Драйверы для управления светодиодами с микрофоном и низковольтным питанием

Содержание

Драйверы для управления светодиодами с микрофоном и низковольтным питанием

В статье рассматриваются два акустических автомата, зажигающие линейку из 8 или 4 светодиодов по принципу нарастания яркости на время от 5 до 15 секунд. В качестве источника питания используется один гальванический элемент типоразмера LR14 или LR20 с начальным напряжением 1,5В.

Общие сведения. Первый вариант автомата, предлагаемый вниманию читателей, является, по сути, синтезом схемотехнических решений двух конструкций акустических светодиодных драйверов, рассмотренных в [1]. Основой конструкции является драйвер (конвертор) повышающего (boost-up) типа с низковольтным питанием. Как отмечено в технической документации [2], повышающий драйвер MAX756/MAX757 сохраняет работоспособность при снижении напряжения источника питания до 0,7 В при токе нагрузки не более 8 мА. При снижении питающего напряжения наблюдается зависимость максимального тока нагрузки от минимального напряжения запуска драйвера. Таким образом, при токе нагрузки всего 40 мА, минимальное напряжение источника питания для надёжного запуска драйвера должно быть не менее 1,2 В. Ещё больше снизить минимальное напряжение запуска стало возможным благодаря введению в устройства цифровых автоматов, зажигающих линейку светодиодов по принципу нарастания яркости от нуля до максимума. При этом стартовый ток нагрузки в момент запуска драйвера составляет всего десятки микроампер и определяется в основном токами утечки ИМС КМОП структуры. При использовании питающего элемента типа LR20, его энергоресурса достаточно для непрерывной работы автоматов в течение более шести месяцев. Работоспособность устройств сохраняется при снижении питающего напряжения до 1,1 В, которое при зажигании всей светодиодной линейки может уменьшаться до 0,9В.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая первого варианта устройства показана на рис. 1.

Автомат обеспечивает зажигание линейки из 8 светодиодов по принципу нарастания яркости (накопления «огня») при поступлении звуковой команды. По прошествии времени выдержки от 5 до 15 секунд происходит выключение светодиодной линейки по принципу убывания яркости (накопления «тени»). Повторное зажигание светодиодов возможно только после завершения выдержки и подачи новой голосовой команды.

  • фотодиодный усилитель на транзисторах VT1, VT2;
  • микрофонный усилитель на транзисторах VT3, VT4;
  • одновибратор на логических элементах DD1.2…DD1.4;
  • повышающий драйвер DA1;
  • таймер задержки на элементах C13, R21, DD2.4;
  • генератор прямоугольных импульсов на элементах DD2.2, DD2.3;
  • схему сброса в исходное состояние на элементах С14, R23, DD2.6;
  • регистр сдвига DD3;
  • линейку светодиодов HL1…HL8.

Фотодиод VD1 введён в схему устройства для повышения его экономичности и увеличения ресурса службы элемента питания, чтобы исключить зажигание светодиодов в светлое время суток, когда в подсветке нет необходимости.

В тёмное время суток или при затемнении фотодиода VD1, транзисторы VT1 и VT2 закрыты, поэтому на входе элемента DD1.1 поддерживается уровень лог.«0», а на его выходе — лог.«1». Микрофон M1 оказывается подключенным через резисторы R5 и R6 практически к напряжению источника питания. Конденсатор C2 необходим для уменьшения переходного процесса в микрофонном усилителе при переключении логического элемента DD1.1.

Звуковая команда (хлопок, разговор, звуки шагов) вызывает появление на выходе микрофона переменного напряжения амплитудой несколько милливольт, которое, усиливаясь до уровня амплитудой 400…500 мВ, приводит к запуску одновибратора. Благодаря триггерным свойствам элемента DD1.2 оказалась возможной подача на его вход медленно меняющегося напряжения с выхода микрофонного усилителя.

В результате, на выходе элемента DD1.4 формируется уровень лог.«1» на время, определяемое положением движка подстроечного резистора R14. При этом повышающий преобразователь активируется и начинает вырабатывать стабильное выходное напряжение 5В, которое подаётся на цифровой автомат, собранный на ИМС DD2 и DD3. Цифровой автомат обеспечивает последовательное зажигание светодиодов по принципу нарастания яркости. По прошествии времени выдержки линейка гаснет по принципу уменьшения яркости и только после этого становится возможным повторный запуск одновибратора и активация драйвера.

При появлении выходного напряжения драйвера (5В) через резистор R23 начинает заряжаться конденсатор C14. При этом на выходе логического элемента DD2.6 формируется короткий отрицательный импульс, который сбрасывает в исходное нулевое состояние все триггеры регистра DD3 и одновременно, инвертируясь элементом DD2.1 через диод VD3 и резистор R20 заряжает конденсатор C13. Напряжение уровня лог.«1», дважды инвертируясь элементами DD2.4 и DD2.5, поступает на информационные входы регистра «DR», «&» (выводы 1 и 2) и записывается во внутренние триггеры регистра DD3 с каждым положительным перепадом импульсов на его входе «С» (вывод 8). Генератор прямоугольных импульсов на элементах DD2.2, DD2.3 работает непрерывно при наличии питающего напряжения 5В.

После завершения обнуляющего импульса на выходе элемента DD2.6, конденсатор С13 медленно разряжается через резистор R21. Пока напряжение на входе элемента DD2.4 не достигнет порогового значения, по входам «DR», «&» (выводы 1 и 2) регистра DD3 будет продолжаться загрузка логических единиц. Светодиодная линейка последовательно включится и будет оставаться во включенном состоянии.

Когда конденсатор C13 разрядится до порогового значения напряжения элемента DD2.4, элементы DD2.4 и DD2.5 переключатся в противоположное состояние и уровень лог.«0» начнёт записываться во внутренние триггеры регистра DD3 с каждым положительным перепадом импульсов на его входе «С» (вывод 8). Светодиодная линейка последовательно погаснет и будет оставаться в выключенном состоянии до следующего перезапуска одновибратора и повышающего драйвера. Обязательным условием правильной работы устройства является небольшое превышение времени выдержки одновибратора по сравнению с постоянной времени цепи С13-R21. Если это условие не будет выполняться, то все светодиоды линейки будут выключаться одномоментно по окончании времени выдержки одновибратора и выключения повышающего драйвера. Рисунок печатной платы первого варианта устройства показан на рис. 2.

Схема электрическая принципиальная второго варианта устройства показана на рис. 3. В отличии от первого варианта, микрофонный усилитель питается выходным током элемента DD1.1, что позволило повысить экономичность автомата, а также в схему одновибратора добавлен германиевый диод для уменьшения времени возврата в исходное состояние. Других отличий в верхней части схемы нет, поэтому подробно рассматривать её не будем.

Остановимся более подробно на цифровом автомате, собранном на ИМС DD2…DD5.

В отличие от первого варианта устройства, здесь нарастание яркости происходит по принципу нарастающего «столба», когда очередной светодиод зажигается, погасает, затем зажигается вновь с одновременным зажиганием следующего светодиода. Затем погасает второй светодиод, вновь зажигается с одновременным зажиганием третьего светодиода и так далее до полного зажигания всей линейки из четырёх светодиодов. После этого линейка выключается, и цикл последовательного включения светодиодов повторяется.

Работает цифровой автомат (рис. 3) следующим образом. При активации драйвера голосовой командой и появлении питающего напряжения 5В, срабатывает интегрирующая цепочка R16C11, формирующая короткий отрицательный импульс, который, инвертируясь логическим элементом DD2.4, обнуляет счётчик DD3 и устанавливает триггеры в составе DD4 в исходное единичное состояние. При этом все светодиоды выключены.

После завершения обнуляющего импульса, на выходе «0» (вывод 3) счётчика DD3 появляется уровень лог.«1», который обнуляет первый триггер в составе ИМС DD4. Теперь на входы элемента DD5.1 приходят два уровня лог.«0», которые вызывают появление на его выходе уровня лог.«1» и зажигание светодиода HL1.

Первый же отрицательный перепад счётного импульса вызовет увеличение состояния счётчика DD3 на единицу и появление уровня лог.«1» уже на втором его выходе «1» (вывод 2). Теперь этот уровень лог.«1», поступая на нижний по схеме вход элемента DD5.1, приводит к выключению светодиода HL1. Следующий счётный импульс увеличивает состояние счётчика DD3 ещё на единицу и «смещает» логическую единицу с выхода «1» (вывод 2) на выход «2» (вывод 4). Теперь в нулевое состояние сбрасывается второй триггер ИМС DD4 и зажигаются уже два светодиода HL1 и HL2.

Далее, согласно логике работы цифрового автомата, выключается HL2, затем зажигаются HL2 и HL3, при этом HL1 остаётся включенным. Затем выключается HL3, потом включаются HL3 и HL4, при этом HL2 остаётся включенным. После зажигания всей линейки, светодиоды остаются включёнными до момента формирования обнуляющего импульса на выходе «9» (вывод 11) счётчика DD3. Далее цикл зажигания полностью повторяется. Так происходит до момента завершения выдержки одновибратора и деактивации повышающего драйвера. Теперь автомат готов к приёму новой звуковой команды. Рисунок печатной платы показан на рис. 4.

Конструкция и детали. Автоматы собраны на печатных платах из одностороннего (первый вариант, рис. 2) и двустороннего (второй вариант, рис. 4) фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 50×110 мм (первый вариант) и размерами 50×120 мм (второй вариант). В устройствах применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, подстроечные — типа СП3-38б в горизонтальном исполнении. Конденсаторы неполярные типа К10-17 и оксидные типа К50-35 или импортные. Микрофон использован типа CZN-15E (применяется в телефонии), фотодиод — ФД263. Транзисторы VT1, VT3 и VT4 (рис. 1, рис. 3) должны быть обязательно из серии КТ3102 с индексами «ГМ», «ЕМ» или импортные BC547C, BC549C; VT2— КТ3107 с любым индексом или BC557, диод VD3 (на рис. 1) — кремниевый маломощный из серий КД521, КД522; диод VD3 (на рис. 3) — обязательно германиевый типа Д2, Д9 или аналогичный; диод VD2 в схеме повышающего драйвера 1N5817 — обязательно Шоттки средней мощности. Все цифровые ИМС серии К561 (CD4000AN) заменимы на К1561 (CD4000BN), а ИМС 74AC132N также заменима на 74LV132N или 74LVC132N. Два последние варианта даже более предпочтительны, так как данные ИМС оптимизированы для работы при пониженном питающем напряжении. ИМС КР1554ИР8 в первом варианте устройства (рис. 1) можно заменить на 74AC164N, а ИМС КР1554ЛЕ1 во втором варианте устройства (рис. 3) можно заменить на 74AC02N. Замена для MAX757 — на MAX756, и, наоборот, с учётом коррекции схемы включения. Дроссель L1 выполнен на ферритовом кольце типоразмера К10х4х5 из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50. Он содержит 10 витков провода ПЭВ-1,0, уложенных виток к витку. Такие дроссели широко используются во всевозможных импульсных блоках питания и на материнских платах компьютеров.

Читайте также:  Простой регулятор скорости вращения электродвигателя

Настройка автоматов заключается в установке времени выдержки одновибратора резистором R14 (рис. 1) и R13 (рис. 3), постоянной времени задержки свечения светодиодной линейки — R21 (рис. 1), а также чувствительности микрофонного усилителя — R9 (рис. 1) и скорости заполнения светодиодной линейки — R19 (рис. 1) и R15 (рис. 3), подстройкой частоты задающего генератора. Точную подстройку коэффициента усиления микрофонного усилителя в первом варианте устройства можно производить с помощью подстроечного резистора R9, а грубую — с помощью резисторов R7 и R10 (рис. 1) и R7 и R9 (рис. 3) в сторону увеличения их сопротивлений. Коэффициент усиления при этом возрастёт.

Отзывы и вопросы по усовершенствованию данного устройства читатели могут направлять в комментарии или через личные сообщения на сайте.

Ghostgkd777 › Блог › ШИМ, драйверы, светодиоды

Ух давненько ничего не публиковал. Не потому что нечего, а вопреки.

Приветствую всех гостей и подписчиков, предлагаю разобраться наконец в вопросе как-же у нас регулируется яркость светодиодов, что такое ШИМ и как это все работает с импульсными драйверами светодиодов.
Материал ориентирован скорее на начинающих и тех, у кого познания в электронике нулевые, а руки чешутся сделать тюнинг на свою любимую машинку, но будет полезен и искушенным.

Давайте разбираться, как-же мы можем регулировать яркость светодиодов? Тут варианта два:
1) линейная регулировка тока (напряжения)
2) ШИМ регулирование

Первый вариант — это всем известная схема включения с одним резистором и одним светодиодом.

Тут все просто: при использовании одного какого-то типа светодиодов, яркость зависит лишь от тока, протекающего по нему, который, в свою очередь, зависит от питающего напряжения и сопротивления ограничительного резистора.
Не сочтите за рекламу, а токмо чтобы вопросов было поменьше: калькулятор расчета резистора для светодиодов
Частным случаем является использование драйверов, как линейных, так и импульсных. Это стабилизаторы тока При любом допустимом изменении питающего напряжения и температурного дрейфа параметров кристалла светодиода они призваны обеспечить стабильный ток питания светодиода, что безусловно благоприятно на нем сказывается. Вообще питание светодиода драйверами (стабилизаторами тока) является единственно верным решением. Регулируя ток светодиода регулируем и его яркость. Но к ним мы вернемся чуть позже.

С ШИМ уже не все так очевидно.
Чтож это за зверь? Кто еще не в курсе — это широтно импульсная модуляция. Сигнал ШИМ позволяет регулировать параметры объекта, на который он воздействует. В нашем случае при питании светодиода ШИМ сигналом мы имеем возможность регулировки его яркости.
Как? Очень просто. ШИМ сигнал — это чередование импульсов и пауз. То есть на светодиод то приходит напряжение, то нет. Если импульсы будут повторяться с довольно высокой частотой (от 24 импульсов в секунду), благодаря инерционности зрения мы не будем видеть пауз в свечении светодиода. И яркость его свечения будет определяться продолжительностью свечения или длительностью импульса питания по отношению к паузе. Если поделить время работы на время периода (длительность работы + длительность паузы) получим относительную величину, показывающую какой процент мощности от максимума подано на светодиод. И называется она скважность.

На иллюстрации видим желтый сигнал ШИМ, питающий светодиод. Синий график — эквивалентная мощность в нагрузке (светодиоде). Всё, что такое ШИМ разобрались. Едем дальше.

ШИМ сигналом можно питать светодиод равно как и без него. То есть по схеме со стабилизатором тока или с токоограничивающим резистором. Не считая отдельных исключений с импульсными драйверами, все эти методы позволят в сочетании с ШИМ получить желанную возможность выкрутить яркость светодиода от нуля до максимума.
И если с линейными регуляторами все более менее ясно — подключай резистор со светодиодом на ШИМ и будет тебе счастье, то с импульсными стабилизаторами не все так гладко.

Сабж, ставший первопричиной появления этого поста и ролика на youtube.
Имеем пользующиеся народной любовью импульсные драйвера светодиодов с Алиэкспресс, светодиоды оттуда-же, плату контроллера динамических поворотников, все это собираем в кучу и радуемся. Или нет?

А вот тут все будет зависеть от того что за драйвера и светодиоды и насколько сэкономил на надежности ваш продавец плат динамических поворотников. Грубо говоря, цепляете вы ваши светодиоды к драйверам, их к платам контроллеров, запускаете и ладно если еще не установили все в фару и на автомобиль, а тестируете “на коленке”. С неприятностью обнаруживаете что ваш контроллер динамических поворотников разогрелся как из ада и возможно даже испустил дух со спецэффектами, которые вы не оплачивали. Обидно однако.

В чем-же дело? автор плат уверяет, что все платы прошли контроль и на 100% исправны, мощность светодиодов не превышает заложенный в девайс потенциал, но на выходе имеем то что имеем. Китайцы виноваты или автор плат? Или сам где-то напорол?
Нет. Никто не виноват, да, бывает и так. Просто максимальная нагрузка для плат и комбинация импульсных драйверов с мощными светодиодами оказались несогласованными одно с другим.

Виной тут схемотехника самих драйверов. Все за редким исключением они имеют довольно емкий выходной конденсатор (а некоторые и входной), который начинает заряжаться при подаче на драйвер напряжения т.е. при появлении импульса ШИМ. Как известно (но не всем, разумеется) из курса физики, разряженный конденсатор при подаче на него напряжения является практически полным коротким замыканием в цепи. И по мере принятия заряда его сопротивление и напряжение на нем растут, а ток в цепи напротив — уменьшается.
Рассмотрим этот процесс подробнее.

Поворотник отключен, контроллер не дает на выход ШИМ сигнал. Конденсатор драйвера разряжен, светодиод не светится.

Включили поворотник, контроллер выдал ШИМ на драйвер, пусть 50% скважность. Вот тут мы и получили мощный бросок тока, заряжающего конденсатор и питающего светодиод. Как там транзисторы контроллера? выжили, ну ничего, это был лишь первый импульс…

Далее конденсатор зарядился и ток питания драйвера, он-же ток нагрузки контроллера динамических поворотов, нормализовался до адекватных рабочих значений.

Но вот приходит через паузы ШИМ. Светодиод продолжает гореть за счет подпитки от конденсатора. По этой-же самой причине может иметь место отсутствие регулировки яркости светодиодов при больших значениях скважности ШИМ из-за большой емкости конденсатора, малой мощности светодиода, слишком высокой частоте ШИМ (короткие паузы между импульсами).

Далее приходит новый импульс и процесс повторяется. Но тут есть вариант, что конденсатор не успеет разрядиться полностью и ток его зарядки будет ниже.

Резюмируем. Установленные в импульсных драйверах конденсаторы при заряде дают весьма не хилый бросок тока в цепи ШИМ сигнала, что может привести к весьма печальным последствиям.

Надеюсь, доступно на пальцах объяснил причины возможного выхода из строя управляющих контроллеров при регулировке яркости светодиодов, запитанных через импульсные драйвера.

Теорию подтвердил практикой с совершенно конкретными устройствами, живущими долго и счастливо уже много у кого.

Драйверы для управления светодиодами с микрофоном и низковольтным питанием

Управление светодиодами (драйвера)

  • Главная /
  • Микросхемы /
  • Управление светодиодами (драйвера)

Изображение
Наименование
Наличие
цена (с НДС)

Драйверы LED индикаторов серии MBI502616-и канальный светодиодный драйвер с шиной управления

Микросхема HV9921N8-GSOT-89
Под заказ

Микросхема MBI6661GSD (TO-252-5L) (T/R)TO-252 (DPAK, KT-89)
Под заказ
Цена (с НДС):1,70$/шт

Микросхема MBI6651GSD (TO-252-5L) (T/R)TO-252 (DPAK, KT-89) 1 ch;
6 шт
Цена (с НДС):0,64$/шт

Микросхема MBI6030GP (SSOP16-150-0.64) (T/R)SOP-16 3 RGB ch;управление ШИМ
1000 шт

Микросхема MBI1011CST (SOT28)SOT-28
19 шт
Цена (с НДС):0,52$/шт

Микросхема MBI1009CP (SSOP16-150-0.64)SOP-16
169 шт

Микросхема MBI1008 (SOT26)SOT-26
561 шт
Цена (с НДС):0,35$/шт

Микросхема MBI5171GNDIP-16
Под заказ

Микросхема MBI5169GD (SOP16-150-1.27) (T/R)SOP-16 8 ch;
Под заказ

MBI5170GD (SOP16-150-1.27) (T/R)SOP-16
Под заказ

Микросхема MBI1801GSD (TO-265)TO-265 1 ch;
Под заказ

Микросхема UBA3070T/N1.118SO-8
Под заказ

Драйвер светодиода NSIC2030JBT3GDO-214AA(SMB)
Под заказ

Драйвер светодиода AL5809-30P1-7
Под заказ

BCR402UE6327HTSA1SOT-26
Под заказ
Цена (с НДС):0,18$/шт

Драйвер светодиодов AL5809-150P1-7SOD-123
Под заказ

Драйвер светодиода LM3406MH/NOPBTSSOP-14
Под заказ

Драйвер ADM202EARNZ-REELSOIC-16
Под заказ
Цена (с НДС):0,79$/шт

Микросхема HV9923N8-GSOT-89
Под заказ

Микросхема HV9922N8-GSOT-89
Под заказ

Микросхема MBI5169CD (SOP16-150-1.27) (T/R)SOP-16 8 ch;
Под заказ
Цена (с НДС):1,18$/шт

Микросхема MBI5168GNDIP-24 8 ch;
1644 шт
Цена (с НДС):0,27$/шт

Микросхема MBI5168GDW (SOP16-300-1.27) (T/R)SOP-16 8 ch;
4500 шт
Цена (с НДС):0,44$/шт

Микросхема MBI1008 SMDSOT-23-6
975 шт
Цена (с НДС):0,32$/шт

Микросхема MBI6030GP (SSOP16-150-0.64)SOP-16 3 RGB ch;управление ШИМ
2330 шт
Цена (с НДС):1,07$/шт

Микросхема MBI6903GDSOP-8
43 шт
Цена (с НДС):1,00$/шт

Микросхема MBI6902GMSSOP-8
Под заказ

Микросхема MBI5168GD (T/R)SOP-16 8 ch;
171 шт
Цена (с НДС):0,80$/шт

Микросхема MBI5039GF (T/R)SOP-24
4894 шт
Цена (с НДС):0,54$/шт

Схемы драйверов светодиодов на PT4115, QX5241 и др. микросхемах с регулятором яркости для диммируемых светодиодных светильников

  • Драйверы на микросхемах:- PT4115 (6-30V, 1.2A, 30W, аналог CL6808)- CL6708 (6-35V, 1A, 35W)- SN3350 (6-40V, 0.7A, 28W)- ZXLD1350 (7-30V, 0.35A, 10W)- QX5241 (5.5-36V, 2.5A, 40W)- AL9910 (15-500V, 40W и более)

В предыдущей статье мы рассказали как сделать драйвер для светодиодов своими руками, используя транзисторы и распространенные микросхемы-стабилизаторы напряжения. Сегодня же речь пойдет о схемах драйверов на специализированных микросхемах.

Начнем с самой популярной на сегодняшний день микросхемы драйвера светодиодов РТ4115.

PT4115

Просто поразительно, как это никому не известному китайскому производителю PowTech удалось создать настолько успешную микросхему драйвера светодиодов, вместив в компактном корпусе несколько блоков управления с мощным полевым транзистором на выходе!

Микросхема требует минимального обвеса и позволяет конструировать светодиодные светильники мощностью более 30 Вт с высоким КПД и возможностью плавной регулировки яркости.

Полным аналогом РТ4115 является микросхема СL6808 от компании Chiplink Semiconductor. Микросхемы имеют идентичные характеристики и полностью взаимозаменяемы. Поэтому все, что сказано ниже о PT4115, в равной степени относится и к СL6808.

Согласно официальной документации, LED-драйвер с функцией диммирования на основе PT4115 обладает следующими техническими характеристиками:

  • диапазон рабочего входного напряжения: 6–30В;
  • регулируемый выходной ток до 1,2А;
  • погрешность стабилизации выходного тока – не более 5%;
  • имеется защита от обрыва нагрузки и перегрева;
  • имеется вывод DIM для регулировки яркости и включения/выключения;
  • частота переключения до 1 МГЦ;
  • КПД до 97% (максимум, чего я добился – 90%);
  • производится в двух вариантах корпуса – SOT89-5 и ESOP8 (последний более эффективен, с точки зрения рассеивания мощности);
  • единственный прецизионный элемент обвязки – маломощный токозадающий резистор (погрешность сопротивления 1A
    27-47 мкГн
    В 1.3-1.5 раза больше тока светодиода

Что такое драйвер и для чего он нужен светодиодам

Сейчас уже можно разделить светодиоды на два основных подтипа: индикаторные и осветительные. Осветительные светодиоды – относительно новые элементы светотехники. Первые модели применялись как индикаторы еще лет 30 назад. Но прогресс на месте не стоит. Инженерам удалось получить большую яркость при минимальном размере и потребляемом токе в сравнение с лампами. Кроме того, светодиоды имеют намного большую механическую прочность. Как лампочку их уже не разобьешь.

Светодиодная осветительная продукция серьезно потеснила практически все другие источники света. Светодиоды могут обеспечить освещение не хуже лампового. А их энергоэффективность намного выше. Обычно источники света на основе светодиодов окупаются в течение года. Сейчас их можно встретить в качестве домашнего освещения, уличных фонарей. Они устанавливаются в световое оборудование автомобилей. Даже в мониторах и телевизорах они заменили лампы подсветки .

Назначение.

Светодиод весьма чувствителен к качеству электропитания. Если пониженное напряжение ему не сделает ничего плохого, то повышенные напряжения и токи очень быстро снижают ресурс этих перспективных источников света. Многие видели, наверное, как на автомобилях хаотично моргают огни. Этот светодиод уже отслужил.

Для обеспечения стабильного электропитания (поддержания заданного напряжения и тока) необходима дополнительная электронная схема – блок питания или драйвер питания. Часто его называют led driver.

Принцип работы.

Электронная схема должна обеспечить строго стабилизированные напряжение и ток, подводимые к кристаллу. Небольшое превышение в цепи питания существенно снижает ресурс светоизлучателя.

В простейшем и самом дешевом случае просто ставят ограничительный резистор.

Питание диода через ограничивающий резистор.

Это простейшая линейная схема. Она не способна автоматически поддерживать ток. С ростом напряжения, он будет расти, при превышение допустимого значения произойдет разрушение кристалла от перегрева. В более сложном случае управление реализуется через транзистор. Недостаток линейной схемы – бесполезное рассеивание мощности. С ростом напряжения будут расти и потери. Если для маломощных LED-источников света такой подход еще допустим, то при использовании мощных светоизлучающих диодов такие схемы не используются. Из плюсов только простота реализации, низкая себестоимость, достаточная надежность схемы.

Можно применить импульсную стабилизацию. В простейшем случае схема будет выглядеть так:

Пример.Импульсная стабилизация (упрощенно)

При нажатии на кнопку происходит заряд конденсатора, при отпускании, он отдает накопленную энергию полупроводнику, а тот излучает свет. При росте напряжения время на зарядку сокращается, при падении – увеличивается. Вот так на кнопку и надо нажимать, поддерживая свечение. Естественно, сейчас это все делает электроника. В источниках питания роль кнопки выполняет транзистор, либо тиристор. Это – принцип ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Замыкание происходит десятки, а то и тысячи раз в секунду. КПД ШИМ может достигать 95%.

Категорически не стоит путать светодиодный драйвер и ПРА для люминесцентных ламп, у них разные принципы работы.

Характеристики драйверов, их отличия от блоков питания LED ленты.

Если сравнивать драйвер и блок питания, то у них есть различия в работе. Драйвер – это источник тока. Его задача поддерживать именно определенную силу тока через кристалл или светодиодную линейку.

Задача стабилизированного блока питания в выдаче именно стабильного напряжения. Хотя блок питания – понятие обобщенное.

Источник напряжения применяется в основном со светодиодной лентой, где диоды включены в параллель. Соответственно через них должен проходить равный ток, при неизменном напряжении. При использовании одного светодиода важно обеспечить определенную силу тока через него. Отличия есть, но оба выполняют одну и туже задачу – обеспечение стабильного питания.

Для подключения светодиодной ленты необходимы, как правило, блоки питания, выдающие 12, либо 24 В. Второй параметр – это мощность. Блок питания должен выдавать мощность не равную, а несколько большую, чем мощность подключаемой светодиодной линейки. В противном случае, яркость свечения будет недостаточна. Обычно запас по мощности рекомендуется в пределах 20-30 процентов от суммарной мощности.

При выборе драйвера нужно учесть:

Кроме того, существуют и регулируемые источники питания. Их задача – регулировка яркости освещения. Но различаются принципы – регулировка напряжения, либо силы тока.

Для подключения led-линейки потребуется большая сила тока при неизменном напряжении.

Суммарная мощность будет рассчитываться по формуле P = P(led) × n, где Р – мощность, Р(led) – мощность единичного диода в линейке, n – их количество.

Сила тока через линейку будет рассчитываться по аналогичной формуле.

Если есть желание самостоятельно изготовить источник питания для светодиодов, то самый простой вариант – импульсный без гальванической развязки.

Схема простого led-драйвера без гальванической развязки.

Схема проста и надежна. Делитель основан на емкостном сопротивлении. Выпрямление производится при помощи диодного моста. Электролитический конденсатор (перед L7812) сглаживает пульсации после выпрямления. Конденсатор после L7812 сглаживает пульсации на светодиодах. На работу схемы он не влияет. L7812 – собственно сам стабилизатор. Это импортный аналог советских микросхем серии КРЕНхх. Та же самая схема включения. Характеристики несколько улучшены. Однако предельный ток составляет не более 1.2А. Это не позволит создать мощный светильник. Существуют неплохие варианты готовых источников питания.

Как выбрать драйвер для светодиодов.

От выбора драйвера зависит срок службы светодиодов. При этом светодиод достигает своих номинальных характеристик, так как получает необходимую ему мощность.

В зависимости от степени защиты драйвер можно применять либо дома, либо на улице. Внешне драйвер может быть открытым, в корпусе из перфорированного металла, либо – закрытый, размешенный в герметичной металлической коробке. Для дома достаточно негерметизированного пластикового корпуса, в котором расположен электронный блок.

Сразу стоит учесть, что ограничивающий резистор – это не самый лучший вариант. Он не избавит ни от скачков питающей сети, ни от импульсных помех. Любое изменение напряжения приведет в скачку тока. Линейные стабилизаторы также не являются достойным средством запитки светоизлучающих диодов. Его способности ограничиваются низкой эффективностью.

Выбор драйвера производится только после того, как известна суммарная мощность, схема подключения и количество светодиодов.

Сейчас много подделок и одни и те же по типоразмерам диоды могут обеспечивать разные мощности. Лучше использовать только известные марки электротехнической продукции.

На корпусе драйвера для подключения светодиодов, всегда размещена спецификация. Она включает:

  • класс защищенности от пыли и жидкости,
  • мощность,
  • номинальный стабилизированный ток,
  • рабочее входное напряжение,
  • диапазон выходного напряжения.

Достаточно популярны бескорпусные led-драйверы. Плату потребуется разместить в корпусе. Это необходимо для безопасного использования. Платы больше подходят для радиолюбителей-энтузиастов. У них входное напряжение может быть либо 12 В, либо 220 В.

Также стоит продумать о размещении драйвера. Температура и влажность влияют на надежность системы освещения.

Драйверы для светодиодов: виды, назначение, подключение

LED-источники должны подключаться к электросети через специальные устройства, стабилизирующие ток – драйверы для светодиодов. Это преобразователи напряжения переменного тока 220 В в постоянный ток с необходимыми для работы световых диодов параметрами. Только при их наличии можно гарантировать стабильную работу, длительный срок эксплуатации LED-источников, заявленную яркость, защиту от короткого замыкания и перегрева. Выбор драйверов небольшой, поэтому лучше сначала приобрести преобразователь, а потом под него подбирать светодиодные источники освещения. Собрать устройство можно самостоятельно по простой схеме. О том, что такое драйвер для светодиода, какой купить и как правильно его использовать, читайте в нашем обзоре.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светодиоды – это полупроводниковые элементы. За яркость их свечения отвечает ток, а не напряжение. Чтобы они работали, нужен стабильный ток, определенного значения. При p-n переходе падает напряжение на одинаковое количество вольт для каждого элемента. Обеспечить оптимальную работу LED-источников с учетом этих параметров – задача драйвера.

Какая именно нужна мощность и насколько падает напряжение при p-n переходе, должно быть указано в паспортных данных светодиодного прибора. Диапазон параметров преобразователя должен вписываться в эти значения.

По сути, драйвер – это блок питания. Но основной выходной параметр этого устройства – стабилизированный ток. Их производят по принципу ШИМ-преобразования с использованием специальных микросхем или на базе из транзисторов. Последние называют простыми.

Преобразователь питается от обычной сети, на выходе выдает напряжение заданного диапазона, которое указывается в виде двух чисел: минимального и максимального значения. Обычно от 3 В до нескольких десятков. Например, с помощью преобразователя с напряжением на выходе 9÷21 В и мощностью 780 мА можно обеспечить работу 3÷6 светодиодных элементов, каждый из которых создает падение в сети на 3 В.

Таким образом, драйвер – это устройство, преобразующее ток из сети 220 В под заданные параметры осветительного прибора, обеспечивающее его нормальную работу и долгий срок эксплуатации.

Внешний вид LED-драйвера

Где применяют

Спрос на преобразователи растет вместе с популярностью светодиодов. LED-источники освещения – это экономичные, мощные и компактные приборы. Их применяют в разнообразных целях:

  • для фонарей уличного освещения;
  • в быту;
  • для обустройства подсветки;
  • в автомобильных и велосипедных фарах;
  • в небольших фонарях;

При подключении в сеть 220 В всегда нужен драйвер, в случае использования постоянного напряжения допустимо обойтись резистором.

Светодиодные уличные фонари – мощные и экономичные

Как работает устройство

Принцип работы LED-драйверов для светодиодов заключается в поддержании заданного тока на выходе, независимо от изменения напряжения. Ток, проходящий через сопротивления внутри прибора, стабилизируется и приобретает нужную частоту. Затем проходит через выпрямляющий диодный мост. На выходе получаем стабильный прямой ток, достаточный для работы определенного количества светодиодов.

Основные характеристики драйверов

Ключевые параметры приборов для преобразования тока, на которые нужно опираться при выборе:

  1. Номинальная мощность устройства. Она указана в диапазоне. Максимальное значение обязательно должно быть немного больше, чем потребляемая мощность, подключаемого осветительного прибора.
  2. Напряжение на выходе. Значение должно быть больше или равно общей сумме падения напряжения на каждом элементе схемы.
  3. Номинальный ток. Должен соответствовать мощности прибора, чтобы обеспечивать достаточную яркость.

В зависимости от этих характеристик, определяют какие LED-источники можно подключить при помощи конкретного драйвера.

Вся важная информация есть на корпусе устройства

Виды преобразователей тока по типу устройства

Производятся драйверы двух типов: линейные и импульсные. У них одна функция, но сфера применения, технические особенности и стоимость различаются. Сравнение преобразователей разных типов представлено в таблице:

Тип устройства Технические характеристики Плюсы Минусы Сфера применения
Генератор тока на транзисторе с p-каналом, плавно стабилизирует ток при переменном напряженииНе создает помех, недорогойКПД менее 80%, сильно нагреваетсяМаломощные светодиодные светильники, ленты, фонарики
Работает на основе широтно-импульсной модуляцииВысокий КПД (до 95%), подходит для мощных приборов, продлевает срок службы элементовСоздает электромагнитные помехиТюнинг автомобилей, уличное освещение, бытовые LED-источники

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.

Параметр От чего зависит Как рассчитать
Расчет мощности устройстваОпределяется мощностью всех подключаемых светодиодовРассчитывается по формуле P = P LED-источника × n, где P – это мощность драйвера; P LED-источника – мощность одного подключаемого элемента; n – количество элементов. Для запаса мощности 30% нужно P умножить на 1,3. Полученное значение – это максимальная мощность драйвера, необходимая для подключения осветительного прибора
Расчет напряжения на выходеОпределяется падением напряжения на каждом элементеВеличина зависит от цвета свечения элементов, она указывается на самом устройстве или на упаковке. Например, к драйверу 12 В можно подключить 9 зеленых или 16 красных светодиодов.
Расчет токаЗависит от мощности и яркости светодиодовОпределяется параметрами, подключаемого устройства

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.

Важно! На упаковке с устройством должны быть указаны его основные параметры и производитель.

Способы подключения преобразователей тока

Светодиоды можно подключить к устройству двумя способами: параллельно (несколькими цепочками с одинаковым количеством элементов) и последовательно (один за одним в одной цепи).

Для соединения 6 элементов, падение напряжения которых составляет 2 В, параллельно в две линии понадобится драйвер 6 В на 600 мА. А при подключении последовательно преобразователь должен быть рассчитан на 12 В и 300 мА.

Последовательное подключение лучше тем, что все светодиоды будут светиться одинаково, тогда как при параллельном соединении яркость линий может различаться. При последовательном соединении большого количества элементов потребуется драйвер с большим выходным напряжением.

Способы соединения светодиодов

Диммируемые преобразователи тока для светодиодов

Диммирование – это регулирование интенсивности света, исходящего от осветительного прибора. Диммируемые драйверы для светодиодных светильников позволяют изменять входные и выходные параметры тока. За счет этого увеличивается или уменьшается яркость свечения светодиодов. При использовании регулирования, возможно изменение цвета свечения. Если мощность меньше, то белые элементы могут стать желтыми, если больше, то синими.

Диммирование светодиодов при помощи пульта ДУ

Китайские драйверы: стоит ли экономить

Драйверы выпускаются в Китае в огромном количестве. Они отличаются низкой стоимостью, поэтому довольно востребованы. Имеют гальваническую развязку. Их технические параметры нередко завышены, поэтому при покупке дешевого устройства стоит это учесть.

Чаще всего это импульсные преобразователи, с мощностью 350÷700 мА. Далеко не всегда они имеют корпус, что даже удобно, если прибор приобретается с целью экспериментирования или обучения.

Недостатки китайской продукции:

  • в качестве основы используются простые и дешевые микросхемы;
  • устройства не имеют защиты от колебаний в сети и перегрева;
  • создают радиопомехи;
  • создают на выходе высокоуровневую пульсацию;
  • служат недолго и не имеют гарантии.

Не все китайские драйверы плохие, выпускаются и более надежные устройства, например, на базе PT4115. Их можно применять для подключения бытовых LED-источников, фонариков, лент.

Срок службы драйверов

Срок эксплуатации лед драйвера для светодиодных светильников зависит от внешних условий и изначального качества устройства. Ориентировочный срок исправной службы драйвера от 20 до 100 тыс. часов.

Повлиять на срок службы могут такие факторы:

  • перепады температурного режима;
  • высокая влажность;
  • скачки напряжения;
  • неполная загруженность устройства (если драйвер рассчитан на 100 Вт, а использует 50 Вт, напряжение возвращается обратно, от чего возникает перегрузка).

Известные производители дают гарантию на драйверы, в среднем на 30 тыс. часов. Но если устройство использовалось неправильно, то ответственность несет покупатель. Если LED-источник не включается или перестал работать, возможно, проблема в преобразователе, неправильном соединении, или неисправности самого осветительного прибора.

Как проверить драйвер для светодиодов на работоспособность смотрите в видео ниже:

Как правильно подобрать драйвер для светодиодов

Лидирующую позицию среди наиболее эффективных источников искусственного света занимают сегодня светодиоды. Это во многом является заслугой качественных источников питания для них. При работе совместно с правильно подобранным драйвером, светодиод длительно сохранит устойчивую яркость света, а срок службы светодиода окажется очень-очень долгим, измеряемым десятками тысяч часов.

Таким образом, правильно подобранный драйвер для светодиодов — залог долгой и надежной работы источника света. И в этой статье мы постараемся раскрыть тему того, как правильно выбрать драйвер для светодиода, на что обратить внимание, и какие вообще они бывают.

Драйвером для светодиодов называют стабилизированный источник питания постоянного напряжения или постоянного тока. Вообще, изначально, светодиодный драйвер — это источник стабильного тока, но сегодня даже источники постоянного напряжения для светодиодов называют светодиодными драйверами. То есть можно сказать, что главное условие — это стабильные характеристики питания постоянным током.

Электронное устройство (по сути — стабилизированный импульсный преобразователь) подбирается под необходимую нагрузку, будь то набор отдельных светодиодов, собранных в последовательную цепочку, или параллельный набор таких цепочек, либо может быть лента или вообще один мощный светодиод.

Стабилизированный источник питания постоянного напряжения хорошо подойдет для питания светодиодных лент, LED-линеек, или для запитки набора из нескольких мощных светодиодов, соединенных по одному параллельно, — то есть когда номинальное напряжение светодиодной нагрузки точно известно, и достаточно только подобрать блок питания на номинальное напряжение при соответствующей максимальной мощности.

Обычно это не вызывает проблем, например: 10 светодиодов на напряжение 12 вольт, по 10 ватт каждый, – потребуют 100 ваттный блок питания на 12 вольт, рассчитанный на максимальный ток в 8,3 ампера. Останется подрегулировать напряжение на выходе при помощи регулировочного резистора сбоку, – и готово.

Для более сложных светодиодных сборок, особенно когда соединяется несколько светодиодов последовательно, необходим не просто блок питания со стабилизированным выходным напряжением, а полноценный светодиодный драйвер — электронное устройство со стабилизированным выходным током. Здесь ток является главным параметром, а напряжение питания светодиодной сборки может автоматически варьироваться в определенных пределах.

Для ровного свечения светодиодной сборки, необходимо обеспечить номинальный ток через все кристаллы, однако падение напряжения на кристаллах может у разных светодиодов отличаться (поскольку немного различаются ВАХ каждого из светодиодов в сборке), – поэтому напряжение не будет на каждом светодиоде одним и тем же, а вот ток должен быть одинаковым.

Светодиодные драйверы выпускаются в основном на питание от сети 220 вольт или от бортовой сети автомобиля 12 вольт. Выходные параметры драйвера указываются в виде диапазона напряжений и номинального тока.

Например, драйвер с выходом на 40-50 вольт, 600 мА позволит подключить последовательно четыре 12 вольтовых светодиода мощностью по 5-7 ватт. На каждом светодиоде упадет приблизительно по 12 вольт, ток через последовательную цепочку составит ровно по 600 мА, при этом напряжение 48 вольт попадает в рабочий диапазон драйвера.

Драйвер для светодиодов со стабилизированным током — это универсальный блок питания для светодиодных сборок, причем эффективность его получается довольно высокой и вот почему.

Мощность светодиодной сборки — критерий важный, но чем обусловлена эта мощность нагрузки? Если бы ток был не стабилизированным, то значительная часть мощности рассеялась бы на выравнивающих резисторах сборки, то есть КПД оказался бы низким. Но с драйвером, обладающим стабилизацией по току, выравнивающие резисторы не нужны, вот и КПД источника света получится в результате очень высоким.

Драйверы разных производителей отличаются между собой выходной мощностью, классом защиты и применяемой элементной базой. Как правило, в основе — импульсный ШИМ-преобразователь на специализированной микросхеме, со стабилизацией выхода по току и с защитой от короткого замыкания и перегрузки.

Питание от сети переменного тока 220 вольт или постоянного тока с напряжением 12 вольт. Самые простые компактные драйверы с низковольтным питанием могут быть выполнены на одной универсальной микросхеме, но надежность их, про причине упрощения, ниже. Тем не менее, такие решения популярны в автотюнинге.

Выбирая драйвер для светодиодов следует понимать, что применение резисторов не спасает от помех, как и применение упрощенных схем с гасящими конденсаторами. Любые скачки напряжения проходят через резисторы и конденсаторы, и нелинейная ВАХ светодиода обязательно отразится в виде скачка тока через кристалл, а это вредно для полупроводника. Линейные стабилизаторы — тоже не лучший вариант в плане защищенности от помех, к тому же эффективность таких решений ниже.

Лучше всего, если точное количество, мощность, и схема включения светодиодов будут заранее известны, и все светодиоды сборки будут одинаковой модели и из одной партии. Затем выбирают драйвер.

На корпусе обязательно указывается диапазон входных напряжений, выходных напряжений, номинальный ток. Исходя из этих параметров выбирают драйвер. Обратите внимание на класс защиты корпуса.

Для исследовательских задач подходят, например, бескорпусные светодиодные драйверы, такие модели широко представлены сегодня на рынке. Если потребуется поместить изделие в корпус, то корпус может быть изготовлен пользователем самостоятельно.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector