Драйверы для светодиодов: виды, характеристики и критерии выбора устройств. Самодельный драйвер для мощных светодиодов Самодельный драйвер для светодиода 10 вт

Наверное, каждый, даже начинающий радиолюбитель знает, что для того чтобы подключить обычный светодиод к источнику питания нужен всего один резистор. А как быть если светодиод мощный? Ватт так на 10. Как быть тогда?
Я вам покажу способ сделать простой драйвер для мощного светодиода всего из двух компонентов.

Для стабилизатора-драйвера нам понадобиться:
1. Резистор – .
2. Микросхема – LM317 – .

LM317 – это микросхема стабилизатор. Отлично подходит для конструирования регулируемых источников питания или драйверов для питания светодиодов, как в нашем случае.

Достоинства LM317

• Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 (включая напряжение светодиода – 3 В) до 37 В. Отличная характеристика, для автомобилистов: яркость не будет плавать на любых оборотах;
• Выходной ток до 1,5 можно подключать несколько мощных светодиодов;
  Стабилизатор имеет встроенную систему защиты от перегрева и короткого замыкания.
• Минусовое питание светодиода в схеме включения берется от источника питания, поэтому при креплении к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов, а корпус может играет роль большого теплоотвода для светодиода.

Схема драйвера для мощного светодиода

Я буду подключать светодиод на 3 Ватта.В итоге нам нужно будет рассчитать сопротивление под наш светодиод. Светодиод мощностью 1 Вт потребляет 350 мА, а 3-х ваттный – 700 мА (можно посмотреть в даташит). Микросхема LM317 – имеет опорное напряжение стабилизатора – 1,25 – это число постоянное. Его нужно поделить на ток и получиться сопротивление резистора. То есть: 1,25 / 0,7 = 1,78 Ом. Ток берем в амперах. Выбираем ближайший резистор по сопротивлению, так как резисторов сопротивлением 1,78 не бывает. Берем 1,8 и собираем схему.

Если мощность вашего светодиода превышает 1 Вт, то микросхему необходимо установить на радиатор. Вообще LM317 рассчитана на ток до 1,5.
Питать нашу схему можно напряжение от 3 до 37 вольт. Согласитесь, солидный диапазон питания получается. Но чем больше напряжение, тем больше греется микросхема, учтите это.

Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.

Назначение

Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов. Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.

Принцип работы

Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.

Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.

Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.

Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.

Подключим так же резистор 40 Ом к драйверу 300 мА.

Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.

Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:

Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.

Основные характеристики

При подборе нужно учитывать три основных параметра: выходное напряжение, ток и потребляемая нагрузкой мощность.

Напряжение на выходе драйвера зависит от нескольких факторов:

• падение напряжения на светодиоде;
• количество светодиодов;
• способ подключения.

Ток на выходе драйвера определяется характеристиками светодиодов и зависит от следующих параметров:

• мощность светодиодов;
• яркость.

Мощность светодиодов влияет на потребляемый ими ток, который может варьироваться в зависимости от требуемой яркости. Драйвер должен обеспечить им этот ток.

Мощность нагрузки зависит от:

• мощности каждого светодиода;
• их количества;
• цвета.

В общем случае потребляемую мощность можно рассчитать как

где Pled — мощность светодиода,

N — количество подключаемых светодиодов.

Максимальная мощность драйвера не должна быть меньше.

Стоит учесть, что для стабильной работы драйвера и предотвращения выхода его из строя следует обеспечить запас по мощности хотя бы 20-30%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

где Pmax — максимальная мощность драйвера.

Кроме мощности и количества светодиодов, мощность нагрузки зависит еще от их цвета. Светодиоды разных цветов имеют разное падение напряжения при одинаковом токе. Например, красный светодиод XP-E обладает падением напряжения 1.9-2.4 В при токе 350 мА. Средняя потребляемая им мощность таким образом составляет около 750 мВт.

У XP-E зеленого цвета падение 3.3-3.9 В при том же токе, и его средняя мощность составит уже около 1.25 Вт. То есть драйвером, рассчитанным на 10 ватт, можно питать либо 12-13 красных светодиодов, либо 7-8 зеленых.

Как подобрать драйвер для светодиодов. Способы подключения LED

Допустим, имеется 6 светодиодов с падением напряжения 2 В и током 300 мА. Подключить их можно различными способами, и в каждом случае потребуется драйвер с определенными параметрами:

Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя.

Обратите внимание, что во всех случаях мощность драйвера составляет 3.6 Вт и не зависит от способа подключения нагрузки.

Таким образом, целесообразнее выбирать драйвер для светодиодов уже на этапе закупки последних, предварительно определив схему подключения. Если же сначала приобрести сами светодиоды, а потом подбирать к ним драйвер, это может оказаться нелегкой задачей, поскольку вероятность того, что Вы найдете именно тот источник питания, который сможет обеспечить работу именно этого количества светодиодов, включенных по конкретной схеме, невелика.

Виды

В общем случае драйверы для светодиодов можно разделить на две категории: линейные и импульсные.

У линейного выходом служит генератор тока. Он обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении; причем подстройка происходит плавно, не создавая высокочастотных электромагнитных помех. Они просты и дешевы, но невысокий КПД (менее 80%) ограничивает сферу их применения маломощными светодиодами и лентами.

Импульсные представляют собой устройства, создающие на выходе серию высокочастотных импульсов тока.

Обычно они работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть среднее значение выходного тока определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования (эта величина называется коэффициентом заполнения).

На диаграмме выше показан принцип работы ШИМ-драйвера: частота импульсов остается постоянной, но изменяется коэффициент заполнения от 10% до 80%. Это ведет к изменению среднего значения тока I cp на выходе.

Такие драйверы получили широкое распространение благодаря компактности и высокому КПД (около 95%). Основным недостатком является больший по сравнению с линейными уровень электромагнитных помех.

Светодиодный драйвер на 220 В

Для включения в сеть 220 В выпускаются как линейные, так и импульсные. Существуют драйверы с гальванической развязкой от сети и без нее. Основными преимуществами первых являются высокий КПД, надежность и безопасность.

Без гальванической развязки обычно дешевле, но менее надежны и требуют осторожности при подключении, поскольку есть вероятность поражения током.

Китайские драйверы

Востребованность драйверов для светодиодов способствует их массовому производству в Китае. Эти устройства представляют собой импульсные источники тока, обычно на 350-700 мА, часто не имеющие корпуса.

Китайский драйвер для светодиода 3w

Основные их достоинства – низкая цена и наличие гальванической развязки. Недостатки следующие:

• низкая надежность из-за использования дешевых схемных решений;
• отсутствие защиты от перегрева и колебаний в сети;
• высокий уровень радиопомех;
• высокий уровень пульсаций на выходе;
• недолговечность.

Срок службы

Обычно срок службы драйвера меньше, чем у оптической части – производители дают гарантию на 30000 часов работы. Это связано с такими факторами, как:

• нестабильность сетевого напряжения;
• перепады температур;
• уровень влажности;
• загруженность драйвера.

Самым слабым звеном светодиодного драйвера являются сглаживающие конденсаторы, которые имеют тенденцию к испарению электролита, особенно в условиях повышенной влажности и нестабильного питающего напряжения. В результате уровень пульсаций на выходе драйвера повышается, что негативно сказывается на работе светодиодов.

Также на срок службы влияет неполная загруженность драйвера. То есть если он, рассчитан на 150 Вт, а работает на нагрузку 70 Вт, половина его мощности возвращается в сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания. Рекомендуем почитать про .

Схемы драйверов (микросхемы) для светодиодов

Многие производители выпускают специализированные микросхемы драйверов. Рассмотрим некоторые из них.

ON Semiconductor UC3845 – импульсный драйвер с выходным током до 1А. Схема драйвера для светодиода 10w на этой микросхеме приведена ниже.

Supertex HV9910 – очень распространенная микросхема импульсного драйвера. Ток на выходе не превышает 10 мА, не имеет гальванической развязки.

Простой драйвер тока на этой микросхеме представлен ниже.

Texas Instruments UCC28810. Сетевой импульсный драйвер, имеет возможность организовать гальваническую развязку. Выходной ток до 750 мА.

Еще одна микросхема этой фирмы, — драйвер для питания мощных светодиодов LM3404HV — описывается в этом видео:

Устройство работает по принципу резонансного преобразователя типа Buck Converter, то есть функция поддержания требуемого тока здесь частично возложена на резонансную цепь в виде катушки L1 и диода Шоттки D1 (типовая схема приведена ниже). Также имеется возможность задания частоты коммутации подбором резистора R ON .

Maxim MAX16800 – линейная микросхема, работает при малых напряжениях, поэтому на ней можно построить драйвер 12 вольт. Выходной ток – до 350 мА, поэтому может использоваться как драйвер питания для мощного светодиода, фонарика, и т.д. Есть возможность диммирования. Типовая схема и структура представлены ниже.

Заключение

Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% для люминесцентной лампы не повлечет за собой серьезного ухудшения характеристик, для светодиодов же срок службы сократится в несколько раз. Поэтому выбирать драйвер для светодиодов следует особенно тщательно.

Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.

В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.

Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:

Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.

Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.

Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.

Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.

Поверх первичной обмотки дросселя нужно намотать 20 витков эмальпровода. Затем припаиваем вторичную намотанную обмотку к выпрямительному диодному мостику. Подключаем к лампе напряжение 220В и измеряем напряжение на выходе с выпрямителя. Оно составило 9,7В. Светодиод, подключенный через амперметр, потребляет ток в 0,83А. У этого светодиода номинальный ток равен 900мА, но чтобы увеличить его ресурс в работе специально занижено потребление по току. Диодный мостик можно собрать на плате навесным монтажом.

Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.

Шаг третий. Сборка светодиодной настольной лампы.
Патрон для лампы на 220 вольт убираем. Светодиод мощностью 10Вт установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы. Абажур настольной лампы служит теплоотводом для светодиода.

Электронную плату питания и диодный мост разместил в корпусе подставки настольной лампы.

Драйверы светодиодов 10 и 15 ватт на BP3105 и BP3106

Вот такие драйверы предлагают. Удалось узнать, что построены они на микросхеме 3106 (BP3106), которая имеет следующие параметры:

• частота преобразования: 380кГц
• встроенный специальный полевик (хотя на плате имеется внешний SVF4N65M)
• КПД: до 96%
• встроенная защита от перегрева
• встроенная защита по току

Заявленные параметры драйвера:

• напряжение: 8-15 вольт
• ток: 900 миллиампер
• мощность нагрузки: 10 ватт

Малюсенькая микросхемка с надписью 3106 (BP3106) является ШИМ-контроллером. Имеет минимальный набор внешнего обвеса. Вот, собственно, и всё, что удалось о ней узнать. Ещё есть калькулятор:

Без перемотки трансформатора на большее напряжение этот модуль не переделать. Зато можно переделать на меньшую мощность в небольших пределах, увеличив сопротивление токозадающего резистора на линии CS.

Заявлено, что этот драйвер - для 10-ваттного светодиода . На плате нет привычных PC817 и TL431: обратная связь реализована, вероятно, с помощью дополнительной обмотки трансформатора. Трансформаторик малюсенький, как выдаёт 10 ватт - не ясно. Вероятно, благодаря высокой частоте преобразования. В работе - проверен, при питании светодиода выдаёт 12 вольт, с заменой резистора - 10 вольт.

Печатня плата - двухсторонняя, флюс не отмыт. Первичная и вторичная цепи изолированы. Сетевой электролит - на 12 мкФ 400 вольт. Выходной - на 100мкФ. На выходе применены два диода SF26 впараллель. Видать, шоттки у них дороже. Припаяны провода с толстой хрупкой на изгибе изоляции. Какая-либо фильтрация помех отсутствует.

На основе этого драйвера и мощного светодиода вполне можно построить лампочку в подходящем корпусе от энергосберегайки .

UP 30.03.2016 Хороший драйвер с внешним полевым транзистором для светодиодов 9-15 ватт.

Собственно говоря, этот драйвер понадобился для того, чтобы питать двадцативаттный светодиод в половину мощности. Десятиваттный драйвер с ним не запускается, так как светодиоду нужно более высокое напряжение - 30-36 вольт.

Рассматриваемый 15-ваттный драйвер обладает следующими характеристиками:

• напряжение: 27-48 вольт
• ток: 300 миллиампер
• мощность нагрузки: 9-15 ватт

Собран он на популярной микросхеме BP3105, родственнице BP3106. Здесь установлен полевой транзистор KIA4N60H без радиатора, на входе - два электролита 10мкФ 400В и предохранитель, на выходе - два конденсатора 100мкФ 35В. Токозадающее сопротивление - 7,5 Ом + 1,2 Ом + 1,2 Ом, соединённые параллельно (итого 0,55 Ом).

Если отпаять два резистора и оставить один на 1,2 ома, то с двадцативаттным светодиодом ток понижается до 185 мА при 29 вольтах - мощность около 5,5 Вт.

С 20-ваттным светодиодом этот драйвер работает превосходно, выдавая 33 вольта при токе 0,3 ампера, питая его, как и требуется, в половину мощности. Разумеется, при этом значительно падает КПД светодиода, но только в таком режиме эти китайские печки и могут работать. Разумеется, этот драйвер можно применять и для полноценного питания пятнадцати ватт, при этом не помешает прикрутить к транзистору радиатор.

Как подключить 10 Вт светодиоды, и какое им найти применение?

Светодиодная матрица 10 W изготовлена по МСОВ технологии и состоит из 9 кристаллов соединенных по 3 последовательно и 3 цепочки параллельно. Каждый кристалл рассчитан на напряжение 3,2-4,0 V, поэтому в сумме три последовательно соединенных кристалла открываются при 9,6 V и нормально работают до 12 V, что позволяет достаточно просто использовать их в автомобилях и для аварийного освещения подключая их напрямую к аккумуляторной батарее через ограничивающее по току сопротивление мощностью 2W.
Номинал сопротивления рассчитывается по закону Ома. При таком подключении к аккумулятору за счет нагрева сопротивления потери могут составлять 15-25% от номинала матрицы, что не критично в автомобилях но значительно уменьшают время разрядки аккумулятора при аварийном освещении, поэтому для аварийного освещения часто используют DC-DC преобразователи имеющие эффективность выше 92%.

Качество светодиодной матрицы определяется тремя основными составляющими кристалл, люминофор, подложка. Для кристалла помимо светоотдачи Lm/W большое значение имеют его геометрические размеры, чем больше кристалл тем больше площадь контакта с подложкой, что позволяет более эффективно отводить тепло, а это одна из основных задач. Рабочая температура 60-65 град С но это не означает, что радиатор может греться до такой температуры т.к. температура радиатора и подложки матрицы значительно отличаются. Перегрев кристалла приводит к его деградации и уменьшению срока службы светодиодов в разы или десятки раз, и в последующем к выходу из строя матрицы. Минимально необходимая площадь радиатора 200-300 см. кв. в зависимости от параметров и условий эксплуатации. У более ярких и качественных матриц подложка медная, у менее ярких - алюминиевая. Медь имеет большую теплопроводность поэтому она предпочтительнее, но и на алюминии светодиоды работают нормально при достаточном радиаторе, а если использовать матрицу не на полную номинальную мощность, а на 80% от номинала то даже на алюминии матрицы смогут проработать заявленные производителем 50000-100000 часов.

Из технических характеристик следует, что питается 10 Вт светодиодная сборка постоянным напряжением 12 вольт с током 900-1000 ма и может нагреваться до +60 ° C .

Для начала попробуем включить 10 Вт светодиод.

Для пробного включения используем источник постоянного напряжения 12 вольт, в данном случае аккумулятор, и стабилизатор тока. Также для пробного включения светодиода нам потребуется радиатор-охладитель площадью не менее 600 см 2 .

Самый простейший стабилизатор тока можно собрать на микросхеме LM317 и одном резисторе.

Схема стабилизатора тока на LM 317 (далее будем называть его драйвером)

По формуле внизу рисунка очень просто расчитать величину сопротивления резистора для необходимого тока. Т.е сопротивление резистора равно — 1,25 деленное на требуемый ток. Для стабилизаторов до 0,1 A подходит мощность резистора 0,25 W. На токи от 350 мА до 1 А рекомендуется 2 W. Ниже приведена таблица резисторов на токи для широко распространенных светодиодов.

Ток (уточненный ток для резистора стандартного ряда)	Сопротивление резистора	Примечание
20 мА	62 Ом	стандартный светодиод
30 мА (29)	43 Ом	«суперфлюкс» и ему подобные
40 мА (38)	33 Ом
80 мА (78)	16 Ом	четырех-кристальные
350 мА (321)	3,9 Ом	1 W
750 мА (694)	1,8 Ом	3 W
1000 мА (962)	1,3 Ом	5 - 10 W

Для подключения 10 Вт светодиода потребуется резистор номиналом 1,3 Ом мощностью 2W.

Светодиод питается напряжением 10-12 вольт. На стабилизаторе LM 317 - падение напряжения 1,25 вольта при стабилизации 962 ма..

Складываем 12В диода + 1,25В стабилизатора = 13,25В напряжение источника питания. А на аккумуляторе 13,4~13,8 вольт, что вполне достаточно!

Собираем схему следующим образом:

Светодиод закрепляем на алюминиевом радиаторе саморезами. Обязятельно всю площадь контакта светодиода с радиатором смазываем тонким слоем термопроводящей пасты для улучшения теплоотдачи. Так как между основанием данного светодиода и его контактными выводами нет гальванической связи, то на тот же радиатор с использованием термопроводящей пасты закрепляем и микросхему LM 317 в корпусе ТО 220 (она тоже греется, ведь на ней падает 1,25 вольта!). Спаиваем 3 детали по схеме

.

К белому проводу подключаем клемму "-" аккумулятора, а оранжевому "+"

И, о чудо! Светодиод 10 Вт светится на все 1080 lm, что соответствует силе света лампы накаливания мощностью 100 W . Но в отличие от лампы накаливания мощностью 100 W, светодиод вместе с драйвером греется всего градусов до 45, и что самое главное, потребляет всего10 W.

Такую конструкцию смело можно применить в автомобильных фарах, например для ближнего света. Единственное, что потребуется изменить, так это изолировать теплоотвод LM 317 от кузова автомобиля, так как в микросхеме имеется гальваническая связь с теплоотводом по "+", а в автомобиле на кузове "-".