LED-lamppujen ohjaimien suunnittelu ja toimintaperiaate

Ajurit ovat erikoislaitteita, jotka varmistavat LED-lamppujen vakaan toiminnan. Ilman niitä diodit ovat epävakaita ja epäonnistuvat nopeasti. Opimme kuinka kuljettajat on järjestetty ja miten ne toimivat.

Miksi LED-ohjain?

LEDit ovat paljon energiatehokkaampia ja kestävämpiä kuin hehkulamput. Ne voivat toimia vuosia ja kuluttaa useita kertoja vähemmän sähköä kuin perinteiset hehkulamput vakaalla virtalähteellä, josta kuljettaja on vastuussa.
LEDit ovat erittäin herkkiä tuloihinsa syötetylle teholle. He eivät pelkää pienempiä arvoja, mutta lisääntyneet jännitteet ja virrat voivat paitsi vähentää merkittävästi puolijohteiden resursseja, myös poistaa ne käytöstä. Ohjaimen tehtävänä on tarjota LEDeille vakaa virta. Ajuri LED-lampuille – virtalähde. Se on elektroninen piiri, jonka lähtö on tietyn arvon vakiovirta.

Jotta LED-elementit toimisivat pitkään ja tehokkaasti, palavat kirkkaasti ja ilman välkkymistä, puolijohdeelementin teknisessä tiedotteessa mainitun arvon tulee kulkea LEDien läpi.

Valmistajien tarjoamat LED-ajurit on suunniteltu jännitteille 10, 12, 24, 220 V ja tasavirroille 350 mA, 700 mA, 1 A. Yleensä ajurit tehdään tietyille valaisimille, mutta myynnissä on myös yleislaitteita, jotka sopivat useimpiin. LED-tuotteita tunnetuilta merkeiltä. Nykyisiä stabilaattoreita käytetään:

• katu- ja kodin valaistusjärjestelmät;
• työpöydän toimistolamput;
• LED-nauhat ja koristevalaistus.

Ajurit muuttavat LEDien kirkkautta ja väriä. Tämä tehdään nupeilla tai kaukosäätimellä. LED-lamppu ilman ohjainta on epävakaa ja sillä on nopea vikaantuminen.

Toimintaperiaate

LED-ohjaimen tuloon syötetään jännite, joka voi vaihdella. Virta kulkee resistanssien R1 ja R3 läpi saavuttaen halutun arvon, ja kondensaattori C1 asettaa taajuutensa. Vaihtovirta, joka saa asetetut parametrit, tulee diodisillalle. Tämän tasasuuntaajan läpi kulkeva virta muunnetaan vaihtovirrasta suoraksi. Lisäksi sen parametreja säädetään vastuksilla R2 ja R4 sekä kondensaattorilla C2. Tällä tavalla saavutetaan lähtövirran parametrien suurin tarkkuus. Laitteen sähkökytkentäkaavio:

Ohjainten tyypit toimintaperiaatteen mukaan

Kaikki LED-ajurit on jaettu lineaarisiin ja pulsseihin. Jokaisella ryhmällä on hyvät, huonot puolensa ja käyttösuosituksensa. Lineaari- ja pulssivirtamuuntimen vertailu:

Lineaarinen

Lineaarisen piirin perusteella luodaan LED-lampun yksinkertaisimmat ajurit. Stabilointielementtinä käytetään rajoitusvastusta, jolla on muuttuva resistanssi. Teollisuusohjaimessa vastuksen “moottoria” ei ohjaa henkilö, vaan elektroniikka. Jos jännite nousee kriittisiin arvoihin, myös virta alkaa kasvaa, ja kun se saavuttaa ei-hyväksyttävän arvon, LED ylikuumenee ja tuhoutuu myöhemmin. Monimutkaisemmissa piireissä virran säätämiseen käytetään transistoreita. Lineaarisen piirin haittana ovat suuret tehohäviöt, koska jännitteen kasvaessa sen hyödytön hajoaminen kasvaa. Samanlainen haitta on sallittu paitsi pienitehoisia lamppuja. Tällaiset järjestelmät eivät sovellu usean watin LEDeille. Lineaarisen stabilointijärjestelmän edut:

• yksinkertainen muotoilu;
• halpa;
• riittävä luotettavuus (pienellä kuormitusteholla).

Lineaarinen stabilisaattori:

Pulssi

Toinen vaihtoehto on impulssin stabilointi. Kun KH-painike on kytketty päälle, kondensaattori C latautuu. Kun painikkeen koskettimet on avattu, se alkaa purkaa ja antaa sähköä puolijohdeelementille. Yksinkertaisin kytkentäsäädin:
Kun kondensaattori antaa energiaa, diodi lähettää valoa. Mitä suurempi tulojännite, sitä lyhyempi latausaika. Painikkeen painaminen ja vapauttaminen säilyttää hehkun. Tätä toimintaperiaatetta kutsutaan pulssinleveysmodulaatioksi. Sekunnissa tapahtuu kymmeniä ja jopa tuhansia toimintoja.

Ohjainten tyypit suunnittelutyypin mukaan

LED-elementtien ajurit ovat pieni elektroninen piiri, joka on koottu levylle sijoitetuista vastuksista, kondensaattoreista ja puolijohdediodeista. Laitteita, jotka stabiloivat LED-virran, on saatavana 2 versiota:

• Rungossa. Tämä on yleisin vaihtoehto. Tällaisen laitteen hinta on korkeampi. Sen tärkein etu on rakenneosien suojaaminen kosteudelta ja pölyltä.
• Ilman kehoa. Niiden käyttö on perusteltua vain piiloasennukseen. Ne ovat halvempia kuin koteloanalogit.

Suunnittelun mukaan muuntimet on jaettu kolmeen ryhmään.

Elektroninen

Elektronisessa muuntimessa transistori vastaa virran korjaamisesta. Sen tehtävänä on purkaa ohjausmikropiiri. Aaltoilun tasoittamiseksi niin paljon kuin mahdollista, piirin lähtöön asennetaan kondensaattori.
Elektroniset laitteet ovat kalliita, mutta stabiloivat virran enintään 750 mA:iin. Tämän tyyppiset uusimmat ajurit asennetaan yleensä lamppuihin, joissa on E27-kanta. Tärkeimmät haitat ovat aaltoilu ja häiriöt suurtaajuusalueella. Jos kodinkoneet, kuten radio, kytketään samaan pistorasiaan lampun kanssa, FM-taajuuksilla esiintyy häiriöitä. . Hyvässä elektronisessa ohjaimessa tulisi olla kaksi kondensaattoria kerralla:

• elektrolyyttinen, joka tasoittaa pulsaatiota;
• keramiikka, joka alentaa korkeita taajuuksia.

Tämä yhdistelmä on harvinainen, etenkin kiinalaisvalmisteisissa ajureissa. IC-taidot käyttäjät voivat saada ohjaimen lähtöparametrit muuttamalla vastusten arvoja. Korkean hyötysuhteen – noin 95% – ansiosta elektronisia ohjaimia käytetään moniin tarkoituksiin (autojen LED-lamppujen, katu- ja kotivalaistuksen toiminnan varmistamiseksi).

Perustuu kondensaattoreihin

Kondensaattorien käyttöön perustuvat ajurit ovat hieman vähemmän suosittuja. Lähes kaikilla sellaisilla laitteilla varustetuilla edullisilla LED-lamppupiireillä on samanlaiset ominaisuudet.
Valmistajien sähköpiireihin tekemien muutosten vuoksi joitakin elementtejä saatetaan poistaa niistä. Erityisen usein niissä ei ole kondensaattoria, joka vastaa aaltoilun tasoittamisesta. Kondensaattoriohjainten edut:

• suunnittelun yksinkertaisuus;
• Hyötysuhde on 100%, koska tehohäviöitä havaitaan vain vastuksissa ja puolijohdeelementtien liitoksissa.

GOST:n mukaan sallittu aaltoiluaste on 10-20% ja riippuu sen huoneen tarkoituksesta, jossa valaistuslaite toimii.

Himmennettävä

Himmennin on laite, joka säätelee LEDien kirkkautta. Monet nykyaikaiset ajurit sisältävät nämä hyödylliset ominaisuudet.
Himmennettävien ajurien edut:

• käyttäjä valitsee valaistuksen tason, joka on mukava nykyiselle hetkelle;
• himmentimen sisällyttäminen virran stabilointiin mahdollistaa taloudellisen kulutuksen sekä sähkön että LEDien käyttöiän.

Toteutusvaihtoehdot:

• Himmennyslaite sijaitsee virtalähteen ja LED-lampun välissä. Tällainen laite ohjaa LEDeihin syötettyä sähköä. Yleensä nämä ovat pulssinleveyden stabilaattoreita (PWM), jotka korjaavat virran määrää.
• Laite ohjaa virransyöttöä. Se suorittaa nykyisen korjauksen. Diodien kirkkaus ja väri muuttuvat.

Elinikä

Kuljettajan oikean toiminnan kesto riippuu sen laadusta ja käyttöolosuhteista. Mutta jopa laadukkaimmalla laitteella on paljon pienempi resurssi kuin siihen liitetyillä LEDeillä. Tunnettujen merkkien LED-elementit kestävät noin 100 000 tuntia. Kuljettajan arvioitu toiminta-aika:

• huono laatu – jopa 20 000 tuntia;
• keskimäärin – jopa 50 000 tuntia;
• korkea – jopa 70 000 tuntia.

Tuotannossa ja kadulla on suositeltavaa ottaa kuljettajat, joilla on pitkä käyttöikä.

LEDien virran stabilisaattorin kestoon vaikuttavat ulkoiset tekijät. Kuljettaja voi epäonnistua seuraavista syistä:

• korkea kosteus huoneessa, joka ei vastaa laitteen suojausastetta;
• terävät lämpötilan muutokset;
• huono ilmanvaihto;
• virheellinen kuormitusteholaskenta.

Useimmiten ohjain hajoaa kondensaattorin takia – se epäonnistuu verkon virtapiikin aikana.

Kuinka valita kuljettaja?

Suurin osa kotimarkkinoilla myytävistä LED-valaisimien ohjaimista on valmistettu Kiinassa, ne ovat halpoja eivätkä ole laadukkaita. Kiinalaisissa LED-lamppuajureissa viallisia mikropiirejä löytyy usein, joten niiden ostamista ei suositella. Tällainen laite epäonnistuu nopeasti, ja on epätodennäköistä, että se voidaan vaihtaa uuteen tai palauttaa rahat. Vinkkejä LED-ohjaimen valintaan:

• Ota virtavakain kuorman mukana.
• Harkitse kuormatehoa, joka kytketään ohjaimeen.
• Kiinnitä huomiota vartaloon. Sen tulee ilmoittaa teho, jännitealueet (tulo ja lähtö), stabiloidun virran nimellisarvo, kosteus- ja pölynkestävyysluokka.

Maksimi kuljettajan teho

Lähtöjännite riippuu diodien lukumäärästä piirissä ja niiden sisällyttämiskaaviosta. Sen on oltava suurempi tai yhtä suuri kuin kunkin sähköpiirin lohkon kuluttaman energian summa. Nimellisvirta määräytyy elementtien tehon ja niiden kirkkauden mukaan. Stabilisaattorin tarkoituksena on antaa diodeille tarvittava energia. LEDien kokonaisteho määräytyy kunkin elementin parametrien, niiden lukumäärän ja värin mukaan. Kulutetun energian määrä lasketaan kaavalla: P = PLED x N, missä N on diodien lukumäärä piirissä, PLED on yhden diodin teho. Nimellisarvo otetaan 20-30 % enemmän kuin laskettu teho: Pmax ≥ (1.2..1.3) * P. Myös elementtien hehkun väri otetaan huomioon. Se vaikuttaa lähtöjännitteeseen. Se ilmoitetaan suoraan laitteeseen tai pakkaukseen. Esimerkiksi 3W LED-valoja on kolme. Silloin kokonaisteho on 9 wattia. Suositeltu ohjain Pmax = 9 x 1,3 = 11,7 wattia.

Hinta

LED-valaisimien ohjaimia myydään sähköliikkeissä, Internetissä, radiokomponentteja myyvissä vähittäismyyntipisteissä. Netistä ostaminen on halvinta.
Nykyisten stabilointiaineiden arvioidut hinnat:

• DC12V (teho 18 W, tulojännite 12 V, lähtö 100-240 V) – 190 ruplaa;
• LB0138 (6 W, 45 V, 220 V) – 170 ruplaa;
• YW-83590 (21 W, 25-35 V, 200-240 V) – 690 ruplaa;
• LB009 (150 W, 12 V, 170-260 V) – 750 ruplaa.

PT4115-mikropiiri – buck-muunnin – maksaa 150 ruplaa kappaleelta. Tehokkaammat elementit maksavat 150 – useita tuhansia ruplaa.

Muut ominaisuudet

Kun ostat kuljettajaa, kiinnitä huomiota seuraaviin ominaisuuksiin:

• Ulostulojännite. Sen arvo riippuu lampun LEDien lukumäärästä, virransyöttötavasta ja puolijohteiden jännitehäviöstä. Markkinoilla on laitteita, joiden jännite on 2–50 V ja enemmän.
• Nimellisvirta. Sen pitäisi olla riittävä optimaalisen kirkkauden aikaansaamiseksi.
• LED väri. Se vaikuttaa jännitteen pudotukseen.

Sähköisten parametrien riippuvuus LEDien väristä:

Jos valonlähteessä on kolme sarjaan kytkettyä 1 W:n valkoista valoa, tarvitset ohjaimen, jonka jännite on 9-12 V ja virta 350 mA. Valkoisten kiteiden jännitehäviö on 3,3 V. Sarjaan kytkettynä jännitteet summataan. Se osoittautuu 9,9 V:ksi, mikä täyttää kuljettajan toiminta-alueen. Muokkauksesta riippuen laitteita käytetään tietylle määrälle LEDejä – yhdelle, kahdelle tai useammalle.

Jokapäiväisessä elämässä ja fytolampuissa on suositeltavaa käyttää ohjaimia tapauksissa. Ne ovat esteettisempiä ja turvallisempia kuin kehyksettömät.

Esimerkiksi LED-ajurit, joissa on 9918c-siru LED-lampussa, sopivat ohjaamaan ei-himmennettäviä lamppuja ja tukevat jopa 25 W:n tehoa.

Kuljettajan yhteys

Ohjain on melko helppo kytkeä LED-valoihin. Sen rungossa on kaikki tarvittavat merkinnät. Tulojännite syötetään tuloliittimiin (INPUT), ja sarja LED-valoja on kytketty lähtöliittimiin (OUTPUT). Tärkeintä on tarkkailla napaisuutta.

Tulon napaisuus

Jos ohjain saa virtansa vakiojännitteellä, virtalähteen positiivinen napa on kytketty sen “+”-napaan. AC-jännitteen osalta kiinnitä huomiota tuloliittimien merkintöihin. Merkintävaihtoehdot:

• “L” ja “N”. Käytä vaihetta lähtöön “L”. Löydät sen erityisellä sähköisellä ruuvimeisselillä. Liitä nollajohdin “N”-liittimeen.
• “~”, “AC” tai ei merkintää. Tässä tapauksessa napaisuus ei ole tärkeä, et voi tarkkailla sitä.

Lähdön napaisuus

Tässä on aina noudatettava napaisuutta. “Plus” -johto on kytketty ensimmäisen puolijohdeelementin anodiin, “miinus” -johto on kytketty viimeisen diodin katodiin. Ohjaimen liitäntä:
220/12V LED-lampun ohjainpiiri (tulo/lähtöjännite):

LED-lamppujen ajurien korjaus

Jos virtasäädin menettää kykynsä suorittaa toimintojaan, tämä voi johtaa LEDien vaurioitumiseen. On tärkeää tunnistaa vika ajoissa. LED-lampun ajurin testaamiseksi sen tuloon kytketään 220 V. Toimivan ohjaimen lähdössä pitäisi näkyä vakiojännite. Lisäksi sen arvo on hieman suurempi kuin laitteen pakkauksessa ilmoitettu yläraja. Tämä menetelmä on yksinkertainen toteuttaa, mutta sen avulla ei ole mahdollista arvioida laitteen kuntoa. Voit tarkistaa, onko ohjain oikea, toimimalla seuraavasti:

1. Asenna vastus virran stabilisaattorin lähtöön. Sen vastus valitaan ottaen huomioon annettu virta. Ohmin lain mukaan: R=U/I.
2. Ota vastus, jolla on laskettu resistanssi ja vastaava teho.
3. Mittaa vastuksen asennuksen jälkeen lähtöjännite testerillä. Jos se ei ylitä toiminta-aluetta, laite toimii oikein.

Toinen tapa etsiä ohjainvikoja:

1. Jos laitteessa on sulake, soita se. Testerin tulee osoittaa, että resistanssi on nolla. Jos vastus pyrkii äärettömään, vaihda sulake. Jos merkkivalo syttyy verkkoon kytkemisen jälkeen, korjaus on ohi.
2. Jos sulake ei ole palanut, etsi vikaa tarkemmin. Tarkista diodisilta.
3. Jos tasasuuntaaja on kunnossa, joudut purkamaan tasoituskondensaattorin juottamisen ja soittamaan. Pieni vastus, joka kasvaa silmiemme edessä, osoittaa kondensaattorin käyttökelpoisuuden.
4. Yksinkertaiselle ohjaimelle nämä tarkistukset riittävät ongelman syyn selvittämiseen. Monimutkaisissa virran stabilaattoreissa sinun on soitettava kaikki diodit ja elektrolyyttikondensaattorit.

Kun yrität löytää vikaa, harkitse piirin toimintaperiaatetta:

• Lineaarinen. Tällaisissa ohjaimissa suojaus jännitehäviöitä vastaan ​​suoritetaan 5-100 ohmin vastuksilla. Tasasuuntaajan tuloon (diodisilta) asetetaan yksi vastus. Välkkymisen vähentämiseksi suuri elektrolyyttikondensaattori on kytketty rinnan kuorman kanssa.
• Pulssi. Näissä muuntimissa on mikropiirejä, jotka suojaavat kaikkia uhkia vastaan ​​- ylikuumenemista, ylikuormituksia ja ylijännitteitä vastaan. Niiden ei pitäisi rikkoutua, mutta kaikkea tapahtuu kiinalaisten kuljettajien kanssa.

Ohjainten korjaamisen ongelma on oikeiden mikropiirien valinnan vaikeus. Varsinkin jos stabilisaattori on valmistettu Kiinassa. Jos mikään menetelmä ei anna sinun löytää nykyisen stabilisaattorin hajoamisen syitä, sinun on otettava yhteyttä asiantuntijaan. Tai osta toinen kuljettaja.

Erot virtalähteistä

Kuljettaja, monet käyttäjät kutsuvat virheellisesti virtalähdettä. Itse asiassa ne ovat erilaisia ​​laitteita. Virtalähde stabiloi jännitteen, ohjain – virran. Jos LEDit on kytketty väärään virtalähteeseen, ne hajoavat nopeasti. Virtalähde voi olla:

• Muuntaja. Ne ovat nykyään harvinaisia, koska ne häviävät monessa suhteessa kilpailijoilleen. Muuntajalohko tekee 12 tai 24 V 220 V jännitteestä. Sitten vaihtojännite tasasuuntautuu tasaiseksi. Sitä sovelletaan kuormaan.
• Pulssi. Niissä jännite suoristetaan välittömästi – 220 V AC muunnetaan 220 V DC:ksi. Sitten se menee pulssigeneraattoriin, joka luo korkeataajuisen vaihtojännitteen. Viimeinen elementti on muuntaja.

Molemmat virtalähteet tuottavat samansuuruisen vakiojännitteen. Tällaiset laitteet eivät sovellu LEDeille, koska ne saavat virtaa sähkövirrasta. Ja jännitehäviö puolijohteiden yli on vain yksi niiden ominaisuuksista. Jos LEDiin kirjoitetaan parametreja, esimerkiksi 10 mA ja 2,7 V, tämä tarkoittaa, että ilmoitettua ampeeria enempää ei voida kuljettaa sen läpi – se palaa. Kun virta kulkee 10 mA, puolijohteesta häviää 2,7 V. Tämä on juuri häviö, ei LEDien sytyttämiseen tarvittava jännite.

Kuinka tehdä lineaarinen LED-ohjain omin käsin?

Valmiilla mikropiireillä jokainen aloitteleva radioamatööri voi koota ohjaimen LEDeille. Tätä työtä varten sinun on kyettävä tekemään kaksi asiaa – lukea sähköpiirikaavioita ja omistaa juotoskolvi. Voit esimerkiksi koota virran stabilisaattorin 3 W:n LEDeille käyttämällä PowTech-sirua – PT4115 (Kiina). Tämän mikropiirin perusteella luodussa muuntimessa on vähintään elementtejä ja korkea hyötysuhde. Yksinkertaisin virranmuunnin kootaan jopa puhelimen laturista. Seuraavassa on ohjeet ajurin kokoamiseen kolmelle 1 W LEDille. Työtä varten tarvitset:

• Vanha kännykän laturi. Esimerkiksi Samsungilta – ne ovat luotettavampia. Laitteen parametrit – 5 V ja 700 mA.
• Trimmerin vastus, jonka resistanssi on 10 kOhm.
• Kolme LED-elementtiä teholla 1 W.
• Johto pistokkeella.

Kuinka koota ajuri:

1. Pura laturi varoen vahingoittamasta sen osia.
2. Käytä juotoskolvia juottaaksesi 5 kΩ:n vastuksen tuloon. Korvaa se säädettävällä vastuksella.
3. Määritä kuorman lähtö ja napaisuus, jotta LEDit juotetaan oikein. Ne on koottu valmiiksi sarjapiiriin.
4. Irrota koskettimet johdosta ja laita johto pistokkeella sinne. Ennen kuin tarkistat, toimiiko stabilointilaite, varmista, että kaikki on kytketty oikein. Jos teet virheen, voi tapahtua oikosulku.
5. Säädä virtaa trimmerillä niin, että LED-valot syttyvät.
6. Jos valoa säteilevät elementit ovat päällä, tarkista jännite, virta, teho testerillä.

Jos LED-valot palavat, ei kipinää tai savua, kokoaminen sujui hyvin – tee-se-itse on valmis. Oikein valitun ohjaimen käyttö on tärkeä edellytys LED-virtalähteiden laadukkaalle ja pitkäkestoiselle toiminnalle. Luotettavin vaihtoehto on ostaa merkkilaite yhdessä LED-lamppujen kanssa. Jos ymmärrät piirejä ja olet “ystäviä” juotosraudan kanssa, voit aina koota sopivan ohjaimen LED-elementeille.