Какой бывает схема светодиодной лампы: устройство простейших драйверов

Читайте про линейные и импульсивные блоки питания для светодиодных светильников. Узнайте, по каким критериям классифицируется это оборудование. Как выбрать и сделать своими руками блок питания для светодиодного осветительного прибора. Какие производители поставляют самое качественные драйверы и блоки для светодиодов.

Особенности терминологии

Проблема выбора начинается с весьма запутанной терминологии.

Блоком питания (БП) принято называть источник питания для радиоэлектронной аппаратуры, преобразующий электрическую энергию от сети для согласования ее параметров с входными параметрами отдельных узлов аппаратуры.

Подавляющее большинство светодиодов питаются от постоянного тока и имеют напряжение питания менее 4 В. Если соединить светодиоды последовательно, то такая цепочка будет иметь большее напряжение питания. По ряду причин соединение светодиодов в цепочки длиной более 15 штук практикуется очень редко. То есть напряжение питания массива светодиодов в осветительном приборе обычно не превышает 60 В. В то же время, сети электропитания, в зависимости от страны, дают напряжение 100 – 240 В переменного тока. Для согласования параметров питания светодиодов и параметров сети электропитания обязательно требуется блок питания.

Следует отметить, что термин «блок питания» является устоявшимся понятием, широко используемым в инженерной практике. Тем не менее, он не закреплен официально ГОСТ Р 52907-2008, в котором присутствует только определение источника питания. В прежнем варианте ГОСТ официально также было закреплено понятие «вторичный источник питания», которое в ГОСТ Р 52907-2008 отсутствует. Использование термина «блок питания» позволяет дистанцироваться от автономных источников питания, т.е. гальванических элементов и аккумуляторов.

Кроме этого, для обозначения БП часто жаргонно используется термин «драйвер». На самом деле, драйвер — это устройство, которое стабилизирует ток, питающий светодиоды. Также некоторые драйверы способны регулировать световой поток у светодиодов, т.е. диммировать их. Но драйвер не выполняет функций преобразования питающего напряжения и выпрямления тока. Поэтому узел, отвечающий за питание светодиодов в светильниках на напряжение 12 или 24 В — это драйвер. Но при питании от сети 220 В речь идет именно о БП. Тем не менее, на некоторых БП можно встретить слово driver, означающее в данном контексте стабилизацию выходного тока.

80e4b37878a9e0e71e35e5ac9a12b3cfb5d036b9.jpg

Диммируемый БП Helvar со стабилизацией выходного тока

В светотехнике устройства, осуществляющие согласование параметров питания источников света и электросети, исторически назывались балластами или ПРА. Специалисты по светотехнике при переходе на светодиоды не стали отказываться от привычного для них терминов и стали использовать их применительно к БП для светодиодов.

Еще одним термином, которым не всегда правильно обозначают блоки питания в светодиодных светильниках, является «электронный трансформатор». Данное устройство, на самом деле, только преобразует напряжение в более низкое и повышает частоту переменного тока с 50 (или 60, в зависимости от стандарта электросети, принятого в стране) до нескольких единиц или десятков килогерц. Питание светодиодов напрямую от электронного трансформатора применяется только в гирляндах и другой аналогичной декоративной светотехнической продукции.

Терминология для светодиодных светильников в части устройств электропитания пока не закреплена ГОСТ, в проектах стандартов используется термин «электронное управляющее устройство».

Справедливости ради следует заметить, что путаница с терминологией распространена и за рубежом. Термин power supply unit (блок питания) или просто power supply (источник питания) в светотехнике используется крайне редко. В рекламных материалах часто встречается обозначение блока питания как driver (драйвер), а вообще, широко распространено использование обозначение БП в светодиодных светильниках как ballast (балласт).

Источник тока и источник напряжения

А начнем мы, пожалуй, с двух важных понятий для источников питания. Их можно разделить на две основных группы:

1. Источник тока.

2. Источник напряжения.

Также есть источники питания, которые обеспечивают на выходе заданную мощность, но в сегодняшней теме мы их рассматривать не будем.

Источником тока называют источник питания на выходе, которого поддерживается постоянный ток. Выходное напряжение источника изменяется в зависимости от нагрузки — при большем её сопротивлении напряжение повышается, а при меньшем — понижается, согласно закону Ома. Его задача обеспечить заданное значение тока при любых обстоятельствах.

Пределы изменения напряжения на выходных зажимах реального источника тока ограничиваются выходной мощностью:

P=U×I=U²/R=I²×U

Простыми словами — выходная мощность зависит от сопротивления нагрузки. Так как для протекания одного и того же тока на большее сопротивление нужно подать большее напряжение, то и мощность затратится большая.

Источником напряжения называют устройство, у которого не изменяется выходное напряжение, а ток зависит от сопротивления нагрузки и также изменяется согласно закону Ома.

Давайте разберемся, в чем разница между ними и что значит всё выше сказанное:

  1. Ток источника напряжения зависит от сопротивления нагрузки. Если его выходные зажимы соединить накоротко (замкнуть), то ток идеального источника напряжения будет стремиться к бесконечности. Ток реального источника напряжения будет ограничен его внутренним сопротивлением, сопротивлением контактов и проводника которым его замыкали. Короткое замыкание – аварийный режим работы для реального источника напряжения. Но холостой ход (когда нагрузка не подключена) – нормальный режим работы, а выходной ток в нём равен нулю.
  2. Ток источника тока всегда постоянен. Поэтому режим короткого замыкания для него не отличается от режима работы под нагрузкой — выходное напряжение реального источника будет стремиться к нулю, чтобы обеспечить установленный ток при текущем сопротивлении нагрузки (переходное сопротивление контактов и сопротивление проводника). Но режим холостого хода — аварийный, так как выходное напряжение реального источника тока будет увеличиваться до тех пор либо пока не пробьёт воздушный промежуток между выходными контактами, а, что более реально, пока источник не выйдет из строя.

Основные требования к источнику питания для светодиодов

Основные качества, которым должен отвечать источник питания для светодиодов следующие:

  • надежность;
  • энергоэффективность;
  • электромагнитная совместимость;
  • электробезопасность.

Светодиоды являются надежными приборами. Их разработчики заявляют, что срок службы светодиодов не менее 50000 часов. Следовательно, и срок службы блоков питания светодиодов должен быть на соответствующей высоте.

Использование светодиодов связано с внедрением энергосберегающих технологий. Для того чтобы общая эффективность светодиодной системы освещения не снизилась, и источники питания должны иметь достаточно высокий кпд.

В светодиодном светильнике единственным источником электромагнитных помех является блок питания. Поэтому от его характеристик зависит общая электромагнитная совместимость светодиодного светильника.

В светодиодной системе освещения единственным элементом, к которому подводится сетевое напряжение в 220В, является блок питания. Поэтому электробезопасность системы целиком зависит от его конструкции.

блок питания для светодиодных светильников

Различные блоки питания для светодиодов

Кроме того, поведение блока питания для светодиодных светильников влияет и на их светотехнические характеристики. Эти характеристики зависят, в частности, от того, какой ток будет протекать через светодиод. Если этот ток будет изменяться во времени или пульсировать, то и качество освещения будет невысоким.

Блоки питания для светодиодов в Москве

Блоки питания для светодиодов и другие товары можно приобрести в Леруа Мерлен в Москве по низким ценам. Подберите интересующий товар на сайте и купите его в нашем интернет-магазине. Ассортимент товаров, представленных в каталоге, чрезвычайно широк. Среди них наверняка найдется подходящая по всем параметрам позиция.

Все представленные в разделе «Блоки питания для светодиодов» изделия выпускаются известными и отлично зарекомендовавшими себя высоким качеством своей продукции компаниями.

Вы всегда можете сделать заказ и оплатить его онлайн на официальном сайте Леруа Мерлен в России. Для жителей Московской области у нас не только низкие цены на товары категории “Блоки питания для светодиодов”, но и быстрая доставка в такие города, как Москва, Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Пушкино, Реутов, Сергиев Посад, Воскресенск, Лобня, Ивантеевка, Дубна, Егорьевск, Чехов, Дмитров, Видное, Ступино, Павловский Посад, Наро-Фоминск, Фрязино, Лыткарино, Дзержинский, Солнечногорск, Истра и Жуковский.

Основные типы

Светодиод – это полупроводниковый электронный элемент, с низким внутренним сопротивлением. Если подать на него стабилизированное напряжение, например 3V, через него пойдёт большой ток, например 4 Ампера, вместо требуемого 1А. Мощность на нём составит 12W, у него сгорят тонкие проводники, которыми подключен кристалл. Проводники отлично видно на цветных и RGB диодах, потому что на них нет жёлтого люминофора.

Если блок питания для светодиодов  12V со стабилизированным напряжением, то для ограничения тока последовательно устанавливают резистор. Недостатком такого подключения будет более высокое потребление энергии, резистор тоже потребляет некоторую энергию. Для светодиодных аккумуляторных фонарей на 1,5В применять такую схему нерационально. Количество вольт на батарейке быстро снижается, соответственно будет падать яркость.  И без повышения минимум до 3В диод не заработает.

Этих недостатков  лишены специализированные светодиодные драйвера на ШИМ контроллерах. При изменениях напряжения  ток остаётся постоянным.

Почему лампы перегорают?

Все лампы со спиралью накаливания работают по принципу термоэлектронной эмиссии, то есть при прохождении тока спираль раскаляется, излучая свет видимой части спектра. Интенсивность тепловыделения обратно пропорциональна толщине проводника, соответственно истончённые зоны спирали нагреваются значительно сильнее, теряя прочность. На этих участках и происходят разрывы.

Место перегорания спирали

В качестве методов борьбы с этой «болезнью» разработано множество схем плавного розжига спирали, что действительно способно значительно увеличить срок её службы. Все эти схемы относятся к устройствам защиты.

Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали…

Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали. Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.

Существует ряд факторов, способных существенно сократить срок жизни таких устройств. К ним относятся:

  • Скачки напряжения;
  • наведённая пульсация;
  • паразитарная пульсация.

4 простых доработки светодиодных ламп

Речь пойдёт про современные светодиодные лампочки, которые теперь стали более доступны. Идеи доработки LED ламп, изложенные в статье, пригодятся заядлым самодельщикам. В начале рассмотрим конструкцию, позже доработки.

Современная конструкция ламп получилась в результате эволюции проб конструкторов сделать лампочку доступной и максимально эффективной и сейчас эта конструкция наиболее часто встречается.

Типы светодиодов

За счёт различных подходов к сборке полупроводниковых чипов удалось создать следующие разновидности светодиодных излучателей:

  • DIP – светодиодные лампы, изготавливаемые на основе кристалла с размещённой сверху линзой и двумя подводящими проводниками. Этот вариант наиболее распространён на практике и используется для организации подсветки в различных световых устройствах;
  • Так называемая «Пиранья», частично напоминающая предыдущую конструкцию, но имеющая четыре вывода. Увеличение числа контактов повышает её надёжность и способствует улучшению отвода тепла (смотрите рисунок ниже);
Лампа типа «Пиранья»

Лампа типа «Пиранья»

Дополнительная информация. Такие светодиоды по большей части применяются в автомобилестроении.

  • SMD-светодиодные излучатели могут размещаться на плоских поверхностях, за счет чего удается уменьшить габариты светильника, а также улучшить теплоотводящие свойства. Они выпускаются в самых различных исполнениях и применяются в современных источниках светового излучения;
  • Изделия, изготавливаемые по СОВ технологиям, согласно которым чип впаивается непосредственно в плату. За счет такого устройства полупроводниковый лед переход надёжно защищается от окисления и перегрева. Одновременно с этим существенно повышается интенсивность диодного свечения.

Обратите внимание! Особенность перечисленных выше исполнений состоит в том, что в случае перегорания светодиода его придётся менять полностью, поскольку отремонтировать эти изделия путём замены отдельного чипа невозможно.

Ещё один недостаток таких светодиодов – их маленький размер, что вынуждает собирать их в группы по несколько штук. Кроме того, встроенный в них кристалл постепенно стареет, вследствие чего яркость лед излучателя со временем снижается. Далее будет рассмотрено устройство светодиодной лампы на 220в.

Какое питание должно быть у светодиодов?

Светодиоды питаются постоянным стабилизированным током. Соответственно светодиод должен получать питание от источника тока. При этом для того, чтобы светодиод начал пропускать ток нужно приложить между анодом и катодом определенное напряжение, чтобы перевести PN-переход в прямое смещение. Для светодиодов разных цветов и мощности это напряжение может отличаться и зависит от материалов, из которых они сделаны. Самый распространенный вариант – светодиоды белого свечения, для их работы нужно подать напряжение порядка 3-3,7 вольт.

Но на практике различают два варианта подключения светодиодов:

  1. К блоку питания, у которого на выходе постоянное напряжение. В этом случае режим работы и рабочий ток светодиода задаётся с помощью токоограничительных резисторов. Пример такого применения — светодиодные ленты, батарейные фонари малой мощности, индикаторные светодиоды, бюджетные лампочки.
  2. К источнику питания, у которого на выходе постоянный ток. В этом случае кроме светодиодов к источнику не подключается никаких резисторов или чего-либо еще. Светодиодов одинаковой мощности может подключаться несколько штук последовательно. Такое решение чаще используется для мощных светодиодов (1 ватт и больше) и светодиодных матриц (мощностью в десятки ватт), на практике встречается в карманных фонариках с мощными светодиодами типа Cree XML разных модификаций, в мощных источниках света типа уличных фонарей и прожекторов, качественных светильниках и светодиодных лампах.

Калькулятор для расчёта

Для удобства читателей опубликовал онлайн калькулятор для расчёта резистора для светодиодов при подключении к стабильному напряжению.

Калькулятор учитывает 4 параметра:

  • количество вольт на выходе;
  • снижение напряжения на одном LED;
  • номинальный рабочий ток;
  • количество LED в цепи.

Какой блок выбрать

По данным статистики на российском рынкеосновная масса блоков питания для светодиодных светильников импульсные(линейных всего 1-2%).

Особенности, производители и советы по выбору блока питания для светодиодного светильника

При выборе учитывается мощность осветительного прибора и требования к качеству света. Если второй критерий не важен, подойдет и линейная модель. При желании получить поток света без пульсаций следует выбрать импульсную модель.

Немаловажная деталь – место установки.Если создается система освещения для отапливаемого непыльного помещения, степеньзащиты может быть минимальная. В любой ситуации БП должен быть заводскойсборки, иметь сертификат о совместимости и безопасности. Максимальныйкоэффициент пульсации 1%, для уличного светильника обязательна защита от грома,оптимальный КПД 88%.

Важно! Не желательно покупать прибор без гальванической развязки.

Важно так же учесть вид осветительногоприбора (светильник или лента), рабочее напряжение, ток и мощность. Все этипараметры обозначаются в маркировке, поэтому лучше всего покупать все элементыкомплекта одновременно.

LED лампа в плоский потолочный светильник на кухню

LED светильники своими руками

Идеальный донор для подобного проекта. Все светодиоды буду расположены в одной плоскости.

LED светильники своими руками

Рисуем шаблон, вырезаем матрицу для размещения LED элементов. При таком диаметре плоский лист ПВХ будет деформироваться. Поэтому я использовал донышко от пластикового ведра из-под строительных смесей. По внешнему контуру есть ребро жесткости.

LED светильники своими руками

Диоды устанавливаются с помощью привычного шила: 2 дырки по разметке.

LED светильники своими руками

Светильник рассчитан на 120 LED элементов, разбитых на 2 группы по 60 шт., для надежности схемы. Изготавливаем 2 одинаковых драйвера.

LED светильники своими руками

Монтируем их на диэлектрических проставках с обратной стороны.

LED светильники своими руками

Для крепления диска, в центре устанавливаем подиум из ПВХ.

LED светильники своими руками

Вешаем светильник на потолок, включаем – все работает.

LED светильники своими руками

Для оценки яркости: по углам расположены 4 фирменных LED лампы от IKEA, со светоотдачей по 400 Lm.

Собрать своими руками

Своими руками можно сделать не только Лед светильник, но и простой блокпитания для него (не импульсный). Схема может быть трансформаторная и бестрансформаторная(вторая проще). Требуется диодный мост, резисторы и конденсаторы.

Первым устанавливается конденсатор,ограничивающий переменный электроток. Правильно подобранная емкость – гарантия того, что насветодиоды будет подаваться требуемая сила тока. Напряжение этого элемента от300 В.

Важно! Электролитический конденсатор для БП не подходит.

Параллельно подключается резистор-шунт ссопротивлением, достаточным для разряжения конденсатора в момент отключениясветильника. Мощность большого значения не имеет.

Следующий элемент – диодный мост,превращающий переменный ток в постоянный. Можно купить сборку или спаятьнесколько диодов с подходящими для схемы характеристиками. Сила тока должнабыть больше той, которая протекает по светильнику, обратное напряжение от 300В.

Особенности, производители и советы по выбору блока питания для светодиодного светильника

После моста электроток постоянный, носкачкообразный. Ситуацию может улучшить сглаживающий конденсатор на 300-400 В семкостью от 10 микрофарад. Для шунтирования к нему подключается резистор.

Такой БП подходит для последовательногоподключения до 75-и ярких светодиодов с напряжением 3,5 В и током 20 мА.Яркость свечения меняется с изменением емкости первого конденсатора.

Эта схема недостаточно безопасна, так как при попадании влаги светильник может бить током.

Если использовать трансформатор, то егомощность должна быть в полтора раза больше мощности светильника. На выходедолжно быть 12-20 В. После трансформатора включается фильтрующая емкость и стабилизаторна основе микросхемы 7812, обеспечивающей на выходе ток до 1,5 А. 

Настольная лампа

В качестве корпуса использован колпачок от дезодоранта.

LED светильники своими руками

Патрон Е27 традиционно от сгоревшей экономки.

LED светильники своими руками

В корпус вместилось 55 светодиодов.

LED светильники своими руками

Получилось компактно и аккуратно.

LED светильники своими руками

В настольной лампе «инсталляция» смотрится, как родная.

LED светильники своими руками

И светит вполне уверенно.

LED светильники своими руками

LED освещение компьютерного стола

Ребенок, вдохновленный успехами папы, попросил подсветку для компьютерного стола. Была найдена какая-то изящная коробочка, в которую поместился драйвер.

LED светильники своими руками

В качестве корпуса я применил короб для прокладки кабеля. Размер профиля: 10*10 мм.

LED светильники своими руками

Чтобы свет не бил в глаза, а был направлен сверху вниз, конструкция разместилась на уголке со стороной 25 мм, из белого ПВХ.

LED светильники своими руками

Итог:

Все работы выполнены из компонентов, которые практически ничего не стоят. Кроме того, это прекрасный повод попрактиковаться в радиоделе.

Встроенный драйвер, хит 2016

В начале 2016 года стали набирать популярность светодиодные модули и COB диоды с интегрированным драйвером. Они включаются сразу в сеть 220В, идеальный вариант для сборки светотехники своими руками. Все элементы находятся на одной теплопроводящей пластине. ШИМ контроллеры миниатюрные, благодаря хорошему контакту с системой охлаждения. Тестировать надежность и стабильность еще не приходилось, первые отзывы появятся минимум через полгода использования. Уже заказал самую дешевую и доступную модель COB на 50W. Чтобы найти такие на китайском базаре Алиэкспресс, укажите в поиске «integrated led driver».

Характеристики

Глобальная проблема, это подделка светодиодов Cree и Philips в промышленных масштабах. У китайцев для этого есть целые предприятия, внешне копируют на 95-99%, простому покупателю отличить невозможно. Самое плохое, когда такую подделку вам продают под видом оригинального Cree T6. Вы будете подключать поддельный по техническим спецификациям оригинального. Подделка имеет характеристики в среднем на 30% хуже. Меньше световой поток, ниже максимальная рабочая температура, ниже энергопотребление. Про обман вы узнаете очень не скоро, он проработает примерно в 5-10 раз меньше настоящего, особенно на двойном токе.

Недавно измерял световой поток своих фонариков на левых Cree производства  LatticeBright. Доставал всю плату с драйвером и ставил в фотометрический шар. Получилось 180-200 люмен, у оригинала 280-300лм. Без серьезного оборудования, которое преимущественно есть в лабораториях, вы не сможете измерить, соответственно узнать правду.

Иногда попадаются разогнанные диоды,  сила тока на которых на 30%-60% выше номинальной, соответственно и мощность. Недобросовестный производитель, особенно  подвально-китайский пользуется тем, что срок службы трудно измерить в часах. Ведь никто не засекает отработанное время, а когда светильник или светодиодный прожектор выйдут из строя продавца уже не найти. Да и искать бессмысленно, срок гарантии на такую продукцию дают всегда меньше периода службы.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...