Как подключить светодиодный светильник без драйвера

Обновлено: 16.05.2024

Светлый угол - светодиоды

Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Обсуждаем построение светодиодных драйверов, особенности питания разных типов светодиодов.

Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

TOXA-CCCP » 05 апр 2012, 02:07

Давно пора создать эту тему!) Начнёмс!))
Почему так не лежит к душе драйвер? Ведь по сути это идеальный источник питания для светодиода!
Дело в том, что драйвера слишком подгоняют под рамки. Малейшее неподчинение этим рамкам может стоить сгоранию всех рабочих дорогих светодиодов, только потому что был плохой контакт. ..обидно
А контакт может нарушиться случайно по многим причинам: пайка некачественная, контакты окислились от времени и других внешних обстоятельств, нечайно дёрнули и оторвали, или просто один светодиод просто накрылся по какой либо причине, например плохой отвод тепла. перечислять можно много
все знают каких сюрпризов можно ждать в русских жилищных и офицных социальных условиях)))
Покупая драйвер, мы поджимаемся под рамки: что нужно определённое кол-во светодиодов, определённо подключенных, добиваясь определённого тока. Нельзя свободно изменять конструктивные особенности наших осветительных приборов, легко манипулируя кол-вом светиков и их подключением.
Также эти драйвера дают значительно большие высокочастотные помехи в электросеть, влияющие на другие приборы, бытуют такое мнение. Также говорят что высокочастотный сигнал в них также негативно влияет на состояние здоровья человека. Некоторые говорят что начинает болеть голова. ухудшается настроение.. Но это я распространяю слух конечно..
Тем не менее идём дальше. Светодиоды должны быть идеально подключены, в момент, до включения драйвера. Т. к. если подключить сначало драйвер, а потом светики, то можно со светиками попрощаться. Ошибки здесь не простительны.. Ещё при питании стабильным током в драйвере, напряжение может прыгать до значимых значений, которое может здорово тряхануть при случайном задевании рукой открытых частей. Появляется проблема в обеспечении надёжной изоляции открытых частей и может даже заземлении. Ещё становится невозможным менять яркость светодиодов (диммировать), при использовании обычных драйверов. Цена драйвера раза в 3 и более выше блока питания стабилизированного напряжения такой-же мощности. Здесь буду оставлять свои мысли по обеспечению питания без драйвера , и разбирать все недостатки и преимущества всех способов . С удовольствием хотелось бы посмотреть способы форумчан . Вместе поугарать ес. что)
Свободы хочется , которую относительно даёт блок питания стабилизированного напряжения и конечно-же сам великолепный светодиод, изобретённый РУССКИМ человеком!)

ВСЕ ПРЕДЪЯВЛЕННЫЕ ЗДЕСЬ СПОСОБЫ МОЖНО ПРИМЕНЯТЬ ТОЛЬКО НА СВОЙ СТРАХ И РИСК.
Я тут например не великий специалист, а любитель. И принимать за истину любое мнение, без собственного понимания, всё равно что быть одним из тупого стада. Не будьте тупым стадом нигде, и не в чём и в политике да и вообще. Да и вообще здоровья душевного всем и телесного. ВСЁ))))

п.с. тема создана ассоциацией молодых недовольных гвардейцев с целью разширить кругозор ветеранов этой нелёгкой битвы за каждую канделлу света в мире)
глупость тоже может иметь смысл))))

Учение свет , а не учение тьма !) Респект моей мамке)

Вован11 » 05 апр 2012, 02:29

Ну дак никто ведь не мешает запитывать светодиоды через трансформатор и обычный выпрямитель, а излишек напруги гасить резистором. Только всё от задачи зависит. Если светильников много, и, что не маловажно, они однотипные под конкретное напряжение, поскольку на резисторе тоже тепло выделяется внутри светильника, то трансформатор с выпрямителем и фильтром. Но при этом сеть усложняется, поскольку прокладываются провода с разным напряжением ( рабочее СД и 220). А если светильников 1-2 или их много, но все разные, то индивидуальный драйвер свободы даёт больше, ну и сеть упрощается. К тому-же замена светильников с ЛН или ЛЛ сильно облегчается.

ЗЫ. Голосовал за драйвер, хотя стабилизированный источник с подобранным напряжением при грамотном применении вполне имеет право на жизнь, как источник питания светодиодов.

kayot » 05 апр 2012, 02:42

а если сложить падение всех диодов и подобрать напряжение под них
поставить токоограничительный резистор с низким сопротивлением
можно убить двух зайцев за раз
это отказаться от дорогого драйвера
и получить малую температуру от резистора
блок питания какой ни какой а нужен
даже для питания того же драйвера
если исключить драйвера от 220

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

kayot » 05 апр 2012, 02:44

а если подключить термистор параллельно резистору то можно получить и температурную стабилизацию
вот например
маленькая серенькая деталька рядом с резистором

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

kayot » 05 апр 2012, 02:51

кстати этот светодиод питается от 220в без драйвера

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

soratnik » 05 апр 2012, 02:56

ЧТо Вы делаете если хотите изменить количество света с обычными ЛН. Правильно увеличиваете или уменьшаете их количество. СД+ драйвер это одна единица источника света - одна лампочка. Этот один источник света можно приспособить для димирования. Этот источник света может питаться от различных источников тока: батареек, акумов, солнечных батарей и т.д. Все здесь присутствующие делают лампочки с различной мощностью и различным конструктивом. Лампу накаливания в домашних условиях на коленках сделать практически не возможно, а тут полет для творчества.
И еще все перечисленные способы имеют право на существование и оправданны в каждом конкретном случаи.

Proizvoditel » 05 апр 2012, 10:53

Самое страшное дилетант с инициативой! Вы бы лучше подняли тему электробезопасности самодельных конструкций, а то множество начинающих начитавшись ваших призывов начнут совать светодиоды в розетку, без глубокого осознания того, что они делают. ВНИМАНИЕ все схемы подключения светодиодов без развязывающих устройств на этом форуме предложены специалистами, не один десяток лет занимающимися электроникой, новичкам к повторению не рекомендуются.
Драйверы тока и источники напряжения - по ценам ничем не отличаются, поскольку схемотехника одинакова. Цена в первую очередь зависит от мощности и качества изготовления. что на светодиод подашь, то и получишь

voxy » 05 апр 2012, 12:10

Говорят у дураков мысли сходятся.
Вот и у меня " posting.php?mode=quote&f=11&p=43147.. .был приступ !
Поддерживаю земляка в этом вопросе, потому , как интуитивно чую, что в недалеком будущем в новых домах освещение будет отдельно проведено от розеток( а где-то уже так).
А если его ( напряжение освещения) , стандартизировать например + 36В , - 36в и "земля", то получим безопасную, недорогую ( 100-200 ватт),удобную для управления( хоть с компа) СЕТЬ .
Повторяю, что речь идет о квартирах и домах, хотя и в других помещениях это может использоваться.
А по поводу потерь и эффективности - прошу конкретные цифры различия драйвера тока от драйвера напряжения.
Кстати, сфоткал на днях тепловизором готовый светильник( 70 ВТ) от ЮН и был озадачен высокой температурой. ДРАЙВЕРА ! Жду перемен.

Lopar » 05 апр 2012, 12:14

День добрый.
Может быть не в тему, но почему все повсеместно так горят за гальваническую развязку.
Ведь первоначальная цель существования развязки - уберечь сеть от манипуляций потребителя,
если потребитель - постоянная нестабильность в виде импульсных преобразователей без хороших
фильтров, тогда наличие развязки оправдано, но если конечный потребитель стабильный, с ВАХ близкой к линейной
чего плохого он может принести сети. Повторюсь - безопасности для нагрузки/потребителя гальваническая развязка в виде трансформатора не привносит. Вся Ваша защита - защитные у-ва в Вашем щитке.
А по светодиодам без драйвера - для себя все таки выбрал вариант высоковольтных светодиодов (42. 50В) в к-ве 7. 6 последовательно, выпрямителя с фильтром и резистора. Дешево и сердито. и работает.

ВикНик » 05 апр 2012, 12:20

Proizvoditel писал(а): Самое страшное дилетант с инициативой! Драйверы тока и источники напряжения - по ценам ничем не отличаются, поскольку схемотехника одинакова. Цена в первую очередь зависит от мощности и качества изготовления.

PLN-100-12 MeanWell Для светодиодов и бегущих строк 90-264VAC 12V 5A 100W 200x70,5x35 1 шт: 438.9 грн
S-100-12 MeanWell , встраиваемый 85-132или 170-264VAC 12V 8,5A 100W 199x98x38 1 шт: 249.7 грн

PLN-30-12 MeanWell Для светодиодов и бегущих строк 90-264VAC 12V 2,5A 30W 145x47x30 1 шт: 242 грн
FBP030 (MES30B-3P1J) FEREX Импульсный настольный 100-240VAC 12V 2,5A 30W 96x44x29.2 1 шт: 91.3 грн

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:22

Хорошо бы эти фото выложить всем было бы интересно. Это проблема всех дешевых китайских импульсников - температура обмотки трансформатора около 80 град., выпрямительный диод за 80 и т.д. И кто то хочет чтобы эти девайсы проработали 20 лет?
Источник тока от источника напряжения отличается наличием токоизмерительного резистора (не вдаваясь в тонкости схемотехники). Все остальное , включая КПД одно и то же. что на светодиод подашь, то и получишь

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:26

Lopar писал(а): День добрый.
Может быть не в тему, но почему все повсеместно так горят за гальваническую развязку.
Ведь первоначальная цель существования развязки - уберечь сеть от манипуляций потребителя,
если потребитель - постоянная нестабильность в виде импульсных преобразователей без хороших
фильтров, тогда наличие развязки оправдано, но если конечный потребитель стабильный, с ВАХ близкой к линейной
чего плохого он может принести сети. Повторюсь - безопасности для нагрузки/потребителя гальваническая развязка в виде трансформатора не привносит. Вся Ваша защита - защитные у-ва в Вашем щитке.
А по светодиодам без драйвера - для себя все таки выбрал вариант высоковольтных светодиодов (42. 50В) в к-ве 7. 6 последовательно, выпрямителя с фильтром и резистора. Дешево и сердито. и работает.

А теперь возьмитесь за вашу конструкцию рукой и ждите когда срвботает защита на вашем щитке.

что на светодиод подашь, то и получишь

Андрей NDM » 05 апр 2012, 12:29

Для дома или для себя - пусть каждый определяет сам. Безопасность и все риски - на себя.
Общественные помещения, склады, производства - это отдельная тема. Тут безопасность должна быть на уровне. Начиная от неопытных монтажников и заканчивая такими-же эксплуатационщиками. Гальваническая развязка - вопрос спорный. Для освещения под потолком - разницы нет-есть гальваника или нет. Туда всё равно редко кто лазит, а если лезут всё отключают. Даже самые "продвинутые" электрики. Другое дело освещение на "уровне вытянутой руки" - тут гальваническая развязка обязательна.
Драйвер необходим и на верху и внизу - сеть нестабильна от 195 до 260 В - такие скачки не редкость. Менять светодиоды после каждого скачка - накладно.
Последовательно 3-4. 100. 200 светодиодов - это для китайцев. Тут же писали - "кристалы не стабильны, у каждого свои особенности" - один выдержит скачок, а другой сгорит. При этом перестанет гореть вся "гирлянда", а искать сгоревший - не благодарное дело.

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:46

что на светодиод подашь, то и получишь

О светодиодном освещении без драйверов питания

Если сгорел светодиод в светодиодной лампе, то его можно легко перепаять с помощью нагревателя для пайки светодиодов. Такой нагреватель легко сделать самостоятельно за 1,5-2 часа из подручных средств.

Если драйвер светодиодной лампы не пострадал можно заменить светодиодную матрицу.

Рисунок 1 Новая матрица и лампа с ней и старым драйвером Рисунок 1 Новая матрица и лампа с ней и старым драйвером

Если же и драйвер лампы сгорел, то можно использовать светодиодные матрицы с интегрированным драйвером.

Рисунок 2 Светодиодная матрица с интегрированным драйвером Рисунок 2 Светодиодная матрица с интегрированным драйвером

Тогда провода от него припаиваются непосредственно к цоколю лампы. Такая матрица стоит в 2-2,5 раза дешевле лампы.

Кроме того, подобные матрицы можно использовать вообще без цоколя. Достаточно закрепить ее на любой металлической пластине, припаять провода питания и включить их в сеть.

Что такое драйвер led светильника и для чего он необходим?

Светодиодные светильники считаются эффективными источниками искусственного освещения. Экономичность и высокие технические характеристики в большинстве своем являются результатом грамотного выбора питания. Длительная работа, устойчивая яркость зависит от используемого драйвера. В связи с этим в данной статье мы постараемся рассказать о том, как он подбирается, какие нюансы необходимо учитывать и возможные варианты исполнения.

Что такое драйвер led светильника?

Речь идет о стабилизированном источнике, обеспечивающим на выходе постоянный ток и напряжение. От его надежности зависит последующая работа, например, трекового светильника 2700К . Стабильное питание является главным условием высоких технических характеристик светодиодного элемента.

Драйвер может использоваться для следующих элементов:

Led линеек;
Светодиодных лент;
Параллельной системы мощных led диодов.

О блоке питания

Для понимания специфики расчетов приведем следующий пример – необходимо подключить 15 led потолочных светильников на 12 вольт, каждый из которых «берет» 12 Вт. Общая их потребляемая мощность составляет 180 Вт. Исходя из этих условий, необходим блок питания на 12В, рассчитанный на максимальный ток 15 ампер. Все что потребуется, дополнительно отрегулировать выходное напряжение посредством соответствующего резистора.

Драйвер подбирается исходя из величины номинальной нагрузки. Его обычно используют при подключении сложной системы освещения, состоящей из нескольких светодиодов. Номинальный ток в данном случае является ключевым параметром. Напряжение же сборки подбирается в определенном диапазоне. Ровное свечение элемента достигается путем обеспечения прохождения номинального тока через все кристаллы, который везде должен быть одинаковым. А вот ввиду отличия вольт-амперных характеристик led элементов, возможно возникновение незначительного падения напряжения.

О led драйвере

Существуют исполнения, рассчитанные на работу от 12 и 220 вольт. Обычно выходные характеристики драйвера указываются как определенный диапазон номинального тока и напряжения. В частности, устройство, дающее на выходе 40 вольт, 0.6 ампер подойдет для последовательного подключения 4 светодиодных потолочных светильников на шине на 12 вольт, мощностью 5 Вт. Падение на каждом led элементе будет 12В, а общее напряжение в 48В укладывается в рабочие параметры драйвера.

Эффективность универсального блока питания считается достаточно высокой. Необходимо отметить, что мощность сборки, например, светодиодных подвесных светильников, является ключевым критерием. При отсутствии стабилизированного тока ее большая часть будет рассеиваться на резисторах плат. Это отрицательно сказывается на коэффициенте полезного действия устройства. В случае с драйвером необходимость в выравнивающих резисторах отпадает, при этом КПД остается достаточно высоким.

Нюансы подбора драйвера системы освещения

Каждый производитель трековых или линейных светодиодных светильников может использовать драйверы, отличающиеся элементной базой, расчетной выходной мощностью, классом защиты. В основе устройств ШИМ (широтно-импульсная модуляция) преобразователь, расположенный на микросхеме. Он имеет стабилизацию по выходному току и защиту от перегрузки и КЗ. Драйвера могут питаться от переменного тока бытовой сети 220 вольт, или постоянного тока – 12 вольт. Простейшие низковольтные устройства изготавливают на общей небольшой плате. Их недостатком является слабая надежность, что нужно учесть в своем выборе.

Резисторы в драйверах для встраиваемых трековых светильников (на основе led чипов) не устраняют помехи, как и простые схемы с конденсаторами гашения. Проходящие через них скачки напряжения в совокупности с нелинейной вольт-амперной характеристикой чипа однозначно приведут к скачку тока через кристалл. Соответствующее явление для полупроводника считается нежелательным. Не является панацеей и линейные стабилизаторы. К тому же их эффективность работы хуже.

Поэтому в идеале нужно определиться с точным количеством, мощностью, схемой подключения всех светодиодов. В идеале они должны быть одной модели и из одной партии. Зная все это можно смело переходить к выбору драйвера, на корпусе которого должна быть информация о диапазоне выходного, входного напряжения и номинального тока. Этих данных более чем достаточно для правильного подбора драйвера. Исходя из специфики использования, например, потолочного светодиодного трекового светильника, выбирается класс защиты корпуса.

Правила подключения led светильников к выключателю

Любые ремонтные работы в жилом, офисном, торговом помещении сопровождаются электромонтажом, в том числе подключением led светильников и выключателей. Последовательность соответствующих действий в разных ситуациях может отличаться. Обычно во внимание берется класс подключаемого устройства, тип коммутатора.

Одноклавишный выключатель при создании системы освещения?

Перед началом работ желательно изучить схему подключения и специфику выбранного изделия. В некоторых ситуациях целесообразно использовать одноклавишный, двух и трех клавишный выключатель. Соответствующие механизмы требуют соблюдения определенных правил электромонтажа. Если говорить о первом варианте – он самый простой. Например, чтобы подключить светодиодный светильник от одного выключателя, необходимо:

Выполнить подвод фазного и нулевого провода (питание 220 вольт), в идеале от отдельного «автомата»;
Отключить напряжение перед началом электромонтажных работ (удостовериться в этом посредством мультиметра или индикаторной отвертки);
Зачистить провода (оголить жилу не более 5-7 мм);
Снять с выключателя клавишу (обычно достаточно поддеть его отверткой);
Корпус устройства зафиксировать в монтажной коробке на стене;
Внутри основания найти и подключить два контакта.

Отметим, что все электромонтажные работы по подключению трековых led светильников для магазина одежды , люминесцентных, галогенных или ламп накаливания необходимо выполнять с соблюдением ПУЭ. В итоге должно получиться так, чтобы выключатель был установлен в разрыв фазного провода.

Работа с двухклавишным выключателем для спотов

Отличие устройства от первого варианта заключается в наличии двух перекидных контактов в одном корпусе. Принципиально последовательность действий идентична вышеописанной методике. Разница состоит исключительно в числе подсоединяемых к верхней клемме проводов. Устанавливая светодиодный светильник, желательно учитывать такие нюансы:

Подвод фазного провода выполняется к нижней клемме;
Сверху находятся клеммы для проводов, ведущих к отдельной группе источников освещения.

В подключенном состоянии двухклавишный выключатель позволяет активировать по отдельности каждый контур или задействовать сразу два.

Создание бра подсветки через розетку

Если изначально проектом светильник, как и проводка под него в определенном месте, не были предусмотрены, запитать его получится от простой розетки. Соответствующий накладной выключатель допускается фиксировать на стене. Для этого потребуется выполнить подвод фазного и нулевого провода (если последний не подведен к светильникам). Процедуру подключения можно представить в виде нескольких тезисов:

Индикаторной отверткой определяется фазный провод в розетке, который будет использоваться для подключения выключателя
Монтируется сам выключатель
Отключается «автомат», питающий розетку (факт отсутствия напряжения лучше проверить индикаторной отверткой)
Снимается декоративная накладка розетки, к фазному контакту подсоединяется провод от выключателя, нулю – от светильника (с верхней клеммы выключателя провод также идет на светильник).

С целью получения эстетичного вида, электрический кабель можно помещать в соответствующий пластиковый короб или гофру.

Подключение точечного светильника потолочного

Подвесные светильники led допускается питать как от 220, так и 12 вольт. В последнем случае потребуется использование трансформатора. Необходимая схема выбирается исходя из типа применяемого источника освещения, его мощности, технических характеристик. Отметим, что порядок его коммутации мало чем отличается от стандартных методик.

Дизайнерский светильник без блока питания

Многие современные светодиодные устройства рассчитаны на работу от бытовой сети. Это достигается благодаря использованию интегрированного в конструкцию электронного преобразователя, выдающего пониженное напряжение. Схема подключения подобных светильников аналогична вариантам обычного исполнения.

Светодиодный потолочный светильник с блоком питания

В этом случае используется понижающий трансформатор, преобразующий 220 вольт в 12 вольт. Упрощенно устройство называют блоком питания. Сегодня в продаже существуют варианты, рассчитанные на работу с разной мощностью и напряжением. Отметим, что если необходима коммутация 2 и более точек, установка БП выполняется за выключателем. Более детально с принципом можно ознакомиться по схеме. Обычно в блоке питания выполняется защита от КЗ, реализована возможность плавного нарастания напряжения. Устройство выгодно выделяется минимальным уровнем шума.

Светодиодные ленты и светильники

Принцип коммутации идентичен всем вышеописанным способам. Внимание следует обратить разве что на специфику подключения светильника и светодиодной ленты. С этой целью может потребоваться преобразователь напряжения или драйвер. Как и с вариантом точечных устройств, установка блока питания выполняется за выключателем. Каждая лента или прибор подсоединяются к собственному преобразователю. Подобный нюанс позволяет управлять конкретным устройством независимо от других.

Подключение трехклавишного выключателя к led светильнику

Вначале следует разобраться с группами нагрузок. В самом простом случае – это три контура с отдельными лампами. Допускается группировать несколько светильников на одной линии, подсоединенных между собою параллельно. Каждая группа подключается к своей верхней клемме выключателя. Принцип схож, как и с одноклавишным или двухклавишным выключателем. Перед началом работы необходимо внимательно изучить исходные данные, количество потребителей, их характеристики, вид коммутации и управляющего устройства.

Подключение Мощных Светодиодов Без Драйвера

Объявления

В небольшую коллекцию ucd по схеме Ямахи

Найдите схему его или похожего, и посмотрите, что за транзистор там стоит.

Ну и выкиньте эти магниты. Всё равно на хорошем ухабе телефон своим "наклеенным металлическим кольцом для примагничивания" не удержится, искать его потом по всему салону. Самое надёжное - слот для телефона типа "карман". Про теорию "почему ошибки" могу предположить, что большое количество железа вокруг катушки (в том числе магниты) являются приличной нагрузкой. Вихревые токи никто не отменял. Терморезистор. Откусывать нельзя. И "синенький проводочек над микросхемой" восстановите. Это "земля". На двухслойной плате нормально не развелось, вот и пустили поверху. Без него вероятно будет сбоить эта микросхема при работающем двигателе.

Осталось подобрать конденсатор, который работает при -50 (твердотельный, может?) и при этом выпускался в СССР. Как вариант рассмотреть маховик . Потом все остальное. Хотя, конденсатор - это тоже химический источник в некотором смысле.

Светодиодная лампа без драйвера

Это светодиодная лампа формата G9, в которой вообще нет никаких видимых электронных компонентов — только сами светодиоды.

Разумеется, стопроцентная пульсация света у такой лампы неизбежна (в ней нет сглаживающего конденсатора) и использовать такую лампу я никому не посоветую. Вот так выглядит её свет на замедленной съёмке (снято со скоростью 1200 кадров в секунду).

В стеклянной колбе пластина, на которой расположено множество светодиодов, залитых общим люминофором.

Светодиоды и люминофор с двух сторон пластины.

Ножки контактов припаяны к металлическим полоскам, а с другой стороны к полоскам припаяны контакты, соединяющие их с платой. Возможно, эти полоски являются токоограничивающими резисторами.

Интересно, как китайцы ухитрились заставить светодиоды работать прямо от сети. Форма потребления у этой лампы выглядит так.

Либо прямо под люминофором расположен диодный мост, либо там две, включённые параллельно, цепочки светодиодов — одна работает от одного полупериода, вторая от другого.

Выпустил это «чудо техники» Navigator.

Производитель — Xiamen Neex.

Обещают 5 Вт и 500 лм. На самом деле 3.6 Вт и 390 лм.

На мой взгляд выпускать и продавать такие лампы недопустимо и я очень сочувствую тем, кто их купит и будет жить с пульсирующим светом, но с технологической точки зрения лампочка очень интересная и, пользуясь такой технологией, наверняка можно выпускать простые, хорошие и дешёвые лампы для работы на постоянном напряжении.

Немного об основах схемотехники светодиодных ламп

Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.

Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.

Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.

К слову, о белых светодиодах

Понятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:

Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее тут.

Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.

ВАХ белого светодиода.

Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.

Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.

Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.

Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.

Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.

1. Конденсаторный балласт

Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:

Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.

Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000

11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).

Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.

Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.

Лирическое отступление

«Микрофарад» сокращется именно как «мкФ». Я останавливаюсь на этом потому, что достаточно часто вижу людей, пишущих в этом контексте «мФ», в то время как последнее — сокращение от «миллифарад», то есть 1000 мкФ. По-английски «микрофарад», опять же, пишется отнюдь не как «mkF», но, напротив, «uF». Это потому, что буква «u» напоминает букву "μ" с оторванным хвостиком.

Итак, 1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF, и никак иначе!

Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!

Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.

2. Бестрансформаторная понижающая топология

Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).

Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.

В живой природе такое включение можно наблюдать на примере ZXLD1474 или варианта включения ZXSC310 (которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).

Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.

Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).

На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.

Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.

3. Обратноходовый преобразователь

Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временные параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.

Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.

Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.

Лирическое отступление Обратноходовый преобразователь называется так потому, что изначально подобный метод применялся для получения высокого напряжения в телевизорах на основе электронно-лучевых трубок. Источник высокого напряжения был схемотехнически объединен со схемой горизонтальной развертки, и импульс высокого напряжения получался во время обратного хода электронного луча.

Немного о пульсациях

Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.

Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что и является причиной ухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).

Читайте также: