Конструкция и принцип работы драйверов для светодиодных ламп

Драйверы – это специальные устройства, обеспечивающие стабильную работу светодиодных светильников. Без них диоды работают нестабильно и быстро выходят из строя. Узнаем, как устроены драйверы, и как они функционируют.

Зачем драйвер светодиодным лампам?

Светодиоды, по сравнению с лампами накаливания, гораздо энергоэффективнее и долговечнее. Они могут работать годами и потребляют в разы меньше электроэнергии, чем обычные лампочки, при стабильном электропитании, за которое и отвечает драйвер.

Светодиоды очень чувствительны к питанию, поступающему на их входы. Пониженных значений они не боятся, а вот повышенные напряжения и токи могут не только существенно убавить ресурс полупроводников, но и вывести их из строя. Задача драйвера – обеспечение светодиодов стабильным током.

Драйвер для светодиодных ламп – источник питания. Он представляет собой электронную схему, на выходе которой оказывается постоянный ток заданной величины.

Чтобы LED-элементы долго и эффективно работали, горели ярко и без мерцаний, через светодиоды должен протекать ток такой величины, которая указана в техническом паспорте полупроводникового элемента.

Светодиодные драйверы, предлагаемые производителями, рассчитаны на напряжения 10, 12, 24, 220 В и постоянные токи 350 мА, 700 мА, 1 А. Обычно драйверы делают под конкретные светильники, но есть в продаже и универсальные приборы, которые подходят к большинству LED-элементов от известных брендов.

Стабилизаторы тока используются в:

• системах уличного и домашнего освещения;
• настольных офисных светильниках;
• светодиодных лентах и декоративной подсветке.

С помощью драйверов изменяют величину яркости и цвет светодиодов. Это делается с помощью регуляторов или пульта дистанционного управления. Светодиодная лампа без драйвера работает нестабильно и рискует быстро выйти из строя.

Принцип работы

На вход LED-драйвера подаётся напряжение, которое может меняться. Ток проходит через сопротивления R1 и R3, приобретая нужную величину, а конденсатор С1 задает ему частоту.

Переменный ток, приобретая установленные параметры, попадает в диодный мост. Проходя через этот выпрямитель, ток из переменного преобразуется в постоянный.

Далее его параметры корректируются резисторами R2 и R4 и конденсатором С2. Таким путём достигается максимальная точность параметров выходного тока.

Электрическая принципиальная схема устройства:

Виды драйверов по принципу действия

Все драйверы для светодиодов делят на линейные и импульсные. У каждой группы свои плюсы, минусы и рекомендации по применению.

Сравнение линейного и импульсного преобразователя тока:

Линейный

На основе линейной схемы создаются простейшие драйверы для светодиодной лампы. В качестве элемента стабилизации используется ограничивающий резистор с переменным сопротивлением. В промышленном драйвере “движком” резистора управляет не человек, а электроника.

Если напряжение возрастает до критических значений, ток тоже начинает расти, и при достижении ним недопустимой величины происходит перегрев светодиода с последующим его разрушением. В более сложных схемах для регулирования тока используют транзисторы.

Минус линейной схемы – большие потери мощности, так как при росте напряжения возрастает бесполезное её рассеивание. Подобный недостаток допустим разве что для маломощных ламп. Для многоваттных светодиодов подобные схемы не годятся.

Плюсы линейной схемы стабилизации:

• простая конструкция;
• низкая стоимость;
• достаточная надёжность (при небольшой мощности нагрузки).

Линейный стабилизатор:

Импульсный

Второй вариант – импульсная стабилизация. После включения кнопки КН конденсатор С заряжается. После размыкания контактов кнопки он начинает разряжаться, отдавая полупроводниковому элементу электроэнергию.

Простейший импульсный стабилизатор:

Пока конденсатор отдает энергию, диод излучает свет. Чем выше входное напряжение, тем меньше время зарядки. Нажатие и отпускание кнопки поддерживает свечение. Такой принцип работы называется широтно-импульсной модуляцией. За секунду происходят десятки и даже тысячи срабатываний.

Виды драйверов по типу конструкции

Драйвера для LED-элементов представляют собой небольшую электронную схему, собранную из резисторов, конденсаторов и полупроводниковых диодов, размещённых на плате.

Устройства, стабилизирующие ток для светодиодов, выпускаются в 2 версиях:

• В корпусе. Это наиболее распространённый вариант. Стоимость такого прибора выше. Его главный плюс – защита конструктивных элементов от влаги и пыли.
• Без корпуса. Их применение оправдано только при скрытом монтаже. Они дешевле корпусных аналогов.

Преобразователи по конструктивному исполнению делят на три группы.

Электронный

В электронном преобразователе за коррекцию тока отвечает транзистор. Его задача – разгрузка регулировочной микросхемы. Чтобы максимально сгладить пульсацию, на выходе схемы установлен конденсатор.

Электронные устройства дорого стоят, но стабилизируют ток максимум до 750 мА. Новейшие драйверы такого типа обычно устанавливают на лампы с цоколем Е27.

Главные недостатки – пульсации и помехи в высокочастотном диапазоне. Если в одну розетку со светильником включить бытовые приборы, например, радиоприёмник, появляются помехи на FM-частотах. .

В хорошем электронном драйвере должно быть сразу два конденсатора:

• электролитический, который сглаживает пульсации;
• керамический, который понижает высокие частоты.

Такое сочетание встречается редко, особенно в драйверах китайского производства. Пользователи, разбирающиеся в микросхемах, могут получать выходные параметры драйвера, меняя номиналы резисторов.

Благодаря высокому КПД – около 95 % – электронные драйверы используют для самых разных целей (для обеспечения работы автомобильных светодиодных ламп, уличного и бытового освещения).

На основе конденсаторов

Несколько меньшей популярностью пользуются драйверы, работа которых основана на использовании конденсаторов. Почти все схемы бюджетных LED-ламп с такими устройствами имеют похожие характеристики.

Из-за изменений, вносимых производителями в электрические цепи, из них могут удаляться кое-какие элементы. Особенно часто в них отсутствует конденсатор, отвечающий за сглаживание пульсаций.

Плюсы драйверов на конденсаторах:

• простота конструкции;
• КПД стремится к 100 %, так как потери мощности наблюдаются только на резисторах и переходах полупроводниковых элементов.

Согласно ГОСТ, норма допустимых пульсаций составляет 10-20 % и зависит от назначения помещения, в котором работает осветительное устройство.

Диммируемый

Диммер – устройство, регулирующее яркость светодиодов. Многие современные драйверы имеют в своём составе эти полезные приспособления.

Плюсы диммируемых драйверов:

• пользователь выбирает уровень освещённости, комфортный для текущего момента;
• включение диммера в стабилизаторы тока позволяет экономно расходовать как электроэнергию, так и ресурс светодиодов.

Варианты исполнения:

• Диммирующее устройство располагается между питанием и LED-светильником. Такой прибор управляет электроэнергией, подаваемой на светодиоды. Обычно это широтно-импульсные стабилизаторы (ШИМ), корректирующие величину тока.
• Устройство управляет источником питания. Оно выполняет коррекцию тока. Меняется яркость и цвет диодов.

Срок эксплуатации

Длительность корректной работы драйвера зависит от его качества и условий эксплуатации. Но даже самый качественный прибор имеет гораздо меньший ресурс, чем подключённые к нему светодиоды.

LED-элементы от известных брендов работают около 100 000 часов. Расчётное время функционирования драйвера:

• низкое качество – до 20 000 часов;
• среднее – до 50 000 часов;
• высокое – до 70 000 часов.

Для производства и улицы рекомендуется брать драйверы с большим сроком службы.

На длительность работы стабилизатора тока для светодиодов влияют внешние факторы. Драйвер может выйти из строя по следующим причинам:

• высокая влажность в помещении, не соответствующая степени защиты устройства;
• резкие температурные перепады;
• некачественная вентиляция;
• неверный расчёт мощности нагрузки.

Чаще всего драйвер ломается из-за конденсатора – он выходит из строя при скачках напряжения в сети.

Как выбрать драйвер?

Большая часть драйверов для LED-освещения, продаваемых на отечественном рынке, производится в Китае, стоит дёшево, и не отличается высоким качеством.

В китайских драйверах светодиодных ламп часто встречаются бракованные микросхемы, покупать их не рекомендуется. Такое устройство быстро выходит из строя, и вряд ли удастся его обменять на новое или вернуть деньги.

Советы по выбору LED-драйвера:

• Берите стабилизатор тока вместе с нагрузкой.
• Учитывайте мощность нагрузки, которая будет подключена к драйверу.
• Обратите внимание на корпус. На нём должна быть указана мощность, диапазоны напряжения (входного и выходного), номинальное значение стабилизированного тока, класс влаго- и пылезащищённости.

Максимальная мощность драйвера

Напряжение на выходе зависит от количества диодов в цепи и от схемы их включения. Оно должно быть больше или равно сумме энергии, потраченной каждым блоком электрической схемы.

Номинальный ток определяется мощностью элементов и их яркостью. Цель стабилизатора – обеспечить диоды нужной энергией.

Общая мощность светодиодов определяется параметрами каждого элемента, их числом и цветом. Количество потребляемой энергии считают по формуле:

P = PLED х N, где N – число диодов в цепи, PLED – мощность одного диода.

Номинал берут на 20-30 % больше расчётной мощности:

Pmax ≥ (1,2..1,3) * P.

Учитывают также цвет свечения элементов. Он влияет на выходное напряжение. Его указывают прямо на устройстве или на упаковке.

Например, имеется три светодиода мощностью по 3 Вт. Тогда общая мощность составляет 9 Вт. Рекомендуемая Pmax драйвера = 9 х 1,3 = 11,7 Вт.

Стоимость

Драйверы для LED-освещения продаются в электротехнических магазинах, в Интернете, в торговых точках, где занимаются радиодеталями. Дешевле всего обходится покупка на Интернет-площадках.

Примерные цены на стабилизаторы тока:

• DC12V (мощность 18 Вт, входное напряжение 12 В, выходное 100-240 В) – 190 рублей;
• LB0138 (6 Вт, 45 В, 220 В) – 170 рублей;
• YW-83590 (21 Вт, 25-35 В, 200-240 В) – 690 рублей;
• LB009 (150 Вт, 12 В, 170-260 В) – 750 рублей.

Микросхема PT4115 – понижающий преобразователь – стоит 150 рублей за одну штуку. Более мощные элементы стоят от 150 до нескольких тысяч рублей.

Другие характеристики

При покупке драйвера обратите внимание на такие характеристики:

• Напряжение на выходе. Его величина зависит от числа светодиодов в светильнике, от способа подачи питания и падения напряжения на полупроводниках. На рынке имеются устройства с напряжением от 2 до 50 В и более.
• Номинальный ток. Он должен быть достаточным для обеспечения оптимальной яркости.
• Цвет светодиодов. Он влияет на падение напряжения.

Зависимость электрических параметров от цвета светодиодов:

Если в источнике света три последовательно соединенных светодиода белого света мощностью 1 Вт, понадобится драйвер с напряжением 9-12 В и током 350 мА.

Падение напряжения на белых кристаллах – 3,3 В. При последовательном соединении напряжения суммируют. Получается 9,9 В, что удовлетворяет рабочий диапазон драйвера.

В зависимости от модификации, устройства используют для определённого количества светодиодов – одного, двух или более.

В быту и для фитоламп рекомендуется использовать драйверы в корпусах. Они эстетичнее и безопаснее бескорпусных.

Например, LED-драйверы с микросхемой 9918c в светодиодной лампе подходят для управления нерегулируемыми лампами и поддерживают мощность до 25 Вт.

Подключение драйвера

Драйвер довольно просто подключается к светодиодам. На его корпусе имеется вся необходимая маркировка. На входные клеммы (INPUT) подается входное напряжение, на выходные (OUTPUT) – подключают гирлянду из светодиодов. Главное – соблюсти полярность.

Полярность входа

Если драйвер питается постоянным напряжением, к его выводу «+» подключают положительный полюс источника питания. При переменном напряжении обратите внимание на маркировку входных клемм.

Варианты маркировки:

• «L» и «N». На вывод «L» подайте фазу. Найти её можно с помощью специальной электротехнической отвёртки. На клемму «N» подайте нулевой провод.
• «~», «АС» или нет маркировки. В этом случае полярность не важна, можете не соблюдать её.

Полярность выхода

Здесь всегда приходится соблюдать полярность. Провод «плюс» подключают к аноду первого полупроводникового элемента, «минус» соединяют с катодом последнего диода.

Подключение драйвера:

Схема драйвера светодиодной лампы на 220/12 В (входное/выходное напряжение):

Ремонт драйверов светодиодных ламп

Если стабилизатор тока теряет способность выполнять свои функции, это может привести к порче светодиодов. Важно вовремя определить поломку. Чтобы проверить драйвер светодиодной лампы, на его вход подают 220 В.

На выходе исправного драйвера должно появиться постоянное напряжение. Причём его величина будет несколько больше, чем верхний диапазон, указанный на упаковке устройства. Такой способ прост в реализации, но не даёт возможности судить об исправности прибора.

Чтобы проверить, исправен ли драйвер, сделайте следующее:

1. На выход стабилизатора тока установите резистор. Его сопротивление подбирается с учётом заданного тока. Определяется по закону Ома: R=U/I.
2. Возьмите резистор с расчётным сопротивлением и соответствующей мощностью.
3. Установив резистор, измерьте с помощью тестера напряжение на выходе. Если оно не выходит за пределы рабочего диапазона, устройство исправно.

Второй способ поиска поломок драйвера:

1. Если в устройстве предусмотрен предохранитель, прозвоните его. Тестер должен показать, что сопротивление равно нолю. Если сопротивление стремится к бесконечности, заменяют предохранитель. Если лампа после включения в сеть горит, ремонт окончен.
2. Если предохранитель не перегорел, ищите поломку дальше. Проверьте диодный мост.
3. Если выпрямитель в порядке, придётся выпаять сглаживающий конденсатор и прозвонить его. Маленькое сопротивление, растущее на глазах, указывает на исправность конденсатора.
4. Для простого драйвера подобных проверок будет достаточно, чтобы найти источник проблемы. В сложных стабилизаторах тока вам придётся прозванивать все диоды и электролитические конденсаторы.

Пытаясь найти поломку, учитывайте принцип работы схемы:

• Линейная. В таких драйверах защита от перепадов напряжения осуществляется с помощью резисторов 5-100 Ом. Одно сопротивление ставят на вход выпрямителя (диодный мост). Для уменьшения мерцания параллельно нагрузке подключают электролитический конденсатор большой ёмкости.
• Импульсная. В этих преобразователях стоят микросхемы, имеющие защиту от всех угроз – перегрева, перегрузок и перенапряжений. Они не должны ломаться, но с китайскими драйверами всё случается.

Проблема ремонта драйверов заключается в сложности подбора нужных микросхем. Особенно, если стабилизатор сделан в Китае.

Если ни один способ не позволяет найти причины поломки стабилизатора тока, придётся обратиться к специалисту. Или купить другой драйвер.

Отличия от блоков питания

Драйвер многие пользователи ошибочно называют блоком питания. На самом деле это разные устройства. Блок питания стабилизирует напряжение, драйвер – ток. Если светодиоды подключить не к тому источнику питания, они быстро выходят из строя.

Блок питания может быть:

• Трансформаторным. Они сегодня встречаются редко, так как по многим параметрам проигрывают свои конкурентам. Трансформаторный блок из напряжения 220 В делает 12 или 24 В. Затем переменное напряжение выпрямляется в постоянное. Оно и подаётся на нагрузку.
• Импульсные. В них напряжение выпрямляется сразу – 220 В переменное преобразуется в 220 В постоянное. Затем оно поступает на генератор импульсов, создающий переменное напряжение большой частоты. Последний элемент – трансформатор.

Оба блока питания дают на выходе постоянное напряжение одной величины. Светодиодам подобные устройства не подходят, так как «питаются» они электротоком. А падение напряжения на полупроводниках – только одна из их характеристик.

Если на светодиоде написаны параметры, например 10 мА и 2,7 В, это значит, что больше указанных Ампер через него пропускать нельзя – сгорит. При прохождении тока в 10 мА на полупроводнике теряется 2,7 В. Это именно потери, а не напряжение, требуемое для свечения светодиодов.

Как изготовить линейный светодиодный драйвер своими руками?

Имея готовые микросхемы, собрать драйвер для светодиодов может любой новичок-радиолюбитель. Для этой работы надо уметь две вещи – читать электрические принципиальные схемы и владеть паяльником.

Например, собрать токовый стабилизатор для светодиодов на 3 Вт можно с помощью микросхемы PowTech – PT4115 (Китай). Преобразователь, созданный на основе этой микросхемы, имеет минимум элементов и высокую эффективность.

Простейший токовый преобразователь собирают даже из зарядки от телефона. Далее представлена инструкция по сборке драйвера для трёх светодиодов мощностью по 1 Вт.

Для работы вам понадобится:

• Старая зарядка от мобильного телефона. Например, от «Самсунга» – они надёжнее. Параметры устройства – 5 В и 700 мА.
• Подстроечный резистор сопротивлением 10 кОм.
• Три светодиодных элемента мощностью по 1 Вт.
• Шнур с вилкой.

Как собрать драйвер:

1. Разберите зарядку, стараясь не повредить её элементы.
   
2. С помощью паяльника выпаивайте резистор на входе сопротивлением 5 кОм. Вместо него поставьте резистор с регулировкой.
   
3. Определите выход для нагрузки и полярности, чтобы правильно припаять светодиоды. Их заранее собирают в последовательную цепь.
   
4. Отпаяйте контакты от шнура и поставьте туда провод с вилкой. Прежде чем проверить, работает ли стабилизатор, убедитесь, что всё подключено правильно. Если допустите ошибку, может быть короткое замыкание.
   
5. С помощью подстроечного резистора отрегулируйте ток так, чтобы светодиоды засветились.
   
6. Если светоизлучающие элементы горят, проверьте при помощи тестера напряжение, ток, мощность.
   

Если светодиоды горят, нет искрения или дыма, сборка прошла хорошо – ваша самоделка готова.

Применение правильно подобранного драйвера является важным условием качественной и долгосрочной работы светодиодных источников питания. Самый надёжный вариант – покупка фирменного устройства вместе со светодиодными светильниками. Если вы разбираетесь в схемах и «дружите» с паяльником, всегда сможете собрать подходящий драйвер для LED-элементов.

Если увлекаетесь инвестициями, то рекомендую отличную статью про подсчёт комиссий и расходов на брокерских счетах.