Микросхемы-драйверы светодиодов

Введение

Компаниями «Интеграл» (Республика Беларусь), «Тандем Электроника» (Российская Федерация) и СКТБ «Микроника» (Республика Беларусь) организовано производство LED-ламп и светильников, начиная от разработки, производства интегральных микросхем (ИМС) LED-драйверов и систем управления освещением и заканчивая изготовлением плат применения.

Производимые LED-лампы и светильники характеризуются продолжительным сроком эксплуатации, крайне низким уровнем энергопотребления, высокой светоотдачей, отсутствием пульсаций светового потока, нечувствительностью к нестабильной электросети и к частым включениям/выключениям, способностью уверенно работать в условиях повышенной влажности и серьезных морозов. В случае необходимости используется модульное расположение LED-диодов в осветительной системе, что позволяет не заменять незамедлительно LED-лампу при выходе из строя одного или нескольких светодиодов, так как общая светоотдача такой системы изменяется незначительно.

Светодиодные лампы и светильники обычно состоят из светодиодного модуля и платы источника тока (LED-драйвера), размещенных в корпусе-радиаторе. Все LED-лампы, трубки и светильники компаний «Интеграл» и «Тандем Электроника» комплектуются LED-драйверами, разработанными компанией СКТБ «Микроника», которая использует в их составе ИМС собственной разработки.

Во многих случаях актуально создание с целью экономии электроэнергии (системы уличного, офисного освещения, «умный дом») или для реализации специальных режимов освещения (птицеводческие фабрики, тепличное освещение и др.) управляемых систем освещения, в составе которых необходим управляемый источник питания (УИП). Использование УИП в таких системах освещения может обеспечивать как групповое, так и адресное управление каждым светильником. Кроме того, УИП обеспечивают поддержку открытой распределенной архитектуры с интеллектуальной периферией, которая позволяет, во-первых, оптимизировать систему управления освещением под индивидуальные требования заказчика, во-вторых, система имеет расширенные функции по управлению освещением и обеспечивает возможность ее интеграции с другими распределенными системами управления. Основная область применения таких систем — птицеводческие помещения, энергосберегающее уличное и офисное освещение.

Как подобрать драйвер для светодиодов и рассчитать его технические параметры

Драйвер для светодиодной ленты не подойдет для мощного уличного фонаря и наоборот, поэтому необходимо как можно точнее рассчитать основные параметры устройства и учесть условия эксплуатации.

Преобразователи выпускаются в корпусе и без. Первые выглядят более эстетичными и имеют защиту от влаги и пыли, вторые используются при скрытом монтаже и стоят дешевле. Еще одна характеристика, которую необходимо учесть – допустимая температура эксплуатации. Для линейных и импульсных преобразователей она разная.

Бескорпусный драйвер

CL6807

По внутреннему устройству и принципу действия микросхема-драйвер светодиодов CL6807 полностью идентична рассмотренной выше PT4115. Имеются лишь некоторые отличия в технических характеристиках. Вот самые главные из них:

• напряжение питания 6-35В;
• максимальный ток нагрузки — 1А;
• имеет мягкий старт;
• максимальный КПД — 95%;
• выпускается в трех различных корпусах: SOT89-5, SOT23-5, SOP8 (цоколевка SOT89-5 полностью совпадает с PT4115).

Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:

R = 0.1 / ILED

Типовая схема включения выглядит так:

Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у PT4115, поэтому повторяться не имеет смысла.

CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать тут).

Характеристики драйверов, достойные внимания

Характеристики преобразователей, необходимых в том или ином случае, определяются, исходя из параметров LED-потребителей. Основными можно назвать:

1. Номинальную мощность драйвера – этот параметр должен превышать общую мощность, потребляемую световыми диодами, которые будут в его схеме.
2. Выходное напряжение – зависит от величин падения напряжения на каждом из световых диодов.
3. Номинальный ток, который зависит от яркости свечения и потребляемой мощности элемента.

Различные цвета LED-элементов имеют разное падение напряжения
Важно знать! Падение напряжения на светодиоде зависит от его цвета. К примеру, если к БП 12 В получится подключить 16 светодиодов красного цвета, то максимальное количество зеленых составит уже 9.

Мощность драйвера

Мощность прибора – это самая важная характеристика. Чем мощнее драйвер, тем большее число светодиодов можно подключить к нему (конечно, придется проводить простые расчеты). Обязательное условие – мощность драйвера должна быть больше, чем у всех светодиодов в сумме. Выражается это такой формулой:

Р = Р(св) х N,

где Р, Вт – мощность драйвера;

Р(св), Вт – мощность одного светодиода;

N – количество светодиодов.

Например, при сборке схемы драйвера для светодиода 10W вы можете смело подключать в качестве нагрузки LED-элементы мощностью до 10 Вт. Обязательно нужно иметь небольшой запас по мощности – примерно 25%. Поэтому, если планируется подключение светодиода 10 Вт, драйвер должен обеспечивать мощность не менее 12,5-13 Вт.

SN3350

SN3350 — очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).

Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:

R = 0.1 / ILED

Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.

Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).

Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.

Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.

Типовая схема включения:

Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).

Конструкция и детали сборки

Выбор элементов, расположенных в обвязке микросхемы PT4115, следует производить на основании рекомендаций изготовителя. В качестве C IN рекомендуется использовать конденсатор с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Данный параметр является вредным и негативно влияет на КПД. При питании от стабилизированного источника достаточно одного входного конденсатора ёмкостью не менее 4,7 мкФ, который должен быть размещен в непосредственной близости от микросхемы. При питании от источника переменного тока компания PowTech указывает на необходимость монтажа танталового конденсатора ёмкостью более 100 мкФ.

Типовая схема включения PT4115 для 3w светодиода подразумевает установку катушки индуктивности на 68 мкГн, располагать ее следует максимально близко к выводу SW PT4115.

К диоду D выдвигаются особые требования: малое прямое падение напряжения, малое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при росте температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки. Этим условиям отвечает диод Шоттки FR103, способный выдерживать импульсы тока до 30А при температуре до 150°C.

Наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера для 3w светодиода – резистор R S . Минимальное значение R S =0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А. Его рассчитывают, исходя из необходимого тока питания светодиода, по формуле:

R S =0,1/I LED , где I LED – номинальное значение тока светодиода, А.

В схеме включения PT4115 для 3w светодиода значение R s составляет 0,13 Ом, что соответствует току 780 мА. В магазинах не всегда можно найти резистор такого номинала. Поэтому придется вспомнить формулы расчета суммарного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:

• R посл =R1+R2+…+R n ;
• R пар =(R1xR2)/(R1+R2).

Таким образом, можно с высокой точностью получить нужное сопротивление из нескольких низкоомных резисторов.

В заключение хочется ещё раз подчеркнуть важность стабилизации тока, а не напряжения для обеспечения нормальной длительной работы мощных светодиодов. Известны случаи, когда в светодиодах китайского происхождения ток плавно продолжает нарастать в течение некоторого времени после включения и останавливается на значении, превышающем паспортный номинал

Это приводит к перегреву кристалла и постепенному снижению яркости. Драйвер для 3w светодиода на микросхеме PT4115 – это гарантия стабильной светоотдачи в сочетании с высоким КПД при условии эффективного отвода тепла от кристалла.

Импульсные блоки питания

Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.

Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача — создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.

Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.

Третий элемент в схеме — импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие — это маленькие габаритные размеры.

Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.

Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.

Преимущества импульсных блоков:

маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе

КПД от 90 до 98%

напряжение питания можно подавать в большом разбросе

при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи

Есть и недостатки:

усложненность сборочной схемы

сложная конструкция

если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования

Проще говоря, блок питания что обычный, что импульсный — это устройство у которого на выходе строго одно напряжение. Его конечно можно «подкрутить», но в не больших диапазонах.

Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.

Схема драйверов для светодиодов с регулятором яркости на базе РТ4115 своими руками

Простой преобразователь тока можно собрать на базе готовой китайской микросхемы PT4115. Она является достаточно надежной для применения. Характеристики микросхемы:

• КПД до 97%;
• есть вывод для устройства, регулирующего яркость;
• защищена от разрывов нагрузки;
• максимальное отклонение стабилизации 5%;
• входное напряжение 6÷30 В;
• мощность на выходе 1,2 А.

Микросхема подходит для питания LED-источника свыше 1 Вт. Имеет минимум компонентов обвязки.

Расшифровка выходов микросхемы:

• SW – выходной переключатель;
• DIM – диммирование;
• GND – сигнальный и питающий элемент;
• CIN – конденсатор
• CSN – датчик тока;
• VIN – напряжение питания.

Собрать драйвер на базе этой микросхемы может даже начинающий мастер.

Возможный вариант сборки схемы драйвера для светодиодов на базе pt4115

Ошибки монтажа

Чтобы избежать ошибок при монтаже выключателей, соблюдайте следующие правила:

Перед монтажом всегда отключайте питание для предотвращения короткого замыкания и поломки устройства.
Стеклянную лицевую панель устанавливайте и снимайте на обесточенном механизме.
Проконтролируйте, чтобы лицевая панель не упиралась одной из сторон в стену и стояла строго параллельно.
Подавайте питание на сенсорные выключатели, когда каждая линия находится под нагрузкой.
Лицевую стеклянную панель одевайте на выключатель сразу после монтажа, чтобы сенсор не пылился.
Не нажимайте на сенсор без панели!
Если на сенсоре выключателя оказалась строительная пыль, протрите его сухой чистой тканью.
Соблюдайте осторожность при работе с электричеством.

Теперь вы знаете о преимуществах сенсорных выключателей, принципах их устройства и подключения. Современные выключатели сделают ваш дом стильным и комфортным, а при правильной установке и обращении, будут радовать вас долгие годы.

Китайские преобразователи – что в них особенного

Китайские друзья славятся умением подделать оборудование так, что им становится невозможно пользоваться. По отношению к драйверам можно сказать так же. Приобретая китайское устройство будьте готовыми к завышенным заявленным характеристикам, низкому качеству и быстрому выходу преобразователя из строя. Если же собирается первый в жизни LED-светильник, потренироваться и получить навыки в радиоэлектронике, такие изделия незаменимы по причине низкой стоимости и простоты исполнения.

Если добавить в схему китайского преобразователя конденсатор, срок службы лампы увеличится

Разделение LED-драйверов по типу устройства

Разделить преобразователи можно на два типа – линейные и импульсные. Оба типа применимы к световым диодам, но различия между ними заметны и по стоимости, и по техническим характеристикам.

Линейный преобразователь тока и его схема

Линейные преобразователи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Но такие драйверы имеют существенный недостаток – возможность подключения только маломощных световых элементов. Часть энергии тратится на выделение тепла, что способствует снижению коэффициента полезного действия (КПД).

Импульсные преобразователи основаны на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и при их работе величины выходных токов обусловлены таким параметром, как коэффициент заполнения. Это означает, что изменения частоты импульсов нет, а вот коэффициент заполнения способен изменяться на величины от 10 до 80%. Такие драйверы позволяют продлить срок службы световых диодов, но имеют один недостаток. При их работе возможно наведение электромагнитных помех. Попробуем разобраться, чем это грозит человеку на простом примере.

Импульсные стабилизаторы немного крупнее

У проживающего в квартире или доме установлен кардиостимулятор. При этом в небольшой комнате установлена люстра с множеством приборов, работающих на импульсных лед драйверах для светодиодных ламп. Кардиостимулятор при этом может начать давать сбои. Конечно, это утрировано и для создания столь сильных помех нужно очень много ламп, которые находятся на расстоянии менее метра от кардиостимулятора, но все же риск присутствует.

А это преобразователь для более мощного светодиода

Что такое драйвер для LED-освещения и его необходимость

Поскольку светодиоды являются токовыми приборами, то соответственно они очень чувствительны к этому параметру. Для нормальной работы освещения требуется, чтобы через LED-элемент проходил стабилизированный ток с номинальной величиной. Для этих целей и был создан драйвер для светодиодных светильников.

Некоторые читатели, увидев слово драйвер, будут в недоумении, поскольку все мы привыкли, что этим термином обозначается некое ПО, позволяющее управлять программами и устройствами. В переводе с английского языка driver означает: водитель, машинист, поводок, мачта, управляющая программа и еще более 10 значений, но всех их объединяет одна функция – управление. Так обстоит дело и с драйверами для светодиодных светильников, только управляют они током. Итак, с термином разобрались, теперь перейдем к сути.

Драйвера ставят даже в энергосберегающих лампах с цоколем, правда он хорошо замаскирован

LED-драйвер – электронное устройство, на выходе которого, после стабилизации, образуется постоянный ток необходимой величины, обеспечивающий нормальную работу светодиодных элементов.  В этом случае стабилизируется именно ток, а не напряжение. Устройства, стабилизирующие выходное напряжение называются блоками питания, которые также используются для питания светодиодных элементов освещения.

Как мы уже поняли, основным параметром драйвера для светодиодов является выходной ток, который устройство может обеспечивать длительное время при включении нагрузки. Для нормального и стабильного свечения LED-элементов требуется, чтобы через светодиод протекал ток, величина которого должна совпадать со значениями указанными в техническом паспорте полупроводника.

Принцип работы устройства

Основная работа драйвера – создание на выходе заданного значения тока и его поддержание. Любая схема подобного типа состоит из нескольких частей:

• сетевого фильтра, защищающего сеть от помех;
• конденсаторно-резисторного (RC) или трансформаторного узла для снижения напряжения;
• диодного моста для выпрямления;
• стабилизатора тока.

Устройство с RC фильтром действует так:

1. Конденсатор в сети переменного тока выполняет функции емкостного сопротивления. Вместе с мостом он образует делитель напряжения и уменьшает его до нужного предела. Резистор в его цепи служит для самозарядки.
2. Сниженное напряжение поступает на стабилизатор тока, а с него – на светодиоды.

Трансформаторный узел представляет собой устройство ключевого или другого типа, управляемое генератором. Он может быть выполнен на специализированных микросхемах, высоковольтных ключевых транзисторах, простых элементах или на ШИМ контроллере.

Такой драйвер работает следующим образом:

• при подаче питания мост выпрямляет его, и оно идет на ключи, на которых с помощью обмоток создаются противофазные напряжения;
• одновременно с ними включается генератор, который вырабатывает импульсы и запускает драйвер;
• ключи, включаясь попеременно, обеспечивают бесперебойную работу устройства через цепь обратной связи;
• на выходной обмотке возникает переменное напряжение, выпрямляемое мостом или 1-2 диодами вместе с электролитическими конденсаторами;
• далее в цепи стоит стабилизатор тока, к которому подключают светодиоды.

Китайские преобразователи – что в них особенного

Китайские друзья славятся умением подделать оборудование так, что им становится невозможно пользоваться. По отношению к драйверам можно сказать так же. Приобретая китайское устройство будьте готовыми к завышенным заявленным характеристикам, низкому качеству и быстрому выходу преобразователя из строя. Если же собирается первый в жизни LED-светильник, потренироваться и получить навыки в радиоэлектронике, такие изделия незаменимы по причине низкой стоимости и простоты исполнения.

Если добавить в схему китайского преобразователя конденсатор, срок службы лампы увеличится

ZXLD1350

Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.

Вот главные отличия:

• микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
• максимальный ток нагрузки — 350 мА;
• сопротивление выходного ключа в открытом состоянии — 1.5 — 2 Ома;
• изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
• если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;

Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:

R = 0.1 / I_LED

Минимальное сопротивление резистора — 0.27 Ом.

Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:

Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае — мгновенно выйдет из строя.

Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему.

Стоимость микросхемы неоправданно высокая (посмотреть), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.

Самостоятельная сборка преобразователя на 10 Ватт

Если хотите своими руками соорудить сетевой драйвер для питания мощного светодиода, воспользуйтесь электронными платами от испорченных экономок. Зачастую подобные светильники прекращают работу именно из-за перегоревших ламп, хотя электронная плата продолжает функционировать. Все компоненты могут применяться для создания блока питания, драйвера и прочих электротехнических приборов. В процессе потребуются конденсаторы, диоды, транзисторы и дроссели.

Разберите вышедшую из строя ртутную лампу мощностью 20 Вт (подходит для драйвера на 10 Вт). В таком случае гарантируется, что дроссель выдержит оказываемую нагрузку. С увеличением потребностей мощности для сетевого драйвера придется выбирать более мощную экономку или вместо дросселя воспользоваться аналогом с огромным сердечником.

Выполните 20 витков на обмотке и паяльником подключите ее к выпрямителю (диодному мосту). Подайте напряжение от промышленной сети 220 В и мультиметром измерьте полученное значение на выходе диодного моста. При использовании инструкции получится значение в районе 9 – 10 В. Светодиодный источник потребляет 0,8 А при номинале 900 мА. Поскольку вы будете подавать ток уменьшенного значения, сможете продлить срок эксплуатации led-диода.

Параметры драйверов

Прежде чем приобрести устройство или самостоятельно его изготовить, нужно ознакомиться с тем, какие у него имеются основные характеристики:

1. Номинальный ток потребления.
2. Мощность.
3. Выходное напряжение.

Напряжение на выходе преобразователя напрямую зависит от того, какой выбран способ подключения источника света, числа светодиодов. Ток имеет прямую зависимость от яркости и мощности элементов.

Преобразователь должен обеспечивать ток, при котором светодиоды будут работать с одинаковой яркостью. На PT4115 схема драйвера светодиодов реализуется довольно просто – это самый распространенный преобразователь напряжения для использования с LED-элементами. Изготовить прибор на его основе можно буквально «на коленке».

Вариант компоновки

Разместить все элементы можно в корпусе от старой лампы дневного света. В ней уже все имеется – корпус, патрон, плата (которую можно повторно использовать). Внутри расположить все элементы блока питания и микросхему можно без особого труда. А с внешней стороны установить светодиод, который планируете запитывать от устройства. Схемы драйверов для светодиодов 220 В можно использовать практически любые, главное – понизить напряжение. Сделать это легко простейшим трансформатором.

Монтажную плату желательно использовать новую. А лучше вообще обойтись без нее. Конструкция очень простая, допустимо применить навесной монтаж. Обязательно удостоверьтесь в том, что на выходе выпрямителя напряжение в допустимых пределах, в противном случае микросхема сгорит. После сборки и подключения произведите замер потребляемого тока. Учтите, что в случае снижения тока питания увеличится ресурс светодиодного элемента.

Тщательно выбирайте схему драйвера для питания светодиодов, рассчитывайте каждый компонент конструкции – от этого зависит срок службы и надежность. При правильном подборе драйверов характеристики светодиодов останутся максимально высокими, а ресурс не пострадает. Схемы драйверов для мощных светодиодов отличаются тем, что в них большее число элементов. Зачастую применяется ШИМ-модуляция, но в домашних условиях, что называется, «на коленке», такие устройства уже сложно собрать.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине