Il design e il principio di funzionamento dei driver per lampade a LED

I driver sono dispositivi speciali che garantiscono un funzionamento stabile delle lampade a LED. Senza di essi, i diodi sono instabili e si guastano rapidamente. Impareremo come sono organizzati i driver e come funzionano.

Perché driver LED?

I LED sono molto più efficienti dal punto di vista energetico e durano più a lungo delle lampadine a incandescenza. Possono funzionare per anni e consumare molte volte meno elettricità rispetto alle lampadine convenzionali, con un’alimentazione stabile, di cui è responsabile il conducente.
I LED sono molto sensibili all’alimentazione fornita ai loro ingressi. Non hanno paura di valori più bassi, ma tensioni e correnti aumentate possono non solo ridurre significativamente la risorsa dei semiconduttori, ma anche disabilitarli. Il compito del driver è fornire ai LED una corrente stabile. Driver per lampade a LED – alimentazione. È un circuito elettronico, la cui uscita è una corrente costante di un determinato valore.

Affinché gli elementi LED funzionino a lungo ed in modo efficiente, brucino in modo luminoso e senza sfarfallio, una corrente di un tale valore indicato nella scheda tecnica dell’elemento semiconduttore deve fluire attraverso i LED.

I driver LED offerti dai produttori sono progettati per tensioni di 10, 12, 24, 220 V e correnti continue di 350 mA, 700 mA, 1 A. Solitamente i driver sono realizzati per apparecchi specifici, ma ci sono anche dispositivi universali in vendita che si adattano alla maggior parte Articoli LED di noti marchi. Gli stabilizzatori di corrente sono utilizzati in:

• sistemi di illuminazione stradale e domestica;
• lampade da scrivania per ufficio;
• Strisce LED e illuminazione decorativa.

I driver cambiano la luminosità e il colore dei LED. Questo viene fatto usando le manopole o il telecomando. Una lampada a LED senza driver è instabile e corre il rischio di guastarsi rapidamente.

Principio di funzionamento

Viene applicata una tensione all’ingresso del driver LED, che può variare. La corrente passa attraverso le resistenze R1 e R3, acquisendo il valore desiderato, e il condensatore C1 ne imposta la frequenza. La corrente alternata, acquisendo i parametri impostati, entra nel ponte a diodi. Passando attraverso questo raddrizzatore, la corrente viene convertita da alternata a continua. Inoltre, i suoi parametri sono regolati dai resistori R2 e R4 e dal condensatore C2. In questo modo si ottiene la massima precisione dei parametri della corrente di uscita. Schema elettrico del dispositivo:

Tipi di driver secondo il principio di funzionamento

Tutti i driver per LED sono divisi in lineari e pulsati. Ogni gruppo ha i suoi pro, contro e consigli per l’uso. Confronto tra convertitore di corrente lineare e impulsivo:

Lineare

Basandosi sul circuito lineare, vengono creati i driver più semplici per la lampada a LED. Come elemento di stabilizzazione viene utilizzata una resistenza limitatrice a resistenza variabile. In un driver industriale, il “motore” del resistore è controllato non da una persona, ma dall’elettronica. Se la tensione sale a valori critici, anche la corrente inizia a crescere e, quando raggiunge un valore inaccettabile, il LED si surriscalda e successivamente si distrugge. Nei circuiti più complessi, i transistor vengono utilizzati per regolare la corrente. Lo svantaggio del circuito lineare sono le grandi perdite di potenza, poiché all’aumentare della tensione aumenta la sua dissipazione inutile. Un simile inconveniente è consentito ad eccezione delle lampade a bassa potenza. Per i LED multi-watt, tali schemi non sono adatti. Vantaggi di uno schema di stabilizzazione lineare:

• design semplice;
• a basso costo;
• sufficiente affidabilità (a basso carico).

Stabilizzatore lineare:

Polso

La seconda opzione è la stabilizzazione degli impulsi. Dopo aver acceso il pulsante KH, il condensatore C viene caricato. Dopo aver aperto i contatti del pulsante, inizia a scaricarsi, fornendo elettricità all’elemento semiconduttore. Il regolatore di commutazione più semplice:
mentre il condensatore emette energia, il diodo emette luce. Maggiore è la tensione di ingresso, minore è il tempo di ricarica. Premendo e rilasciando il pulsante si mantiene il bagliore. Questo principio di funzionamento è chiamato modulazione di larghezza di impulso. Si verificano decine e persino migliaia di operazioni al secondo.

Tipi di driver per tipo di progettazione

I driver per elementi LED sono un piccolo circuito elettronico assemblato da resistori, condensatori e diodi a semiconduttore posti sulla scheda. I dispositivi che stabilizzano la corrente per i LED sono disponibili in 2 versioni:

• Nello scafo. Questa è l’opzione più comune. Il costo di un tale dispositivo è più alto. Il suo principale vantaggio è la protezione degli elementi strutturali dall’umidità e dalla polvere.
• Senza corpo. Il loro uso è giustificato solo per l’installazione nascosta. Sono più economici degli analoghi del caso.

Secondo il progetto, i convertitori sono divisi in tre gruppi.

Elettronico

In un convertitore elettronico, un transistor è responsabile della correzione della corrente. Il suo compito è scaricare il microcircuito di controllo. Per attenuare il più possibile l’ondulazione, all’uscita del circuito è installato un condensatore.
I dispositivi elettronici sono costosi, ma stabilizzano la corrente fino a un massimo di 750 mA. Gli ultimi driver di questo tipo sono generalmente installati su lampade con attacco E27. I principali svantaggi sono le increspature e le interferenze nella gamma delle alte frequenze. Se gli elettrodomestici, come una radio, sono collegati alla stessa presa della lampada, si verificano interferenze alle frequenze FM. . Un buon driver elettronico dovrebbe avere due condensatori contemporaneamente:

• elettrolitico, che attenua le pulsazioni;
• ceramica, che abbassa le alte frequenze.

Questa combinazione è rara, specialmente nei driver di fabbricazione cinese. Gli utenti esperti di IC possono ottenere i parametri di uscita del driver modificando i valori del resistore. A causa dell’elevata efficienza – circa il 95% – i driver elettronici vengono utilizzati per una varietà di scopi (per garantire il funzionamento di lampade a LED per autoveicoli, illuminazione stradale e domestica).

Basato su condensatori

I driver basati sull’uso di condensatori sono un po’ meno popolari. Quasi tutti i circuiti di lampade a LED economici con tali dispositivi hanno caratteristiche simili.
A causa delle modifiche apportate dai produttori ai circuiti elettrici, alcuni elementi potrebbero essere rimossi da essi. Soprattutto spesso non hanno un condensatore responsabile dell’attenuazione delle increspature. Vantaggi dei driver del condensatore:

• semplicità di progettazione;
• L’efficienza tende al 100%, poiché le perdite di potenza si osservano solo nei resistori e nelle giunzioni di elementi semiconduttori.

Secondo GOST, il tasso di ondulazione consentito è del 10-20% e dipende dallo scopo della stanza in cui opera il dispositivo di illuminazione.

Dimmerabile

Un dimmer è un dispositivo che controlla la luminosità dei LED. Molti driver moderni incorporano queste utili funzioni.
Vantaggi dei driver dimmerabili:

• l’utente seleziona il livello di illuminazione che è confortevole per il momento attuale;
• l’inserimento di un dimmer negli stabilizzatori di corrente permette di consumare economicamente sia l’elettricità che la vita dei led.

Opzioni di esecuzione:

• Il dispositivo di regolazione della luminosità si trova tra l’alimentatore e la lampada a LED. Tale dispositivo controlla l’elettricità fornita ai LED. Di solito si tratta di stabilizzatori di larghezza di impulso (PWM) che correggono la quantità di corrente.
• Il dispositivo controlla l’alimentazione. Esegue la correzione corrente. La luminosità e il colore dei diodi cambiano.

Tutta la vita

La durata del corretto funzionamento del driver dipende dalla sua qualità e dalle condizioni operative. Ma anche il dispositivo di altissima qualità ha una risorsa molto più piccola rispetto ai LED ad esso collegati. Gli elementi LED di noti marchi durano circa 100.000 ore. Tempo stimato di funzionamento del conducente:

• bassa qualità: fino a 20.000 ore;
• media – fino a 50.000 ore;
• alto – fino a 70.000 ore.

Per la produzione e la strada, si consiglia di portare con sé conducenti con una lunga durata.

La durata dello stabilizzatore di corrente per LED è influenzata da fattori esterni. Il driver potrebbe non funzionare per i seguenti motivi:

• elevata umidità nella stanza, che non corrisponde al grado di protezione del dispositivo;
• bruschi sbalzi di temperatura;
• scarsa ventilazione;
• calcolo della potenza di carico errato.

Molto spesso, il driver si rompe a causa del condensatore: si guasta durante gli sbalzi di tensione nella rete.

Come scegliere un pilota?

La maggior parte dei driver di illuminazione a LED venduti nel mercato interno sono fabbricati in Cina, sono economici e non sono di alta qualità. Nei driver per lampade a LED cinesi si trovano spesso microcircuiti difettosi, non è consigliabile acquistarli. Un dispositivo del genere si guasta rapidamente ed è improbabile che sia possibile sostituirlo con uno nuovo o restituire il denaro. Suggerimenti per la scelta di un driver LED:

• Prendi lo stabilizzatore di corrente insieme al carico.
• Considera la potenza del carico che sarà collegata al driver.
• Presta attenzione al corpo. Dovrebbe indicare la potenza, gli intervalli di tensione (ingresso e uscita), il valore nominale della corrente stabilizzata, la classe di resistenza all’umidità e alla polvere.

Massima potenza del driver

La tensione di uscita dipende dal numero di diodi nel circuito e dallo schema della loro inclusione. Deve essere maggiore o uguale alla somma dell’energia spesa da ciascun blocco del circuito elettrico. La corrente nominale è determinata dalla potenza degli elementi e dalla loro luminosità. Lo scopo dello stabilizzatore è fornire ai diodi l’energia necessaria. La potenza totale dei LED è determinata dai parametri di ciascun elemento, dal loro numero e colore. La quantità di energia consumata viene calcolata secondo la formula: P = PLED x N, dove N è il numero di diodi nel circuito, PLED è la potenza di un diodo. Il valore nominale viene preso il 20-30% in più rispetto alla potenza calcolata: Pmax ≥ (1.2..1.3) * P. Viene preso in considerazione anche il colore del bagliore degli elementi. Influisce sulla tensione di uscita. È indicato direttamente sul dispositivo o sulla confezione. Ad esempio, ci sono tre LED da 3W. Quindi la potenza totale è di 9 watt. Driver consigliato Pmax = 9 x 1,3 = 11,7 watt.

Prezzo

I driver per l’illuminazione a LED sono venduti nei negozi di articoli elettrici, su Internet, nei punti vendita che trattano componenti radio. L’acquisto online è il più economico.
Prezzi approssimativi per stabilizzatori di corrente:

• DC12V (potenza 18 W, tensione di ingresso 12 V, uscita 100-240 V) – 190 rubli;
• LB0138 (6 W, 45 V, 220 V) – 170 rubli;
• YW-83590 (21 W, 25-35 V, 200-240 V) – 690 rubli;
• LB009 (150 W, 12 V, 170-260 V) – 750 rubli.

Il microcircuito PT4115 – un convertitore buck – costa 150 rubli per pezzo. Gli elementi più potenti costano da 150 a diverse migliaia di rubli.

Altre caratteristiche

Quando si acquista un driver, prestare attenzione alle seguenti caratteristiche:

• Tensione di uscita. Il suo valore dipende dal numero di LED nella lampada, dal metodo di alimentazione e dalla caduta di tensione sui semiconduttori. Esistono in commercio dispositivi con tensioni da 2 a 50 V e oltre.
• Corrente nominale. Dovrebbe essere sufficiente per fornire una luminosità ottimale.
• Colore LED. Influisce sulla caduta di tensione.

La dipendenza dei parametri elettrici dal colore dei LED:

Se la sorgente luminosa ha tre LED a luce bianca da 1 W collegati in serie, sarà necessario un driver con una tensione di 9-12 V e una corrente di 350 mA. La caduta di tensione sui cristalli bianchi è di 3,3 V. Quando sono collegati in serie, le tensioni vengono sommate. Risulta 9,9 V, che soddisfa la gamma operativa del driver. A seconda della modifica, i dispositivi vengono utilizzati per un certo numero di LED: uno, due o più.

Nella vita di tutti i giorni e per le fitolampade, si consiglia di utilizzare i driver nelle custodie. Sono più estetici e più sicuri di quelli senza cornice.

Ad esempio, i driver LED con chip 9918c in una lampada a LED sono adatti per pilotare lampade non dimmerabili e supportano una potenza fino a 25 W.

Connessione driver

Il driver è abbastanza semplice da collegare ai LED. Sul suo corpo ci sono tutti i segni necessari. Viene applicata una tensione di ingresso ai terminali di ingresso (INPUT) e una stringa di LED viene collegata ai terminali di uscita (OUTPUT). La cosa principale è osservare la polarità.

Polarità di ingresso

Se il driver è alimentato a tensione costante, il polo positivo del generatore è collegato al suo terminale “+”. Per la tensione CA, prestare attenzione all’etichettatura dei terminali di ingresso. Opzioni di marcatura:

• “L” e “N”. Applicare la fase all’uscita “L”. Puoi trovarlo con uno speciale cacciavite elettrico. Collegare il filo neutro al terminale “N”.
• “~”, “AC” o nessun contrassegno. In questo caso la polarità non è importante, non puoi osservarla.

Polarità di uscita

La polarità deve essere sempre rispettata qui. Il filo “più” è collegato all’anodo del primo elemento semiconduttore, il filo “meno” è collegato al catodo dell’ultimo diodo. Collegamento del driver:
circuito del driver della lampada a LED 220/12V (tensione di ingresso/uscita):

Riparazione di driver per lampade a LED

Se il regolatore di corrente perde la sua capacità di svolgere le sue funzioni, ciò può causare danni ai LED. È importante identificare la rottura nel tempo. Per testare il driver della lampada a LED, al suo ingresso viene applicata 220 V. All’uscita di un driver funzionante dovrebbe apparire una tensione costante. Inoltre, il suo valore sarà leggermente superiore al range superiore indicato sulla confezione del dispositivo. Questo metodo è semplice da implementare, ma non consente di valutare lo stato di salute del dispositivo. Per verificare se il driver è corretto, procedere come segue:

1. Installare un resistore all’uscita dello stabilizzatore di corrente. La sua resistenza è selezionata tenendo conto della corrente data. Determinato dalla legge di Ohm: R=U/I.
2. Prendi un resistore con la resistenza calcolata e la potenza corrispondente.
3. Dopo aver installato la resistenza, misurare la tensione di uscita con un tester. Se non va oltre il range operativo, il dispositivo funziona correttamente.

Il secondo modo per cercare gli errori dei driver:

1. Se il dispositivo ha un fusibile, suonarlo. Il tester dovrebbe mostrare che la resistenza è zero. Se la resistenza tende all’infinito, sostituire il fusibile. Se la spia si accende dopo aver acceso la rete, la riparazione è terminata.
2. Se il fusibile non è bruciato, cercare ulteriormente un guasto. Controllare il ponte a diodi.
3. Se il raddrizzatore è in ordine, dovrai dissaldare il condensatore di livellamento e suonarlo. Una piccola resistenza, che cresce davanti ai nostri occhi, indica la funzionalità del condensatore.
4. Per un semplice driver, questi controlli saranno sufficienti per trovare l’origine del problema. Negli stabilizzatori di corrente complessi, dovrai far suonare tutti i diodi e i condensatori elettrolitici.

Quando si tenta di trovare un guasto, considerare il principio di funzionamento del circuito:

• Lineare. In tali driver, la protezione contro le cadute di tensione viene eseguita utilizzando resistori da 5-100 Ohm. Una resistenza è posta all’ingresso del raddrizzatore (ponte a diodi). Per ridurre lo sfarfallio, un grande condensatore elettrolitico è collegato in parallelo al carico.
• Polso. In questi convertitori ci sono microcircuiti che hanno una protezione contro tutte le minacce: surriscaldamento, sovraccarichi e sovratensioni. Non dovrebbero rompersi, ma tutto accade con i conducenti cinesi.

Il problema della riparazione dei driver risiede nella difficoltà di selezionare i microcircuiti giusti. Soprattutto se lo stabilizzatore è prodotto in Cina. Se nessun metodo ti consente di trovare le cause della rottura dello stabilizzatore di corrente, dovrai contattare uno specialista. Oppure acquista un altro driver.

Differenze dagli alimentatori

Driver molti utenti chiamano erroneamente l’alimentatore. In realtà, sono dispositivi diversi. L’alimentatore stabilizza la tensione, il driver – la corrente. Se i LED sono collegati alla fonte di alimentazione sbagliata, si guastano rapidamente. L’alimentazione può essere:

• Trasformatore. Sono rari oggi, poiché per molti aspetti perdono contro i loro concorrenti. Il blocco trasformatore produce 12 o 24 V da una tensione di 220 V. Quindi la tensione alternata viene rettificata in diretta. Si applica al carico.
• Polso. In essi, la tensione viene immediatamente raddrizzata: 220 V CA vengono convertiti in 220 V CC. Quindi va al generatore di impulsi, che crea una tensione alternata ad alta frequenza. L’ultimo elemento è il trasformatore.

Entrambi gli alimentatori emettono una tensione costante della stessa ampiezza. Tali dispositivi non sono adatti per i LED, poiché sono “alimentati” da corrente elettrica. E la caduta di tensione attraverso i semiconduttori è solo una delle loro caratteristiche. Se i parametri sono scritti sul LED, ad esempio 10 mA e 2,7 V, significa che non è possibile attraversarlo più degli ampere indicati: si brucerà. Con il passaggio di una corrente di 10 mA sul semiconduttore si perdono 2,7 V. Questa è proprio la perdita, e non la tensione necessaria per accendere i led.

Come realizzare un driver LED lineare con le tue mani?

Avendo microcircuiti già pronti, qualsiasi radioamatore alle prime armi può assemblare un driver per LED. Per questo lavoro, devi essere in grado di fare due cose: leggere gli schemi dei circuiti elettrici e possedere un saldatore. Ad esempio, puoi assemblare uno stabilizzatore di corrente per LED da 3 W utilizzando il chip PowTech – PT4115 (Cina). Il convertitore, creato sulla base di questo microcircuito, ha un minimo di elementi e un’elevata efficienza. Il convertitore di corrente più semplice è assemblato anche da un caricatore del telefono. Di seguito sono riportate le istruzioni per l’assemblaggio di un driver per tre LED da 1 W. Per lavoro avrai bisogno di:

• Vecchio caricabatteria per cellulare. Ad esempio, da Samsung: sono più affidabili. Parametri del dispositivo – 5 V e 700 mA.
• Resistenza trimmer con una resistenza di 10 kOhm.
• Tre elementi LED con una potenza di 1 W.
• Cavo con spina.

Come assemblare il driver:

1. Smontare il caricabatteria facendo attenzione a non danneggiarne gli elementi.
2. Utilizzare un saldatore per saldare una resistenza da 5 kΩ all’ingresso. Sostituirlo con un resistore regolabile.
3. Determinare l’uscita per il carico e la polarità per saldare correttamente i LED. Sono preassemblati in un circuito seriale.
4. Dissaldare i contatti dal cavo e inserire un filo con una spina lì. Prima di controllare se lo stabilizzatore funziona, assicurarsi che tutto sia collegato correttamente. Se commetti un errore, potrebbe esserci un cortocircuito.
5. Regolare la corrente con il trimmer in modo che i led si accendano.
6. Se gli elementi emettitori di luce sono accesi, controllare la tensione, la corrente, la potenza con un tester.

Se i LED sono accesi, non ci sono scintille o fumo, il montaggio è andato bene: il tuo fai-da-te è pronto. L’uso di un driver opportunamente selezionato è una condizione importante per il funzionamento di alta qualità ea lungo termine degli alimentatori LED. L’opzione più affidabile è acquistare un dispositivo di marca insieme a lampade a LED. Se conosci i circuiti e sei “amico” con un saldatore, puoi sempre assemblare un driver adatto per elementi LED.