные схемы фонарей и неисправности, возникающие в них. Первые два работают от аккумуляторов, в них вставлен модуль зарядки от сети 220 В.

Схемы аккумуляторного фонарика с вставленным модулем зарядки 220 В.

В первых двух вариантах светодиоды часто перегорают как по вине потребителей, так и из-за неправильного схемотехнического решения. При извлечении фонаря из розетки после зарядки от сети палец иногда соскальзывает и нажимает на кнопку. Если штыри устройства еще не отсоединились от 220 В, возникает бросок напряжения, светодиоды перегорают.

Во втором варианте при нажатии кнопки аккумулятор подсоединяется к светодиодам напрямую. Это недопустимо, так как они могут выйти из строя при первом же включении.

Ели при проверке выяснилось, что матрицы сгорели – их следует заменить, а фонари доработать. В первом варианте необходимо изменить схему подключения светодиода, показывающего, что аккумулятор заряжается.

Схема драйвера светодиодного фонарика на аккумуляторе с кнопкой.

Во втором варианте вместо кнопки следует установить переключатель, а затем последовательно с каждым источником света припаять по одному добавочному резистору. Но это не всегда возможно, так как часто в фонарях устанавливают светодиодную матрицу. В таком случае к ней следует припаять один общий резистор, мощность которого зависит от типа применяемых LED элементов.

Схема светодиодного фонарика на аккумуляторе с переключателем и последовательно добавленным сопротивлением.

Остальные фонари питаются от батарей. В третьем варианте светодиоды могут сгореть при пробое диода VD1. Если это случилось, надо заменить все неисправные детали и установить дополнительный резистор.

Схема фонарика на батарейках (без добавочного резистора).

Схема фонарика на батарейках (с добавленным в цепь резистором).

Основные элементы последнего варианта фонаря (микросхема, оптрон и полевой транзистор) проверить сложно. Для этого нужны специальные приборы. Поэтому его лучше не ремонтировать, а вставить в корпус другой драйвер.

Изготовление драйвера светодиодов на 220В своими руками

Схема лед драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.

В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность. Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.

Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:

• Делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
• диодный мост;
• каскад стабилизации напряжения.

Первый каскад – ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).

При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения. Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.

Второй каскад – диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.

Третий каскад – сглаживающий стабилизирующий фильтр.

Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.

В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.

Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.

Принцип работы драйвера в лампе на светодиодах

Основным принципом, лежащим в организации работы драйвера светодиодной лампы, является поддержание стабильного выходного напряжения. Оно не должно меняться в случае перепада тока в сети, иначе устройство не сможет корректно выполнять возложенные на него функции. Алгоритм работы драйвера:

1. Ток подается на устройство.
2. С его помощью он приобретает необходимую частотность и стабилизируется.
3. Далее ток передается на диодный мост, в количестве, необходимом для работы определенного числа элементов.

К базовым характеристикам драйверов, присущих любой конструкции, относят:

• мощность напряжения, выдаваемого устройством на выходе;
• номинальный ток;
• номинальная мощность лампочки.

Со стабилизацией тока

Драйвера для стабилизации тока используются при создании лампочек для бытовых и прочих нужд. Их основной задачей является стабилизация тока на выходе, не зависимо от колебаний входного импульса. Это стандартная технология, применимая в большинстве используемой нами световой техники.

Со стабилизацией напряжения

Используются при подключении светодиодной ленты, которая имеет некоторые отличия в принципах функционирования. Они заключаются в следующем:

1. В ленте светодиоды соединены последовательно, группами по три штуки.
2. Каждая группа подключается к питанию через токоограничивающий резистор.
3. Рабочее напряжение ленты светодиодов, продаваемой в магазине, составляет 24 или 12 В.
4. Драйвер в такой ленте служит для стабилизации напряжения на уровне 12 или 24В.
5. Остальную работу берет на себя токоограничивающий резистор.

Это необходимо для того, чтобы выравнивать разницу в подаваемой мощности, в случае если изначальная длина светодиодной ленты будет уменьшена.

Без стабилизации

Дешевые лампочки на светодиодах не имеют встроенного стабилизатора, что делает их крайне чувствительными к перепадам напряжения в сети

При их использовании важно понимать принцип и качество работы вашей энергосети, иначе лампочки без стабилизации будут быстро выходить из строя. Некоторые умельцы пытаются самостоятельно доработать дешевый продукт, но это не приводит ни к чему хорошему, без наличия специальных навыков и знаний

Зачем нужны драйверы для светодиодов и что это такое

Светодиод является полупроводником, преобразующим электроэнергию в свет, причем яркость излучения зависит от тока. Чтобы диод излучал заявленный поток света, нужно обеспечить соответствующее значение электротока. По принципу действия драйвер является блоком питания, ограничивающим и преобразующим ток из сети в соответствии с требуемыми для конкретного светодиода параметрами.

Основной показатель выходного тока –
стабильность, обеспеченная микросхемой на основе транзисторов или
ШИМ-преобразованием. Не менее важна способность поддерживать стабильность
выходного потока во время работы. Качественный драйвер способен так же обеспечить
диммирование и защитить источники света от избытка тепла и короткого замыкания.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.

Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.

На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.

Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора

Диаграмма в схеме со стабилизатором

Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.

Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.

Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт. Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.

Как изготовить драйвер для светодиодов своими руками

Для работы требуется:

• маломощный паяльник (25-40 Вт);
• флюс (желательно нейтральный);
• оловянно-свинцовый припой;
• кусачки и пласкогубцы;
• многожильные медные провода в изоляции с сечением 0,35-1 м2;
• изолента (термоусадочная трубка);
• мультиметр;
• печатная плата.

Перечень компонентов зависит от того, какой блок питания необходимо сделать.

Пример расчета

Самая простая схема для подключения светодиодов к источникам с низким напряжением. Прежде всего, рассчитывается мощность блока, базируясь на параметры источников света. Вольтаж должен быть на 20-30% выше показателя подключаемой лампочки или ленты. На выходе напряжение зависит от падения вольтажа на светодиоде.

Если нужно подключить 6 светодиодов, падение напряжения в которых 2 В (на каждом), требуется блок на 12 В и 300 мА при последовательном размещении. Чтобы подключить те же элементов в 2 параллельные линии, необходимы другие показатели – напряжение 6 В, ток 600 мА. Для таких диодов подойдет простой драйвер, состоящий из диодного моста, 2-х конденсаторов и резистора.

Диодный мост состоит из 4-х разнонаправленные диодов, задача которых – превратить синусоидальный переменный электроток в пульсирующий. К плюсу моста (со стороны входа) присоединяется пленочный конденсатор, к минусу – сопротивление, параллельно –электролитический конденсатор (для сглаживания перепадов напряжения). Значение электротока зависит от метода подключения (если диодов несколько, их можно соединить последовательно или параллельно).

Для мощного светодиода (например, 3Вт) подойдет стабилизатор-драйвер, созданный на основе микросхемы LM317 и резистора. У стабилизатора LM317 постоянный вольтаж 1,25. Если лампа новая, ей требуется ток 700 мА (максимальное значение). Чтобы рассчитать сопротивление резистора, нужно напряжение разделить на ток:

1,25/0,7 = 1,78 Ом.

Такого резистора нет, поэтому нужно купить элемент на 1,8 Ом.

Так как микросхема LM317 предназначена для тока до 1,5 А, потребуется радиатор.

Драйвер для трех led по 1 Втможно сделать из зарядного устройства мобильного телефона, если немного усовершенствовать микросхему. Нужно снять корпус и выпаять имеющийся резистор и припаять другой (на 5 кОм). Светодиоды соединить последовательно и подключить к выходному каналу. Входные каналы заменить шнуром для присоединения к сети.

Для светодиодного источника с мощностью 10 Вт можно собрать блок питания на электронной плате люминесцентной лампы на 20 Вт. Купить нужно дроссели, диоды, конденсаторы и транзисторы.

Важные нюансы сборки

Падение напряжения на светодиодах 3-30 В. Это очень мало, если сравнивать с вольтажом сети. Готовые микросхемы отличаются только показателями входного напряжения. При выборе необходимо учесть, что падения напряжения на источниках света должно составлять 10-20% от вольтажа драйвера. Поэтому не стоит делать на основе микросхемы блок для подключения к сети, если имеется 1 или 2 диода на 3-6 В.

Все элементы на плате размещаются так, чтобы между ними было минимальное расстояние и количество перемычек. Полярность и распиновку лучше проверить в технической документации. Если элементы не новые, обязательна проверка мультиметром. Паяльник лучше выбрать небольшой, способный нагреваться до 260оС.

Конденсаторы, резисторы, диоды, микросхемы паять достаточно сложно, если их нельзя предварительно закрепить на плате. Чтобы повысить качество пайки, желательно залудить места, куда будут ставиться компоненты. Для этого капается немного флюса, на паяльник берется припой и наносится на то же место.

Каждый элемент нужно брать пинцетом за ножку, которую нужно припаять, и приставить к месту пайки. Потом на ножку наносится капля флюса, берется паяльник и подносится к припаиваемой ножке. Прикоснуться достаточно примерно на секунду, так как припой и флюс уже есть. Ножка сразу погружается в припой, нанесенный в процессе лужения.

Если элементы можно закрепить на плате, припой должен быть с флюсом. В одну руку нужно взять паяльник, в другую – проволоку. Место пайки греется 3-4 секунды, потом к нему подносится припой. При соприкосновении элемента, паяльника и проволоки последняя плавится, флюс вытекает, через секунду паяльник можно убрать.

Одновременно с паяльником желательно купить специальный отсос и очки. Если случится, что элемент припаялся не туда или на месте пайки образовался огромный бугор, нужно разогреть припой, взять отсос и нажать на кнопку. Все лишнее с платы моментально исчезнет. При работе с проводами и ножками элементов они могут отпружинить. Чтобы горячий припой не попал в глаза, работать желательно в очках.