Когда 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
…оооооочень много раз мне пришлось столкнуться с проблемой перегоревших светодиодов, установленных где-либо в машине…началось всё это с лампочек в габаритах, потом постоянно горела подсветка приборки, потом подсветка блока отопителя, багажника и т.д…
И вот как-то раз это явление достало меня окончательно и я, бегло пробежавшись глазами по записям в блогах одноклубников, решил сделать подсветку приборки "вечной" линейным стабилизатором напряжения L7812CV, +12в, что, естественно, никакого толка не дало и лента сгорела, как ни в чем не бывало 🙂
Вот он, виновник торжества.
…хотя…его вины тут нет. Виноваты тут далекие от электроники люди и я, человек который слишком мало копал, прежде, чем что-то сделать…Все мы ошибаемся, что поделать, потому и половина бортового журнала — это работа над ошибками… 🙂
Начнем с того, что светодиоды сгорают от скачков тока, а не напряжения.
"Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо."
Теперь понятно, почему с долбанными линейными стабами типа L7812CV постоянно все перегорает?
Да, стабилизация нужна по току, а не по напряжению и делается это резисторами!
Ладно, поехали дальше.
В связи с тем, что сейчас у меня висит 4 проекта по фарам, которые будут делаться на очень дорогостоящих COB кольцах (которые ещё дороже стали с учетом долбанного курса валют) стабилизация таковых просто жизненно необходима…
Вот как оно выглядит
Вы спросите сейчас, а нафига драйвер, если вон он, уже висит и все стабилизирует.
Ну да, я тоже так думал, а на деле оказалось, что там те же самые стабилизаторы напряжения стоят (у одного из клиентов одно кольцо уже начало моросить). Ну кто ж знал, что Китайцы в плане драйверов решили сэкономить.
Итак, делаем простейший драйвер.
Берем идеальную автомобильную сеть 12 Вольт и считаем какой нам нужен резистор на примере COB кольца, мощностью 5 Вт.
Мы можем узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания.
Потребляемый ток равен мощности деленной на напряжение в сети.
COB кольцо потребляет 5 Вт. Напряжение в идеальном автомобиле 12 Вольт.
Если считать не умеете, то можно посчитать тут
ydoma.info/electricity-zakon-oma.html
Получаем 420 милиампер потребляемого тока таким колечком.
дальше идем сюда
ledcalc.ru/lm317
вводим требуемый ток 420 милиампер и получаем:
Расчетное сопротивление: 2.98 Ом
Ближайшее стандартное: 3.30 Ом
Ток при стандартном резисторе: 379 мА
Мощность резистора: 0.582 Вт.
ЭТО РАСЧЕТ РАБОТАЕТ, КОГДА ВЫ ТОЧНО УВЕРЕНЫ В ХАРАКТЕРИСТИКАХ СВЕТОДИОДА, ЕСЛИ НЕТ, ТО ДЕЛАЕМ ЗАМЕР ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОКА МУЛЬТИМЕТРОМ!
КАК ЭТО ДЕЛАТЬ, СМОТРИМ ТУТ!
К слову, выше расчет, где я взял спецификацию диода от китайца, является неверным, ибо при замере фактическое потребление тока оказалось не 420 мА, а 300мА. Потому сразу можно сделать вывод, что пятью ваттами там и не пахнет 🙂
Дальше идем в магазин и покупаем:
-LM317. Внешне как и LM7812. Корпус один, смысл несколько разный.
-Резистор, который посчитали выше
И подключаем это всё дело в режиме токового стабилизатора.
В итоге получили на выходе стабилизированный ток.
Но это для идеального случая. Что касается случая с реальным автомобилем, где скачки до 14 Вольт с копейками бывают, то рассчитывайте резистор для худшего случая с запасом.
Кто не могёт паять по схемам, то даю картинку, где все нарисовано более наглядно
Вот собственно и все. Надеюсь, кому-нибудь пригодится)
Для того чтобы светодиодные лампы работали максимально ярко и эффективно, используются специальные модули – драйверы. Собрать самостоятельно схему драйвера для светодиодов сможет каждый, если, конечно, имеются познания в электротехнике. Смысл работы прибора – преобразовать переменное напряжение, протекающее в сети, в постоянное (пониженное). Но прежде чем приступать к сборке, нужно определиться с тем, какие требования к устройству предъявляются – проанализируйте характеристики и виды приборов.
Для чего нужны драйверы?
Основное назначение драйверов – это стабилизация тока, который проходит через светодиод. Причем нужно учесть, что сила тока, который проходит по кристаллу полупроводника, должна быть точно такой же, как и у светодиода по паспорту. Благодаря этому обеспечивается устойчивое освещение. Кристалл в светодиоде намного дольше прослужит. Чтобы узнать напряжение, необходимое для питания светодиодов, нужно воспользоваться вольт-амперной характеристикой. Это график, показывающий зависимость между напряжением питания и током.
Если планируется проводить освещение светодиодными лампами жилого или офисного помещения, то драйвер должен питаться от бытовой сети переменного тока с напряжением 220 В. Если же светодиоды используются в автомобильной или мототехнике, нужно использовать драйверы, питающиеся от постоянного напряжения, значение 9-36 В. В некоторых случаях (если светодиодная лампа небольшой мощности и питается от сети 220 В) допускается убрать схему драйвера светодиода. От сети если запитано устройство, достаточно включить в схему постоянный резистор.
Параметры драйверов
Прежде чем приобрести устройство или самостоятельно его изготовить, нужно ознакомиться с тем, какие у него имеются основные характеристики:
- Номинальный ток потребления.
- Мощность.
- Выходное напряжение.
Напряжение на выходе преобразователя напрямую зависит от того, какой выбран способ подключения источника света, числа светодиодов. Ток имеет прямую зависимость от яркости и мощности элементов.
Преобразователь должен обеспечивать ток, при котором светодиоды будут работать с одинаковой яркостью. На PT4115 схема драйвера светодиодов реализуется довольно просто – это самый распространенный преобразователь напряжения для использования с LED-элементами. Изготовить прибор на его основе можно буквально «на коленке».
Мощность драйвера
Мощность прибора – это самая важная характеристика. Чем мощнее драйвер, тем большее число светодиодов можно подключить к нему (конечно, придется проводить простые расчеты). Обязательное условие – мощность драйвера должна быть больше, чем у всех светодиодов в сумме. Выражается это такой формулой:
где Р, Вт – мощность драйвера;
Р(св), Вт – мощность одного светодиода;
N – количество светодиодов.
Например, при сборке схемы драйвера для светодиода 10W вы можете смело подключать в качестве нагрузки LED-элементы мощностью до 10 Вт. Обязательно нужно иметь небольшой запас по мощности – примерно 25%. Поэтому, если планируется подключение светодиода 10 Вт, драйвер должен обеспечивать мощность не менее 12,5-13 Вт.
Цвета светодиодов
Обязательно нужно учитывать то, какой цвет испускает светодиод. От этого зависит то, какое падение напряжения будет у них при одинаковой силе тока. Например, при токе питания 0,35 А, падение напряжения у красных LED-элементов примерно 1,9-2,4 В. Мощность в среднем 0,75 Вт. Аналогичная модель с зеленым цветом будет уже иметь падение в интервале 3,3-3,9 В, а мощность 1,25 Вт. Поэтому, если вы применяете схему драйвера светодиода 220В с преобразованием в 12 В, к нему можно подключить максимум 9 элементов с зеленым цветом или 16 с красным.
Типы драйверов
Всего можно выделить два типа драйверов для светодиодов:
- Импульсные. С помощью таких устройств создаются в выходной части устройства высокочастотные импульсы. Функционирование основывается на принципах ШИМ-модуляции. Среднее значение тока зависит от коэффициента заполнения (отношения длительности одного импульса к частоте его повторения). Ток на выходе меняется за счет того, что коэффициент заполнения колеблется в интервале 10-80%, а частота остается постоянной.
- Линейные – типовая схема и структура выполнены в виде генератора тока на транзисторах с р-каналом. С их помощью можно обеспечить максимально плавную стабилизацию питающего тока в случае, если напряжение на входе неустойчиво. Отличаются дешевизной, но у них малая эффективность. При работе выделяется большое количество тепла, поэтому можно использовать только для маломощных светодиодов.
Импульсные получили большее распространение, так как у них КПД намного выше (может достигать 95%). Устройства компактные, диапазон входного напряжения достаточно широкий. Но есть один большой недостаток – высокое влияние различного рода электромагнитных помех.
На что обратить внимание при покупке?
Покупку драйвера обязательно нужно совершать при выборе светодиодов. На PT4115 схема драйвера светодиодов позволяет обеспечить нормальное функционирование системы освещения. Устройства, использующие ШИМ-модуляторы, построенные по схемам с одной микросхемой, применяются по большей части в автомобильной технике. В частности, для подключения подсветки и ламп головного освещения. Но качество у таких простейших приборов довольно низкое – для использования в бытовых системах они не годятся.
Диммируемый драйвер
Практически все конструкции преобразователей позволяют регулировать яркость свечения LED-элементов. С помощью таких устройств можно выполнять следующие действия:
- Уменьшать интенсивность освещенности днем.
- Скрывать или же подчеркивать определенные элементы интерьера.
- Зонировать помещение.
Благодаря этим качествам можно существенно сэкономить на электроэнергии, увеличить ресурс элементов.
Разновидности диммируемых драйверов
Типы диммируемых драйверов:
- Подключаются между БП и источником света. Они позволяют управлять энергией, которая поступает на LED-элементы. В основе конструкции находятся ШИМ-модуляторы с микроконтроллерным управлением. Вся энергия идет к светодиодам импульсами. От длины импульсов напрямую зависит энергия, которая поступит на светодиоды. Такие конструкции драйверов применяются в основном для работы модулей со стабилизированным питанием. Например, для лент или бегущих строк.
- Второй тип устройств позволяет проводить управление блоком питания. Управление производится при помощи ШИМ-модулятора. Также изменяется величина тока, который протекает через светодиоды. Как правило, такие конструкции применяются для питания тех устройств, которым необходим стабилизированный ток.
Нужно обязательно учесть тот факт, что ШИМ-регулирование плохо влияет на зрение. Лучше всего использовать схемы драйверов для питания светодиодов, в которых регулируется величина тока. Но вот один нюанс – в зависимости от величины тока свечение будет различным. При низком значении элементы будут излучать свет с желтым оттенком, при увеличении – с синеватым.
Какую микросхему выбрать?
Если нет желания искать готовое устройство, можно сделать его самостоятельно. Причем произвести расчет под конкретные светодиоды. Микросхем для изготовления драйверов довольно много. Вам потребуется только умение читать электрические схемы и работать с паяльником. Для простейших устройств (мощностью до 3 Вт) можно использовать микросхему PT4115. Она дешевая, и достать очень просто. Характеристики элемента такие:
- Регулирование яркости.
- Напряжение питания – 6-30 В.
- Выходной ток – 1,2 А.
- Допустимая погрешность при стабилизации тока – не более 5%.
- Защита от отключения нагрузки.
- Выводы для диммирования.
- КПД – 97%.
Обозначение выводов микросхемы:
- SW – подключение выходного коммутатора.
- GND – отрицательный вывод источников питания и сигнала.
- DIM – регулятор яркости.
- CSN – датчик входного тока.
- VIN – положительный вывод, соединяемый с источником питания.
Варианты схем драйверов
Варианты исполнения устройств:
- Если имеется источник питания с постоянным напряжением 6-30 В.
- Питание от переменного напряжения 12-18 В. В схему вводится диодный мост и электролитический конденсатор. По сути, «классическая» схема мостового выпрямителя с отсечением переменной составляющей.
Нужно отметить тот факт, что электролитический конденсатор не сглаживает пульсации напряжения, а позволяет избавиться от переменной составляющей в нем. В схемах замещения (по теореме Кирхгофа) электролитический конденсатор в цепи переменного тока является проводником. А вот в цепи постоянного тока он заменяется разрывом (нет никакого элемента).
Собрать схему драйвера светодиодов 220 своими руками можно только в том случае, если использовать дополнительный блок питания. В нем обязательно задействован трансформатор, которым понижается напряжение до необходимого значения в 12-18 В. Учтите, что нельзя подключать драйверы к светодиодам без электролитического конденсатора в блоке питания. При необходимости установки индуктивности необходимо произвести ее расчет. Обычно величина составляет 70-220 мкГн.
Процесс сборки
Все элементы, которые используются в схеме, нужно подбирать, опираясь на даташит (техническую документацию). Обычно в нем приводятся даже практические схемы использования устройств. Обязательно использовать в схеме выпрямителя низкоимпедансные конденсаторы (значение ESR должно быть низким). Применение иных аналогов снижает эффективность регулятора. Емкость должна быть не менее 4,7 мкФ (в случае использования схемы с постоянным током) и от 100 мкФ (для работы в цепи переменного тока).
Собрать по схеме драйвер для светодиодов своими руками можно буквально за несколько минут, потребуется только наличие элементов. Но нужно знать и особенности проведения монтажа. Катушку индуктивности желательно располагать возле вывода микросхемы SW. Изготовить ее можно самостоятельно, для этого необходимо всего несколько элементов:
- Ферритовое кольцо – можно использовать со старых блоков питания компьютеров.
- Провод типа ПЭЛ-0,35 в лаковой изоляции.
Старайтесь все элементы располагать максимально близко к микросхеме, это позволит исключить появление помех. Никогда не проводите соединения элементов при помощи длинных проводов. Они не только создают множество помех, но и способны принимать их. В результате микросхема, неустойчивая к этим помехам, будет работать неправильно, нарушится регулировка тока.
Вариант компоновки
Разместить все элементы можно в корпусе от старой лампы дневного света. В ней уже все имеется – корпус, патрон, плата (которую можно повторно использовать). Внутри расположить все элементы блока питания и микросхему можно без особого труда. А с внешней стороны установить светодиод, который планируете запитывать от устройства. Схемы драйверов для светодиодов 220 В можно использовать практически любые, главное – понизить напряжение. Сделать это легко простейшим трансформатором.
Монтажную плату желательно использовать новую. А лучше вообще обойтись без нее. Конструкция очень простая, допустимо применить навесной монтаж. Обязательно удостоверьтесь в том, что на выходе выпрямителя напряжение в допустимых пределах, в противном случае микросхема сгорит. После сборки и подключения произведите замер потребляемого тока. Учтите, что в случае снижения тока питания увеличится ресурс светодиодного элемента.
Тщательно выбирайте схему драйвера для питания светодиодов, рассчитывайте каждый компонент конструкции – от этого зависит срок службы и надежность. При правильном подборе драйверов характеристики светодиодов останутся максимально высокими, а ресурс не пострадает. Схемы драйверов для мощных светодиодов отличаются тем, что в них большее число элементов. Зачастую применяется ШИМ-модуляция, но в домашних условиях, что называется, «на коленке», такие устройства уже сложно собрать.
