Как подобрать и установить светодиодный драйвер своими руками

Светодиодный драйвер — что это такое

Прямой перевод слова «драйвер» означает «водитель». Таким образом, драйвер любой светодиодной лампы выполняет функцию управления подающимся на устройство напряжением и регулирует параметры освещения.

Рисунок 1. Светодиодный драйвер.

Светодиоды это электрические приборы, способные излучать свет в некотором спектре. Чтобы прибор работал правильно, необходимо подавать на него исключительно постоянное напряжение с минимальными пульсациями. Условие особенно актуально для мощных светодиодов. Даже минимальные перепады напряжения способны вывести прибор из строя. Незначительное снижение входного напряжения мгновенно отразится на параметрах светоотдачи. Превышение установленного значения приводит к перегреву кристалла и его перегоранию без возможности восстановления.

Что такое драйвер и каково его назначение?

Драйвер для светодиодов является электронным устройством, на выходе которого образуется постоянный ток после стабилизации. В данном случае образуется не напряжение, а именно ток. Устройства, которые стабилизируют напряжение, называются блоками питания. На их корпусе указывается выходное напряжение. Блоки питания 12 В применяют для питания LED-линеек, светодиодной ленты и модулей.

Основным параметром LED-драйвера, которым он сможет обеспечивать потребителя длительное время при определенной нагрузке, является выходной ток. В качестве нагрузки применяются отдельные светодиоды или сборки из аналогичных элементов.

КПД импульсного драйвера для светодиодов достигает 95%

Драйвер для светодиода обычно питается от сети напряжением 220 В. В большинстве случаев диапазон рабочего выходного напряжения составляет от трех вольт и может достигать нескольких десятков вольт. Для подключения светодиодов 3W в количестве шести штук потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 21 В, рассчитанный на 780 мА. При своей универсальности он обладает малым КПД, если на него включить минимальную нагрузку.

При освещении в автомобилях, в фарах велосипедов, мотоциклов, мопедов и т. д., в оснащении переносных фонарей используется питание с постоянным напряжением, значение которого варьируется от 9 до 36 В. Можно не применять драйвер для светодиодов с небольшой мощностью, но в таких случаях потребуется внесение соответствующего резистора в питающую сеть напряжением 220 В. Несмотря на то, что в бытовых выключателях используется этот элемент, подключить светодиод к сети 220 В и рассчитывать на надежность достаточно проблематично.

Причины выхода из строя

Почему вообще сгорают светодиодные лампы, если, как заявляют производители светодиодов, ресурс светоизлучающих полупроводников составляет минимум 15-20 тысяч часов? Практически все драйверы не имеют механических элементов и контактов, значит, у них наработка на отказ должна быть не меньше. Но лампы горят, порой не выработав даже свой гарантийный срок, и это факт. Причин поломки лампочки может быть несколько:

• Производственный брак. Увы, от этого никто не застрахован. Особенно, если производители комплектующих и светодиодов – наши китайские братья, работающие в гараже и на коленках.
• Неправильная эксплуатация. К примеру, плохая вентиляция в закрытом светильнике. В таких источниках света лампа перегревается, и тут уж выйти из строя может все что угодно – от драйвера до светодиодов. Сюда же можно отнести пыль, влагу, «искрящий» выключатель, выключатель с подсветкой и т. п.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Если в твоем выключателе стоит подсветка, то это верный путь к быстрой гибели светодиодной лампы. Либо снимай подсветку, либо вкрути в один из рожков люстры обычную лампочку накаливания любой, даже самой малой мощности.

Такая подсветка выключателя удобна, но вызывает «подмигивание» светодиодной лампы и сокращает срок ее службы в десятки раз

Плохое питание. Если напряжение постоянно скачет или оно ненормально завышено, тут даже самый качественный драйвер может «потерять терпение». Сюда же отнесем постоянные выбросы напряжения, к примеру, при пуске мощных моторов или сварочного оборудования, и импульсные помехи.

В этой китайской лампе «драйвер» примостился прямо на плате со светодиодами, а радиатором тут даже не пахнет

Это интересно: Влияние теплого пола на человека

Основные характеристики преобразователей

Перед тем как купить драйвер для светодиодов, следует ознакомиться с основными характеристиками устройств. К ним относят напряжение на выходе, номинальный ток и мощность. Выходное напряжение преобразователя зависит от величины падения напряжения на LED-источнике, а также от способа подключения и количества светодиодов в схеме. Ток находится в зависимости от мощности и яркости излучающих диодов. Драйвер должен обеспечить светодиодам такой ток, который необходим им для поддержки требуемой яркости.

К характеристикам драйвера относятся напряжение на выходе, номинальный ток и мощность

Одной из важных характеристик драйвера считается мощность, которую прибор выдает в виде нагрузки. На выбор мощности драйвера влияет мощность каждого LED-прибора, общее количество и цвет свечения светодиодов. Алгоритм расчета мощности состоит в том, что максимальная мощность устройства не должна быть ниже потребления всех светодиодов:

P = P(led) × n,

где P(led) – мощность единичного LED-источника, а n — количество светодиодов.

Кроме того должно выполняться обязательное условие, при котором бы обеспечивался запас мощности в пределах 25-30%. Таким образом значение максимальной мощности должно быть не меньше значения (1,3 х P).

Следует также брать во внимание цветовые характеристики светодиодов. Ведь различные по цвету полупроводниковые кристаллы имеют разную величину падения напряжения при прохождении через них тока одинаковой силы

Так падение напряжения у красного светодиода при токе 350 мА составляет 1,9-2,4В, тогда среднее значение его мощности будет равно 0,75 Вт. У аналога зеленого цвета величина падения напряжения находится в пределах от 3,3 до 3,9В и при таком же токе мощность составит уже 1,25 Вт. Значит к драйверу для светодиодов 12В можно подсоединить 16 красных LED-источников или 9 зеленых.

Полупроводниковые кристаллы разных цветов имеют разную величину падения напряжения

Комплектация светильника и как его подобрать

Обычный светодиодный светильник включает в себя всего несколько элементов:

• светодиоды;
• корпус;
• теплоотвод;
• радиатор;
• драйвер.

Если комплект стандартный, как же тогда подобрать светильник, чтобы его предустановленный драйвер прослужил как можно дольше?

Для исправной работы светодиодов от источника питания необходимо понизить напряжение. У каждого светильника есть следующие параметры, которые необходимо учитывать при выборе оптимального драйвера. Поговорим о них подробнее:

Мощность. Максимальная мощность у драйвера показывает, какую максимальную нагрузку он выдержит. К примеру, если на маркировке указанно (30х36)х1W, это значит, что к этому драйверу можно подключить 30 или 36 светодиодов мощностью 1 Ватт. Если мы говорим о подключении светодиодной ленты на 12-24 Вольт, то следует учесть, что источники питания для них ограничивают напряжение, а вовсе не ток.

А значит, мы должны внимательно следить за мощностью нагрузки, подключенной к блоку питания. В таком случае мощность драйвера ни в коем случае не должна быть ниже мощности цепи, иначе блок питания просто «сгорит».

• Номинальные параметры тока и напряжения. Этот параметр указывается производителем на всех светодиодах, соответственно, и драйвер необходимо подбирать по этой отметке. Максимальный номинальный ток составляет 350 мА. При такой отметке в работе надо использовать источник питания с силой тока в интервале 300-330 мА. Это справедливо для любого вида подключения. Такой диапазон рабочего тока рекомендован для того, чтобы не сократить срок годности светильника, ведь теплоотвод может не выполнять свои функции в полной мере.
• Класс герметичности и влагостойкости (защищенности). В настоящее время класс защиты определяется двумя цифрами, стоящими после IP. Первая цифра говорит о степени защиты от твердых воздействий (пыли, грязи, песка, льда). Вторая – о жидких средах (воде, веществах). Однако о требуемой температуре, при которой светильник может использоваться класс IP, ничего не сообщает. Можно или нельзя охлаждать, зависит от прочности корпуса.

Надо с не меньшей ответственностью подходить к покупке драйвера для светильника, чем к покупке самого светильника, потому что именно источник питания является гарантом долгой, исправной службы всего устройства. Если вы никак не можете выбрать подходящий драйвер для светильников, то его можно сделать своими руками. Схема сборки весьма проста.

Как подобрать

Правильный подбор led-driver для питания светодиода должен учитывать следующие параметры:

• Значение напряжения на входе.
• Величину выходного напряжения.
• Ток на выходе.
• Выходную мощность.
• Влаго- и пылезащиту.

Основной принцип правильного выбора драйвера для светодиода – начинать расчет его характеристик только после того, как будет точно известно количество источников света и их основных параметров (прежде всего мощности) в планируемой схеме. Кроме того, необходимо заранее знать условия эксплуатации электрооборудования – в помещении или на улице, каковы параметры колебания температуры и влажности, а также действие атмосферных осадков.

Далее нужно правильно рассчитать выходные параметры для led-driver. Прежде всего это напряжение. Подсчитывается следующим образом – необходимо суммировать значение всех лед-элементов в цепочке. Например, если в схеме 5 диодов по 3 вольта, в сумме получится 5х3=15 вольт. При этом нужно учесть, что соединение светильников будет последовательное. Во входных характеристиках есть еще одна величина – сила тока. Она будет одинакова для всех ламп.

Например, если ее значение 500 мА для каждого диода, то led-driver должен обладать выходным параметрами – 15 В и 0,5 А. Что касается силы тока, то она должна быть либо равна расчетной, либо ниже. Если будет выше, то лампы быстро (если не сразу после включения) сгорят. Также потребуется рассчитать и мощность. Для этого нужно перемножить выходное напряжение на силу тока – 15х0,5=7,5 Вт. Причем лучше будет, если мощность драйвера будет немного выше на 20% расчетного значения.

Получается, требуется led-driver на 9 Вт, 15 В и 0,5 А. Место размещения драйвера имеет большое влияние на его внешний вид. Устройство может быть с защитным корпусом и без. Последний ставят внутрь ламп с надежной оболочкой. Если же требуется хорошая влаго- и пылестойкость, то лучше приобретать модели первого типа.

При сборке схемы с лэд-драйвером своими руками для подсветки необходимо покупать только однотипные светодиоды из одной партии. В противном случае они могут иметь существенный разброс характеристик, что приведет к неравномерному их свечению и быстрому выходу из строя элементов, работающих на пределе.

Светодиодные драйверы. Мой путь. — DRIVE2

Пошел второй год, как я начал мастерить, что-либо из светодиодов. Сегодня я хочу рассказать свой путь освоения стабилизаторов тока для питания светодиодов. Здесь не будет ничего разжевываться, только обмен опытом и мои мысли по данной теме. Многое из того, что я здесь опишу, применялось для переделок освещения багажника и салона моей машины. Первое, что было освоено, это, разумеется, линейный стабилизатор тока на всеми любимой и широко распространенной микрухе LM-317. Как и многие микрухи, она доступна в огромном количестве разнообразных корпусов. Кроме основного её корпуса TO-220, во многих случаях удобнее применять более компактные корпуса – SOT-223 и SOIC-8, что я и делаю.

Стаб. для задних плафонов освещения салона. LM-317 в корпусе SOIC-8.

«На скорую руку», использовался как временный вариант питания плафона багажника. LM317 в корпусе SOT-223 и пара SMD резисторов для набора нужного сопротивления и мощности. Ток около 330мА. Плата из фольгированного алюминия одновременно играет роль радиатора. Т.к. драйвер просто валялся под обшивкой потолка, для изоляции залил его лаком для ногтей.

Что нравится в LM-317. Экстремально дешево и просто. Что не нравится – большое падение напряжения «вход-выход», особенно с учетом потери 1,25В на токовом резисторе. В результате, в бортовой сети авто для питания цепочек из трех белых СИД, при заглушенном двигателе светильник даже может не выйти на рабочий ток. И его уж точно будет колбасить во время заводки двигателя. Посему вопрос, может ли кто подсказать линейные стабилизаторы с малым падением напряжения и/или опорным напряжением менее 1,25В? Есть хорошие специализированные микрухи от мною любимых ON semiconductor, например NSI45020A. Это микруха с двумя выводами в корпусе SOD-123 (по сути, это размер SMD3528), она не требует никакого обвеса, дает стабильный ток 20мА и может держать на себе до 45В. При этом минимальное падение напряжения на ней 1,8В, что уже приятнее, чем у LM317. В этой линейке есть аналогичные микрухи на 25 и 30мА. Разумеется, их можно параллелить, набирая нужный ток. Они совершенны, но их, к сожалению, трудно достать, особенно по разумной цене (менее 6-7р). На ибее их нет, у крупных продавцов компонентов при маленькой партии ценник на них не гуманный.Импульсные стабилизаторы. Первая микруха для построения DC-DC конверторов, которую я узнал, это LM2576. Типичная, явно устаревшая микруха, для построения Buck (понижающих или Step-down) или Boost (повышающих или Step-Up) конвертеров. Массивный TO корпус с 5 выводами. Имеет встроенный ключ на 3А, но и греется при этом не скромно. КПД у неё низкий, частота преобразования тоже. Опорное напряжение 1,25В вынуждает снижать номинал токового резистора и ставить доп. ОУ для усиления сигнала обратно

Как сделать драйвер для светодиодов своими руками

Собрать схему драйвера светодиодной лампы сможет любой начинающий мастер. Но для этого потребуется аккуратность и терпение. С первого раза стабилизирующее устройство может не получиться. Чтобы читателю было понятнее, как выполняется работа, предлагаем несколько простейших схем.

Как можно убедиться, ничего сложного в схемах драйверов для светодиодов от сети 220 В нет. Попробуем рассмотреть пошагово все этапы работ.

Пошаговая инструкция изготовления драйвера для светодиодов своими руками

Фото пример	Выполняемое действие
	Для работы нам понадобится обычный блок питания для телефона. С его помощью все выполняется быстро и просто.
	После разборки зарядного устройства в руках у нас уже практически полноценный драйвер для трех одноваттных светодиодов, однако его нужно немного доработать.
	Выпаиваем ограничительный резистор на 5 кОм, который находится возле выходного канала. Именно он не дает зарядному устройству подать слишком большое напряжение на сотовый телефон.
	Вместо ограничительного впаиваем подстроечный резистор, выставив на нем те же 5кОм. Впоследствии добавим напряжение до необходимого.
	На выходной канал припаивается 3 светодиода по 1 Вт каждый, соединенные последовательно, что в сумме даст нам 3 Вт.
	Находим входные контакты и отпаиваем от печатной платы. Они нам уже не нужны…
	…а на их место припаиваем сетевой шнур, по которому будет подаваться питание 220 В.
	При желании в разрыв можно поставить резистор на 1 Ом, выставить амперметром все показатели. В этом случае диапазон затухания светодиодов будет шире.
	После полной сборки проверяем работоспособность. Выходное напряжение 5 В, светодиоды пока не светятся.
	Поворачивая регулятор на резисторе видим, как LED-элементы начинают «разгораться».

Будьте внимательны. От такого преобразователя можно получить разряд не только в 220 В (от сетевого шнура), но и удар порядка 450 В, что довольно неприятно (проверено на себе).

Схемы драйверов для светодиодов

Многие производители выпускают для светодиодов микросхемы драйверов, позволяющие запитывать источники от пониженного напряжения. Все существующие драйверы делят на простые, выполненные на базе от 1-3 транзисторов и более сложные с использованием специальных микросхем с широтно-импульсной модуляцией.

Схема драйверов для светодиодов на 1W

Компания ON Semiconductor предлагает в качестве основы для драйверов широкий выбор микросхем. Они отличаются приемлемой стоимостью, отличной эффективностью преобразования, экономичностью и низким уровнем электромагнитных импульсов. Производителем представлен драйвер импульсного типа UC3845 с величиной тока на выходе до 1А. На такой микросхеме можно реализовать схему драйвера для светодиода 10W.

Электронные компоненты HV9910 (Supertex) являются популярной микросхемой для драйверов, благодаря простому схемному разрешению и невысокой цене. Она имеет встроенный регулятор напряжения и выводы для осуществления управления яркостью, а также вывод для программирования частоты переключений. Выходное значение тока составляет до 0,01А. На данной микросхеме возможно воплотить простой драйвер для светодиодов.

На базе микросхемы UCC28810 (пр-во компании Texas Instruments) можно создать схему драйвера для мощных светодиодов. В такой схеме LED-драйвера может создаваться выходное напряжение величиной 70-85В для светодиодных модулей, состоящих из 28 LED-источников током 3 А.

Схема подключения мощного светодиода

Компания Clare предлагает создание простого драйвера импульсного типа на основе микросхемы CPC 9909. Она включает контроллер преобразователя, размещенного в компактном корпусе. За счет встроенного стабилизатора напряжения допускается питание преобразователя от напряжения 8-550В. Микросхема CPC 9909 позволяет эксплуатировать драйвер в условиях широкого разброса температурных режимов от -50 до 80°С.