Отправим материал вам на e-mail
В последние годы все большую популярность стало набирать . Это вызвано тем, что используемые в светильниках светодиоды, их еще называют светоизлучающими диодами (СИД), довольно яркие, экономичные и долговечные. При помощи светодиодных элементов создаются интересные и оригинальные световые эффекты, которые можно применять в самых различных интерьерах. Однако, такие осветительные приборы очень требовательны к параметрам электросетей, особенно к величине тока. Поэтому для нормальной работы освещения в цепь должны быть включены драйверы для светодиодов. В этой статье мы попробуем разобраться, что же такое светодиодные драйверы, каковы их основные характеристики, как не ошибиться при выборе и можно ли сделать его своими руками.
Без такого миниатюрного устройства светодиоды работать не будут
Поскольку светодиоды являются токовыми приборами, то соответственно они очень чувствительны к этому параметру. Для нормальной работы освещения требуется, чтобы через LED-элемент проходил стабилизированный ток с номинальной величиной. Для этих целей и был создан драйвер для светодиодных светильников.
Некоторые читатели, увидев слово драйвер, будут в недоумении, поскольку все мы привыкли, что этим термином обозначается некое ПО, позволяющее управлять программами и устройствами. В переводе с английского языка driver означает: водитель, машинист, поводок, мачта, управляющая программа и еще более 10 значений, но всех их объединяет одна функция – управление. Так обстоит дело и с драйверами для , только управляют они током. Итак, с термином разобрались, теперь перейдем к сути.
LED-драйвер – электронное устройство, на выходе которого, после стабилизации, образуется постоянный ток необходимой величины, обеспечивающий нормальную работу светодиодных элементов. В этом случае стабилизируется именно ток, а не напряжение. Устройства, стабилизирующие выходное напряжение называются , которые также используются для питания светодиодных элементов освещения.
Как мы уже поняли, основным параметром драйвера для светодиодов является выходной ток, который устройство может обеспечивать длительное время при включении нагрузки. Для нормального и стабильного свечения LED-элементов требуется, чтобы через светодиод протекал ток, величина которого должна совпадать со значениями указанными в техническом паспорте полупроводника.
Как правило, светодиодные драйверы рассчитаны на работу с напряжением 10, 12, 24, 220 В и постоянным током в 350 мА, 700 мА и 1 А. Стабилизаторы тока для светодиодов производят, в основном, под определенные изделия, но существуют и универсальные устройства, подходящие к LED-элементам ведущих производителей.
В основном LED-драйвера в сетях с переменным током используются для:
В электроцепях с постоянным током стабилизаторы нужны для нормальной работы бортового освещения и фар автомобиля, переносных фонарей и т.д.
Токовые стабилизаторы адаптированы для работы с системами контроля и датчиками фотоэлементов , а в силу своей компактности могут быть легко установлены в распределительных коробках. Также посредством драйверов можно легко менять яркость и цвет светодиодных элементов, уменьшая величину тока посредством цифрового управления.
Принцип работы преобразователя для и лент состоит в поддержании заданной величины тока независимо от выходного напряжения. В этом и заключается разница между блоком питания и драйвером для светодиодов.
Если посмотреть на представленную выше схему то мы увидим, что ток, благодаря резистору R1, стабилизируется, а конденсатор C1 задает необходимую частоту. Далее в работу включается диодный мост, в результате чего на светодиоды поступает стабилизированный ток.
Подбирая ЛЕД-драйвер для светодиодных светильников необходимо обязательно учитывать тот основных параметра, а именно: ток, выходное напряжение и мощность, потребляемая подключаемой нагрузкой.
Выходное напряжение токового стабилизатора зависит от следующих факторов:
Ток на выходе устройства обусловлен мощностью и . Мощность нагрузки оказывает влияние на потребляемый ею ток в зависимости от требуемой интенсивности свечения. Именно стабилизатор обеспечивает светодиодам ток необходимой величины.
Мощность светодиодного светильника зависит непосредственно от:
Потребляемую нагрузкой мощность можно рассчитать по следующей формуле:
PН = PLED × N , где
Максимальная мощность токового стабилизатора не должна быть меньше PН. Для нормальной работоспособности LED-драйвера рекомендуется обеспечить запас мощности минимум на 20÷30%.
Помимо мощности и количества СИД, мощность нагрузки, подключаемой к драйверу, зависит и от цвета светодиодных элементов. Дело в том, что светодиоды разного цвета обладают разной величиной падения напряжения при одинаковом значении тока. Так, например, у светодиода CREE XP-E красного цвета падение напряжения при токе в 350 мА составляет 1,9÷2,4 В, и средняя мощность потребления будет порядка 750 мВт. У зеленого светодиодного элемента при том же токе падение напряжения будет 3,3÷3,9 В, а средняя мощность составит уже почти 1,25 Вт. Соответственно стабилизатором тока рассчитанным на мощность 10 Вт можно запитывать 12÷13 СИД красного цвета или 7-8 зеленых светодиодов.
Токовые стабилизаторы для светоизлучающих диодов разделяются по типу устройства на импульсные и линейные.
У линейного драйвера выходом является токовый генератор, обеспечивающий плавную стабилизацию выходного тока при неустойчивом входном напряжении, не создавая при этом высокочастотных электромагнитных помех. Такие устройства имеют простую конструкцию и невысокую стоимость, однако не очень высокий КПД (до 80%) сужает область их использования до маломощных LED-элементов и лент.
Устройства импульсного типа позволяют создавать на выходе череду токовых импульсов высокой частоты. Подобные драйвера работают по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть средняя величина тока на выходе определяется отношением ширины импульсов к их частоте. Подобные устройства более востребованы в силу своей компактности и более высокого КПД, составляющего порядка 95%. Однако в сравнении с линейными драйверами ШИМ стабилизаторы имеют больший уровень электромагнитных помех.
Необходимо сразу заметить, что резистор не может являться полноценной заменой драйверу, поскольку он не в состоянии защитить светодиоды от перепадов в сети и импульсных помех. Также не лучшим вариантом будет использование линейного источника тока вследствие его низкой эффективности, ограничивающей возможности стабилизатора.
При выборе LED-драйвера для светодиодов стоит придерживаться следующих основных рекомендаций:
Также необходимо обращать внимание, чтобы на корпусе стабилизатора была указана его мощность, рабочие диапазоны входного и выходного напряжения, номинальный стабилизированный ток и степень влаго- и пылезащищенности устройства.
Рекомендация! Насколько мощный и качественный будет драйвер для светодиодной ленты или СИД выбирать, конечно же, вам. Тем не менее, следует помнить, что для нормальной работы всей создаваемой системы освещения лучше всего купить фирменный преобразователь, особенно если речь идет о светодиодных прожекторах и других мощных осветительных приборах.
Большинство производителей выпускают драйвера на интегральных микросхемах (ИМС), которые позволяют запитываться от пониженного напряжения. Все преобразователи для LED-освещения , существующие на данный момент, делятся на простые, созданные на основе 1÷3 транзисторов и более сложные, выполненные с применением микросхем с ШИМ.
Выше представлена схема драйвера на базе микросхемы, но как мы упоминали, существуют способы подключения при помощи резисторов и транзисторов. На самом деле вариантов подключения много и рассмотреть их все подробно в одном обзоре просто невозможно. На просторах интернета можно найти практически любую схему, подходящую именно для вашей ситуации.
Для определения выходного напряжения преобразователя требуется рассчитать соотношение мощности и тока. Так, например, при мощности 3 Вт и токе 0,3 А максимальное напряжение на выходе будет равно 10 В. Далее необходимо определиться со способом подключения, параллельное или последовательное, а также количеством светодиодов. Дело в том, что от этого зависит номинальная мощность и напряжение на выходе драйвера. После вычисления всех этих параметров можно подбирать соответствующий стабилизатор.
Стоит отметить, что у преобразователей рассчитанных на определенное количество LED-элементов имеется защита от внештатных ситуаций. Такой тип устройств отличается некорректной работой при подключении меньшего числа светодиодов – наблюдается мерцание или вообще не работают.
Последние модели преобразователей для светодиодов адаптированы для работы с регуляторами яркости свечения полупроводниковых кристаллов – . Использование этих устройств позволяет более рационально использовать электроэнергию и увеличить ресурс LED-элемента.
Диммируемые преобразователи бывают двух типов. Одни включены в цепь между стабилизатором и светодиодными элементами освещения и работают посредством ШИМ-управления. Преобразователи подобного типа используются для работы со светодиодными лентами, бегущей строкой и т.п.
Во втором варианте диммер устанавливается на разрыве между источником питания и стабилизатором, а принцип работы заключается, как в управлении параметрами тока, проходящего через светодиоды, так и при помощи широтно-импульсной модуляции.
Высокая востребованность драйверов для LED-освещения привела к их массовому производству в азиатском регионе, частности в Китае. А эта страна славится не только качественной электроникой, но и массовым производством всевозможных подделок. Светодиодные драйвера китайского производства представляют собой импульсные преобразователи тока, как правило, рассчитанные на 350÷700 мА и в бескорпусном исполнении.
Преимущества китайских преобразователей тока заключаются лишь в невысокой стоимости и наличии гальванической развязки, а вот недостатков все-таки больше и состоят они в:
Обычно комплектующие китайского производства работают на пределе своих возможностей, без наличия какого-либо запаса. Поэтому если желаете создать надежно работающую систему освещения лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от известного проверенного производителя.
Как и любое электронное устройство, драйвер для светодиодного источника тока имеет определенный срок эксплуатации, который зависит от следующих факторов:
Известные производители дают гарантию на свои изделия в среднем на 30 000 часов работы. Дешевые самые простые стабилизаторы рассчитаны на эксплуатацию в течение 20 000 часов, среднего качества – 20 000 ч и японские – до 70 000 ч.
Благодаря появлению большого количества светодиодных элементов с мощностью 1÷3 Вт и невысокой ценой, большинство людей предпочитает на их основе делать домашнее и автомобильное освещение. Однако для этого необходим драйвер, который позволит стабилизировать ток до номинального значения.
Для корректной работы преобразователя рекомендуется использовать танталовые конденсаторы. Если не установить конденсатор по питанию, то интегральная микросхема (ИМС) просто выйдет из строя при включении устройства в сеть. Выше представлена схема драйвера для светодиода на ИМС PT4115.
При помощи готовых микросхем даже начинающий радиолюбитель в состоянии собрать преобразователь для светодиодов различной мощности. Для этого требуется умение чтения электросхем и опыт работы с паяльником.
Собрать токовый стабилизатор для 3-ваттных стабилизаторов, можно используя микросхему от китайского производителя PowTech – PT4115. Данная ИМС может быть использована для светодиодных элементов с мощностью более 1 Вт и состоит из блоков управления с довольно мощным транзистором на выходе. Преобразователь, созданный на основе PT4115, имеет высокую эффективность и минимальный набор компонентов.
Как видим при наличии опыта, знаний и желания можно собрать светодиодный драйвер практически по любой схеме. Теперь рассмотрим пошаговую инструкцию создания простейшего токового преобразователя для 3-х LED-элементов мощность по 1 Вт, из зарядного устройства для мобильного телефона. Кстати, это поможет лучше разобраться в работе устройства и позднее перейти к более сложным схемам, рассчитанным на большее количество светодиодов и ленты.
| Изображение | Описание этапа |
|---|---|
 | Для сборки стабилизатора на потребуется старое зарядное устройство от мобильного телефона. Мы взяли от «Самсунга», так они надежны. Зарядное устройство с параметрами 5 В и 700 мА аккуратно разобрать. |
 | Также нам понадобится переменный (подстроечный) резистор на 10 кОм, 3 светодиода по 1 Вт и шнур с вилкой. |
 | Вот так выглядит разобранное зарядное, которое мы будет переделывать. |
 | Выпаиваем выходной резистор на 5 кОм и на его место ставим «подстроечник». |
 | Далее находим выход на нагрузку и определив полярность припаиваем светодиоды, заранее собранные последовательно. |
 | Выпаиваем старые контакты от шнура и на их место подсоединяем провод с вилкой. Перед тем как проверить на работоспособность драйвер для светодиодов нужно убедиться в правильности соединений, их прочности и чтобы ничего не создало короткого замыкания. Только после этого можно приступать к тестам. |
 | Подстроечным резистором начинаем регулировку пока светодиоды не начнут светиться. |
 | Как видим LED-элементы горят. |
 | Тестером проверяем необходимые нам параметры: выходное напряжение, ток и мощность. При необходимости выполняем регулировку резистором. |
 | Вот, и все! Светодиоды горят нормально, нигде ничего не искрит и не дымит, а значит переделка прошла успешно, с чем вас и поздравляем. |
Как видите сделать простейший драйвер для светодиодов очень просто. Конечно, опытным радиолюбителям эта схема может быть не интересна, но для новичка она отлично подойдет для практики.
Благодаря малому энергопотреблению, теоретической долговечности и снижению цены стремительно вытесняют лампы накаливания и энергосберегающие. Но, несмотря на заявленный ресурс работы до 25 лет, зачастую перегорают, даже не отслужив гарантийный срок.
В отличие от ламп накаливания, 90% перегоревших светодиодных ламп можно успешно отремонтировать своими руками, даже не имея специальной подготовки. Представленные примеры помогут Вам отремонтировать отказавшие светодиодные лампы.
Прежде, чем браться за ремонт светодиодной лампы нужно представлять ее устройство. Вне зависимости от внешнего вида и типа применяемых светодиодов , все светодиодные лампы, в том числе и филаментные лампочки, устроены одинаково. Если удалить стенки корпуса лампы, то внутри можно увидеть драйвер, который представляет собой печатную плату с установленными на ней радиоэлементами.
Любая светодиодная лампа устроена и работает следующим образом. Питающее напряжение с контактов электрического патрона подается на выводы цоколя . К нему припаяны два провода, через которые напряжение подается на вход драйвера. С драйвера питающее напряжение постоянного тока подается на плату, на которой распаяны светодиоды.
Драйвер представляет собой электронный блок – генератор тока, который преобразует напряжение питающей сети в ток, необходимый для свечения светодиодов.
Иногда для рассеивания света или защиты от прикосновения человека к незащищенным проводникам платы со светодиодами ее закрывают рассеивающим защитным стеклом.
По внешнему виду филаментная лампа похожа на лампу накаливания. Устройство филаментных ламп отличается от светодиодных тем, что в качестве излучателей света в них используется не плата со светодиодами, а стеклянная герметичная заполненная газом колба, в которой размещены один или несколько филаментных стержней. Драйвер находится в цоколе.
Филаментный стержень представляет собой стеклянную или сапфировую трубку диаметром около 2 мм и длиной около 30 мм, на которой закреплены и соединены последовательно покрытые люминофором 28 миниатюрных светодиодов. Один филамент потребляет мощность около 1 Вт. Мой опыт эксплуатации показывает, что филаментные лампы гораздо надежнее, чем изготовленные на базе SMD светодиодов. Полагаю, со временем они вытеснят все другие искусственные источники света.
Внимание, электрические схемы драйверов светодиодных ламп гальванически связаны с фазой электрической сети и поэтому следует соблюдать осторожность. Прикосновение к оголенным участкам схемы подключенной к электрической сети может привести к поражению электрическим током.
В настоящее время появились мощные светодиодные лампочки, драйверы которых собраны на микросхемах типа SM2082. Одна из них проработала менее года и попала мне в ремонт. Лампочка бессистемно гасла и опять зажигалась. При постукивании по ней она отзывалась светом или гашением. Стало очевидно, что неисправность заключается в плохом контакте.
Чтобы добраться к электронной части лампы нужно с помощью ножа подцепить рассеивающее стекло в месте соприкосновения его с корпусом. Иногда отделить стекло трудно, так как при его посадке на фиксирующее кольцо наносят силикон.
После снятия светорассеивающего стекла открылся доступ к светодиодам и микросхеме – генератора тока SM2082. В этой лампе одна часть драйвера была смонтирована на алюминиевой печатной плате светодиодов, а вторая на отдельной.
Внешний осмотр не выявил дефектных паек или обрывов дорожек. Пришлось снимать плату со светодиодами. Для этого сначала был срезан силикон и плата поддета за край лезвием отвертки.
Чтобы добраться до драйвера, расположенного в корпусе лампы пришлось его отпаять, разогрев паяльником одновременно два контакта и сдвинуть вправо.
С одной стороны печатной платы драйвера был установлен только электролитический конденсатор емкостью 6,8 мкФ на напряжение 400 В.
С обратной стороны платы драйвера был установлен диодный мост и два последовательно соединенных резистора номиналом по 510 кОм.
Для того, чтобы разобраться в какой из плат пропадает контакт пришлось их соединить, соблюдая полярность, с помощью двух проводков. После простукивания по платам ручкой отвертки стало очевидным, что неисправность кроется в плате с конденсатором или в контактах проводов, идущих из цоколя светодиодной лампы.
Так как пайки не вызывали подозрений сначала проверил надежность контакта в центральном выводе цоколя. Он легко вынимается, если поддеть его за край лезвием ножа. Но контакт был надежным. На всякий случай залудил провод припоем.
Винтовую часть цоколя снимать сложно, поэтому решил паяльником пропаять пайки подходящих от цоколя проводов. При прикосновении к одной из паек провод оголился. Обнаружилась «холодная» пайка. Так как добраться для зачистки провода возможности небыло, то пришлось смазать его активным флюсом «ФИМ», а затем припаять заново.
После сборки светодиодная лампа стабильно излучала свет, не смотря за удары по ней рукояткой отвертки. Проверка светового потока на пульсации показала, что они значительны с частотой 100 Гц. Такую светодиодную лампу допустимо устанавливать только в светильники для общего освещения.
Электрическая схема лампы ASD LED-A60, благодаря применению в драйвере для стабилизации тока специализированной микросхемы SM2082 получилась довольно простой.
Схема драйвера работает следующим образом. Питающее напряжение переменного тока через предохранитель F подается на выпрямительный диодный мост, собранный на микросборке MB6S. Электролитический конденсатор С1 сглаживает пульсации, а R1 служит для его разрядки при отключении питания.
С положительного вывода конденсатора питающее напряжение подается непосредственно на последовательно включенные светодиоды. С вывода последнего светодиода напряжение подается на вход (вывод 1) микросхемы SM2082, в микросхеме ток стабилизируется и далее с ее выхода (вывод 2) поступает на отрицательный вывод конденсатора С1.
Резистор R2 задает величину тока, протекающего через светодиоды HL. Величина тока обратно пропорциональна его номиналу. Если номинал резистора уменьшить, то ток увеличится, если номинал увеличить, то ток уменьшится. Микросхема SM2082 допускает регулировать резистором величину тока от 5 до 60 мА.
В ремонт попала еще одна светодиодная лампа ASD LED-A60 похожая по внешнему виду и с такими же техническими характеристиками, как и выше отремонтированная.
При включении лампа на мгновенье зажигалась и далее не светила. Такое поведение светодиодных ламп обычно связано с неисправностью драйвера. Поэтому сразу приступил к разборке лампы.
Светорассеивающее стекло снялось с большим трудом, так как по всей линии контакта с корпусом оно было, несмотря на наличие фиксатора, обильно смазано силиконом. Для отделения стекла пришлось по всей линии соприкосновения с корпусом с помощью ножа искать податливое место, но все равно без трещины в корпусе не обошлось.
Для получения доступа к драйверу лампы на следующем шаге предстояло извлечь светодиодную печатную плату, которая была по контуру запрессована в алюминиевую вставку. Несмотря на то, что плата была алюминиевая, и можно было извлекать ее без опасения появления трещин, все попытки не увенчались успехом. Плата держалась намертво.
Извлечь плату вместе с алюминиевой вставкой тоже не получилось, так как она плотно прилегала к корпусу и была посажена внешней поверхностью на силикон.
Решил попробовать вынуть плату драйвера со стороны цоколя. Для этого сначала из цоколя был поддет ножом, и вынут центральный контакт. Для снятия резьбовой части цоколя пришлось немного отогнуть ее верхний буртик, чтобы места кернения вышли из зацепления за основание.
Драйвер стал доступен и свободно выдвигался до определенного положения, но полностью вынуть его не получалось, хотя проводники от светодиодной платы были отпаяны.
В плате со светодиодами в центре было отверстие. Решил попробовать извлечь плату драйвера с помощью ударов по ее торцу через металлический стержень, продетый через это отверстие. Плата продвинулась на несколько сантиметров и в что-то уперлась. После дальнейших ударов треснул по кольцу корпус лампы и плата с основанием цоколя отделились.
Как оказалось, плата имела расширение, которое плечиками уперлось в корпус лампы. Похоже, плате придали такую форму для ограничения перемещения, хотя достаточно было зафиксировать ее каплей силикона. Тогда драйвер извлекался бы с любой из сторон лампы.
Напряжение 220 В с цоколя лампы через резистор - предохранитель FU подается на выпрямительный мост MB6F и после него сглаживается электролитическим конденсатором. Далее напряжение поступает на микросхему SIC9553, стабилизирующую ток. Параллельно включенные резисторы R20 и R80 между выводами 1 и 8 MS задают величину тока питания светодиодов.
На фотографии представлена типовая электрическая принципиальная схема, приведенная производителем микросхемы SIC9553 в китайском даташите.
На этой фотографии представлен внешний вид драйвера светодиодной лампы со стороны установки выводных элементов. Так как позволяло место, для снижения коэффициента пульсаций светового потока конденсатор на выходе драйвера был вместо 4,7 мкФ впаян на 6,8 мкФ.
Если Вам придется извлекать драйвера из корпуса данной модели лампы и не получится извлечь светодиодную плату, то можно с помощью лобзика пропилить корпус лампы по окружности чуть выше винтовой части цоколя.
В конечном итоге все мои усилия по извлечению драйвера оказались полезными только для познания устройства светодиодной лампы. Драйвер оказался исправным.
Вспышка светодиодов в момент включения была вызвана пробоем в кристалле одного из них в результате броска напряжения при запуске драйвера, что и ввело меня в заблуждение. Надо было в первую очередь прозвонить светодиоды.
Попытка проверки светодиодов мультиметром не привела к успеху. Светодиоды не светились. Оказалось, что в одном корпусе установлено два последовательно включенных светоизлучающих кристалла и чтобы светодиод начал протекать ток необходимо подать на него напряжение 8 В.
Мультиметр или тестер, включенный в режим измерения сопротивления, выдает напряжение в пределах 3-4 В. Пришлось проверять светодиоды с помощью блока питания, подавая с него на каждый светодиод напряжение 12 В через токоограничивающий резистор 1 кОм.
В наличии небыло светодиода для замены, поэтому вместо него контактные площадки были замкнуты каплей припоя. Для работы драйвера это безопасно, а мощность светодиодной лампы снизиться всего на 0,7 Вт, что практически незаметно.
После ремонта электрической части светодиодной лампы, треснувший корпус был склеен быстро сохнущим супер клеем «Момент», швы заглажены оплавлением пластмассы паяльником и выровнены наждачной бумагой.
Для интереса выполнил некоторые измерения и расчеты. Ток, протекающий через светодиоды, составил 58 мА, напряжение 8 В. Следовательно мощность, подводимая на один светодиод составляет 0,46 Вт. При 16 светодиодах получается 7,36 Вт, вместо заявленных 11 Вт. Возможно производителем указана общая мощность потребления лампы с учетом потерь в драйвере.
Заявленный производителем срок службы светодиодной лампы ASD LED-A60, 11 Вт, 220 В, E27 у меня вызывает большие сомнения. В малом объеме пластмассового корпуса лампы, с низкой теплопроводностью выделяется значительная мощность - 11 Вт. В результате светодиоды и драйвер работают на предельно допустимой температуре, что приводит к ускоренной деградации их кристаллов и, как следствие, к резкому снижению времени их наработки на отказ.
Поделился со мной знакомый, что купил пять лампочек как на фото ниже, и все они через месяц перестали работать. Три из них он успел выбросить, а две, по моей просьбе, принес для ремонта.
Лампочка работала, но вместо яркого света излучала мерцающий слабый свет с частотой несколько раз в секунду. Сразу предположил, что вспучился электролитический конденсатор, обычно если он выходит из строя, то лампа начинает излучать свет, как стробоскоп.
Светорассеивающее стекло снялось легко, приклеено небыло. Оно фиксировалось за счет прорези на его ободке и выступу в корпусе лампы.
Драйвер был закреплен с помощью двух паек к печатной плате со светодиодами, как в оной из выше описанных ламп.
Типовая схема драйвера на микросхеме BP2831A взятая с даташита приведена на фотографии. Плата драйвера была извлечена и проверены все простые радиоэлементы, оказались все исправны. Пришлось заняться проверкой светодиодов.
Светодиоды в лампе были установлены неизвестного типа с двумя кристаллами в корпусе и осмотр дефектов не выявил. Методом последовательного соединения между собой выводов каждого из светодиодов быстро определил неисправный и заменил его каплей припоя, как на фотографии.
Лампочка проработала неделю и опять попала в ремонт. Закоротил следующий светодиод. Через неделю пришлось закоротить очередной светодиод, и после четвертого лампочку выкинул, так как надоело ее ремонтировать.
Причина отказа лампочек подобной конструкции очевидна. Светодиоды перегреваются из-за недостаточной поверхности теплоотвода, и ресурс их снижается до сотен часов.
Драйвер светодиодных ламп, в отличие от блока питания постоянного напряжения, на выходе выдает стабилизированную величину тока, а не напряжения. Поэтому вне зависимости от сопротивления нагрузки в заданных пределах, ток будет всегда постоянным и, следовательно, падение напряжения на каждом из светодиодов будет оставаться прежним.
Поэтому при уменьшении количества последовательно соединённых светодиодов в цепи будет пропорционально уменьшаться и напряжение на выходе драйвера.
Например, если к драйверу последовательно подключено 50 светодиодов, и на каждом из них падает напряжение величиной 3 В, то напряжение на выходе драйвера составлял 150 В, а если закоротить 5 из них, то напряжение снизится до 135 В, а величина тока не изменится.
Но коэффициент полезного действия (КПД) драйвера, собранного по такой схеме будет низкий и потери мощности, составят более 50%. Например, для LED лампочки MR-16-2835-F27 понадобится резистор номиналом 6,1 кОм мощностью 4 ватта. Получится, что драйвер на резисторе будет потреблять мощность, превышающую мощность потребления светодиодами и его разместить в маленький корпус LED лампы, из-за выделения большего количества тепла, будет недопустимо.
Но если нет другого способа отремонтировать светодиодную лампу и очень надо, то драйвер на резисторе можно разместить в отдельном корпусе, все равно потребляемая мощность такой LED лампочки будет в четыре раза меньше, чем лампы накаливания. При этом надо заметить, что чем больше будет в лампочке последовательно включенных светодиодов, тем выше будет КПД. При 80 последовательно соединенных светодиодов SMD3528 понадобится уже резистор номиналом 800 Ом мощностью всего 0,5 Вт. Емкость конденсатора С1 нужно будет увеличить до 4,7 µF.
После снятия защитного стекла появляется возможность проверки светодиодов, без отклеивания печатной платы. В первую очередь проводится внимательный осмотр каждого светодиода. Если обнаружена даже самая маленькая черная точка, не говоря уже о почернении всей поверхности LED, то он точно неисправен.
При осмотре внешнего вида светодиодов, нужно внимательно осмотреть и качество паек их выводов. В одной из ремонтируемых лампочек оказалось плохо припаянных сразу четыре светодиода.
На фотографии лампочка, у которой на четырех LED были очень маленькие черные точки. Я сразу пометил неисправные светодиоды крестами, чтобы их было хорошо видно.
Неисправные светодиоды могут и не иметь изменений внешнего вида. Поэтому необходимо каждый LED проверить мультиметром или стрелочным тестером , включенным в режим измерения сопротивления.
Встречаются светодиодные лампы, в которых установлены по внешнему виду стандартные светодиоды, в корпусе которых смонтировано сразу два последовательно включенных кристалла. Например, лампы серии ASD LED-A60. Для прозвонки таких светодиодов необходимо приложить к его выводам напряжение более 6 В, а любой мультиметр выдает не более 4 В. Поэтому проверку таких светодиодов можно выполнить только подав на них с источника питания напряжение более 6 (рекомендуется 9-12) В через резистор 1 кОм.
Светодиод проверяется, как и обычный диод, в одну сторону сопротивление должно быть равно десяткам мегаом, а если поменять щупы местами (при этом меняется полярность подачи напряжения на светодиод), то небольшим, при этом светодиод может тускло светиться.
При проверке и замене светодиодов лампу необходимо зафиксировать. Для этого можно использовать подходящего размера круглую банку.
Можно проверить исправность LED и без дополнительного источника постоянного тока. Но такой метод проверки возможен, если исправен драйвер лампочки. Для этого необходимо подать на цоколь LED лампочки питающее напряжение и выводы каждого светодиода последовательно закорачивать между собой перемычкой из провода или, например губками металлического пинцета.
Если вдруг все светодиоды, засветятся, значит, закороченный точно неисправен. Этот метод пригоден, если неисправен только один светодиод из всех в цепи. При таком способе проверки нужно учесть, что если драйвер не обеспечивает гальванической развязки с электросетью, как например, на приведенных выше схемах, то прикосновение рукой к пайкам LED небезопасно.
Если один или даже несколько светодиодов оказались неисправны и, заменить их нечем, то можно просто закоротить контактные площадки, к которым были припаяны светодиоды. Лампочка будет работать с таким же успехом, только несколько уменьшится световой поток.
Если проверка светодиодов показала их исправность, то значит, причина неработоспособности лампочки заключается в драйвере или в местах пайки токоподводящих проводников.
Например, в этой лампочке была обнаружена холодная пайка проводника, подающего питающее напряжение на печатную плату. Выделяемая из-за плохой пайки копоть даже осела на токопроводящие дорожки печатной платы. Копоть легко удалилась протиркой ветошью, смоченной в спирте. Провод был выпаян, зачищен, залужен и вновь запаян в плату. С ремонтом этой лампочки повезло.
Из десяти отказавших лампочек только у одной был неисправен драйвер, развалился диодных мостик. Ремонт драйвера заключался в замене диодного моста четырьмя диодами IN4007, рассчитанными на обратное напряжение 1000 В и ток 1 А.
Для замены неисправного LED его необходимо выпаять, не повредив печатные проводники. С платы донора тоже нужно выпаять на замену светодиод без повреждений.
Выпаивать SMD светодиоды простым паяльником, не повредив их корпус, практически невозможно. Но если использовать специальное жало для паяльника или на стандартное жало надеть насадку , сделанную из медной проволоки, то задача легко решается.
Светодиод имеют полярность и при замене нужно правильно его установить на печатную плату. Обычно печатные проводники повторяют форму выводов на LED. Поэтому допустить ошибку можно только при невнимательности. Для запайки светодиода достаточно установить его на печатную плату и прогреть паяльником мощностью 10-15 Вт его торцы с контактными площадками.
Если светодиод сгорел на уголь, и печатная плата под ним обуглилась, то прежде чем устанавливать новый светодиод нужно обязательно очистить это место печатной платы от гари, так как она является проводником тока. При очистке можно обнаружить, что контактные площадки для пайки светодиода обгорели или отслоились.
В таком случае светодиод можно установить, припаяв его к соседним светодиодам, если печатные дорожки ведут к ним. Для этого можно взять отрезок тонкого провода, согнуть его вдвое или трое, в зависимости от расстояния между светодиодами, залудить и припаять к ним.
Устройство лампы, которая в народе называется лампа-кукуруза, изображенной на фотографии ниже отличается, от выше описанной лампы, поэтому и технология ремонта другая.
Конструкция ламп на LED SMD подобного типа очень удобна для ремонта, так как есть доступ для прозвонки светодиодов и их замены без разборки корпуса лампы. Правда, я лампочку все равно разобрал для интереса, чтобы изучить ее устройство.
Проверка светодиодов LED лампы-кукурузы не отличается от выше описанной технологии, но надо учесть, что в корпусе светодиода SMD5050 размещено сразу три светодиода, обычно включаемые параллельно (на желтом круге видны три темные точки кристаллов), и при проверке должны светиться все три.
Неисправный светодиод можно заменить новым или закоротить перемычкой. На надежность работы лампы это не повлияет, только незаметно для глаза, уменьшится немного световой поток.
Драйвер этой лампы собран по простейшей схеме, без развязывающего трансформатора, поэтому прикосновение к выводам светодиодов при включенной лампе недопустимо. Лампы такой конструкции недопустимо устанавливать в светильники, к которым могут добраться дети.
Если все светодиоды исправны, значит, неисправен драйвер, и чтобы до него добраться лампу придется разбирать.
Для этого нужно снять ободок со стороны, противоположной цоколю. Маленькой отверткой или лезвием ножа нужно, пробуя по кругу, найти слабое место, где ободок хуже всего приклеен. Если ободок поддался, то работая инструментом, как рычагом, ободок нетрудно отойдет по всему периметру.
Драйвер был собран по электрической схеме, как и у лампы MR-16, только С1 стоял емкостью 1 µF, а С2 - 4,7 µF. Благодаря тому, что провода, идущие от драйвера к цоколю лампы, были длинными, драйвер легко вынулся из корпуса лампы. После изучения его схемы, драйвер был вставлен обратно в корпус, а ободок приклеен на место прозрачным клеем «Момент». Отказавший светодиод заменен исправным.
При ремонте более мощной лампы, 12 Вт, такой же конструкции отказавших светодиодов не оказалось и чтобы добраться до драйверов, пришлось вскрывать лампу по выше описанной технологии.
Эта лампа преподнесла мне сюрприз. Провода, идущие от драйвера к цоколю, оказались короткими, и извлечь драйвер из корпуса лампы для ремонта было невозможно. Пришлось снимать цоколь.
Цоколь лампы был сделан из алюминия, закернен по окружности и держался крепко. Пришлось высверливать точки крепления сверлом 1,5 мм. После этого поддетый ножом цоколь легко снялся.
Но можно обойтись и без сверления цоколя, если острием ножа по окружности поддевать и немного отгибать его верхнюю кромку. Предварительно следует нанести метку на цоколе и корпусе, чтобы цоколь было удобно устанавливать на место. Для надежного закрепления цоколя после ремонта лампы, достаточно будет надеть его на корпус лампы таким образом, чтобы накерненные точки на цоколе попали на старые места. Далее продавить эти точки острым предметом.
Два провода были подсоединены к резьбе прижимом, а другие два запрессованные в центральный контакт цоколя. Пришлось эти провода перекусить.
Как и ожидалось, драйверов было два одинаковых, питающих по 43 диода. Они были закрыты термоусаживающейся трубкой и соединены вместе скотчем. Для того, чтобы драйвер можно было опять поместить в трубку, я обычно ее аккуратно разрезаю вдоль печатной платы со стороны установки деталей.
После ремонта драйвер окутывается трубкой, которая фиксируется пластмассовой стяжкой или заматывается несколькими витками нитки.
В электрической схеме драйвера этой лампы уже установлены элементы защиты, С1 для защиты от импульсных выбросав и R2, R3 для защиты от бросков тока. При проверке элементов сразу были обнаружены на обоих драйверах в обрыве резисторы R2. Похоже, что на светодиодную лампу было подано напряжение, превышающее допустимое. После замены резисторов, под рукой на 10 Ом не оказалось, и я установил на 5,1 Ом, лампа заработала.
Внешний вид лампочки этого типа внушает доверие. Алюминиевый корпус, качественное исполнение, красивый дизайн.
Конструкция лампочки такова, что разборка ее без применения значительных физических усилий невозможна. Так как ремонт любой светодиодной лампы начинается с проверки исправности светодиодов, то первое что пришлось сделать, это снять пластмассовое защитное стекло.
Стекло фиксировалось без клея на проточке, сделанной в радиаторе буртиком внутри него. Для снятия стекла нужно концом отвертки, которая пройдет между ребрами радиатора, опереться за торец радиатора и как рычагом поднять стекло вверх.
Проверка светодиодов тестером показала их исправность, следовательно, неисправен драйвер, и надо до него добраться. Плата из алюминия была прикручена четырьмя винтами, которые я открутил.
Но вопреки ожиданиям, за платой оказалась плоскость радиатора, смазанная теплопроводящей пастой. Плату пришлось вернуть на место и продолжить разбирать лампу со стороны цоколя.
В связи с тем, что пластмассовая часть, к которой крепился радиатор, держалась очень крепко, решил пойти проверенным путем, снять цоколь и через открывшееся отверстие извлечь драйвер для ремонта. Высверлил места кернения, но цоколь не снимался. Оказалось, он еще держался на пластмассе за счет резьбового соединения.
Пришлось отделять пластмассовый переходник от радиатора. Держался он, так же как и защитное стекло. Для этого был сделан запил ножовкой по металлу в месте соединения пластмассы с радиатором и с помощью поворота отвертки с широким лезвием, детали были отделены друг от друга.
После отпайки выводов от печатной платы светодиодов драйвер стал доступен для ремонта. Схема драйвера оказалась более сложной, чем у предыдущих лампочек, с разделительным трансформатором и микросхемой. Один из электролитических конденсаторов 400 V 4,7 µF был вздутый. Пришлось его заменить.
Проверка всех полупроводниковых элементов выявила неисправный диод Шоттки D4 (на фото внизу с лева). На плате стоял диод Шоттки SS110, заменил имеющимся аналогом 10 BQ100 (100 V, 1 А). Прямое сопротивление у диодов Шоттки в два раза меньше, чем у обыкновенных диодов. Светодиодная лампочка засветила. Такая же неисправность оказалась и у второй лампочки.
Эта светодиодная лампа по внешнему виду очень похожа на "LLB" LR-EW5N-5, но конструкция ее несколько отличается.
Если внимательно присмотреться, то видно, что на стыке между алюминиевым радиатором и сферическим стеклом, в отличие от LR-EW5N-5, имеется кольцо, в котором и закреплено стекло. Для снятия защитного стекла достаточно небольшой отверткой подцепить его в месте стыка с кольцом.
На алюминиевой печатной плате установлено три девяти кристальных сверх ярких LED. Плата прикручена к радиатору тремя винтами. Проверка светодиодов показала их исправность. Следовательно, нужно ремонтировать драйвер. Имея опыт ремонта похожей светодиодной лампы "LLB" LR-EW5N-5, я не стал откручивать винты, а отпаял токоподводящие провода, идущие от драйвера и продолжил разбирать лампу со стороны цоколя.
Пластмассовое соединительное кольцо цоколя с радиатором снялось с большим трудом. При этом часть его откололась. Как оказалось, оно было прикручено к радиатору тремя саморезами. Драйвер легко извлекся из корпуса лампы.
Саморезы, прикручивающие пластмассовое кольцо цоколя закрывает драйвер, и увидеть их сложно, но они находятся на одной оси с резьбой, к которой прикручена переходная часть радиатора. Поэтому тонкой крестообразной отверткой к ним можно добраться.
Драйвер оказался собран по трансформаторной схеме. Проверка всех элементов, кроме микросхемы, не выявила отказавших. Следовательно, неисправна микросхема, в Интернете даже упоминание о ее типе не нашел. Светодиодную лампочку отремонтировать не удалось, пригодится на запчасти. Зато изучил ее устройство.
Разобрать перегоревшую светодиодную лампочку GU10-3W с защитным стеклом оказалось, на первый взгляд, невозможно. Попытка извлечь стекло приводила к его надколу. При приложении больших усилий, стекло трескалось.
Кстати, в маркировке лампы буква G означает, что лампа имеет штыревой цоколь, буква U, что лампа относится к классу энергосберегающих лампочек, а цифра 10 – расстояние между штырями в миллиметрах.
Лампочки LED с цоколем GU10 имеют особые штыри и устанавливаются в патрон с поворотом. Благодаря расширяющимся штырям, LED лампа защемляется в патроне и надежно удерживается даже при тряске.
Для того чтобы разобрать эту LED лампочку пришлось в ее алюминиевом корпусе на уровне поверхности печатной платы сверлить отверстие диаметром 2,5 мм. Место сверления нужно выбрать таким образом, чтобы сверло при выходе не повредило светодиод. Если под рукой нет дрели, то отверстие можно проделать толстым шилом.
Далее в отверстие продевается маленькая отвертка и, действуя, как рычагом приподымается стекло. Снимал стекло у двух лампочек без проблем. Если проверка светодиодов тестером показала их исправность, то далее извлекается печатная плата.
После отделения платы от корпуса лампы, сразу стало очевидно, что как в одной, так и в другой лампе сгорели токоограничивающие резисторы. Калькулятор определил по полосам их номинал, 160 Ом. Так как резисторы сгорели в светодиодных лампочках разных партий, то очевидно, что их мощность, судя по размеру 0,25 Вт, не соответствует выделяемой мощности при работе драйвера при максимальной температуре окружающей среды.
Печатная плата драйвера была добротно залита силиконом, и я не стал ее отсоединять от платы со светодиодами. Обрезал выводы сгоревших резисторов у основания и к ним припаял более мощные резисторы, которые оказались под рукой. В одной лампе впаял резистор 150 Ом мощностью 1 Вт, во второй два параллельно 320 Ом мощностью 0,5 Вт.
Для того чтобы исключить случайное прикосновение вывода резистора, к которому подходит сетевое напряжение с металлическим корпусом лампы, он был заизолирован каплей термоклея. Он водостойкий, отличный изолятор. Его я часто применяю для герметизации, изоляции и закрепления электропроводов и других деталей.
Термоклей выпускается в виде стержней диаметром 7, 12, 15 и 24 мм разных цветов, от прозрачного до черного. Он плавится в зависимости от марки при температуре 80-150°, что позволяет его расплавлять с помощью электрического паяльника. Достаточно отрезать кусок стержня, разместить в нужном месте и нагреть. Термоклей приобретет консистенцию майского меда. После остывания становится опять твердым. При повторном нагреве опять становиться жидким.
После замены резисторов, работоспособность обеих лампочек восстановилась. Осталось только закрепить печатную плату и защитное стекло в корпусе лампы.
При ремонте светодиодных ламп для закрепления печатных плат и пластмассовых деталей я использовал жидкие гвозди «Монтаж» момент. Клей без запаха, хорошо прилипает к поверхностям любых материалов, после засыхания остается пластичным, имеет достаточную термостойкость.
Достаточно взять небольшое количество клея на конец отвертки и нанести на места соприкосновения деталей. Через 15 минут клей уже будет держать.
При приклейке печатной платы, чтобы не ждать, удерживая плату на месте, так как провода выталкивали ее, зафиксировал плату дополнительно в нескольких точках с помощью термоклея.
Пришлось ремонтировать пару светодиодных ламп с драйверами, собранными на микросхеме, неисправность которых заключалась в мигании света с частотой около одного герца, как в стробоскопе.
Один экземпляр светодиодной лампы начинал мигать сразу после включения в течении первых нескольких секунд и затем лампа начинала светить нормально. Со временем продолжительность мигания лампы после включения стала увеличиваться, и лампа стала мигать беспрерывно. Второй экземпляр светодиодной лампы стал мигать беспрерывно внезапно.
После разборки ламп оказалось, что в драйверах вышли из строя электролитические конденсаторы, установленные сразу после выпрямительных мостов. Определить неисправность было легко, так как корпуса конденсаторов были вздутые. Но даже если по внешнему виду конденсатор выглядит без внешних дефектов, то все равно ремонт светодиодной лампочки со стробоскопическим эффектом нужно начинать с его замены.
После замены электролитических конденсаторов исправными стробоскопический эффект исчез и лампы стали светить нормально.
При ремонте светодиодных ламп возникает необходимость в определении номинала резистора . По стандарту маркировка современных резисторов производиться путем нанесения на их корпуса цветных колец. На простые резисторы наносится 4 цветных кольца, а на резисторы повышенной точности – 5.
Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.
Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.
Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.
Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909 , поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).
Базовая схема драйвера следующая:
Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909
Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.
У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.
COB cветодиод 50 ватт
Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.
Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит
Падение напряжения на светодиодах –
Пульсацию тока примем равной +-15%:
I D = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A
При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит
Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле
Rs = 0.25 / I LED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.
Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:
что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.
Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени "высокого уровня", когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Rt = (tp - 0.8) * 66 , где tp - пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.
Продолжительность "высокого уровня" - это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения - регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.
Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности "высокого уровня" к общей продолжительности импульса - скважность импульса - рассчитывается по формуле:
D = V LED / V IN = 30 / 310 = 0.097
Частота переключений рассчитывается так:
F = (1 - D) / tp , а значит tp = (1 - D) / F
Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае
tp = (1 - 0.097) / 90 000 = 10мкс
Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt
Rt = (10 - 0.8) * 66 = 607.2КОм
Ближайший доступный номинал - 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:
tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс
Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле
Lmin = (V LED * tp) / I D
Используя уточненное значения tp, получаем
Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн
Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение - 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.
Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности - это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А.
Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 - 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.
Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще - оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким - STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора - менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток - FDD7N60NZ . В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.
При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.
Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.
Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.
На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.
Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:
Допустимая частота диммирования - до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.
Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.
Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.
Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске
Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять
Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой - кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.
Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь - напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.
Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.
Я публиковал несколько обзоров светодиодов, пришло время написать чем их можно кормить.
В обзоре учавствуют три позиции деталей (ссылки и цены присутствуют), но все они нужны для одной цели, сделать драйвер для светодиода.
Сразу извиняюсь за заглавное фото, оно упорно пытается масштабироваться по своему, исправить я не смог, более правильное на странице продавца.
Все знают, что светодиоды питаются током, желательно стабилизированным, что бы не менялась яркость при изменении напряжения. Для этой цели служит драйвер, по сути стабилизатор тока.
Ограничивать ток можно простыми микросхемами типа LM317 и специально предназначенными для этого стабилизаторами тока (на муське есть обзор одной такой детали), но они выделяют обычно достаточно много тепла, так как имеют низкий КПД. А ведь преимущество светодиодов как раз в высоком КПД.
Более интересными являются импульсные стабилизаторы тока, они посложнее, но имеют гораздо больший КПД, особенно если напряжение питания сильно отличается от напряжения на светодиоде.
Да, многие скажут что такой драйвер проще купить в Китае и не заморачиваться, соглашусь.
Но ведь всегда приятнее сделать что то своими руками. Собственно я так и решил, заказывая компоненты для драйвера.
Возможно я изобретаю велосипед. Но в обзоре учавствуют компоненты, которые пригодятся для многих других задач, и возможно многим будет полезна информация о том, что на продают и что мы получаем на самом деле.
Начну собственно с микросхемы. Это довольно хорошо известная любителям светодиодов PT4115. описание -
Микросхема имеет вывод для управления яркостью. Вход, насколько я понял, может управляться и ШИМом или изменением напряжения. Вход довольно высокоомный, так как при прикосновении к этому выводу светодиод начинал мерцать с частотой 100Гц.
Стоимость лота из 10 штук - 2 доллара.
После заказа микросхемы продавец отписался что посылка будет без трека и спросил, устроит ли это меня, я решил что 2 доллара не те деньги что бы сильно беспокоиться и дал добро.
Через некоторое время в почтовом ящике я обнаружил конверт.
Внутри был пакетик с необходимыми мне микросхемами.
Проверил одну микросхему, подключив ее навесным монтажом, отписал продавцу что все в порядке, подтвердил получение и стал ждать остальные детали.
После этого пришли дроссели.
Стоимость лота из 20 штук 7.36 доллара.
Их уже принесли мне на дом (впрочем как и следующий заказ).
Они были упакованы в картонную коробочку, хотя мне такая мера кажется излишней.
К слову у нас такие дроссели стоят значительно дороже, да и покупал я их не только для этого.
Собственно дроссели, Индуктивность 68 мкГн, ток 1.6 или 1.8 Ампера (у продавца не указано, потому ориентировочно), размеры 12х12х7мм.
Замер индуктивности показал отклонение в пределах погрешности.
Аналогично первому случаю подтвердил заказ, оставил хороший отзыв.
Ну и в конце пришли диоды Шоттки. Так как вещь в хозяйстве нужная, то заказал я их сотню.
Хотел больше, но не стал рисковать.
Цена лота из 100 штук 5.26 доллара. У нас они тоже стоят дороже.
Диоды промаркированы как SS34, на самом деле они меньше, по габаритам и характеристикам полностью соответствуют диодам SS24.
Сделал замер падения напряжения на диоде при токе в 1 Ампер и меня он устроил.
На этом часть закупок на Алиэкспресс закончилась.
В принципе на этом можно было и обзор закончить, но купить детали и не опробовать их в деле было бы неправильно. Потому естественно было решено довести дело до какого то логического конца.
Когда был у нас на рынке, попутно купил smd резисторы 1206 сопротивлением 1 Ом для датчика тока.
Думал сначала купить сразу низкоомные резсторы как в даташите на микросхему, но они выходят значительно дороже и если захочется настроить на разные токи, то надо покупать несколько номиналов, в общем неудобно, а резисторы 1 Ом я и так иногда использую.
в итоге получилось, что 1 такой резистор примерно соответствует току 0.1 Ампера, два параллельно 0.2 Ампера и т.д. smd резисторы и конденсаторы удобно паяются друг на друга потому можно легко подбирать необходимый ток.
Конденсаторы на входной фильтр питания и обрезки текстолита у меня были, а больше ничего не требуется.
Ну в общем стал я изобретать свой велосипед драйвер. накидал побыстрому платку в Спринте, схема из даташита, потому придумывать ничего не пришлось.
подобрал кусочек текстолита что бы сделать сразу 5 плат (планирую переделать 5 галогеновых светильников на светодиоды).
Немного фоток процесса и схема
Перенёс на текстолит.
Вытравил, просверлил отверстия, порезал на отдельные платки, пролудил дорожки и промыл от остатков флюса.
Собрал все необходимые компонеты
На выходе получилась такая платка, она больше по размерам чем продающиеся у китайцев, но имеет более мощный дроссель и два параллельных диода, соответственно меньшие потери и большую надежность, а габариты мне были совершенно некритичны.
После этого естественно захотелось проверить (куда же без этого).
Проверял с этими светодиодами -
Попутно выяснилось, что микросхема ток стабилизирует нормально, но все равно при полуторакратном повышении напряжения на входе, ток на выходе хоть несильно, но меняется.
Но я немного грешу на то, что может быть большая погрешность из-за пульсирующего тока (выходной ток измерял последовательно со светодиодом).
Можно было конечно померять ток при помощи резистора и осциллографа, но я счел это излишним, так как хорошо было заметно переход с линейного режима до ограничения тока, и последующий переход в режим стабилизации в режиме с ШИМ стабилизацией.
Номинал шунта был 1/6=0,166 Ома.
При таких параметрах на входе, на выходе был ток 0.7 Ампера.
При таких ток на выходе был 0.65 Ампера
Перед пороговым напряжением перехода в режим ШИМ стабилизации я получил максимальный ток -
При плавном повышении напряжения питания, входной ток сначала плавно рос, после перехода в режим стабилизации и дальнейшем повышении начинал плавно падать, что говорит о работе ШИМ стабилизации.
Кстати, при очень плавном повышении напряжения питания заметен переход, яркость светодиода сначала плавно увеличивается, после перехода скачкообразно снижается процентов на 10, после этого (при дальнейшем повышении входного напряжения) больше не меняется.
Видимо так микросхема отрабатывает включение ШИМ стабилизации.
Нагрев при токе 600мА практически не чувствуется, бесконтактно мерять нечем, а контактное измерение внесет большую погрешность.
Пробовал давать на выход 1 Ампер, нагрев конечно увеличивался, но несильно. да и нагрев был только у микросхемы. В общем остался доволен.
Спросите почему не купил готовое на том же Али?
-Детали пригодятся и в других поделках.
-Хотелось немного «размять руки».
-Затраты на все компоненты получились примерно 1 доллар на 1 плату.
-Решил протестировать не готовое устройство, а детали, так как их применяют не только в драйверах.
-На выходе получил устройство надежнее, чем предлагают магазины Китая.
Очень надеюсь, что данный обзор будет полезен.
Планирую купить +123 Добавить в избранное Обзор понравился +129 +282Когда мне понадобился для 10-ваттного светодиода драйвер, который бы работал от 16-17 В (выпрямленное и сглаженное напряжение от "электронного трансформатора"), в голову пришла мысль сделать его по нестандартной схеме из "подручных материалов", так как не очень прельщала мысль заказывать драйвер из Китая за 150-200 руб. (описываемый драйвер обойдется в 50 руб. даже при покупке деталей "в магазине за углом") и особенно, ждать не менее месяца прихода посылки. Кроме того, хотелось "сочинить" что-то нестандартное. Получилось вот такое устройство.
Приводимая ниже схема драйвера рассчитана на работу с 10-ваттной светодиодной матрицей (3х3, с рабочим напряжением 10-12 В) и состоит из недорогих и не дефицитных деталей минимальной стоимости, которые можно купить в любом магазине радиодеталей или найти в своем "хозяйстве". Устройство собрано по схеме Step-Down регулятора. Необычность решения заключается в применении в качестве компаратора широко распространенной TL431, которая обычно применяется в линейных регуляторах.
Пояснения по работе схемы
При подаче напряжения питания, ток через светодиод, а значит и резистор-датчик тока R1, не течет. Транзистор VT1 закрыт, на управляющем входе регулятора A1 присутствует нулевой потенциал и, соответственно, катод выключен. На затвор транзистора VT2 подается напряжение через цепочку R4-R6, которое ограничивается на безопасном для него уровне стабилитроном VD1. Транзистор открывается, и через элементы R1, HL1, L1, VT2 начинает течь ток, линейно нарастающий благодаря наличию дросселя L1 индуктивностью примерно 400-500 микрогенри. При достижении током величины, при котором на резисторе R1 падает напряжение, достаточное для открытия VT1, транзистор приоткрывается и, при напряжении 2.5 В на выводе 1 TL431, катод A1 замыкает затвор VT2 с корпусом через R5. Транзистор закрывается и ток L1 (теперь линейно убывающий) протекает через диод VD2, R1 и светодиод. Напряжение на переходе базе-эмиттер VT1 уменьшается, он закрывается, что приводит в конечном итоге к открыванию VT2 и процесс повторяется. Конденсатор C1 обеспечивает низкое внутреннее сопротивление цепи питания схемы, C2 несколько снижает частоту переключений и в целом улучшает стабильность схемы. Резистор R5 ограничивает ток разряда входной емкости VT2 на безопасном для TL431 уровне.
Главный недостаток схемы - значительное время заряда входной емкости MOSFET транзистора VT2 через резистор R4. Добавление элементов, форсирующих заряд указанной емкости, значительно усложнило бы схему, поэтому, приняты ряд мер, снижающих негативное влияние этого явления на работу устройства без его усложнения. Во-первых, номинал R4 выбран минимально возможным, соблюдая компромисс с выделяемой на нем мощности и максимальным током катода A1. Во-вторых, частота работы схемы выбрана относительно низкой (20-75 кГц) для снижения выделяемой на VT2 из-за большого времени открытия мощности. В-третьих, транзистор выбран по минимальной входной емкости из имеющихся в наличии - у IRFZ44N он составляет по даташиту 1350 пФ. Кроме того, при увеличении входного напряжения, вместе с увеличением частоты увеличивается и ток через R4, уменьшая длительность заряда входной емкости, а значит, спада импульса на коллекторе VT2.
Устройство собрано на печатной плате из односторонне-фольгированного стеклотекстолита размерами 40мм на 60мм. Печатные "дорожки" достаточно широкие, что помогает дополнительно рассеивать мощность, выделяемую на деталях схемы, а так же позволяет, при желании, не сверлить отверстия, а паять детали со стороны печатных проводников - я выбрал этот вариант, причем фольгу вырезал резаком (на рисунке - вариант установки деталей со стороны без металлизации).
Плата рассчитана на установку транзистора VT2 в корпусе D2PAK, однако, возможно его применение и в корпусе TO-220, что и сделано в моем случае. В качестве радиатора транзистора применен полигон из фольги площадью около 6 квадратных сантиметров, к которому он припаян непосредственно коллектором хорошо прогретым паяльником (паять не более 3 сек.!). От использования всех комплектующих в SMD исполнении я отказался сознательно из-за того, что у многих радиолюбителей с их применением есть сложности. В исполнении, приведенном на фотографиях, температура транзистора оказалась менее 55 градусов при Uвх = 14-20 В, с ростом входного напряжения она тоже растет и при Uвх = 30В достигает 70 градусов.
При номинале R1, указанном на схеме, ток светодиода составляет около 0.8 А, при котором измеренное падение напряжения на нем составило 11.3 В, что дает мощность примерно 9 Ватт (для надежности, на 10% ниже паспортной). Приводимое в описании китайских светодиодов значение номинального тока 980 мА дает напряжение на светодиоде примерно 11.5 В и мощность тоже почти 11.5 Ватт, что вряд ли благотворно скажется на долговечности! Изменив пропорционально номинал R1, можно в некоторых пределах менять ток светодиода. Для удобства подбора R1 можно составить из двух, соединенных параллельно (для дополнительного резистора на плате предусмотрено место)
Дроссель намотан (примерно 80 витков) на "знаменитом" желтом кольце из компьютерного БП, с которого снята "родная" обмотка. Его размеры видны из фотографий. Дроссель прикручен к плате винтом с гайкой, при этом под него подложена резиновая крышка из под ампулы для лекарств. Это позволило отцентрировать его и зафиксировать от прокручивания.
При применении обычного кольца из феррита 500НМ-4000НМ, сечение должно быть значительно больше, иначе, дроссель может входить в насыщение, что приведет к резкому снижению КПД и нагреву VT2. Возможно применение дросселя и с сердечниками других типов (если позволяет конструкция, лучше с зазором не менее 0.1-0.3 мм) или заводских не менее чем на 1.5 А.
В качестве VT1 подойдет практически любой p-n-p с допустимым напряжением на коллекторе не меньше, чем входное. В качестве VT2 применение транзистора, указанного на схеме оптимально. Должны неплохо подойти применяемые в инверторах ЖК телевизоров FDD8447 в корпусе DPAK (входная емкость 2000 пФ и сопротивлением открытого канала 8 мОм), но мной не проверено. Я пробовал транзисторы IRF3205 (температура корпуса выше чем IRFZ44N на 7-10 градусов) и BUZ11 (выше на 10-15 градусов), но сразу оговорюсь: их я проверял при входном напряжении до 24 В. При применении указанных транзисторов (особенно при больших входных напряжениях) транзистор стоит установить на отдельном радиаторе, площадью 30-50 кв. см. и, возможно, увеличить емкость C2 до 2200-3300 пФ для снижения частоты переключения.
Стабилитрон VD1- любой на 10-12 Вольт. Диод VD2 лучше использовать Шоттки, но, в крайнем случае, можно применить из серии HER (101-104 либо 201-204). В случае, если входное напряжение на превысит 24 В, резистор R4 можно взять на мощность 0.5 Вт.
КПД драйвера по моим измерениям составил: при входном напряжении 13-20 В - не менее 90%; при напряжении 30 В - около 83% (выделяется больше мощности на VT2 и R4). Ток светодиода для всего диапазона входных напряжений достаточно стабилен - плюс-минус 10-20 мА.
У данного прибора интересная особенность - при снижении входного напряжения ниже 13 В, устройство начинает работать в линейном режиме, причем, яркость в момент перехода меняется слабо и КПД заметно не снижается. При последующем увеличении входного напряжения до уровня, большего напряжения на светодиоде на 1.5 - 2 В, устройство устойчиво начинает генерировать и переходит в режим ключевой стабилизации.
Во вложенном файле имеются Proteus-модель и плата в формате LAY
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ361В | 1 | A1015, A966 | В блокнот | |
| VT2 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | 1N4741A | 1 | 11 V | В блокнот | |
| VD2 | Диод Шоттки | 1N5819 | 1 | 1N5822 | В блокнот | |
| C1 | Конденсатор | 470 мкФ 35В | 1 | В блокнот | ||
| С2 | Конденсатор | 560 пФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 0.68 Ом | 1 | 1 Вт | В блокнот | |
| R2, R3 | Резистор | 10 кОм | 2 |
