Cum alegeți driverul pentru lampa cu LED: tipuri, scop + particularități de conectare

Luminile LED au devenit larg răspândite, ceea ce a dus la producerea activă a surselor de alimentare secundare. Driverul pentru lampa LED este capabil să mențină stabil valorile curente specificate la ieșirea dispozitivului, stabilizând tensiunea care trece prin lanțul de diode.

Vă vom spune totul despre tipurile și principiile de funcționare ale dispozitivului de conversie a curentului pentru funcționarea becului cu diode. În articolul nostru sunt oferite orientări pentru alegerea driverului, sunt date recomandări utile. Electricienii amatori de acasă vor găsi la noi scheme de conectare testate în practică.

Scopul și domeniul de utilizare

Cristalele cu diode constau din doi semiconductori – anodul (plus) și catodul (minus), care sunt responsabili pentru transformarea semnalelor electrice. O zonă are conductivitate de tip P, cealaltă – de tip N. La conectarea unei surse de alimentare, curentul va curge prin aceste elemente.

Datorită acestei polarități, electronii din zona de tip P se îndreaptă spre zona de tip N și invers, sarcinile din punctul N se îndreaptă spre P. Cu toate acestea, fiecare secțiune a zonei are propriile limite, numite joncțiuni P-N. În aceste zone, particulele se întâlnesc și se absorb reciproc sau se recombină.

Dioda aparține elementelor semiconductoare și are o singură joncțiune p-n. Din acest motiv, principala caracteristică care determină gradul de luminozitate a strălucirii lor este nu tensiunea, ci curentul.

În timpul joncțiunilor P-N, tensiunea scade cu un anumit număr de volți, întotdeauna același pentru fiecare element al circuitului. Ținând cont de aceste valori, driverul stabilizează parametrii curentului de intrare și produce o valoare constantă la ieșire.

Ce putere este necesară și ce valori ale pierderilor la trecerea P-N sunt indicate în fișa tehnică a dispozitivului LED. Prin urmare, la alegerea becului cu diode trebuie să se țină cont de parametrii sursei de alimentare, al cărei interval trebuie să fie suficient pentru a compensa energia pierdută.

Pentru ca LED-urile puternice să funcționeze timpul specificat în caracteristici, este necesar un dispozitiv de stabilizare – un driver. Pe carcasa mecanismului electronic este întotdeauna indicată tensiunea sa de ieșire.

Sursele de alimentare cu tensiunea între 10 și 36 V sunt utilizate pentru echiparea aparatelor de iluminat.

Tehnica poate fi de diferite tipuri:

• faruri de automobile, biciclete, motociclete etc.;
• lămpi mici portabile sau de exterior;
• bare LED, benzi, becuri de tavan și module.

Cu toate acestea, pentru LED-uri de putere mică, precum și în cazul utilizării tensiunii constante, nu este necesar să se aplice drivere. În locul lor, în circuit se introduce un rezistor, care se alimentează și el de la rețeaua de 220 V.

Principiul de funcționare al sursei de alimentare

Să înțelegem care sunt diferențele dintre o sursă de tensiune și o sursă de alimentare. Ca exemplu, să examinăm schema de mai jos.

Conectând un rezistor de 40 Ohm la o sursă de alimentare de 12 V, prin el va trece un curent de 300 mA (figura A). La conectarea în paralel a unui al doilea rezistor, valoarea curentului va fi de 600 mA (B). Cu toate acestea, tensiunea va rămâne neschimbată.

În ciuda conectării a două rezistoare la sursa de alimentare, aceasta va crea la ieșire o tensiune constantă, deoarece în condiții ideale nu se supune sarcinii.

Acum să examinăm cum se vor modifica valorile dacă în schemă se conectează rezistoare la blocul de alimentare. În mod similar, introducem un reostat de 40 Ohm cu un driver de 300 mA. Acesta creează pe el o tensiune de 12 V (schema C).

Dacă circuitul este compus din două rezistoare, atunci valoarea curentului este neschimbată, iar tensiunea va fi de 6 V (D).

Driverul, spre deosebire de sursa de tensiune, menține la ieșire parametrii de curent prestabiliți, însă tensiunea de ieșire se poate modifica.

Trăgând concluzii, se poate spune că un convertor de calitate furnizează sarcinii curentul nominal chiar și atunci când tensiunea scade. În consecință, cristalele diodelor de 2 V sau 3 V și cu curent de 300 mA vor lumina la fel de puternic cu tensiune redusă.

Caracteristici distinctive ale convertorului

Unul dintre cei mai importanți indicatori este puterea transmisă sub sarcină. Dispozitivul nu trebuie suprasolicitat și nu trebuie încercat să se obțină rezultate maxime posibile.

Utilizarea incorectă contribuie la defectarea rapidă nu numai a mecanismului de vizualizare, ci și a cipurilor LED.

Principalii factori care influențează funcționarea sunt:

• componentele utilizate în procesul de asamblare;
• gradul de protecție (IP);
• valorile minime și maxime la intrare și ieșire;
• producătorul.

Modelele moderne de convertoare sunt fabricate pe bază de circuite integrate și folosesc tehnologia de conversie prin modulație de lățime a impulsurilor (PWM).

În timpul funcționării sursei de alimentare, pentru reglarea valorii tensiunii de ieșire, este implementată metoda de modulație pe lățime a impulsurilor, iar la ieșire se păstrează același tip de curent ca la intrare.

Astfel de dispozitive se caracterizează printr-un grad ridicat de protecție împotriva scurtcircuitelor, suprasarcinelor rețelei, precum și printr-un randament crescut.

Reguli de alegere a convertorului de curent

Pentru achiziționarea convertizorului pentru lampa LED, trebuie să studiați caracteristicile cheie ale dispozitivului. Trebuie să vă bazați pe tensiunea de ieșire, curentul nominal și puterea livrată.

Puterea diodelor luminoase

Să analizăm mai întâi tensiunea de ieșire, care este supusă mai multor factori:

• valoarea pierderilor de tensiune pe joncțiunile P-N ale cristalelor;
• numărul de diode luminoase din lanț;
• schema de conectare.

Parametrii curentului nominal pot fi determinați de caracteristicile specifice ale consumatorului, și anume puterea elementelor LED și gradul lor de luminozitate.

Acest indicator va influența curentul consumat de cristale, al cărui interval variază în funcție de luminozitatea necesară. Sarcina convertizorului este de a asigura alimentarea cu cantitatea necesară de energie acestor elemente.

Valoarea tensiunii de ieșire trebuie să fie mai mare sau identică cu suma totală a energiei consumate pe fiecare bloc al schemei electrice.

Puterea dispozitivului depinde de puterea fiecărui element LED, de culoarea și de numărul acestora.

Pentru calcularea energiei consumate se utilizează următoarea formulă:

P_H = P_LED * N,

Unde

• P_LED – sarcina electrică creată de o singură diodă,
• N – numărul de cristale din circuit.

Valorile obținute nu trebuie să fie mai mici decât puterea driverului. Acum este necesar să se determine valoarea nominală necesară.

Puterea maximă a dispozitivului

Trebuie să se țină cont și de faptul că, pentru a asigura funcționarea stabilă a convertizorului, valorile sale nominale trebuie să depășească cu 20-30% valoarea obținută P_H.

Astfel, formula capătă următoarea formă:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

unde P_max – puterea nominală a sursei de alimentare.

Pe lângă puterea și numărul consumatorilor de pe placă, curentul de sarcină este, de asemenea, supus factorilor de culoare ai consumatorului. La același curent, în funcție de nuanță, aceștia au valori diferite ale căderii de tensiune.

Driverul pentru lampa LED trebuie să furnizeze cantitatea de curent necesară pentru a asigura luminozitatea maximă. La selectarea dispozitivului, cumpărătorul trebuie să își amintească că puterea trebuie să fie mai mare decât cea utilizată de toate LED-urile.

Să luăm ca exemplu diodele luminoase roșii ale firmei americane Cree din seria XP-E.

Caracteristicile lor sunt următoarele:

• căderea de tensiune 1,9-2,4 V;
• curent 350 mA;
• puterea medie de consum 750 mW.

Analogul de culoare verde la același curent va avea indicatori cu totul diferiți: pierderi pe joncțiunile P-N de 3,3-3,9 V, iar puterea de 1,25 W.

În consecință, se pot trage concluzii: un driver proiectat pentru 10 W este utilizat pentru alimentarea a doisprezece cristale roșii sau opt verzi.

Schema de conectare a LED-urilor

Alegerea driverului trebuie efectuată după determinarea schemei de conectare a consumatorilor LED. Dacă achiziționați mai întâi diodele luminoase și apoi alegeți convertizorul pentru ele, acest proces va fi însoțit de o mulțime de dificultăți.

Pentru găsirea unui dispozitiv care asigură funcționarea exact a acestui număr de consumatori în schema de conectare dată, va trebui să petreceți mult timp.

Vom da un exemplu cu șase consumatori. Pierderile de tensiune la aceștia sunt de 3 V, curentul consumat de 300 mA. Pentru conectarea lor se poate utiliza una dintre metode, iar în fiecare caz în parte parametrii necesari ai sursei de alimentare vor fi diferiți.

Dezavantajul amplasării succesive a diodelor este necesitatea unei surse de alimentare cu tensiune mare, dacă în circuit sunt multe cristale.

În cazul nostru, la conectarea în serie este necesară o sursă de 18 V cu un curent de 300 mA. Principalul avantaj al acestei metode este că prin întreaga linie trece aceeași putere, prin urmare, toate diodele luminează cu aceeași intensitate.

Dezavantajul amplasării în paralel a consumatorilor este diferența de intensitate a luminii fiecărui lanț. Acest fenomen negativ apare din cauza dispersiei parametrilor diodelor ca urmare a diferențelor dintre curentul care trece prin fiecare linie.

Dacă se aplică amplasarea în paralel – este suficient să se utilizeze un convertizor de 9 V, însă valoarea curentului consumat va fi dublată, în comparație cu metoda anterioară.

Metoda de amplasare în serie câte două diode nu poate fi aplicată cu înlocuirea numărului de cristale care intră în grup – 3 și mai mult. Aceste limitări se datorează faptului că printr-un element poate trece un curent prea mare, iar acest lucru creează probabilitatea defectării întregului circuit.

Dacă se utilizează metoda serie cu formarea de perechi a câte două LED-uri, se folosește un driver cu parametri similari ca în cazul precedent. În acest caz, intensitatea luminii va fi uniformă.

Însă nici aici nu au lipsit aspectele negative: la aplicarea alimentării grupului, din cauza dispersiei caracteristicilor, unul dintre LED-uri se poate deschide mai repede decât al doilea, prin urmare, prin el va trece un curent dublu față de valoarea nominală.

Multe tipuri de lumini LED pentru iluminatul casei sunt proiectate pentru astfel de creșteri de scurtă durată, dar această metodă este considerată mai puțin solicitată.

Tipuri de drivere după tipul dispozitivului

Dispozitivele care convertesc alimentarea de 220 V la parametrii necesari pentru LED-uri se împart în mod convențional în trei categorii: electronice; pe bază de condensatoare; dimabile.

Piața accesoriilor de iluminat este reprezentată de o gamă largă de modele de drivere, în mare parte de producători chinezi. Și, în ciuda intervalului de preț scăzut, dintre aceste dispozitive se poate alege o opțiune destul de decentă. Cu toate acestea, merită să acordați atenție certificatului de garanție, deoarece nu toate produsele prezentate au o calitate acceptabilă.

Tip electronic al dispozitivului

În varianta ideală, convertizorul electronic ar trebui să fie echipat cu un tranzistor. Rolul său constă în descărcarea circuitului de reglare. Pentru a elimina sau a netezi cât mai mult ondulațiile, la ieșire se montează un condensator.

Un dispozitiv de acest tip aparține categoriei scumpe, însă este capabil să stabilizeze curentul până la 750 mA, ceea ce mecanismele de balast nu pot face.

Cele mai noi drivere sunt instalate în principal pe becuri cu soclu E27. Excepție fac produsele Gauss GU5,3. Acestea sunt echipate cu un convertizor fără transformator. Cu toate acestea, gradul de ondulație la acestea atinge câteva sute de Hz.

Ondulația nu este singurul dezavantaj al convertizoarelor. Al doilea poate fi numit interferențele electromagnetice de înaltă frecvență (IF). Astfel, dacă în priza legată de lampă se vor conecta alte aparate electrice, de exemplu, radioul — se pot aștepta interferențe la recepția frecvențelor FM digitale, televiziunii, routerului etc.

În dispozitivul opțional al unui aparat de calitate ar trebui să existe doi condensatori: unul – electrolitic pentru netezirea ondulațiilor, altul – ceramic, pentru reducerea IF. Cu toate acestea, o astfel de combinație se întâlnește rar, mai ales când vine vorba de produse chinezești.

Cei care au cunoștințe generale în astfel de scheme electrice pot selecta singuri parametrii de ieșire ai convertizorului electronic, modificând valoarea nominală a rezistențelor.

Datorită randamentului ridicat (până la 95%), astfel de mecanisme sunt potrivite pentru aparate puternice, utilizate în diverse domenii, de exemplu, pentru tuning auto, în aparate de iluminat stradal, precum și în surse LED casnice.

Sursă de alimentare pe bază de condensatoare

Acum trecem la dispozitivele mai puțin populare – pe bază de condensatoare. Aproape toate schemele lămpilor LED ieftine, în care sunt utilizate drivere de acest tip, au caracteristici similare.

Totuși, din cauza modificărilor efectuate de producător, acestea suferă modificări, de exemplu, eliminarea unui element al circuitului. Deosebit de des, această componentă este unul dintre condensatori — cel de netezire.

Din cauza umplerii necontrolate a pieței cu produse ieftine și de proastă calitate, utilizatorii pot «simți» o pulsație de 100% în lămpi. Chiar fără a aprofunda structura lor, se poate afirma că elementul de netezire a fost eliminat din schemă.

Avantajele acestor mecanisme sunt doar două: sunt accesibile pentru asamblare independentă, iar randamentul lor este echivalent cu 100%, deoarece pierderile vor fi doar pe tranzițiile p-n și rezistențe.

La fel de multe sunt și aspectele negative: siguranța electrică scăzută și gradul ridicat de pulsație. Al doilea dezavantaj este de aproximativ 100 Hz și apare ca urmare a redresării tensiunii alternative. În GOST este prevăzută norma de pulsație admisibilă de 10-20%, în funcție de destinația încăperii în care este instalat aparatul de iluminat.

Singura modalitate de a atenua acest dezavantaj este selectarea unui condensator cu valoarea nominală corectă. Cu toate acestea, nu trebuie să contați pe eliminarea completă a problemei – o astfel de soluție poate doar netezi intensitatea vârfurilor.

Convertoare de curent reglabile

Driverele-regulatoare de lumină pentru becuri LED dimabile permit modificarea parametrilor de curent de intrare și de ieșire, reducând sau crescând astfel gradul de luminozitate a luminii emise de diode.

Există două metode de conectare:

• prima presupune o pornire treptată;
• a doua – pornirea prin impulsuri.

Luați în considerare principiul de funcționare al driverelor dimabile bazate pe circuitul integrat CPC9909, utilizat ca dispozitiv de reglare pentru circuitele LED, inclusiv pentru cele de înaltă luminozitate.

Schema de conectare standard a CPC9909 cu alimentare de 220 V. Conform indicațiilor schematice, există posibilitatea de a controla unul sau mai mulți consumatori puternici.

La pornirea treptată, circuitul integrat cu driver asigură aprinderea progresivă a diodelor cu luminozitate în creștere. Pentru acest proces se folosesc două rezistențe conectate la pinul LD, destinat realizării sarcinii de diminuare treptată. Astfel se îndeplinește o sarcină importantă – prelungirea duratei de viață a elementelor LED.

Același pin asigură și reglarea analogică – rezistența de 2,2 kΩ se înlocuiește cu un analog variabil mai puternic – 5,1 kΩ. Astfel se obține o modificare treptată a potențialului la ieșire.

Aplicarea celei de-a doua metode presupune aplicarea de impulsuri de tip dreptunghiular la pinul de joasă frecvență PWMD. În acest caz, se utilizează fie un microcontroler, fie un generator de impulsuri, care sunt obligatoriu separate printr-un optocuplor.

Cu carcasă sau fără?

Driverele sunt fabricate cu carcasă sau fără. Prima variantă este cea mai răspândită și mai scumpă. Astfel de dispozitive sunt protejate împotriva pătrunderii umidității și a particulelor de praf.

Dispozitivele de al doilea tip se utilizează la efectuarea montajului ascuns și, în consecință, se remarcă prin costul redus.

Alimentarea tuturor aparatelor prezentate poate fi de la rețeaua de 12 V sau 220 V. În ciuda faptului că modelele fără carcasă câștigă la preț, ele rămân semnificativ în urmă în ceea ce privește siguranța și fiabilitatea mecanismului.

Fiecare dintre acestea se diferențiază prin temperatura admisibilă în timpul funcționării – de asemenea, trebuie să acordați atenție acestui aspect la selectare.

Schema clasică a driverului

Pentru asamblarea independentă a unui bloc de alimentare LED, să analizăm cel mai simplu dispozitiv de tip impuls, care nu are separare galvanică. Principalul avantaj al acestui tip de scheme este conectarea simplă și funcționarea fiabilă.

Schema convertizorului pentru 220 V este prezentată ca bloc de alimentare în impulsuri. La asamblare, trebuie să respectați toate regulile de siguranță electrică, deoarece aici nu există limite în ceea ce privește curentul de ieșire.

Schema unui astfel de mecanism este alcătuită din trei zone principale în cascadă:

1. Divizor de tensiune pe rezistență capacitivă.
2. Redresor.
3. Stabilizatoare de tensiune.

Prima secțiune – contracararea curentului alternativ pe condensatorul C1 cu rezistor. Acesta din urmă este necesar exclusiv pentru realizarea încărcării autonome a elementului inert. Nu influențează funcționarea schemei.

Valoarea nominală a rezistorului poate fi în intervalul 100 kΩ - 1 MΩ, cu o putere de 0,5-1 W. Condensatorul trebuie să fie electrolitic, iar valoarea sa efectivă de vârf a tensiunii – 400-500 V.

Atunci când semiunda de tensiune formată trece prin condensator, curentul circulă până când armăturile se încarcă complet. Cu cât capacitatea mecanismului este mai mică, cu atât mai puțin timp va fi necesar pentru încărcarea completă a acestuia.

De exemplu, un dispozitiv cu o capacitate de 0,3-0,4 µF se încarcă în timp de 1/10 din perioada semiundei, adică doar o zecime din tensiunea care trece va trece prin această secțiune.

Procesul de redresare în această secțiune se realizează conform schemei Graetz. Puntea cu diode se selectează pornind de la curentul nominal și tensiunea inversă. În acest caz, ultima valoare nu trebuie să fie mai mică de 600 V.

Al doilea cascad este un dispozitiv electric care convertește (redresează) curentul alternativ în curent pulsatoriu. Un astfel de proces se numește redresare dublă alternanță. Deoarece o parte a semiundei a fost netezită de condensator, la ieșirea acestei secțiuni curentul continuu va fi egal cu 20-25 V.

Deoarece alimentarea LED-urilor nu trebuie să depășească 12 V, pentru circuit este necesar să se utilizeze un element de stabilizare. În acest scop se introduce un filtru capacitiv. De exemplu, se poate utiliza modelul L7812

A treia etapă funcționează pe baza unui filtru de netezire și stabilizare – un condensator electrolitic. Alegerea parametrilor capacitivi ai acestuia depinde de puterea sarcinii.

Deoarece circuitul asamblat își începe imediat funcționarea, nu atingeți firele goale, deoarece curentul condus atinge zeci de amperi – se efectuează în prealabil izolarea liniilor.

Concluzii și material video util pe această temă

Toate dificultățile pe care le poate întâmpina un radioamator care alege un convertor pentru lămpile LED puternice sunt descrise detaliat în videoclipul:

Caracteristicile cheie ale conectării independente a dispozitivului de conversie la schema electrică:

Instrucțiuni pas cu pas care descriu procesul de asamblare manuală a driverului LED din materiale la îndemână:

În ciuda zecilor de mii de ore de funcționare neîntreruptă a lămpilor LED declarate de producător, există numeroși factori care reduc semnificativ acești indicatori.

Driverele sunt destinate netezirii tuturor salturilor de curent din sistemul electric. La alegerea sau asamblarea independentă a acestora, trebuie să abordați responsabil, după calcularea tuturor parametrilor necesari.

Povestiți cum ați ales driverul pentru funcționarea becului LED. Împărtășiți argumentele dumneavoastră și metodele de stabilizare a alimentării cu tensiune a dispozitivului de iluminare cu diode. Lăsați comentarii în blocul de mai jos, adresați întrebări, postați fotografii pe tema articolului.