Что такое драйвер для led-светильников, как подобрать и проверить это устройство?

Специальные электронные схемы – драйверы – позволяют продлевать работу светодиодов, делать их свечение равномерным и качественным. Узнаем, как работает это устройство, как правильно его выбрать и установить, а также изготовить своими руками.

Что такое драйвер и зачем он нужен?

Светодиоды очень чувствительны к изменениям параметров электросети, поэтому их подключают в сеть через драйвер – электронное устройство, контролирующее силу тока и напряжение.

Обычно драйвер к led-светильнику подбирают с запасом по мощности и с учетом диапазона выходного напряжения и тока. Если его параметры не будут подходить к светодиодному устройству, оно придет в негодность, его придется утилизировать.

Принцип работы, классическая схема и отличие от блока питания

Несмотря на то, что драйвер часто называют блоком питания, между этими двумя понятиями есть разница. Драйвер – источник тока, который поддерживает его неизменное значение для прохождения через светодиод, а блок питания поддерживает стабильное напряжение.

Рассмотрим, как работает блок питания на конкретном примере:

• Подключим к источнику на 12 В сопротивление (R) 40 Ом.
• Пусть через резистор протекает ток (I) 300 мА. При установке двух резисторов ток удвоится и станет равен 600 мА. При этом напряжение не изменится, так как оно имеет пропорциональную связь с током и сопротивлением (закон Ома I=U/R).

Теперь посмотрим, как работает драйвер:

• Пусть в цепь с драйвером на 225 мА включено сопротивление (R) 30 Ом.
• Если при напряжении (U) 12 В включить два параллельно включенных резистора по 30 Ом, ток останется прежним – 225 мА, а напряжение станет вдвое меньше – 6 В.

Драйвер в итоге обеспечивает нагрузку заданным выходным током независимо от скачков напряжения. Поэтому светодиоды, на которые будет подаваться напряжение 6 В, будут светить так же ярко, как и при источнике в 10 В, если на него будет подан ток заданного уровня.

Схема драйвера для светодиодов:

Цепь драйвера состоит из трех взаимосвязанных узлов:

• емкостного сопротивления для разделения напряжения;
• выпрямляющего модуля;
• стабилизатора.

Принцип работы схемы:

1. При прохождении тока конденсатор С заряжается до полной зарядки. Чем его емкость меньше, тем быстрее он зарядится.
2. Переменный ток преобразуется в пульсирующий. Первая часть волны сглаживается при прохождении через конденсатор С.
3. Электролитический конденсатор, завершающий цепь, служит сглаживающим фильтром-стабилизатором.

Технические характеристики

При покупке светодиодного светильника может возникнуть потребность в покупке драйвера, если осветительное устройство не имеет преобразователя тока.

Основные характеристики:

• ток на выходе, А;
• рабочая мощность, Вт;
• напряжение на выходе, В.

Выходное напряжение может меняться. Оно зависит от схемы подключения к питанию и числа светодиодов. От величины тока зависит уровень яркости и мощность.

Чтобы диоды светили ярко и не притухали, на выходе драйвера ток поддерживается на заданном уровне. Мощность преобразователя должна быть несколько выше, чем суммарное количество Вт всех диодов.

Для расчета мощности драйвера применяют формулу: P = P (led) × X где:

• P (led) – это мощность одного светодиода;
• Х – количество диодов.

Если расчетная мощность получилась 10 Вт, драйвер надо брать с запасом на 20-30 %.

Виды драйверов

Все драйвера различают по трем критериям – по способу стабилизации, конструкционным особенностям и наличию/отсутствию защиты. Рассмотрим все варианты подробнее.

Линейные и импульсные

В зависимости от схемы стабилизации тока драйверы делятся на два типа – линейные и импульсные. Они отличаются принципом работы и эффективностью.

Перед электронной схемой драйвера поставлена задача – обеспечение стабильных значений тока и напряжения, подводимых к кристаллу (светодиоду). Самый простой и дешевый вариант – включение в цепь ограничительного резистора.

Линейная схема питания:

Эта элементарная схема не способна обеспечивать автоматическое поддержание тока. При повышении напряжения он пропорционально растет и, когда превысит допустимое значение, кристалл разрушится от перегрева.

Более сложное управление осуществляется путем включения в цепь транзистора. Минус линейной схемы – снижение мощности при росте напряжения. Такой вариант допустим при работе led-источников малой мощности, но при работе мощных светодиодов такие схемы не применяют.

Плюсы линейной схемы:

• простота;
• дешевизна;
• относительная надежность.

Наряду с линейными схемами, стабилизировать ток и напряжение можно путем импульсной стабилизации:

• после нажатия кнопки заряжается конденсатор;
• после отпускания конденсатор разряжается, отдавая запасённую энергию полупроводниковому элементу (светодиоду), который начинает испускать свет;
• если напряжение растет, то время зарядки конденсатора сокращается, если падает – увеличивается.

Нажимать кнопку пользователю не приходится – за него всё делает электроника. Роль кнопочного механизма в современных источниках питания выполняют полупроводники – тиристоры или транзисторы.

Рассмотренный принцип работы называется в электронике широтно-импульсной модуляцией. За секунду может происходить десятки и даже тысячи срабатываний. КПД такой схемы достигает 95 %.

Упрощенная схема импульсной стабилизации:

Электронные, диммируемые и на базе конденсаторов

От принципа устройства драйвера зависит область его применения и эксплуатационные характеристики.

Виды драйверов по принципу устройства:

• Электронные. В их схемах обязательно используется транзистор. На выходе устанавливается конденсатор, исключающий или хотя бы сглаживающий пульсации тока. Электронные преобразователи способны стабилизировать токи до 750 мА.
  Драйверы электронного типа борются не только с пульсациями, но и с электромагнитными высокочастотными помехами, наводимыми электроприборами (радио, телевизор, роутер и т. п.). Минимизировать помехи позволяет наличие специального керамического конденсатора.
  Минус электронного драйвера – высокая стоимость, плюс – КПД близкий к 95 %. Их используют в мощных led-светильниках: автофарах, прожекторах, уличных фонарях.
  
• Диммируемые. Особенность диммируемых драйверов – возможность управления яркостью светильника. Регулировка основана на изменении тока на выходе, который и определяет яркость светопотока.
  Драйвер можно включать в схему двумя способами: между светильником и стабилизатором или между источником питания и преобразователем.
  
• На основе конденсаторов. Это недорогие модели, используемые для бюджетных светодиодных светильников. Если в схеме производитель не предусмотрел сглаживающий конденсатор, то на выходе наблюдается пульсация. Другой минус – недостаточная безопасность.
  Плюс подобных моделей – высокий КПД, стремящийся к 100 %, и простота схемы. Подобные драйверы легко собрать своими руками.
  

Драйверы на конденсаторах могут вызывать мерцание, поэтому их не рекомендуется использовать вместе с приборами, установленными внутри помещений. Мерцание вредно влияет на зрение и раздражает нервную систему.

В корпусе и без него

Драйвер может быть размещен внутри защитного корпуса, но может и не иметь его. Электронные схемы уязвимы перед многими внешними факторами, поэтому более надежным вариантом считается размещение драйвера в корпусе.

Корпус защищает электронный преобразователь от влаги, пыли, попадания прямых солнечных лучей и т. д. Бескорпусные модели обходятся дешевле, но у них меньше срок службы и хуже стабильность эксплуатации. Они больше подходят для скрытого монтажа.

Срок годности

Драйвер рассчитан примерно на 30 000 часов. Это немого меньше, чем расчетный срок службы многих светодиодных светильников. Такое уменьшение связано с неблагоприятными факторами, в которых приходится работать стабилизатору тока.

Что негативно влияет на работу драйвера:

• скачки напряжения в электросети;
• изменения температуры и/или влажности.

Если прибор мощностью 200 Вт имеет нагрузку 100 Вт, то 50 % номинального значения возвращается в сеть. Это может вызвать перегрузку и сбои питания.

Срок службы драйвера ограничен долговечностью сглаживающего конденсатора. Со временем в нем испаряется электролит, и прибор выходит из строя.

Чтобы продлить работу драйвера, его необходимо эксплуатировать в помещениях с нормальной (не повышенной) влажностью, и подключать к сети с качественным, без скачков, напряжением.

Как подобрать драйвер для светодиодного светильника?

При подключении к стабилизатору тока полупроводники получают необходимую им мощность и достигают номинальных характеристик. От того, насколько правильно будет подобран драйвер, зависит срок службы диодов.

На какие параметры обратить внимание:

• Мощность. По ней определяют максимально допустимую нагрузку, на которую рассчитан прибор. Например, маркировка (20х26)х1Вт означает, что к драйверу можно подключать одновременно от 20 до 26 светодиодов, каждый мощностью 1 Вт.
• Ток и напряжение (номинальные значения). Данный параметр производители указывают на каждом светодиоде, именно по нему подбирают драйвер. Если максимальный номинальный ток равен 350 мА, необходимо подключать источник питания на 300-330 мА.
  Подобный диапазон рабочих токов позволяет обеспечивать срок годности светильника, предусмотренный производителем.
• Класс защиты. От этого показателя зависит, где именно можно применять светильники – на улице или в помещении. Класс влагостойкости и герметичности обозначается буквами IP и выражается двумя цифрами.
  По первой цифре судят о защите от твердых фракций (пыль, грязь, песок, лёд), по второй – от жидких сред. Класс защиты не указывает на температуру, при которой можно применять светильник.
• Корпус. Драйвер может иметь открытый перфорированный металлический корпус или закрытый. Во втором случае устройство помещено в металлическую коробку. Для домашних условий подойдет негерметизированный корпус из пластика.
• Принцип работы. Ограничительный резистор не избавляет от перепадов напряжения в электросети и не защищает от импульсных помех. Малейшее изменение напряжения приводит к резким скачкам тока. Линейный стабилизаторы считаются ненадежными и низкоэффективными драйверами, предпочтение отдают импульсным схемам.

Как проверить работоспособность?

Чтобы проверить драйвер без нагрузки, достаточно подать на вход блока 220 В. Если устройство исправно, на выходе появится постоянное напряжение. Его значение будет немного больше верхнего предела, указанного в маркировке драйвера.

Если, к примеру, на стабилизаторе стоит диапазон 27-37 В, то на выходе должно быть около 40 В. Чтобы поддерживать ток в заданном диапазоне, при увеличении сопротивления нагрузки (без нагрузки оно стремится к бесконечности) напряжение также растёт до определенного предела.

Данный способ проверки прост и доступен, но не позволяет делать однозначные выводы о 100%-ной исправности устройства. Попадаются драйвера, которые после включения без нагрузки не запускаются или ведут себя непонятным образом.

Второй вариант проверки:

1. Подключите к выходу драйвера резистор, подобрав его сопротивление на основе закона Ома. К примеру, мощность драйвера 20 Вт, ток на выходе 600 мА, напряжение – 25-35 В. Искомое сопротивление будет составлять 38-58 Ом.
2. Подберите сопротивление из заданного диапазона и с соответствующей мощностью. Даже если она будет небольшой, то этого вполне хватит для проверки.
3. Подключите резистор и замерьте тестером выходное напряжение. Если оно в заданных пределах, то драйвер точно исправен.

При поиске поломок необходимо учитывать принцип устройства схемы. В линейных и импульсных схемах поломки могут быть связаны с определенными проблемами. Возможные неисправности:

• В линейных стабилизаторах для защиты от перепадов напряжения применяют пару резисторов сопротивлением от 5 до 100 Ом. Один стоит на входе диодного моста, второй – на выходе. Чтобы уменьшить мерцание, параллельно нагрузке включают конденсатор-электролит максимальной емкости.
  Неисправности линейных драйверов могут быть связаны с перегоранием одного или сразу двух защитных резисторов.
• В импульсных преобразователях тока микросхемы защищены от перегрузки, перегрева и перенапряжения и по идее не могут сломаться. На деле же любая микросхема, особенно в драйверах китайского производства, может прийти в негодность.
  Проблема усложняется тем, что многим китайским микросхемам трудно найти замену. Некоторые из них невозможно найти даже в интернете.

Подключение

Подключение драйвера к светодиодам не вызывает сложностей у пользователей, так как на его корпусе имеется необходимая маркировка.

Как подключить драйвер:

1. На входные провода (INPUT) подайте входное напряжение.
2. К выходным проводам (OUTPUT) подключите светодиоды.

При подключении соблюдайте полярность:

• Полярный вход (INPUT). Если драйвер запитывается постоянным напряжением, то вывод «+» подключите к аналогичному полюсу источника питания. Если напряжение переменное, обратите внимание на маркировку, нанесённую на входные провода. Возможны два варианта:
  • «L» и «N». На вывод «L» подайте фазу (ее найдите посредством индикаторной отвертки), на «N» – ноль.
  • «~», «АС» или нет маркировки – можете не соблюдать полярность.
• Полярный выход (OUTPUT). Соблюдайте полярность всегда. Провод «+» подключите к аноду 1-го светодиода, «-» – к катоду последнего. Все полупроводники соединены последовательно – к катоду предыдущего присоединен анод следующего.

Есть и второй вариант подключения светодиодов – параллельно включаются несколько цепочек, содержащих равное количество диодов. При последовательном подключении все элементы светятся одинаково, при параллельном варианте линии могут иметь разную яркость.

Как сделать драйвер для светодиодного светильника своими руками?

Драйвер можно изготовить из старой телефонной зарядки. Необходимо только внести небольшие изменения в микросхему. Такой самоделки хватит для питания 3 светодиодов мощностью по 1 Вт. Рассмотрим пошагово сборку драйвера из телефонной зарядки:

1. Снимите корпус с зарядного устройства.
2. С помощью паяльника уберите резистор, ограничивающий напряжение, подаваемое на телефон.
   
3. На место отпаянного резистора поставьте подстроечное сопротивление. Установите на нем 5 000 Ом.
   
4. Припаяйте к выходному каналу последовательно светодиоды.
   
5. Отпаяйте входные каналы и припаяйте вместо них шнур для подключения к электросети 220 В.
   
6. Проверьте работоспособность схемы, выставив с помощью регулятора на резисторе такое напряжение, чтобы диоды горели ярко, но не меняли цвета.
   

При выполнении работ по созданию дайвера из зарядного устройства необходимо придерживаться правил техники безопасности. Если дотронуться до оголенных частей, можно получить сильный удар током.

Драйвер можно собрать и с нуля. Для этого понадобится паяльник, тестер, провода и интегральный стабилизатор КР142ЕН12А (либо зарубежный аналог – LM317), который можно приобрести в любом специализированном магазине рублей за 20.

Параметры покупной микросхемы – напряжение 40 В и ток 1,5 А. В нем имеется встроенная защита от перегрузки, перегрева и короткого замыкания. Микросхема стабилизирует напряжение, а драйвер выравнивает ток, поэтому понадобится внести изменения в стандартную схему подключения микросхемы.

Драйвер на интегральном стабилизаторе:

В задачу микросхемы в данном случае входит регулирование, благодаря которому ток будет поддерживаться на необходимом уровне. Величина тока определяется сопротивлением резистора R1. Его номинальное значение рассчитывают по формуле: R = 1,2/I, где:

• R – сопротивление, Ом;
• I – ток, А.

Порядок сборки драйвера:

1. Соберите стабилизатор тока на 9,9 В с током 300 мА. Тогда R1 =1,2/0,3= 4 Ом. Мощность резистора – от 4 Вт. Можно взять резисторы, которые применяются в телевизорах. Их также можно купить в магазинах. Мощность этих элементов – 2 Вт, сопротивление – 1-2 Ом.
2. Соедините резисторы последовательно. Их сопротивление сложится и будет равно 2-4 Ом.
3. Прикрепите микросхему на радиатор и подключите к выходу драйвера цепь из последовательно соединенных диодов. Соблюдайте полярность при подключении светодиодов.
4. На вход подайте постоянное напряжение 12-40 В (прибор рассчитан на 9,9 В, поэтому берём с запасом). Превышать предельное значение не стоит – микросхема может сгореть.
   Подаваемое напряжение может быть не стабилизированным. Можно воспользоваться автомобильным аккумулятором, блоком питания от ноутбука или понижающим трансформатором с диодным мостом. Подключите драйвер, соблюдай полярность – работа сделана.

Благодаря драйверам удается не только улучшить работу светодиодных светильников, но и обеспечить их долгую, бесперебойную работу. Учитывая стоимость led-светильников, применение драйверов становится экономически выгодным решением.

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