- ліхтарі
- Налобний ліхтар
- Ліхтар електрошокер
- Тактичний ліхтар
- Підствольний ліхтар
- кемпінговий ліхтар
- Підводний ліхтар
- Ручний ліхтар
- Велосипедний ліхтар
- Світлодіоди і комплектуючі
- світлодіоди Cree
- Драйвера для світлодіодів
- Оптика для світлодіодів
- супутня електроніка
- Акумулятори і зарядки
- літієві акумулятори
- металгідридні акумулятори
- Зарядний пристрій
- Комплектуючі до акумуляторів
Драйвера для світлодіодів є абсолютно необхідними пристроями, які здійснюються стабілізацію живлення світлодіодів. Що таке світлодіод - це напівпровідниковий прилад з електронно-дірковий переходом, який випромінює світло при пропущенні через нього струму в прямому напрямку. Від звичайного діода світлодіод відрізняється не тільки здатністю світитися при підключенні струму, але також значно більшим падінням напруги і дуже невеликим (кілька вольт) значенням пробивної напруги при зворотному підключенні. Тобто, при неправильному підключенні світлодіода, швидше за все, він негайно і незворотньо згорить.
Світлодіоди мають дуже нелінійну вольт-амперну характеристику - до деякого значення напруги світлодіод практично взагалі не пропускає струм, при подальшому підвищенні напруги струм різко зростає і, після досягнення допустимого значення, відбувається швидкий перегрів і негайний вихід приладу з ладу.
Приклад вольт-амперної характеристики білого світлодіода
Яскравість світіння світлодіода також прямо залежить від сили проходить через нього струму. Все це робить необхідним включити в електричний ланцюг пристрій стабілізації струму. У найпростішому випадку для індикаторних світлодіодів при токах до сотні міліампер можна обійтися простим резистором. Але для яскравих світлодіодів, що харчуються великими струмами, потрібно значно більше складний пристрій. Це пристрій називається драйвер. Саме драйвер контролює і стабілізує струм, що проходить через світлодіод.
Існує широке розмаїття схем драйверів під найрізноманітніші потреби. Розглянемо найбільш прості і популярні типи драйверів для світлодіодів.
Лінійний драйвер для світлодіодів.
Гранично спрощена схема лінійного драйвера
Від вхідного джерела живлення Vin електричний струм прямує до виходу драйвера (точка підключення навантаження - світлодіода) Vout через ключ Sw. У ланцюзі також присутні конденсатори Cin і Cout, які згладжують перепади напруги у вхідному і вихідному ділянках ланцюга. Регулюючи відношення часів, коли ключ відкритий і закритий можна управляти вихідним напругою в діапазоні від нуля до Vin вольт. Ключ перемикається з високою частотою - від одиниць до десятків кілогерц. Тому ніякого мерехтіння в світінні світлодіода, природно, не помітно. Як ключ на практиці застосовуються, як правило, потужні польові транзистори, затвором яких управляє або спеціалізована мікросхема, або мікроконтролер.
Головним достоїнством драйверів даного типу є їх принципова простота. Готові драйвера мають невеликі розміри і відносно невисоку вартість. Відсутність индуктивностей в схемі драйвера усуває серйозне джерело перешкод, що дозволяє таким драйверам працювати дуже стабільно.
Головний недолік - ККД драйвера прямо визначає відношення вихідної напруги до вхідного. Це і означає область застосування драйвера - або для зовсім невеликих робочих струмів (до 100мА), або для випадків, коли напруга в мережі близько величиною падіння напруги на світлодіоді. Приклад останнього випадку - літій-іонний акумулятор в якості джерела живлення і світлодіод Cree XML-2 в якості навантаження. Тут ККД лінійного драйвера в гіршому випадку буде близько 78%, що потребують розсіювання до 2,2 Вт тепла. Це суттєва величина, але некритична при достатньому охолодженні.
Імпульсний понижуючий драйвер для світлодіодів.
Більш складними по влаштуванню, а й з більш широкими можливостями є імпульсні драйвера. Ось також гранично спрощена умовна схема імпульсного понижуючого драйвера.
Схема імпульсного понижуючого драйвера
Коли ключ Sw замикається, струм у вихідному ділянці ланцюга плавно зростає, також відбувається «накачування» дроселя L1. Завдяки ЕРС самоіндукції дроселя, при розмиканні ключа Sw струм не обривається миттєво, а продовжує якийсь час текти в тому ж напрямку через навантаження і діод D1. Ключ, керований спеціальною мікросхемою або мікро контролером, перемикається з великою частотою (до декількох мегагерц). Вихідна напруга може регулюватися від 0 до Vin.
ККД таких драйверів може досягати 90% і більше. Це дозволяє підключати потужні світлодіоди до джерел живлення з напругою істотно вище робочої напруги світлодіодів. Наприклад, понад яскравий світлодіод потужністю в 10 Вт до пари послідовно з'єднаних літій-іонних акумуляторів.
Недоліки таких драйверів - збільшені через потужної індуктивності габарити. Крім того, дросель є серйозним джерелом електромагнітних завад, що в комплексі з надзвичайною компактністю драйвера вимагає особливої акуратності при розведенні плати пристрою.
Вдалі моделі понижуючих імпульсних драйверів, наприклад, тут або тут.
Імпульсний підвищує драйвер для світлодіодів.
У разі, коли робоча напруга світлодіода більше напруги видається джерелом струму, використовуються імпульсні підвищують драйвера. Ось спрощена умовна схема одного і типів таких драйверів:
Схема імпульсного підвищуючого драйвера
На початку ключ Sw розімкнути, вихідна напруга Vout дорівнює вхідному Vin. І, оскільки це напруга менше робочої напруги світлодіода, струм через ланцюг практично не тече (пам'ятаєте графік на самому початку статті?).
При замиканні ключа Sw ток починає текти через дросель L1, в його осерді накопичується енергія. При розмиканні ключа індуктивність починає розряджатися через підключене навантаження. При цьому до вхідній напрузі джерела живлення Vin додається ЕРС самоіндукції дроселя. Вихідна напруга Vout досягає необхідної величини, щоб підключений світлодіод почав світитися. Також при цьому заряджається конденсатор Cout. Поступово дросель розряджається, для його зарядки знову замикається ключ Sw. В цей час світлодіод харчується за рахунок конденсатора Cout, миттєвого розряду якого перешкоджає діод D1.
Ключ, як і у раніше описаних драйверів, управляється спеціалізованої мікросхемою або мікро контролером. ККД таких драйверів також досить високий (до 90% і більше). Недоліки схожі з недоліками понижуючих імпульсних драйверів.
Повторюся, згадані схеми - це лише невелика частина великої різноманітності типів пристроїв для перетворення і контролю напруги живлення світлодіодів. Але, завдяки відносній простоті, вони вживаються найчастіше.
Також у всіх зазначених схемах для простоти опущені блоки контролю струму - найважливіша частина драйвера для світлодіода. Зазвичай контроль струму здійснюється за допомогою резисторів дуже невеликого опору (зазвичай десяті частки ом) і пристрою, який вимірює падіння напруги на них. Як правило, це ж пристрій управляє ключем драйвера і в комплексі є спеціалізованою мікросхему, що є серцем драйвера для світлодіода. Також ці функції може виконувати мікроконтролер.
Будь-які драйвера - імпульсні або лінійні - не володіють КПД 100% і мають звичай грітися тим більше, чим більший струм вони забезпечують, і чим більша різниця у вхідному і вихідному напрузі має місце бути. Крім того, в готовому виробі драйвер часто розташовується в безпосередній близькості від питомого їм світлодіода, який в процесі роботи гріються також дуже не слабо. Для світлодіода перегрів шкідливий, оскільки істотно знижується якість його роботи і термін служби. Крім того, при неправильному охолодженні силова частина готового пристрою може почати гріти батареї. А це зазвичай літій-іонні акумулятори, сильно гріти які зовсім не рекомендується - вони можуть банально вибухнути, завдаючи зовсім небанальні пошкодження.
Тому пристойний драйвер для світлодіода повинен мати можливість контролювати як робочу температуру світлодіода, так і свою власну. Також корисно і приємно, коли драйвер не тільки дозволяє перемикати кілька режимів роботи світлодіода, а й контролює ступінь заряду батарей. Для забезпечення всього цього вже не обійтися без використання мікроконтролерів і досить складних програм їх роботи.
Ми самі займаємося розробкою і виробництвом драйверів для потужних світлодіодів. І, незважаючи на те, що якість і надійність пропонованих пристроїв багаторазово підтверджена роками надійної роботи у великій кількості ліхтарів, драйвера і, особливо, їх логічна частина продовжують постійно розвиватися. Ми намагаємося врахувати побажання і зауваження максимального числа користувачів. Крім того, цілком можлива розробка і виробництво драйвера за індивідуальним замовленням. Телефонуйте - домовимося!
Читайте також статтю "Саморобний драйвер для потужних світлодіодів". в якій описуються деякі схеми і практичних досвід самостійного створення драйверів.