Типы источников питания для светодиодов. Виды и характеристики драйверов для светодиодных источников света

Светодиоды получили большую популярность. Главную роль в этом сыграл светодиодный драйвер, поддерживающий постоянный выходной ток определенного значения. Можно сказать, что это устройство представляет собой источник тока для LED-приборов. Такой драйвер тока, работая вместе со светодиодом, обеспечивает долголетний срок службы и надежную яркость. Анализ характеристик и видов этих устройств позволяет понять, какие они выполняют функции, и как их правильно выбирать.

Что такое драйвер и каково его назначение?

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

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

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

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

Основные особенности

Мощность, которую эти устройства способны отдавать под нагрузкой, является важным показателем. Не стоит перегружать его, пытаясь добиться максимальных результатов. В результате таких действий могут выйти из строя драйверы для светодиодов или же сами LED-элементы.

На электронную начинку устройства влияет множество причин:

• класс защиты аппарата;
• элементная составляющая, которая применяется для сборки;
• параметры входа и выхода;
• марка производителя.

Изготовление современных драйверов выполняется при помощи микросхем с использованием технологии широтно-импульсного преобразования, в состав которых входят импульсные преобразователи и схемы, стабилизирующие ток. ШИМ-преобразователи запитываются от 220 В, обладают высоким классом защиты от коротких замыканий, перегрузок, а так же высоким КПД.

Технические характеристики

Перед приобретением преобразователя для светодиодов следует изучить характеристики устройства. К ним относятся следующие параметры:

• выдаваемая мощность;
• выходное напряжение;
• номинальный ток.

На выходное напряжение влияет схема подключения к источнику питания, количество в ней светодиодов. Значение тока пропорционально зависит от мощности диодов и яркости их излучения. Светодиодный драйвер должен выдавать столько тока для светодиодов, сколько потребуется для обеспечения постоянной яркости. Стоит помнить, что мощность необходимого устройства должна быть более потребляемой всеми светодиодами. Рассчитать ее можно, используя следующую формулу:

P (led) – мощность одного LED-элемента;

n - количество LED-элементов.

Для обеспечения длительной и стабильной работы драйвера следует учитывать запас мощности устройства в 20–30% от номинальной.

Выполняя расчет, следует учитывать цветовой фактор потребителя, так как он влияет на падение напряжения. У разных цветов оно будет иметь отличающиеся значения.

Срок годности

Светодиодные драйверы, как и вся электроника, обладают определенным сроком службы, на который сильно влияют эксплуатационные условия. LED-элементы, изготовленные известными брендами, рассчитаны на работу до 100 тысяч часов, что намного дольше источников питания. По качеству рассчитанный драйвер можно классифицировать на три типа:

• низкого качества, с работоспособностью до 20 тысяч часов;
• с усредненными параметрами - до 50 тысяч часов;
• преобразователь, состоящий из комплектующих известных брендов - до 70 тысяч часов.

Многие даже не знают, зачем обращать внимание на этот параметр. Это понадобится для выбора устройства для длительного использования и дальнейшей окупаемости. Для использования в бытовых помещениях подойдет первая категория (до 20 тысяч часов).

Как подобрать драйвер?

Насчитывается множество разновидностей драйверов, используемых для LED-освещения. Большинство из представленной продукции изготовлено в Китае и не имеет нужного качества, но выделяется при этом низким ценовым диапазоном. Если нужен хороший драйвер, лучше не гнаться за дешевизной китайского производства, так как их характеристики не всегда совпадают с заявленными, и редко когда к ним прилагается гарантия. Может быть брак на микросхеме или быстрый выход из строя устройства, в таком случае не удастся совершить обмен на более качественное изделие или вернуть средства.

Наиболее часто выбираемым вариантом является бескорпусный драйвер, питающийся от 220 В или 12 В. Различные модификации позволяют использовать их для одного или более светодиодов. Эти устройства можно выбрать для организации исследований в лаборатории или же проведения экспериментов. Для фито-ламп и бытового применения выбирают драйверы для светодиодов, находящиеся в корпусе. Бескорпусные устройства выигрывают в ценовом плане, но проигрывают в эстетике, безопасности и надежности.

Виды драйверов

Устройства, осуществляющие питание светодиодов, условно можно разделить на:

• импульсные;
• линейные.

Устройства импульсного типа производят на выходе множество токовых импульсов высокой частоты и работают по принципу ШИМ, КПД у них составляет до 95%. Импульсные преобразователи имеют один существенный недостаток - во время работы возникают сильные электромагнитные помехи. Для обеспечения стабильного выходного тока в линейный драйвер установлен генератор тока, который играет роль выхода. Такие устройства имеют небольшой КПД (до 80%), но при этом просты в техническом плане и стоят недорого. Такие устройства не получится использовать для потребителей большой мощности.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что источник питания для светодиодов следует выбирать очень тщательно. Примером может послужить люминесцентная лампа, на которую подается ток, превышающий норму на 20%. В ее характеристиках практически не произойдет изменений, а вот работоспособность светодиода уменьшится в несколько раз.

Несмотря на объективные проблемы с внедрением светодиодного освещения, все больше предприятий занимаются разработкой и производством полупроводниковых осветительных приборов. Научно-производственная фирма «Плазмаинформ» вышла на этот рынок в 2010 г. и в настоящее время позиционирует себя разработчиком и серийным производителем источников тока для светодиодных светильников.

Источники питания (ИП) светодиодов - важнейшая часть полупроводникового светильника, во многом определяющая функциональные, светотехнические показатели и надежность осветительного устройства. Для компаний, занимающихся проектированием и установкой систем освещения, помимо светового потока и цветовой температуры важны и такие характеристики, как электробезопасность, КПД, коэффициент мощности, коэффициент пульсаций светового потока, электромагнитная совместимость и стоимость. В результате сотрудничества НПФ «Плазмаинформ» с рядом предприятий, разрабатывающих и производящих осветительные приборы, появились на свет и были запущены в серийное производство источники тока открытого исполнения, обеспечивающие электрические мощности 15, 20, 30, 35, 50 и 100 Вт.

Анализ ИП для светодиодных светильников, выпускаемых рядом фирм, показывает, что схемотехника источников тока определяется требуемой выходной мощностью светильника: если она менее 60 Вт, то обычно выбирается обратноходовой корректор коэффициента мощности (ККМ) со стабилизацией выходного тока. При более высокой выходной мощности используется отдельный ККМ и отдельный преобразователь со стабилизацией выходного тока и гальванической развязкой вход/выход, выполняемый по схемотехнике обратноходового, прямоходового или резонансного LLC-типа. Преобразователи без гальванической развязки (понижающего типа, SEPIC и др.) с точки зрения обеспечения безопасности при эксплуатации светодиодных светильников не имеют широкого распространения.

При разработке большое внимание было уделено таким параметрам, как пульсации выходного тока, электромагнитная совместимость (ЭМС) и стоимость. Выбор пульсаций выходного тока, определяется требованиями к пульсациям светового потока, которые регламентируются стандартами и составляют для светильников общего назначения 10–20%, а для настольных светильников при длительной работе за компьютером - 5–10%. Для уличных светильников пульсации светового потока не регламентированы и должны задаваться для каждого конкретного применения.

Учитывая, что светильники могут подключаться к электрическим сетям достаточно большой протяженности, к которым может быть подсоединено сильноточное оборудование, источники питания должны выдерживать испытательное напряжение 1,5 кВ провод–провод и провод–корпус, а также наносекундные и микросекундные импульсные выбросы и провалы амплитудой до 1,0 кВ. Кроме того, к тем же электрическим сетям могут быть подключены телевизоры, приемники и другая чувствительная к помехам аппаратура. Поэтому необходимо обеспечить соответствие ИП следующим основным стандартам по ЭМС: ГОСТ Р 51318.15- 99, ГОСТ Р 51514-99, ГОСТ Р 51317.3.2.2006 (раздел 6, 7), ГОСТ Р 51317.3.3.2008, ГОСТ Р 51317.4.2.99, ГОСТ Р 51317.4.4.2007, ГОСТ Р 51317.4.5.99, ГОСТ Р 51317.4.6.99, ГОСТ Р 51317.4.11.2007.

Источники PSL (Power Supply Led) выполнены по схеме обратноходового корректора коэффициента мощности со стабилизацией выходного тока и ограничением напряжения. Типовая блок-схема приведена на рис. 1. Основой преобразователя является контроллер ККМ, управляющий силовым ключом и обеспечивающий коэффициент мощности выше 0,9. Осциллограммы входного напряжения и тока, а также действующие и предельные значения гармоник тока источника PSL50 приведены на рис. 2 и 3. Фильтр ЭМС обеспечивает электромагнитную совместимость в соответствии со стандартами на светильники.

Рис. 1. Блок-схема источника

Рис. 2. Осциллограммы входного напряжения и тока PSL50

Рис. 3. Действующие и предельные значения гармоник входного тока PSL50

В качестве примера в таблице 1 приведен уровень радиопомех на сетевых зажимах PSL50 в диапазоне частот 0,009–30 МГц (квазипиковые значения).

Т а б л и ц а 1 . Уровень радиопомех PSL50

Выходной фильтр обеспечивает необходимый уровень пульсаций выходного тока и, соответственно, пульсаций светового потока. Уровень и форма пульсаций токов и напряжений для двух номиналов выходного фильтра PSL50 приведены на рис. 4–7.

Осциллограммы показывают, что увеличение выходной емкости на 60% уменьшает пульсации тока в два раза и соответственно снижает пульсации светового потока, поскольку зависимость между ними практически линейная. При включении источники обеспечивают плавную подачу напряжения в течение 50 мс. Форма выходного напряжения при старте PSL50 приведена на рис. 8.

Рис. 8. Выходное напряжение PSL50 в момент включения

Усилитель сигнала ошибки (УСО) по току обеспечивает формирование сигнала ошибки, поддерживая ток через светодиоды на заданном уровне. УСО по напряжению ограничивает выходное напряжение на холостом ходу. Блок гальванической развязки предназначен для передачи сигнала ошибки на контроллер, в первичную цепь. Демпфер ограничивает выброс напряжения на стоке силового ключа, что позволяет использовать более низковольтный и дешевый транзистор.

Питанием источника является сеть переменного тока. Гальваническая развязка входных и выходных цепей между собой и корпусом выдерживает 1,5 кВ и обеспечивает безопасность эксплуатации. Источники соответствуют отечественным и международным нормам в части ЭМС. Имеется встроенная защита от короткого замыкания на выходе, обеспечивается работа на холостом ходу. Основные технические характеристики источников приведены в таблице 2.

Т а б л и ц а 2 . Параметры источников питания

Внешний вид PSL15, PSL35, PSL50 и PSL100 приведен на рис. 9–12 соответственно. Источники PSL20 и PSL30 имеют конструктивное исполнение, аналогичное PSL35.

Для специальных конструкций светильников разработан недорогой сетевой неизолированный источник тока мощностью 9 Вт (PSL9). Он представляет собой понижающий преобразователь с пассивной коррекцией коэффициента мощности. Схема источника приведена рис. 13, внешний вид - на рис. 14. Основа источника - микросхема драйвера HV9910. Цепочка С1– VD2–VD3–VD4–C2 - пассивный ККМ. Выходной ток задается резисторами R4, R5, R6. C3 - выходной фильтрующий конденсатор. Параметры источника PSL9 приведены в таблице 3.

Рис. 13. Схема PSL9

Рис. 14. Источник PSL9

Т а б л и ц а 3 . Параметры источника PSL9

Светильники, в конструкции которых использованы PSL9, PSL15, PSL30, PSL100, проходят опытную эксплуатацию. Светильники с PSL20, PSL35 и PSL50 выпускаются серийно.

Выбранная схема построения источников питания позволяет без больших затрат модифицировать конструкцию для получения других значений выходного напряжения и тока в пределах заявленной мощности, обеспечивая питание светильников с иной схемой включения светодиодов.

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Борис Аладышкин

Постоянные читатели часто интересуются, как правильно сделать питание для светодиодов, чтобы срок службы был максимален. Особенно это актуально для led неизвестного производства с плохими техническими характеристиками или завышенными.

По внешнему виду и параметрам невозможно определить качество. Частенько приходится рассказывать как рассчитать блок питания для светодиодов, какой лучше купить или сделать своими руками. В основном рекомендую купить готовый, любая схема после сборки требует проверки и настройки.

• 1. Основные типы
• 2. Как сделать расчёт
• 3. Калькулятор для расчёта
• 4. Подключение в автомобиле
• 5. Напряжения питания светодиодов
• 6. Подключение от 12В
• 7. Подключение от 1,5В
• 8. Как рассчитать драйвер
• 9. Низковольтное от 9В до 50В
• 10. Встроенный драйвер, хит 2016
• 11. Характеристики

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.

Как сделать расчёт

1. номинальная потребляемая мощность или желаемая;
2. напряжение падения.

Суммарное энергопотреблением подключаемой электрической цепи не должно превышать мощности блока.

Падения напряжения зависит от того, какой свет излучает лед чип. Я рекомендую покупать фирменные LED, типа Bridgelux, разброс параметров у них минимальный. Они гарантированно держат заявленные характеристики и имеют запас по ним. Если покупаете на китайском базаре, типа Aliexpress, то не надейтесь на чудо, в 90% вас обманут и пришлют барахло с параметрами в 2-5 раз хуже. Это многократно проверяли мои коллеги, которые заказывали недорогие LED 5730 иногда по 10 раз. Получали они SMD5730 на 0,1W, вместо 0,5W. Это определяли по вольтамперной-характеристике.

К тому же у дешевых разброс параметров очень большой. Что бы это определить в домашних условиях своими руками, подключите их последовательно 5-10 штук. Регулирую количество вольт, добейтесь чтобы они слегка светились. Вы увидите, что часть светит ярче, часть едва заметно. Поэтому некоторые в номинальном рабочем режиме будут греться сильнее, другие меньше. Мощность будет на них разная, поэтому самые нагруженные выйдут из строя раньше остальных.

Калькулятор для расчёта

Калькулятор учитывает 4 параметра:

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

Подключение в автомобиле

При заведенном двигателе бывает в среднем 13,5В — 14,5В, при заглушенном12В — 12,5В. Особые требования при включении в автомобильный прикуриватель или бортовую сеть. Кратковременные скачки могут быть до 30В. Если у вас используется токоограничивающее сопротивление, то сила тока возрастает прямо пропорционально повышению напряжению питания светодиодов. По этой причине лучше ставить стабилизатор на микросхеме.

Недостатком использования в авто может быть появление помех на радио в УКВ диапазоне. ШИМ контроллер работает на высоких частотах и будет давать помехи на ваш радиоприёмник. Можно попробовать заменить на другой или линейный типа . Иногда помогает экранирование металлом и размещение подальше от головного устройства авто.

Напряжения питания светодиодов

Из таблиц видно, для маломощных на 1W, 3W этот показатель 2В для красного, желтого цвета, оранжевого. Для белого, синего, зелёного он от 3,2В до 3,4В. Для мощных от 7В до 34В. Эти циферки придется использовать для расчётов.

Таблица для LED на 1W, 3W, 5W

Таблица для мощных светодиодов 10W, 20W, 30W, 50W, 100W

Подключение от 12В

Одно из самых распространенных напряжений это 12 Вольт, они присутствуют в бытовой технике, в автомобиле и автомобильной электронике. Используя 12V можно полноценно подключить 3 лед диода. Примером служит светодиодная лента на 12V, в которой 3 штуки и резистор подключены последовательно.

Пример на диоде 1 W, его номинальный ток 300мА.

• Если на одном LED падает 3,2В, то для 3шт получится 9,6В;
• на резисторе будет 12В – 9,6В = 2,4В;
• 2,4 / 0,3 = 8 Ом номинал нужного сопротивления;
• 2,4 * 0,3 = 0,72W будет рассеиваться на резисторе;
• 1W + 1W + 1W + 0,72 = 3,72W полное энергопотребление всей цепи.

Аналогичным образом можно вычислить и для другого количества элементов в цепи.

Подключение от 1,5В

Источник питания для светодиодов может быть и простой пальчиковой батарейкой на 1,5В. Для LED диода требуется обычно минимум 3V, без стабилизатора тут никак не обойтись. Такие специализированные светодиодные драйвера используются в ручных фонариках на Cree Q5 и Cree XML T6. Миниатюрная микросхема повышает количество вольт до 3V и стабилизирует 700мА. Включение от 1.5 вольт при помощи токоограничивающего сопротивления невозможно. Если применить две батареи на 1.5 вольт, соединив их последовательно, получим 3В. Но батарейки достаточно быстро разряжаются, а яркость будет падать еще быстрее. При 2,5В емкости в батареях останется еще много, но диод уже практически потухнет. А светодиодный драйвер будет поддерживать номинальную яркость даже при 1В.

Обычно такие модули заказываю на Aliexpress, у китайцев стоят 50-100руб, в России они дороговаты.

Как рассчитать драйвер

1. составьте на бумаге схему подключения;
2. если драйвер китайский, то желательно проверить выдержит он заявленную мощность или нет;
3. учитывайте, что для разных цветов (синий, красный, зеленый) разное падение вольт;
4. суммарная мощность не должна быть выше, чем у источника тока.

Нарисуйте схему включения, на которой распределите элементы, если они подключены не просто последовательно, а комбинировано с параллельным соединением.

На китайском блоке питания неизвестного производителя мощность может быть значительно ниже. Они запросто указывают максимальную пиковую мощность, а не номинальную долговременную. Проверять сложнее, надо предельно нагрузить блок питания и замерить параметры.

Для третьего пункта используйте примерные таблицы для 1W,3W, 5W, 10W, 20W, 30W, 50W, 100W, которые приведены выше. Но больше доверяйте характеристикам, которые вам дал продавец. Для однокристальных бывает 3V, 6V, 12V.

Если энергопотребление цепи в сумме превысит номинальную мощность источника питания, то ток просядет и увеличится нагрев. Он восстановится до нормального уровня, если снизить нагрузку.

Для светодиодных лент сделать расчёт очень просто. Измерьте количество Ватт на 1 метр и умножьте на количество метров. Именно измерьте, в большинстве случаем мощность завышена и вместо 14,4 Вт/м получите 7 Вт/м. Ко мне слишком часто обращаются с такой проблемой разочарованные покупатели.

Низковольтное от 9В до 50В

Кратко расскажу, что использую для включения для блоков на 12В, 19V, 24В и для подключения к автомобильным 12В.

Чаще всего покупаю готовые модули на ШИМ микросхемах:

1. бывают повышающие, например, на входе 12V, на выходе 22В;
2. понижающие, например из 24В до 17В.

Не всем хочется тратить большую денежку на покупку готового прожектора для авто, светодиодного светильника или заказывать готовый драйвер. Поэтому обращаются ко мне, что бы из подручных комплектующих собрать что-нибудь приличное. Цена таких модулей начинается от 50руб до 300руб за модель на 5А с радиатором. Покупаю заранее по несколько штук, расходятся быстро.

Больше всех популярен вариант на линейной ИМС , простой, надежный устаревший.

Очень популярны модели на LM2596, но она уже устарела и советую обратить внимание на более современное с хорошим КПД. Такие блоки имеют от 1 до 3 подстроечных сопротивлений, которыми можно настроить любые параметры до 30В и до 5А.

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.

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами. Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах. Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода. Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу. Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В. Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения. Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

• U – напряжение питания, В;
• U LED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
• I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье . А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

• источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
• нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
• стабилизированные ИПН;
• стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В. Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы. И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами.
Подключение мощных светодиодов и нужно производить через стабилизатор тока (драйвер). Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

• I драйвера - ток драйвера по паспорту, А;
• I LED - номинальный ток светодиода, А.

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения. Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее. Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

• объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
• при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
• количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в .

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых . Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения. Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Ещё раз о трёх важных моментах

1. Прямой номинальный ток – главный параметр любого светодиода. Занижая его, мы теряем в яркости, а завышая – резко сокращаем срок службы. Поэтому лучшим источником питания является светодиодный драйвер, при подключении к которому через светодиод всегда будет протекать постоянный ток нужной величины.
2. Напряжение, приведенное в datasheet к светодиоду, не является определяющим и лишь указывает на то, сколько вольт упадёт на p-n-переходе при протекании номинального тока. Его значение необходимо знать для того, чтобы правильно вычислить сопротивление резистора, если светодиод будет работать от обычного БП.
3. Для подключения мощных светодиодов важно не только надёжное электропитание, но и качественная система охлаждения. Установка на радиатор светодиодов с мощностью потребления более 0,5 Вт станет залогом их стабильной и продолжительной работы.

Читайте так же