Що таке драйвер для led-світильників, як підібрати та перевірити цей пристрій?

Спеціальні електронні схеми – драйвери – дозволяють продовжувати роботу світлодіодів, робити їх свічення рівномірним та якісним. Дізнаємося, як працює цей пристрій, як правильно його вибрати та встановити, а також виготовити своїми руками.

Що таке драйвер і навіщо він потрібний?

Світлодіоди дуже чутливі до змін параметрів електромережі, тому їх підключають до мережі через драйвер – електронний пристрій, що контролює силу струму та напругу. Зазвичай драйвер до led-світильника підбирають із запасом по потужності та з урахуванням діапазону вихідної напруги та струму. Якщо його параметри не будуть підходити до світлодіодного пристрою, він прийде в непридатність, його доведеться утилізувати.

Принцип роботи, класична схема та відмінність від блоку живлення

Незважаючи на те, що драйвер часто називають блоком живлення, між цими двома поняттями є різниця. Драйвер – джерело струму, що підтримує його незмінне значення для проходження через світлодіод, а блок живлення підтримує стабільну напругу. Розглянемо, як працює блок живлення на конкретному прикладі:

• Підключимо до джерела на 12 В опір (R) 40 Ом.
• Нехай через резистор протікає струм (І) 300 мА. При установці двох резисторів струм подвоїться і дорівнюватиме 600 мА. При цьому напруга не зміниться, оскільки вона має пропорційний зв’язок зі струмом та опором (закон Ома I = U/R).

Тепер подивимося, як працює драйвер:

• Нехай ланцюг з драйвером на 225 мА включено опір (R) 30 Ом.
• Якщо при напрузі (U) 12 В включити два паралельно включених резистора по 30 Ом, струм залишиться колишнім – 225 мА, а напруга стане вдвічі меншою – 6 В.

Драйвер у результаті забезпечує навантаження заданим вихідним струмом незалежно від стрибків напруги. Тому світлодіоди, на які подаватиметься напруга 6 В, світитимуть так само яскраво, як і при джерелі в 10 В, якщо на нього буде поданий струм заданого рівня. Схема драйвера для світлодіодів:
Ланцюг драйвера складається з трьох взаємопов’язаних вузлів:

• ємнісного опору для поділу напруги;
• випрямляючого модуля;
• стабілізатора.

Принцип роботи схеми:

1. При проходженні струму конденсатор С заряджається до заряджання. Чим його ємність менша, тим швидше він зарядиться.
2. Змінний струм перетворюється на пульсуючий. Перша частина хвилі згладжується під час проходження через конденсатор З.
3. Електролітичний конденсатор, що завершує ланцюг, служить фільтром-стабілізатором, що згладжує.

Технічні характеристики

При покупці світлодіодного світильника може виникнути потреба у покупці драйвера, якщо освітлювальний пристрій не має перетворювача струму. Основні характеристики:

• струм на виході, А;
• робоча потужність, Вт;
• напруга на виході, Ст.

Вихідна напруга може змінюватись. Воно залежить від схеми підключення до живлення та числа світлодіодів. Від величини струму залежить рівень яскравості та потужність. Щоб діоди світили яскраво і не згасали, на виході драйвера струм підтримується на заданому рівні. Потужність перетворювача має бути дещо вищою, ніж сумарна кількість Вт усіх діодів. Для розрахунку потужності драйвера застосовують формулу: P = P (led) × X де:

• P (led) – це потужність одного світлодіода;
• Х – кількість діодів.

Якщо розрахункова потужність вийшла 10 Вт, драйвер треба купувати із запасом на 20-30 %.

Види драйверів

Всі драйвера розрізняють за трьома критеріями – за способом стабілізації, конструкційними особливостями та наявністю/відсутністю захисту. Розглянемо всі варіанти докладніше.

Лінійні та імпульсні

Залежно від схеми стабілізації струму драйвери поділяються на два типи – лінійні та імпульсні. Вони відрізняються принципом роботи та ефективністю. Перед електронною схемою драйвера поставлено завдання – забезпечення стабільних значень струму та напруги, що підводяться до кристала (світлодіод). Найпростіший і найдешевший варіант – включення в ланцюг обмежувального резистора. Лінійна схема живлення:
Ця елементарна схема не здатна забезпечувати автоматичну підтримку струму. При підвищенні напруги він пропорційно зростає і коли перевищить допустиме значення, кристал зруйнується від перегріву. Більше складне управління здійснюється шляхом включення в ланцюг транзистора. Мінус лінійної схеми – зниження потужності при зростанні напруги. Такий варіант допустимо при роботі led-джерел малої потужності, але при роботі потужних світлодіодів такі схеми не застосовують. Плюси лінійної схеми:

• простота;
• дешевизна;
• відносна надійність.

Поряд з лінійними схемами, стабілізувати струм та напругу можна шляхом імпульсної стабілізації:

• після натискання кнопки заряджається конденсатор;
• після відпускання конденсатор розряджається, віддаючи запасену енергію напівпровідниковому елементу (світлодіоду), який починає випромінювати світло;
• якщо напруга зростає, час зарядки конденсатора скорочується, якщо падає – збільшується.

Натискати кнопку користувачеві не доводиться за нього все робить електроніка. Роль кнопкового механізму у сучасних джерелах живлення виконують напівпровідники – тиристори чи транзистори. Розглянутий принцип називається в електроніці широтно-импульсной модуляцією. За секунду можуть відбуватися десятки і навіть тисячі спрацьовувань. ККД такої схеми досягає 95%. Спрощена схема імпульсної стабілізації:

Електронні, що димуються і на базі конденсаторів

Від принципу пристрою драйвера залежить сфера його застосування та експлуатаційні характеристики. Види драйверів за принципом пристрою:

• Електронні. У схемах обов’язково використовується транзистор. На виході встановлюється конденсатор, що виключає або хоча б згладжує пульсацію струму. Електронні перетворювачі здатні стабілізувати струми до 750 мА. Драйвери електронного типу борються не тільки з пульсаціями, але і з високочастотними електромагнітними перешкодами, що наводяться електроприладами (радіо, телевізор, роутер і т. п.). Мінімізувати перешкоди дозволяє наявність спеціального керамічного конденсатора. Мінус електронного драйвера – висока вартість, плюс – ККД близький до 95%. Їх використовують у потужних led-світильниках: автофарах, прожекторах, вуличних ліхтарях.
• Димовані. Особливість димованих драйверів – можливість керування яскравістю світильника. Регулювання заснована на зміні струму на виході, який визначає яскравість світлопотоку. Драйвер можна включати в схему двома способами: між світильником та стабілізатором або між джерелом живлення та перетворювачем.
• На основі конденсаторів. Це недорогі моделі, які використовуються для бюджетних світлодіодних світильників. Якщо у схемі виробник не передбачив конденсатор, що згладжує, то на виході спостерігається пульсація. Інший мінус – недостатня безпека. Плюс подібних моделей – високий ККД, що прагне до 100%, та простота схеми. Подібні драйвери легко зібрати своїми руками.

Драйвери на конденсаторах можуть викликати мерехтіння, тому їх не рекомендується використовувати разом із приладами, встановленими всередині приміщень. Мерехтіння шкідливо впливає на зір і дратує нервову систему.

У корпусі та без нього

Драйвер може бути розміщений усередині захисного корпусу, але може не мати його. Електронні схеми вразливі перед багатьма зовнішніми факторами, тому надійнішим варіантом вважається розміщення драйвера в корпусі. Корпус захищає електронний перетворювач від вологи, пилу, попадання прямих сонячних променів і т. д. Безкорпусні моделі обходяться дешевше, але у них менший термін служби та гірша стабільність експлуатації. Вони більше підходять для прихованого монтажу.

Термін придатності

Драйвер розрахований приблизно на 30 000 годин. Це менше, ніж розрахунковий термін служби багатьох світлодіодних світильників. Таке зменшення пов’язані з несприятливими чинниками, у яких доводиться працювати стабілізатору струму. Що негативно впливає на роботу драйвера:

• стрибки напруги в електромережі;
• зміни температури та/або вологості.

Якщо пристрій потужністю 200 Вт має навантаження 100 Вт, то 50 % номінального значення повертається в мережу. Це може спричинити перевантаження та збої живлення.

Термін служби драйвера обмежений довговічністю конденсатора, що згладжує. Згодом у ньому випаровується електроліт, і прилад виходить з ладу.

Щоб продовжити роботу драйвера, його необхідно експлуатувати в приміщеннях з нормальною (не підвищеною) вологістю, та підключати до мережі з якісною, без стрибків, напругою.

Як підібрати драйвер для світлодіодного світильника?

При підключенні до стабілізатора струму напівпровідники одержують необхідну їм потужність і досягають номінальних характеристик. Від того, наскільки правильно буде підібрано драйвер, залежить термін служби діодів. На які параметри звернути увагу:

• Потужність. Нею визначають максимально допустиме навантаження, яку розрахований прилад. Наприклад, маркування (20х26)х1Вт означає, що до драйвера можна підключати одночасно від 20 до 26 світлодіодів, кожен потужністю 1 Вт.
• Струм та напруга (номінальні значення). Даний параметр виробники вказують на кожному світлодіоді, саме ним підбирають драйвер. Якщо максимальний номінальний струм становить 350 мА, необхідно підключати джерело живлення на 300-330 мА. Подібний діапазон робочих струмів дозволяє забезпечувати термін придатності світильника, передбачений виробником.
• Клас захисту. Від цього показника залежить, де саме можна застосовувати світильники – на вулиці чи у приміщенні. Клас вологостійкості та герметичності позначається літерами IP та виражається двома цифрами. За першою цифрою судять про захист від твердих фракцій (пил, бруд, пісок, лід), за другою від рідких середовищ. Клас захисту не вказує на температуру, за якої можна застосовувати світильник.
• Корпус. Драйвер може мати відкритий металевий перфорований корпус або закритий. У другому випадку пристрій поміщено металеву коробку. Для домашніх умов підійде негерметизований корпус із пластику.
• Принцип роботи. Обмежувальний резистор не позбавляє перепадів напруги в електромережі і не захищає від імпульсних перешкод. Найменша зміна напруги призводить до різких стрибків струму. Лінійні стабілізатори вважаються ненадійними та низькоефективними драйверами, перевагу віддають імпульсним схемам.

Як перевірити працездатність?

Щоб перевірити драйвер без навантаження, достатньо подати на вхід блоку 220 В. Якщо пристрій справний, на виході з’явиться постійна напруга. Його значення буде трохи більше верхньої межі, вказаної у маркуванні драйвера. Якщо, наприклад, на стабілізаторі стоїть діапазон 27-37, то на виході має бути близько 40 В. Щоб підтримувати струм в заданому діапазоні, при збільшенні опору навантаження (без навантаження воно прагне до нескінченності) напруга також зростає до певної межі. Даний спосіб перевірки простий і доступний, але не дозволяє робити однозначні висновки про 100% справності пристрою. Трапляються драйвера, які після включення без навантаження не запускаються або поводяться незрозумілим чином. Другий варіант перевірки:

1. Підключіть до виходу драйвера резистор, підібравши його опір на основі закону Ома. Наприклад, потужність драйвера 20 Вт, струм на виході 600 мА, напруга – 25-35 В. Опір, що шукає, буде становити 38-58 Ом.
2. Підберіть опір із заданого діапазону та з відповідною потужністю. Навіть якщо вона буде невеликою, то цього цілком вистачить для перевірки.
3. Підключіть резистор та заміряйте тестером вихідну напругу. Якщо воно в заданих межах, драйвер точно справний.

Під час пошуку поломок необхідно враховувати принцип влаштування схеми. У лінійних та імпульсних схемах поломки можуть бути пов’язані з певними проблемами. Можливі несправності:

• У лінійних стабілізаторах захисту від перепадів напруги застосовують пару резисторів опором від 5 до 100 Ом. Один стоїть на вході діодного мосту, другий – на виході. Щоб зменшити мерехтіння, паралельно до навантаження включають конденсатор-електроліт максимальної ємності. Несправності лінійних драйверів можуть бути пов’язані з перегоранням одного або одразу двох захисних резисторів.
• В імпульсних перетворювачах струму мікросхеми захищені від перевантаження, перегріву та перенапруги і, за ідеєю, не можуть зламатися. Насправді ж будь-яка мікросхема, особливо в драйверах китайського виробництва, може стати непридатною. Проблема ускладнюється тим, що багатьом китайським мікросхем важко знайти заміну. Деякі їх неможливо знайти навіть в інтернеті.

Підключення

Підключення драйвера до світлодіодів не викликає складнощів у користувачів, тому що на його корпусі є необхідне маркування. Як підключити драйвер:

1. На вхідні дроти (INPUT) подайте вхідну напругу.
2. До вихідних дротів (OUTPUT) підключіть світлодіоди.

При підключенні дотримуйтесь полярності:

• Полярний вхід (INPUT) Якщо драйвер запитується постійною напругою, підключіть висновок «+» до аналогічного полюса джерела живлення. Якщо змінна напруга, зверніть увагу на маркування, нанесене на вхідні дроти. Можливі два варіанти:
  • “L” і “N”. На висновок “L” подайте фазу (її знайдіть за допомогою індикаторної викрутки), на “N” – нуль.
  • «~», «АС» чи ні маркування – можете не дотримуватися полярності.
• Полярний вихід (OUTPUT) Дотримуйтесь полярності завжди. Провід “+” підключіть до анода 1-го світлодіода, “-” – до катода останнього. Всі напівпровідники з’єднані послідовно – до попереднього катода приєднаний анод наступного.

Є і другий варіант підключення світлодіодів – паралельно включаються кілька ланцюжків, що містять однакову кількість діодів. При послідовному підключенні всі елементи світяться однаково, при паралельному варіанті лінії можуть мати різну яскравість.

Як зробити драйвер для світлодіодного світильника своїми руками?

Драйвер можна виготовити зі старої телефонної зарядки. Необхідно лише внести невеликі зміни у мікросхему. Такої саморобки вистачить для живлення 3 світлодіоди потужністю по 1 Вт. Розглянемо покроково складання драйвера з телефонної зарядки:

1. Зніміть корпус із зарядного пристрою.
2. За допомогою паяльника приберіть резистор, який обмежує напругу, що подається на телефон.
3. На місце відпаяного резистора поставте опір підлаштування. Встановіть на ньому 5000 Ом.
4. Припаяйте до вихідного каналу світлодіоди послідовно.
5. Відпаяйте вхідні канали і замість них припаяйте шнур для підключення до електромережі 220 В.
6. Перевірте працездатність схеми, виставивши за допомогою регулятора на резистори таку напругу, щоб діоди горіли яскраво, але не змінювали кольору.

При виконанні робіт із створення дайвера із зарядного пристрою необхідно дотримуватись правил техніки безпеки. Якщо торкнутися оголених частин, можна отримати сильний удар струмом.

Драйвер можна зібрати з нуля. Для цього знадобиться паяльник, тестер, дроти та інтегральний стабілізатор КР142ЕН12А (або зарубіжний аналог – LM317), який можна придбати в будь-якому спеціалізованому магазині рублів за 20. Параметри покупної мікросхеми – напруга 40 В і струм 1,5 А. У ньому є від перевантаження, перегріву та короткого замикання. Мікросхема стабілізує напругу, а драйвер вирівнює струм, тому знадобиться внести зміни до стандартної схеми підключення мікросхеми. Драйвер на інтегральному стабілізаторі:
У завдання мікросхеми в даному випадку входить регулювання, завдяки якому струм підтримуватиметься на необхідному рівні. Розмір струму визначається опором резистора R1. Його номінальне значення розраховують за такою формулою: R = 1,2/I, де:

• R – опір, Ом;
• I – Струм, А.

Порядок збирання драйвера:

1. Зберіть стабілізатор струму на 9,9 В зі струмом 300 мА. Тоді R1 = 1,2/0,3 = 4 Ом. Потужність резистора від 4 Вт. Можна взяти резистори, які використовуються в телевізорах. Їх також можна купити у магазинах. Потужність цих елементів – 2 Вт, опір – 1-2 Ом.
2. З’єднайте резистори послідовно. Їхній опір складеться і дорівнюватиме 2-4 Ом.
3. Прикріпіть мікросхему на радіатор і підключіть до виходу драйвера ланцюг із послідовно з’єднаних діодів. Дотримуйтесь полярності при підключенні світлодіодів.
4. На вхід подайте постійну напругу 12-40 В (прилад розрахований на 9,9 В, тому беремо із запасом). Перевищувати граничне значення не варто – мікросхема може згоріти. Напруга, що подається може бути не стабілізованою. Можна скористатися автомобільним акумулятором, блоком живлення від ноутбука або трансформатором з діодним мостом. Підключіть драйвер, дотримуйся полярності – робота зроблена.

Завдяки драйверам вдається не лише покращити роботу світлодіодних світильників, але й забезпечити їхню тривалу, безперебійну роботу. З огляду на вартість led-світильників застосування драйверів стає економічно вигідним рішенням.