Самодельный драйвер для мощных светодиодов. Драйверы для светодиодов: что это и для чего они нужны 8 канальная микросхема драйвера светодиодов

Лидирующую позицию среди наиболее эффективных источников искусственного света занимают сегодня светодиоды. Это во многом является заслугой качественных источников питания для них. При работе совместно с правильно подобранным драйвером, светодиод длительно сохранит устойчивую яркость света, а срок службы светодиода окажется очень-очень долгим, измеряемым десятками тысяч часов.

Таким образом, правильно подобранный драйвер для светодиодов — залог долгой и надежной работы источника света. И в этой статье мы постараемся раскрыть тему того, как правильно выбрать драйвер для светодиода, на что обратить внимание, и какие вообще они бывают.

Драйвером для светодиодов называют стабилизированный источник питания постоянного напряжения или постоянного тока. Вообще, изначально, светодиодный драйвер — это , но сегодня даже источники постоянного напряжения для светодиодов называют светодиодными драйверами. То есть можно сказать, что главное условие — это стабильные характеристики питания постоянным током.

Электронное устройство (по сути — стабилизированный импульсный преобразователь) подбирается под необходимую нагрузку, будь то набор отдельных светодиодов, собранных в последовательную цепочку, или параллельный набор таких цепочек, либо может быть лента или вообще один мощный светодиод.

Стабилизированный источник питания постоянного напряжения хорошо подойдет , LED-линеек, или для запитки набора из нескольких мощных светодиодов, соединенных по одному параллельно, — то есть когда номинальное напряжение светодиодной нагрузки точно известно, и достаточно только подобрать блок питания на номинальное напряжение при соответствующей максимальной мощности.

Обычно это не вызывает проблем, например: 10 светодиодов на напряжение 12 вольт, по 10 ватт каждый, - потребуют 100 ваттный блок питания на 12 вольт, рассчитанный на максимальный ток в 8,3 ампера. Останется подрегулировать напряжение на выходе при помощи регулировочного резистора сбоку, - и готово.

Для более сложных светодиодных сборок, особенно когда соединяется несколько светодиодов последовательно, необходим не просто блок питания со стабилизированным выходным напряжением, а полноценный светодиодный драйвер — электронное устройство со стабилизированным выходным током. Здесь ток является главным параметром, а напряжение питания светодиодной сборки может автоматически варьироваться в определенных пределах.

Для ровного свечения светодиодной сборки, необходимо обеспечить номинальный ток через все кристаллы, однако падение напряжения на кристаллах может у разных светодиодов отличаться (поскольку немного различаются ВАХ каждого из светодиодов в сборке), - поэтому напряжение не будет на каждом светодиоде одним и тем же, а вот ток должен быть одинаковым.

Светодиодные драйверы выпускаются в основном на питание от сети 220 вольт или от бортовой сети автомобиля 12 вольт. Выходные параметры драйвера указываются в виде диапазона напряжений и номинального тока.

Например, драйвер с выходом на 40-50 вольт, 600 мА позволит подключить последовательно четыре 12 вольтовых светодиода мощностью по 5-7 ватт. На каждом светодиоде упадет приблизительно по 12 вольт, ток через последовательную цепочку составит ровно по 600 мА, при этом напряжение 48 вольт попадает в рабочий диапазон драйвера.

Драйвер для светодиодов со стабилизированным током — это универсальный блок питания для светодиодных сборок, причем эффективность его получается довольно высокой и вот почему.

Мощность светодиодной сборки — критерий важный, но чем обусловлена эта мощность нагрузки? Если бы ток был не стабилизированным, то значительная часть мощности рассеялась бы на выравнивающих резисторах сборки, то есть КПД оказался бы низким. Но с драйвером, обладающим стабилизацией по току, выравнивающие резисторы не нужны, вот и КПД источника света получится в результате очень высоким.

Драйверы разных производителей отличаются между собой выходной мощностью, классом защиты и применяемой элементной базой. Как правило, в основе — , со стабилизацией выхода по току и с защитой от короткого замыкания и перегрузки.

Питание от сети переменного тока 220 вольт или постоянного тока с напряжением 12 вольт. Самые простые компактные драйверы с низковольтным питанием могут быть выполнены на одной универсальной микросхеме, но надежность их, про причине упрощения, ниже. Тем не менее, такие решения популярны в автотюнинге.

Выбирая драйвер для светодиодов следует понимать, что применение резисторов не спасает от помех, как и применение упрощенных схем с гасящими конденсаторами. Любые скачки напряжения проходят через резисторы и конденсаторы, и нелинейная ВАХ светодиода обязательно отразится в виде скачка тока через кристалл, а это вредно для полупроводника. Линейные стабилизаторы — тоже не лучший вариант в плане защищенности от помех, к тому же эффективность таких решений ниже.

Лучше всего, если точное количество, мощность, и схема включения светодиодов будут заранее известны, и все светодиоды сборки будут одинаковой модели и из одной партии. Затем выбирают драйвер.

На корпусе обязательно указывается диапазон входных напряжений, выходных напряжений, номинальный ток. Исходя из этих параметров выбирают драйвер. Обратите внимание на класс защиты корпуса.

Для исследовательских задач подходят, например, бескорпусные светодиодные драйверы, такие модели широко представлены сегодня на рынке. Если потребуется поместить изделие в корпус, то корпус может быть изготовлен пользователем самостоятельно.

Андрей Повный

Зажечь светодиод несложно, для этого достаточно подключить его в прямом включении через ограничивающий резистор к источнику питания. Но этот способ крайне неэкономичен, так как на ограничивающем резисторе создается большое падение напряжения, а значит, и большие потери. Кроме того, ток через светодиод и яркость его свечения при подобном включении будут крайне нестабильны. Для повышения КПД и стабильности свечения светодиодов используются драйверы на специализированных микросхемах. О некоторых из них пойдет речь в настоящей статье. Автор рассматривает ряд микросхем-драйверов фирмы Monolithic Power Systems (MPS).

Классификация микросхем драйверов на основе DC/DC-преобразователей

Микросхемы драйверов для питания сверхъярких светодиодов можно найти в устройствах разной сложности от светодиодных фонариков до мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, компьютеров и т.д. Одно из самых распространенных применений светодиодов - это схемы светодиодной подсветки ЖК дисплеев. Драйверы для устройств с автономным питанием имеют, как правило, высокий КПД (более 90%). Они представляют собой регулируемые импульсные повышающие или повышающе-понижающие DC/DC-преобразователи. Можно встретить так называемые емкостные драйверы со схемой вольтодо-бавки и индуктивные драйверы. В них обычно применяется стабилизация выходного тока (то есть тока светодиодов), что обеспечивает стабильную яркость свечения светодиодов. Реже для этого используется стабилизация напряжения на светодиодах.

Емкостные преобразователи со схемой вольтодобавки называют также преобразователями с подкачкой заряда. Это буквальный перевод английского термина Charge Pump, которым обозначают эти схемы в иностранной технической литературе и документации. Они могут работать как повышающе-понижающие преобразователи. Бесспорными достоинствами драйверов Charge Pump являются их простота и низкая себестоимость.

В качестве повышающе-понижающих DC/DC-преобразователей в драйверах также применяют индуктивные преобразователи SEPIC-архитектуры (Single-ended primary-inductor converter - одновыводной первичный преобразователь на индуктивности), преимуществами которых являются несколько большие выходной ток и КПД, чем у преобразователей со схемой вольтодобавки. Повышающие преобразователи также нашли основное применение в устройствах с низковольтным питанием. Они имеют высокий КПД и большой выходной ток при остальных средних показателях. Особенности драйверов на DC/DC-преобразователях, приведенных в , сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Особенности драйверов на основе DC/DC-преобразователей

Тип преобразователя	Сложность	Стоимость	Размеры	КПД	Выходной ток
Преобразователь со схемой вольтодобавки (Charge Pump)
Преобразователь типа SEPIC				Выше среднего	Выше среднего
Повышающий преобразователь
Понижающий преобразователь

Понижающие преобразователи в бытовой технике применяются в качестве драйверов светодиодов довольно редко. Поэтому рассмотрим особенности схемотехники драйверов остальных трех типов на микросхемах фирмы Monolithic Power Systems подробнее.

Драйверы для питания сверхярких светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) от MPS

Микросхема MP1519 представляет собой драйвер для питания четырех белых светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) с питанием от источника 2,5...5,5 В (см. рис. 1).

Рис. 1. Функциональная схема микросхемы MP1519

Микросхема изготавливается в миниатюрном 16-выводном корпусе QFN16 размером 3x3 мм. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 2.

Таблица 2. Назначение выводов микросхемы MP1519

№ вывода	Обозначение	Назначение
		Выход на анод светодиода 4
		Не используется

		На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С1
		Вход напряжения питания 2,5...5,5 В
		На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С2
		На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С1
		Выход на катоды светодиодов (общий)
		На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С2
		Вход разрешения включения и регулировки яркости (димминга) светодиодов
		Выход на анод светодиода 1
		Выход на анод светодиода 2
		Выход на анод светодиода 3

ИМС MP1519 содержит датчик напряжения батареи, контроллер управления, генератор тока, источник опорного напряжения (ИОН) запретной зоны, четыре источника тока (стабилизатора) светодиодов и схему вольтодобавки.

Последовательно с каждым светодиодом внутри микросхемы включен стабилизатор тока (Current Source - источник тока), причем генератор тока управляет режимом всех четырех источников тока. Контроллер управления обеспечивает автоматический выбор режима вольтодобавки, "мягкий" старт и т.п. Схема вольтодобавки преобразует напряжение питания в импульсы частотой 1,3 МГц, которые выпрямляются и заряжают накопительные конденсаторы С1 и С2. При использовании схемы вольтодобавки для питания светодиодов напряжение батареи суммируется с напряжениями на этих конденсаторах. Для правильной работы схемы вольтодобавки конденсаторы С1 и С2 должны иметь одинаковую емкость. Одной из особенностей микросхемы MP1519 является автоматическое переключение кратности вольтодобавки: 1x, 1,5x и 2x. Это обеспечивает оптимально-эффективную стабилизацию токов, а, значит и яркости светодиодов при изменении напряжения питания (например, при старении или замене батареи). Для этого при работе микросхема непрерывно контролирует ток светодиодов и напряжение батареи.

Чтобы предотвратить перегрузку батареи, в микросхеме MP1519 используется "мягкий" запуск и "мягкое" переключение режимов вольтодобавки.

Ток светодиодов задается резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:

R1(кОм ) = 31,25/I LED (мА)

При наличии напряжения питания 2,5...5,5 В на выв. 5 и 13 ИМС включение драйвера обеспечивается подачей высокого уровня напряжения на вход разрешения EN (выв. 12) этой микросхемы. При включении контроллер микросхемы MP1519 анализирует величину напряжения питания, ток светодиодов и включает тот или иной режим кратности вольтодобавки. Драйвер выключается (гашение светодиодов) низким уровнем на выв. 12 с задержкой 30 мкс.

По входу EN может осуществляться как аналоговый, так и ШИМ димминг светодиодов. Именно для ШИМ димминга необходима задержка выключения микросхемы. Для этого на вход разрешения EN подается внешний управляющий ШИМ сигнал частотой 50 Гц...50 кГц. Когда импульс управляющего сигнала заканчивается, ток светодиодов и их яркость плавно уменьшаются до нуля в течение 30 мкс. Чем больше скважность импульсов управления, тем меньше средняя яркость свечения светодиодов. При частоте сигнала управления более 50 кГ ц яркость регулируется неэффективно, а при частоте ниже 50 Гц становится заметным моргание светодиодов.

Для аналогового димминга на выв. 11 MP1519 подается постоянное напряжение регулировки через делитель напряжения R2 R1 (см. рис. 2). Изменением этого напряжения от 0 до 3 В на входе делителя R2 R1 можно изменять ток светодиодов от 0 до 15 мА.

Рис. 2. Цепь регулировки яркости постоянным напряжением

Компания MPS выпускает еще две микросхемы близких по схемотехнике и цоколевке к MP1519 - это MP1519L и MP3011.

Микросхема MP1519L рассчитана на работу с тремя белыми светодиодами и отличается от MP1519 тем, что у MP1519L выв. 1 не используется. Она изготавливается в корпусах QFN16 (3x3 мм) и TQFN16 (3x3 мм). Микросхема MP3011 рассчитана на работу только с двумя белыми светодиодами. У этой микросхемы также не используется выв. 14. Эта микросхема выпускается в корпусе QFN16 (3x3 мм).

Драйверы для питания сверхъярких светодиодов на основе повышающих (Boost, Step-Up) DC/DC-преобразователей от MPS

Подробное описание микросхемы MP2481 можно найти в , поэтому рассмотрим следующие микросхемы: MP3204, MP3205, MP1518, MP1523, MP1528, MP1521, MP1529 и MP1517.

Микросхема MP3204 представляет собой классический повышающий DC/DC-преобразователь, который при входном напряжении 2,5...6 В позволяет получить на последовательно соединенных светодиодах постоянное напряжение до 21 В. Максимально к MP3204 можно подключить до пяти светодиодов, но для оптимального управления изготовитель рекомендует подключать к выходу микросхемы три белых светодиода (см. рис. 3).

Рис. 3. Схема включения микросхемы MP3204

Микросхема содержит генератор 1,3 МГц, ШИМ, усилитель сигнала обратной связи, усилитель сигнала от датчика тока и выходной ключ на полевом транзисторе. Она изготавливается в миниатюрном корпусе TSOT23-6. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 3.

Таблица 3. Назначение выводов микросхемы MP3204

Драйвер на MP3204 (рис. 3) работает следующим образом. Микросхема включается подачей высокого уровня на вход разрешения EN (выв. 4). Когда выходной ключ (выв. 1 и 2) замкнут, через дроссель L1 идет нарастающий ток от источника питания и в сердечнике дросселя создается магнитное поле. Когда выходной ключ размыкается, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции ("+" справа на рис. 4 и "-" слева), которая складывается с напряжением питания схемы. Этим суммарным напряжением через диод D1 заряжается накопительный конденсатор С2. Напряжение с этого конденсатора используется для питания последовательно соединенных светодиодов.

В качестве конденсатора входного фильтра С1 и накопительного конденсатора на выходе С2 обычно используются керамические конденсаторы. Емкость накопительного конденсатора С2 0,22 мкФ достаточна для большинства применений, но ее допустимо увеличить до 1 мкФ. Дроссель L1 должен иметь небольшое сопротивление постоянному току. В позиции D1 устанавливается диод Шоттки с прямым током 100...200 мА. Резистор R1, включенный последовательно со светодиодами, используется как датчик тока светодиодов. Для стабилизации тока светодиодов напряжение с R1, пропорциональное этому току, поступает на вход обратной связи FB микросхемы. Сопротивлением резистора R1 задается ток светодиодов.

Зависимость тока светодиодов от сопротивления резистора R1 приведена в таблице 4.

Таблица 4. Зависимость тока светодиодов от R1

Ток светодиодов, мА	Резистор R1, Ом

Для защиты источника питания от перегрузки при включении микросхема имеет встроенную схему "мягкого" запуска (soft start).

В микросхеме предусмотрены аналоговый и ШИМ димминг, причем, существуют три различных способа регулировки яркости. Для аналоговой регулировки используется цепь, показанная на рис. 4.

Рис. 4. Цепь аналогового димминга

При изменении регулирующего напряжения от 2 до 0 В ток светодиодов изменяется от 0 до 20 мА.

Кроме аналогового димминга могут использоваться два способа ШИМ димминга.

Суть первого способа заключается в том, что сигнал ШИМ с частотой до 1 кГц подается непосредственно на вход EN (выв. 4). Ток и яркость свечения светодиодов обратно пропорциональны скважности управляющих ШИМ импульсов, то есть прямо пропорциональны длительности этих импульсов.

При втором способе сигнал ШИМ частотой более 1 кГц подают на вход обратной связи FB (выв. 3) через развязывающий фильтр (см. рис. 5).

Рис. 5. Цепь ШИМ димминга по входу FB

Микросхема имеет защиту от перегрузки при уменьшении входного напряжения (Under Voltage Lockout) с порогом срабатывания 2,25 В и гистерезисом 92 мВ и защиту от перегрузки по превышению выходного напряжения, например при обрыве одного из светодиодов. Для этого выходное напряжение преобразователя подается на вход схемы защиты OV (выв. 5). Эта защита срабатывает при значении выходного напряжения 28 В и выключает преобразователь. Для повторной попытки его включения необходимо выключить, а затем опять включить питание схемы.

В микросхеме MP3205, в отличие от MP3204, отсутствует защита по выходному напряжению и вход OV Микросхема MP3205 изготавливается в 5-выводном корпусе TSOT23-5. Выв. 5 корпуса TSOT23-5 этой микросхемы по расположению и по назначению соответствует выв. 6 микросхемы MP3204 в корпусе TSOT23-6.

Очень близки по параметрам и схемотехнике к микросхемам MP3204 и MP3205 микросхемы MP1518 и MP1523, которые рассчитаны на управление до 6-ти светодиодами. MP1518 изготавливается в корпусах TSOT23-6 и QFN-8. Микросхема MP1518 в корпусе TSOT23-6 по выводам полностью совпадает с MP3204.

Микросхема MP1523 изготавливается только в корпусе TSOT23-6 и имеет ряд отличий от MP1518.

Цоколевка микросхемы MP1523 практически совпадает с MP3205, но отличается от нее тем, что выв. 5 (BIAS) MP1523 может подключаться или к плюсу источника питания (2,7...25 В) - почти как выв. 5 (IN) микросхемы MP3205, или к выходу схемы (к катоду D1). В последнем случае в микросхеме MP1523 будет работать схема защиты от перегрузки по превышению выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В. Резистор-датчик тока, включенный последовательно со светодиодами, для этой микросхемы должен иметь сопротивление 20 Ом. Микросхема MP1523 не имеет схемы регулировки яркости светодиодов.

Еще один повышающий драйвер для питания 9-ти светодиодов выполняется на микросхеме MP1528 (корпус QFN6 размером 3x3 мм или MSOP8, в нем микросхема в маркируется как MP1528DK). Назначение выводов MP1528 приведено в таблице 5.

Таблица 5. Назначение выводов микросхемы

Типовая схема включения микросхемы MP1528 незначительно отличается от остальных рассмотренных выше драйверов (см. рис. 6).

Рис. 6. Схема включения микросхемы MP1528DQ (в корпусе QFN6)

Для обеспечения максимальной яркости свечения светодиодов на вход BRT надо подать напряжение более 1,2 В. Ток светодиодов при максимальной яркости определяется резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:

R1(кОм ) = U ВАТТ /(3·I LED (мА))

Аналоговый димминг осуществляется изменением постоянного напряжения на выводе BRT от 0,27 до 1,2 В.

Для обеспечения ШИМ димминга на вход BRT подается ШИМ сигнал частотой от 100 до 400 Гц, низкий уровень которого не должен превышать 0,18 В, а высокий должен быть не менее 1,2 В.

Микросхема имеет защиту от превышения выходного напряжения, с порогом срабатывания 40 В, а также защиту от понижения входного напряжения (порог срабатывания 2,1...2,65 В) и температурную защиту с порогом 160°С.

Один из самых мощных драйверов на DC-DC преобразователях от фирмы MPS - это микросхема MP1529 (мощнее из рассматриваемых ИМС только MP1517). Микросхема MP1529 должна быть особенно интересна читателям, так как она применятся в цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и мобильных телефонах со встроенной цифровой фотокамерой. Она может управлять тремя цепями (линиями) последовательно включенных белых сверхъярких светодиодов.

Две из этих линий (LED1 и LED2) из шести светодиодов каждая, используются для задней подсветки жидкокристаллических (ЖК) индикаторов, а третья (LED3) из четырех светодиодов - для фотовспышки и для освещения объектов в темное время (режим Preview).

Напряжение питания микросхемы MP1529 составляет 2,7...5,5 В, а выходное напряжение - 25 В. Она имеет защиту от превышения выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В, а также защиту от понижения входного напряжения с порогом срабатывания 2...2,6 В и гистерезисом 210 мВ. MP1529 имеет также температурную защиту (160°С) и изготавливается в корпусе QFN16 размером 4x4 мм. Назначение выводов MP1529 приведено в таблице 6, а типовая схема включения - на рис. 7.

Таблица 6. Назначение выводов микросхемы MP1529

№ вывода	Обозначение	Назначение
		Входы разрешения 1 и 2 (см. таблицу 8). Имеют внутренние подтягивающие резисторы

		Выход компаратора на накопительный конденсатор на входе каскада ШИМ
		На конденсатор схемы "мягкого" запуска (ШИМ таймера)
		Выход на цепь 4-х светодиодов 3 (вспышки)

		Выход на цепь 6-ти светодиодов 2 (задней подсветки дисплея)
		Выход на цепь 6-ти светодиодов 1 (задней подсветки дисплея)
		Выводы подключения резисторов, задающих токи цепей светодиодов LED1/LED2/LED3 соответственно до 30, 150 и 150 мА


		Вход схемы защиты от перегрузки
		Вывод стока выходного ключа
		Вход напряжения питания
		"Земля" силовой части

Рис. 7. Схема включения микросхемы MP1529

Входы разрешения EN1 и EN2 используются для включения различных режимов. Если на обоих входах низкий логический уровень L (0,3 В), то все 16 светодиодов будут погашены. Если на входе EN2 сохранить низкий уровень, а на EN1 установить высокий уровень H (1,4 В), то светодиоды вспышки (LED3) останутся выключенными, а 12 светодиодов подсветки (цепочки LED1 и LED2) будут светиться максимально ярко. Максимальная яркость и ток светодиодов подсветки задаются сопротивлением резистора RS1 (подключен к выв. 9). Если же при этом на вход EN1 подать управляющий ШИМ сигнал частотой 1...50 кГц, то в зависимости от скважности этого сигнала будет меняться яркость свечения светодиодов подсветки. Если на входе разрешения EN2 установить низкий логический уровень, дополнительно включится цепь из четырех светодиодов (LED3) в режиме освещения (preview). При этом ток светодиодов LED3 будет определяться сопротивлением резистора RS2 (выв. 10). Если на вход EN1 подать низкий уровень, а на EN2 высокий то светодиоды подсветки LED1 и LED2 погаснут, а светодиоды LED3 засветятся максимально ярко (режим вспышки). В этом режиме ток светодиодов LED3 задается сопротивлением резистора RS3 (выв. 11).

Сопротивление резисторов RS1, RS2 и RS3 (в кОм) рассчитывается по формулам:

RS1 = (950·U SET)/I LED_BL

RS1 = (1100·U SET)/I LED_PV

RS1 = (1000·U SET)/I LED_FL

где U SET - внутреннее опорное напряжение 1,216 В, I LED_BL - ток (в мА) одной из цепей светодиодов задней подсветки LED1 или LED2, I LED_PV - ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме освещения, I LED_FL - ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме вспышки.

Информация о режимах работы микросхемы MP1529 в зависимости от логических уровней на входах разрешения EN1 и EN2 сведена в таблицу 7.

Таблица 7. Режимы работы микросхемы MP1529 в зависимости от сигналов на входах EN1 и EN2

* L - низкий уровень, H - высокий уровень

Конденсаторы С1 и С2 - это накопительные конденсаторы фильтров на входе и выходе схемы соответственно, С3 - накопительный конденсатор фильтра управляющего напряжения на входе каскада ШИМ (этот ШИМ обеспечивает стабилизацию выходного напряжения), С4 - конденсатор схемы "мягкого" запуска (ШИМ таймера).

Микросхема MP1521 при напряжении питания 2,7 В позволяет подключать к ней до 9-ти, а при напряжении питания 5 В - до 15-ти сверхъярких светодиодов. Максимальное напряжение питания ИМС равно 25 В. MP1521 выпускается в корпусах MSOP10 (MP1521EK) и QFN16 (MP1521EQ). Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 8, а схема включения для питания 9-ти светодиодов - на рис. 8.

Таблица 8. Назначение выводов микросхемы MP1521 в корпусах MSOP10, QFN16 (3x3 мм)

№ вывода	Обозначение	Назначение
MSOP	Обозначение	Назначение
		Вход напряжения питания. Если UBATT
		Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий (1...10 В)
		Вывод опорного напряжения 1,23 В с нагрузочной способностью 200 мкА
		Вход аналоговой и/или ШИМ регулировки яркости
		Входы обратной связи для 3-х последовательных цепей светодиодов. При подключении одной или двух цепей светодиодов неиспользуемые входы надо подключать к любому используемому




		Вывод стока выходного ключа
		Не используются

Рис. 8. Схема включения микросхемы MP1521 в корпусе MSOP10

Резисторы R1, R2 и R3 (рис. 8) - датчики тока светодиодов.

При аналоговом димминге на вход EN подают напряжение в пределах 0,3...1,2 В, а при ШИМ диммминге - сигнал ШИМ частотой 100...400 Гц с низким уровнем не более 0,18 В и высоким не более 1,2 В.

Повышающий преобразователь и преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517

Микросхему MP1517 изготовитель рекомендует использовать не только как повышающий DC/DC-преобразователь, но и как преобразователь типа SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter - одновыводной первичный преобразователь на индуктивности). Напряжение питания этой микросхемы лежит в пределах 2,6...25 В. Она изготавливается в корпусе QFN16 размером 4x4 мм. Назначение выводов микросхемы MP1517 приведено в таблице 9, а типовая схема включения - на рис. 9.

Таблица 9. Назначение выводов микросхемы MP1517

№ вывода	Обозначение	Назначение
		Выход усилителя ошибки схемы стабилизации на RC-фильтр
		Не используются
		Вывод подключения конденсатора развязки внутреннего источника 2,4 В
		Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий (более 1,5 В)
		"Земля" сигнальной части
		Вход защиты от повышенного выходного напряжения при обрыве нагрузки (Open Load Shutdown)
		Вход напряжения питания. Если U BATT мало, то IN подключается к выходу
		Вывод стока выходного ключа
		"Земля" силовой части
		На конденсатор схемы "мягкого" запуска
		Вход цепи обратной связи

Рис. 9. Типовая схема включения микросхемы MP1517 для питания 18-ти светодиодов

Эта схема отличается от предыдущих (см. рис. 6 или 8) только тем, что для стабилизации тока светодиодов используется датчик тока одной последовательной цепи светодиодов из трех. Поэтому остановимся подробнее только на описании схемы DC/DC-преобразователя типа SEPIC на MP1517 (см. рис. 10).

Рис. 10. DC/DC-преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517

Особенностью преобразователя SEPIC является то, что напряжение на его выходе может быть как больше, так и меньше входного, что обеспечивается наличием разделительного конденсатора С8 (см. ). Схема на рис. 10 вырабатывает напряжение 3,3 В на выходе при изменении входного напряжения от 3 до 4,2 В. Всякий преобразователь типа SEPIC собирается на основе импульсного повышающего преобразователя, что легко заметить и на приведенной схеме. Кроме того, этот повышающий преобразователь (на L1, D2) используется для питания самой микросхемы.

Рассмотрим, как работает преобразователь SEPIC на MP1517 в устойчивом режиме.

В результате предыдущей работы к моменту отпирания внутреннего ключа МС на полевом транзисторе конденсатор С8 будет заряжен ("+" - слева на рис. 10, "-" - справа). При открывании этого ключа С8 будет разряжаться через дроссель L2, в котором будет накапливаться энергия видеизменяю-щегося магнитного поля. Кроме того, магнитную энергию будет накапливать и дроссель L1, по которому будет протекать нарастающий ток от источника питания через этот же внутренний ключ микросхемы. При запирании ключа в дросселе L1 возникает ЭДС ("+" - справа, "-" - слева), которая складывается с напряжением источника питания и заряжает С8 ("+" - слева, "-" - справа) через D1 и конденсатор С2. Помимо этого, в L2 возникает ЭДС ("+" - вверху, "-" - внизу), заряжающая С2 через D1. При следующем отпирании внутреннего ключа микросхемы процесс повторится.

Величина напряжения на выходе преобразователя (на С2) зависит в первую очередь от скважности импульсов управления ключом и от тока нагрузки.

R1 R2 - делитель напряжения обратной связи, которая обеспечивает стабилизацию выходного напряжения, С6 - конденсатор фильтра напряжения ошибки. С5 - развязывающий резистор, а С4 - конденсатор схемы "мягкого" запуска.

Литература

1. Денг К. "Сравнение емкостных и индуктивных преобразователей постоянного тока". "Электронные компоненты". №8. 2007.

2. Цветков Д. "Новый регулируемый DC/DC-преобразователь для питания мощных светодиодов". "Современная Электроника". № 9. 2008.

3. Иоффе Д. "Разработка преобразователей импульсного напряжения с топологией SEPIC". "Компоненты и технологии". №9. 2006.

4. Ридли Р. "Анализ преобразователя SEPIC". "Компоненты и технологии". №5. 2008.

Небольшая лабораторка на тему «какой драйвер лучше?» Электронный или на конденсаторах в роли балласта? Думаю, что у каждого есть своя ниша. Постараюсь рассмотреть все плюсы и минусы и тех и других схем. Напомню формулу расчёта балластных драйверов. Может кому интересно?

Свой обзор построю по простому принципу. Сначала рассмотрю драйверы на конденсаторах в роли балласта. Затем посмотрю на их электронных собратьев. Ну а в конце сравнительный вывод.
А теперь перейдём к делу.
Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная). Почему усовершенствованная? Эта схема подойдёт к любой дешёвой китайской лампочке. Отличие будет только в номиналах радиодеталей и отсутствии некоторых сопротивлений (в целях экономии).

Бывают лампочки с отсутствующим С2 (очень редко, но бывает). В таких лампочках коэффициент пульсаций 100%. Очень редко ставят R4. Хотя сопротивление R4 просто необходимо. Оно будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Если в схеме отсутствует, лучше поставить. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды (для самодельщиков), можно рассчитать его ёмкость по формуле (1).

Эту формулу я писАл много раз. Повторюсь.
Формула (2) позволяет сделать обратное. С её помощью можно посчитать ток через светодиоды, а затем и мощность лампочки, не имея Ваттметра. Для расчётов мощности нам ещё необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Можно вольтметром измерить, можно просто посчитать (без вольтметра). Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но очень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 - 30В и т.д.). Всё просто. Бывает, что схемы собраны из светодиодов в несколько параллелей. Тогда надо будет учитывать количество светодиодов только в одной параллели.
Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА. Рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2).
(220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети (это первый минус драйвера), от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. При помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек (уже упоминал). Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). Тем более, за этими пределами формула работает неточно. Точно уже не рассчитать.
Вот появился очень большой плюс у этих драйверов. Мощность лампочки можно подгонять под нужный результат подбором ёмкости С1 (как самодельных, так и уже купленных). Но тут же появился и второй минус. Схема не имеет гальванической развязки с сетью. Если ткнуть в любое место включенной лампочки отвёрткой-индикатором, она покажет наличие фазы. Трогать руками (включенную в сеть лампочку) категорически запрещено.
Такой драйвер имеет практически 100%-ный КПД. Потери только на диодах и двух сопротивлениях.
Его можно изготовить в течение получаса (по-быстрому). Даже плату травить необязательно.
Конденсаторы заказывал эти:

Диоды вот эти:

Но у этих схем есть ещё один серьёзный недостаток. Это пульсации. Пульсации частотой 100Гц, результат выпрямления сетевого напряжения.

У различных лампочек форма незначительно будет отличаться. Всё зависит от величины фильтрующей ёмкости С2. Чем больше ёмкость, тем меньше горбы, тем меньше пульсации. Необходимо смотреть ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. Там же формула для расчёта (приложение Г).

Но это не всё. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». В зависимости от предназначения помещения максимально допустимые пульсации от 10 до 20%.
В жизни ничего просто так не бывает. Результат простоты и дешевизны лампочек налицо.
Пора переходить к электронным драйверам. Здесь тоже не всё так безоблачно.
Вот такой драйвер я заказывал. Это ссылка именно на него в начале обзора.

Почему заказал именно такой? Объясню. Хотел сам «колхозить» светильники на 1-3Вт-ных светодиодах. Подбирал по цене и характеристикам. Меня устроил бы драйвер на 3-4 светодиода с током до 700мА. Драйвер должен иметь в своём составе ключевой транзистор, что позволит разгрузить микросхему управления драйвером. Для уменьшения ВЧ пульсаций по выходу должен стоять конденсатор. Первый минус. Стоимость подобных драйверов (US $13.75 /10 штук) отличается в бОльшую сторону от балластных. Но тут же плюс. Токи стабилизации подобных драйверов 300мА, 600мА и выше. Балластным драйверам такое и не снилось (более 200мА не рекомендую).
Посмотрим на характеристики от продавца:

ac85-265v" that everyday household appliances."
load after 10-15v; can drive 3-4 3w led lamp beads series
600ma

А вот диапазон выходных напряжений маловат (тоже минус). Максимум, можно подцепить последовательно пять светодиодов. Параллельно можно подцеплять сколько угодно. Светодиодная мощность считается по формуле: Ток драйвера умножить на падение напряжения на светодиодах [количество светодиодов (от трёх до пяти) и умножить на падение напряжения на светодиоде (около 3В)].
Ещё один большой недостаток этих драйверов – большие ВЧ помехи. Некоторые экземпляры слышит не только ФМ радио, но и пропадает приём цифровых каналов ТВ при их работе. Частота преобразования составляет несколько десятков кГц. А вот защиты, как правило, никакой (от помех).

Под трансформатором что-то типа «экрана». Должно уменьшить помехи. Именно Этот драйвер почти не фонит.
Почему они фонят, становится ясно, если посмотреть на осциллограмму напряжения на светодиодах. Без конденсаторов ёлочка куда серьёзнее!

На выходе драйвера должен стоять не только электролит, но и керамика для подавления ВЧ помех. Высказал своё мнение. Обычно стоит либо то либо другое. Бывает, что ничего не стоит. Это бывает в дешёвых лампочках. Драйвер спрятан внутри, предъявить претензию будет сложно.
Посмотрим схему. Но предупрежу, она ознакомительная. Нанёс только основные элементы, которые необходимы нам для творчества (для понимания «что к чему»).

Погрешность в расчётах присутствует. Кстати, на мелких мощностях приборчик тоже подвирает.
А теперь посчитаем пульсации (теория в начале обзора). Посмотрим, что же видит наш глаз. К осциллографу подключаю фотодиод. Два снимка объединил в один для удобства восприятия. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. А у нас около 100Гц. Для глаз вредно.

У меня получилось 20%. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». Использовать можно, но не в спальне. А у меня коридор. Можно СНиП и не смотреть.
А теперь посмотрим другой вариант подключения светодиодов. Это схема подключения к электронному драйверу.

Итого 3 параллели по 4 светодиода.
Вот, что показывает Ваттметр. 7,1Вт активной мощности.

Посмотрим, сколько доходит до светодиодов. Подключил к выходу драйвера амперметр и вольтметр.

Посчитаем чисто светодиодную мощность. Р=0,49А*12,1В=5,93Вт. Всё, что не хватает, взял на себя драйвер.
Теперь посмотрим, что же видит наш глаз. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Частота повторения импульсов около 100кГц. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что вредны для здоровья только пульсации частотой до 300Гц. А у нас около 100кГц. Для глаз безвредно.

Всё рассмотрел, всё измерил.
Теперь выделю плюсы и минусы этих схем:
Минусы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
-Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой.
-Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к. при этом необходимы конденсаторы больших размеров. А увеличение ёмкости приводит к большим пусковым токам, портящим выключатели.
-Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.
Плюсы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
+Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении.
+Диапазон выходных напряжений просто фантастический. Один и тот же драйвер будет работать и с одним и с сорока последовательно соединёнными светодиодами. У электронных драйверов выходные напряжения имеют намного более узкий диапазон.
+Низкая стоимость подобных драйверов, которая складывается буквально из стоимости двух конденсаторов и диодного моста.
+Можно изготовить и самому. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.).
+Можно регулировать ток через светодиоды подбором ёмкости балласта.
+Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.
Есть ещё одно качество, которое можно отнести как к плюсам, так и к минусам. При использовании подобных схем с выключателями с подсветкой, светодиоды лампочки подсвечиваются. Лично для меня это скорее плюс, чем минус. Использую повсеместно как дежурное (ночное) освещение.
Умышленно не пишу, какие драйверы лучше, у каждого есть своя ниша.
Я выложил по максимуму всё, что знаю. Показал все плюсы и минусы этих схем. А выбор как всегда делать вам. Я лишь постарался помочь.
На этом всё!
Удачи всем.

Планирую купить +70 Добавить в избранное Обзор понравился +68 +157

Светодиоды, в последние годы серьезно потеснившие все остальные источники света, сегодня можно встретить повсеместно. Они используются в квартирах и офисах, освещают улицы, украшают здания и интерьеры. Но для правильной работы полупроводникового источника света необходим качественный и надежный драйвер для светодиодов. Сегодня мы поговорим об этом исключительно важном узле и разберемся, почему этот драйвер так необходим, как он работает, и даже попытаемся сделать led driver своими руками.

Что такое драйвер и зачем он нужен

Если заглянуть в англо-русский словарь, то можно узнать, что драйвер – это буквально «водитель» (driver – водитель, англ.). Откуда такое странное название и что он водит? Для того чтобы в этом разобраться, немного отвлечемся и поговорим о светодиодах.

Светодиод (led) – полупроводниковый прибор, способный излучать свет под воздействием приложенного к нему напряжения. Причем для правильной работы полупроводника напряжение, обеспечивающее оптимальный ток через кристалл, должно быть постоянным и строго стабилизированным. Особенно это касается мощных светодиодов, которые крайне критически относятся к всевозможным перепадам и скачкам питающего тока. Стоит питанию диода чуть снизиться, как упадет ток и, как следствие, уменьшится светоотдача. При малейшем превышении нормальной величины тока полупроводник мгновенно перегревается и сгорает.

Основное назначение драйвера – обеспечить светоизлучающий диод необходимым для его нормальной работы током. Таким образом, led драйвер – это, по сути, блок питания для светодиодов, их «водитель», обеспечивающий длительную и качественную работу полупроводникового осветителя.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Ты не встретишь ни одного осветительного прибора, имеющего в своем составе мощный светодиод, который бы не имел драйвера. Поэтому так важно разобраться, какими бывают драйверы, как они работают и какими характеристиками должны обладать.

Виды светодиодных драйверов

Все драйверы для светодиодов можно разделить по принципу стабилизации тока. На сегодняшний день таких принципов два:

Линейный.
Импульсный.

Линейный стабилизатор

Предположим, в нашем распоряжении мощный светодиод, который нужно зажечь. Соберем простейшую схему:

Схема, поясняющая линейный принцип регулировки тока

Выставляем резистором R, выполняющим роль ограничителя, нужное значение тока – светодиод горит. Еcли напряжение питания изменилось (к примеру, батарея садится), поворачиваем движок резистора и восстанавливаем необходимый ток. Если увеличилось, то таким же образом ток уменьшаем. Именно это и делает простейший линейный стабилизатор: следит за током через светодиод и при необходимости «крутит ручку» резистора. Только делает он это очень быстро, успевая реагировать на малейшее отклонение тока от заданной величины. Конечно, никакой ручки у драйвера нет, ее роль выполняет транзистор, но суть пояснения от этого не меняется.

В чем недостаток линейной схемы стабилизатора тока? Дело в том, что через регулирующий элемент тоже течет ток и бесполезно рассеивает мощность, которая просто греет воздух. Причем чем входное напряжение больше, тем выше потери. Для светодиодов с небольшим рабочим током такая схема годится и успешно используется, но мощные полупроводники линейным драйвером питать себе дороже: драйверы могут съедать больше энергии, чем сам осветитель.

К преимуществам такой схемы питания можно отнести относительную простоту схемотехники и невысокую стоимость драйвера, сочетающуюся с высокой надежностью.

Линейный драйвер для питания светодиода в карманном фонаре

Импульсная стабилизация

Перед нами тот же светодиод, но схему питания соберем несколько иную:

Схема, поясняющая принцип работы широтно-импульсного стабилизатора

Теперь вместо резистора у нас кнопка КН и добавлен накопительный конденсатор С. Подаем напряжение на схему и нажимаем кнопку. Конденсатор начинает заряжаться, и при достижении на нем рабочего напряжения светодиод загорается. Если продолжать держать кнопку нажатой, то ток превысит допустимую величину, и полупроводник сгорит. Отпускаем кнопку. Конденсатор продолжает питать светодиод и постепенно разряжается. Как только ток опустится ниже допустимого для светодиода значения, снова нажимаем кнопку, подпитывая конденсатор.

Вот так сидим и периодически жмем кнопку, поддерживая нормальный режим работы светодиода. Чем выше питающее напряжение, тем нажатия будут короче. Чем напряжение ниже, тем кнопку придется держать нажатой дольше. Это и есть принцип широтно-импульсной модуляции. Драйвер следит за током через светодиод и управляет ключом, собранным на транзисторе или тиристоре. Делает он это очень быстро (десятки и даже сотни тысяч нажатий в секунду).

С первого взгляда работа утомительная и сложная, но только не для электронной схемы. Зато КПД импульсного стабилизатора может достигать 95%. Даже при питании потери энергии минимальны, а ключевые элементы драйвера не требуют мощных теплоотводов. Конечно, импульсные стабилизаторы несколько сложнее по конструкции и дороже, но все это окупается высокой производительностью, исключительным качеством стабилизации тока и отличными массогабаритными показателями.

Этот импульсный драйвер способен выдать ток до 3 А безо всяких радиаторов

Как подобрать драйвер для светодиодов

Разобравшись с принципом работы led driver, осталось научиться их правильно выбирать. Если ты не забыл основ электротехники, полученных в школе, то дело это нехитрое. Перечислим основные характеристики преобразователя для светодиодов, которые будут участвовать в выборе:

входное напряжение;
выходное напряжение;
выходной ток;
выходная мощность;
степень защиты от окружающей среды.

Прежде всего, необходимо решить, от какого источника будет питаться твой светодиодный светильник. Это может быть сеть 220 В, бортовая сеть автомобиля или любой другой источник как переменного, так и постоянного тока. Первое требование: то напряжение, которое ты будешь использовать, должно укладываться в диапазон, указанный в паспорте на драйвер в графе «входное напряжение». Кроме величины, нужно учесть и род тока: постоянный или переменный. Ведь в розетке, к примеру, ток переменный, а в автомобиле – постоянный. Первый принято обозначать аббревиатурой АС, второй DC. Почти всегда эту информацию можно увидеть и на корпусе самого прибора.

Этот драйвер рассчитан для работы от сети переменного тока напряжением от 100 до 265 В

Далее переходим к выходным параметрам. Предположим, у тебя есть три светодиода на рабочее напряжение 3.3 В и ток 300 мА каждый (указано в сопроводительной документации). Ты решил сделать настольную лампу, схема соединения диодов последовательная. Складываем рабочие напряжения всех полупроводников, получаем падение напряжения на всей цепочке: 3.3 * 3 = 9.9 В. Ток при таком соединении остается тем же – 300 мА. Значит, тебе нужен драйвер с выходным напряжением 9.9 В, обеспечивающий стабилизацию тока на уровне 300 мА.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Все полупроводники, работающие от одного драйвера, должны быть однотипными и желательно из одной партии. В противном случае, неизбежен разброс параметров светодиодов, в результате которого один из них будет светить вполнакала, а второй быстро сгорит.

Конечно, именно на это напряжение прибор найти не удастся, но это и не нужно. Все драйверы рассчитаны не на конкретное напряжение, а на некоторый диапазон. Твоя задача – уложить свое значение в этот диапазон. А вот выходной ток должен точно соответствовать 300 мА. В крайнем случае он может быть несколько меньше (лампа будет светить не так ярко), но никогда не больше. Иначе твоя самоделка сгорит сразу либо через месяц.

Идем дальше. Выясняем, какой мощности драйвер нам нужен. Этот параметр должен как минимум совпадать с потребляемой мощностью нашей будущей лампы, а лучше превышать это значение на 10-20%. Как рассчитать мощность нашей «гирлянды» из трех светодиодов? Вспоминаем: электрическая мощность нагрузки – это ток, идущий через нее, умноженный на приложенное напряжение. Берем калькулятор и перемножаем общее рабочее напряжение всех светодиодов на ток, предварительно переведя последний в амперы: 9.9 * 0.3 = 2.97 Вт.

Последний штрих. Конструктивное исполнение. Прибор может быть как в корпусе, так и без него. Первый, естественно, боится пыли и влаги, и в плане электробезопасности он не лучший вариант. Если ты решил встроить драйвер в лампу, корпус которой является хорошей защитой от окружающей среды, тогда подойдет. Но если корпус лампы имеет кучу вентиляционных отверстий (светодиоды должны охлаждаться), а само устройство будет стоять в гараже, то лучше выбрать источник питания в собственном корпусе.

Итак, нам нужен светодиодный драйвер со следующими характеристиками:

питающее напряжение — сеть 220 В переменного тока;
выходное напряжение – 9.9 В;
выходной ток – 300 мА;
выходная мощность — не менее 3 Вт;
корпус — пылевлагозащитный.

Отправляемся в магазин и смотрим. Вот он:

Драйвер для питания светодиодов

Причем не просто подходящий, а идеально соответствующий запросам. Слегка пониженный выходной ток продлит жизнь светодиодов, но на яркости их свечения это абсолютно никак не отразится. Потребляемая мощность упадет до 2.7 Вт – будет запас мощности драйвера.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Если у тебя очень большое количество светодиодов, то при последовательном включении их общее напряжение может превысить максимально возможное для существующих драйверов. В этом случае обратись к разделу Схема подключения драйвера к светодиодам, который находится в конце этой статьи.

В чем отличия между драйвером для светодиодов и блоком питания для LED ленты

Бытует мнение, что блоки питания для — нечто другое, чем обычный led драйвер. Попробуем прояснить этот вопрос, а заодно научимся правильно выбирать драйвер для светодиодной ленты. Светодиодная лента – это гибкая подложка, на которой расположены все те же светодиоды. Они могут стоять в 2, 3, 4 ряда, это не так важно. Важнее разобраться, как они соединены между собой.

Все полупроводники на ленте разбиты на группы по 3 светодиода, соединенных последовательно через токоограничивающий резистор. Все группы, в свою очередь, соединены параллельно:

Электрическая схема одной секции (слева) и всей светодиодной ленты

Лента продается в бобинах обычно длиной по 5 м и рассчитана на рабочее напряжение 12 или 24 В. В последнем случае в каждой группе будет не 3, а 6 светодиодов. Предположим, ты купил ленту на 12 В с удельной потребляемой мощностью 14 Вт/м. Таким образом, общая мощность, потребляемая всей бобиной, составит 14 * 5 = 70 Вт. Если тебе не нужна такая длинная, ты можешь отрезать ненужную часть с условием, что будешь резать ее между секциями. Например, ты отрезал половину. Какие характеристики при этом изменятся? Только потребляемая мощность: она уменьшится вдвое.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Не забывай, что разрезать светодиодную ленту можно только между секциями по 3 светодиода (для 24-х вольтовой их будет 6), которые хорошо видны. На рисунке ниже я пометил их стрелками.

Места разделения секций хорошо видны и даже помечены пиктограммами ножниц

Надо ли ограничивать и стабилизировать ток через обычный светодиод? Безусловно, иначе он сгорит. Но мы совсем забыли о резисторе, установленном в каждой секции ленты. Он служит для ограничения тока и подобран таким образом, что при подаче на секцию ровно 12-ти вольт ток через светодиоды будет оптимальным. В задачу драйвера светодиодной ленты входит удержание питающего напряжение строго на уровне 12 В. Все остальное берет на себя токоограничивающий резистор.

Таким образом, главное отличие блока питания led ленты от обычного led драйвера – четко фиксированное выходное напряжение 12 или 24 В. Здесь уже не получится использовать обычный драйвер с выходным напряжением, скажем, от 9 до 14 В.

Остальные критерии выбора блока питания для светодиодной ленты следующие:

входное напряжение . Методика выбора та же, что и для обычного драйвера: прибор должен быть рассчитан на то входное напряжение и тот род тока, которым ты будешь питать светодиодную ленту;
выходная мощность . Мощность блока питания должна быть минимум на 10% выше мощности ленты. При этом слишком большой запас брать не стоит: снижается КПД всей конструкции;
класс защиты от окружающей среды . Методика та же, что и для светодиодного драйвера (см. выше): в прибор не должны попадать пыль и влага.

Драйвер для светодиодной ленты – не что иное, как высококачественный, но обычный стабилизатор напряжения. Он выдает строго фиксированное напряжение, но абсолютно не следит за выходным током. При желании и для эксперимента вместо него ты можешь использовать, к примеру, блок питания от ПК (шина 12 В). Яркость и долговечность ленты от этого не пострадают.

Схема подключения драйвера к светодиодам

Подключить драйвер к светодиодам просто, с этим справится каждый. Вся маркировка нанесена на его корпус. На входные провода (INPUT) подаешь входное напряжение, к выходным (OUTPUT) подключаешь линейку светодиодов. Единственно, необходимо соблюдать полярность, и на этом я остановлюсь подробнее.

Полярность входа (INPUT)

Если питающее драйвер напряжение постоянное, то вывод, помеченный знаком «+» необходимо подключить к положительному полюсу источника питания. Если напряжение переменное, то обрати внимание на маркировку входных проводов. Возможны следующие варианты:

Маркировка «L» и «N»: на вывод «L» нужно подать фазу (находится при помощи индикаторной отвертки), на вывод «N» — ноль.
Маркировка «~», «АС» или отсутствует: полярность соблюдать не нужно.

Полярность выхода (OUTPUT)

Здесь полярность соблюдается всегда! Плюсовой провод подключается к аноду первого светодиода, минусовой — к катоду последнего. Сами светодиоды соединяются между собой: анод последующего к катоду предыдущего.

Схема подключения драйвера к гирлянде из трех последовательно включенных светодиодов

Если у тебя очень много светодиодов (скажем, 12 шт.), то их придется разбить на несколько одинаковых групп, а эти группы соединить параллельно. При этом учти, что общая потребляемая светильником мощность составит сумму мощностей всех групп, а рабочее напряжение будет соответствовать напряжению одной группы.

Линейный драйвер для светодиодов своими руками

С теорией закончим, перейдем к практике и попробуем собрать линейный драйвер своими руками. Проще всего эту задачу решить при помощи широко распространенного интегрального стабилизатора КР142ЕН12А (его импортный аналог — LM317). Найти его можно в любом соответствующем магазине, и стоит он в районе 20 рублей. Необходимые материалы и инструменты: паяльник, тестер и провода.

Эта микросхема рассчитана на входное напряжение до 40 В, выдерживает ток до 1.5 А и, главное, имеет встроенную защиту от перегрузки, короткого замыкания и перегрева. Правда, это стабилизатор напряжения, а драйвер должен стабилизировать ток. Но мы этот вопрос решим, чуть изменив типовую схему включения микросхемы.

Универсальный драйвер для светодиодов на интегральном стабилизаторе

Здесь микросхема применяется в роли регулирующего элемента, стабилизирующего ток на заданном уровне. Какой величины этот ток будет? Все зависит от сопротивления резистора R1, номинал которого рассчитывается по простой формуле: R = 1.2/I, где:

R – сопротивление в омах;
I – необходимый ток в амперах.

Давай попробуем построить драйвер для тех светодиодов, из которых мы делали настольную лампу в начале статьи. Итак, нам нужен драйвер, на напряжение 9.9 В выдающий стабилизированный ток 300 мА. Делаем расчет номинала резистора R1: 1.2/0.3= 4 Ом. Поскольку резистор стоит в токовой цепи, мощность его выбираем не менее 4 Вт.

Здесь отлично подойдут резисторы, используемые практически во всех телевизорах в качестве гасящих по питанию (такие лежат в любом магазине). Они имеют мощность 2 Вт и сопротивление 1-2 Ом. Если резисторы одноомные, то их понадобится 4 шт, если двухомные – 2 шт. Соединяем их последовательно, чтобы сопротивления сложились.

Крепим микросхему на небольшой радиатор и подключаем к выходу нашего драйвера цепочку из трех последовательно соединенных светодиодов, соблюдая полярность. Можно включать. Но куда? Какое входное напряжение у этого драйвера? Вот тут начинается самое интересное. Напряжение на входе должно быть минимум на 2-3 вольта больше того, что необходимо светодиодам, но не более 40 В – больше микросхема не выдержит.

В нашем конкретном случае светодиодам нужно 9.9 В. Значит, на вход можно подать постоянное напряжение величиной от 12 до 40 В. Причем напряжение это может быть нестабилизированное. Подойдет автомобильный аккумулятор, блок питания ноутбука или ПК, понижающий трансформатор с диодным мостом. Подключаем, соблюдая полярность, и наш фонарь готов!

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

А как же с выходным напряжением? Об этом не нужно беспокоиться. Как только драйвер стабилизирует ток на заданном уровне, нужное напряжение на светодиодах установится без нашей помощи. Кто не верит, берет тестер и измеряет.

Вот и закончилась наша беседа о led драйверах. Надеюсь, теперь ты не только знаешь, как работает этот важный узел, но и сможешь его правильно выбрать, подключить, а при необходимости даже собрать своими руками.

Для конструирования светодиодных светильников постоянно требуются источники питания — драйвера. При большом объеме вполне можно наладить сборку драйверов самостоятельно, но себестоимость таких драйверов получается не такой уж и низкой, а изготовление и пайка двухсторонних печатных плат с SMD-компонентами — процесс в домашних условиях довольно трудоемкий.

Я решил обойтись готовым драйвером. Нужен был недорогой драйвер без корпуса, желательно с возможностью настройки тока и диммированием.

Схему перерисовал и немного доработал

Характеристики без конденсаторов ~0.9В и 8.7% (пульсации светового потока)

Конденсатор на выходе ожидаемо уменьшат пульсации вдвое ~0.4В и 4%

А вот 10мкФ конденсатор на входе уменьшает пульсации в 9 раз ~0.1В и 1%, правда добавление этого конденсатора значительно снижает PF (коэффициент мощности)

Оба конденсатора приближают характеристики выходных пульсаций к паспортным ~ 0.05В и 0.6%

Итак пульсации побеждены при помощи двух конденсаторов из старого блока питания.

Доработка №2. Настройка выходного тока драйвера

Основное предназначение драйверов — поддерживать стабильный ток на светодиодах. Данный драйвер стабильно выдает 600мА.

Иногда ток драйвера хочется изменить. Обычно это делается подбором резистора или конденсатора в цепи обратной связи. Как обстоят дела у этих драйверов? И зачем здесь установлены три параллельных резистора малого сопротивления R4, R5, R6?

Все правильно. Ими можно задавать выходной ток. Видимо, все драйверы одинаковой мощности, но на разные токи и отличаются именно этими резисторами и выходным трансформатором, дающим разное напряжение.

Если аккуратно демонтировать резистор на 1.9Ом, получаем выходной ток 430мА, демонтировав оба резистора 300мА.

Можно пойти и обратным путем, подпаяв параллельно еще один резистор, но данный драйвер выдает напряжение до 35В и при большем токе мы получим превышение по мощности, что может привести с выходу драйвера из строя. Но 700мА вполне можно выжать.

Итак, при помощи подбора резисторов R4, R5 и R6 можно уменьшать выходной ток драйвера (или очень незначительно увеличивать) не меняя количество светодиодов в цепочке.

Доработка 3. Диммирование

На плате драйвера имеется три контакта с надписью DIMM, что наводит на мысль, что данный драйвер может управлять мощностью светодиодов. О том же говорит и даташит на микросхему, хотя типовых схем диммирования в них не приведено. Из даташита можно почерпнуть информацию, что подавая на ногу 7 микросхемы напряжение -0.3 — 6В, можно получить плавное регулирование мощности.

Подключение к контактам DIMM переменного резистора ни к чему не приводит, кроме того, нога 7 микросхемы драйвера вообще ни к чему не подключена. Значит снова доработки.

Подпаиваем резистор на 100К к ноге 7 микросхемы

Теперь подавая между землей и резистором напряжение 0-5В получаем ток 60-600мА

Чтобы уменьшить минимальный ток диммирования, необходимо уменьшить и резистор. К сожалению, в даташите про это ничего не написано, поэтому подбирать все компоненты придется опытны путем. Меня лично устроило диммирования от 60 до 600мА.

Если нужно организовать диммирование без внешнего питания, то можно взять напряжение питания драйвера ~15В (нога 2 микросхемы или резистор R7) и подать по следующей схеме.

Ну и, напоследок, подаю ШИМ с D3 ардуино на диммирующий вход.

Пишу простейший скетч, меняющий уровень ШИМ от 0 до максимуму и обратно:

#include

void setup() {
pinMode(3, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
analogWrite(3,0);
}

void loop() {
for(int i=0; i< 255; i+=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
for(int i=255; i>=0; i-=10){
analogWrite(3,i);
delay(500);
}
}

Получаю диммирование при помощи ШИМ.

Диммирование при помощи ШИМ увеличивает выходные пульсации примерно на 10-20% по сравнению с управлением постоянным током. Максимально пульсации увеличиваются примерно вдвое при установке тока драйвера в половину от максимального.

Проверка драйвера на КЗ

Токовый драйвер должен корректно реагировать на короткое замыкание. Но лучше китайцев проверить. Не люблю я такие штуки. Под напряжением что-то втыкать. Но искусство требует жертв. Закорачиваем выход драйвера во время работы:

Драйвер нормально переносит короткие замыкания и восстанавливает свою работу. Защита от КЗ есть.

Подведем итоги

Плюсы драйвера

Малые габариты
Низкая стоимость
Возможность регулировки тока
Возможность диммирования

Минусы

Высокие выходные пульсации (устраняется добавлением конденсаторов)
Вход диммирования нужно распаивать
Мало нормальной документации. Неполный даташит
При работе обнаружился еще один минус — помехи на радио в ФМ диапазоне. Лечится установкой драйвера в алюминиевый корпус или корпус обклеенный фольгой или алюминиевым скотчем

Драйверы вполне годятся для тех, кто дружит с паяльником или для тех кто не дружит, но готов терпеть выходные пульсации 3-4%.