Як підключити світлодіоди?
Підключення світлодіода через резистор
Отже, як ми говорили вище найпростіший драйвер для світлодіода - це резистор. Виглядає як бочонок з двома висновками. Резистором можна обмежити струм в ланцюзі, підібравши потрібний опір.
Недолік - низький ККД, відсутність гальванічної розв'язки. Способів безпечно живити світлодіод від мережі 220В через резистор не існує, хоча в багатьох побутових вимикачах подібна схема використовується.
Перевага - надійність, простота схеми.
Підключення світлодіода через конденсатор
Подібна зі схемою на резисторі. Недоліки ті ж. Можливо виготовити вироби з світлодіодним стрічки конденсаторну схему достатньої надійності, але при цьому вартість і складність схеми сильно зростуть.
Підключення світлодіода через мікросхему-стабілізатор LM317
Це наступний представник сімейства найпростіших драйверів для світлодіодів.
Недолік - низький ККД і потрібно первинне джерело живлення.
Перевага - надійність, простота схеми, безпеку (присутній гальванічна розв'язка від мережі через трансформатор).
Драйвер на мікросхемі типу HV9910
Даний тип драйверів отримав неабияку популярність завдяки простоті схеми, дешевизні комплектуючих і невеликих габаритах.
Перевага - універсальність, доступність.
Недолік - вимагає кваліфікації і обережності при складанні. Відсутня гальванічна розв'язка з мережею 220 В. Високі імпульсні перешкоди в мережу. Низький коефіцієнт потужності.
Драйвер з низьковольтних входом
Перевага - невеликі габарити і вага, високий ККД, надійність, безпеку при експлуатації.
Недолік - потрібно первинне джерело напруги.
Мережевий драйвер
Повністю готові до використання і містять всі необхідні елементи для живлення світлодіодів.
Перевага - високий ККД, надійність, наявність гальванічної розв'язки, безпеку при експлуатації.
Недолік - висока вартість, важкодоступні для придбання. Можуть бути як в корпусі, так і без корпусу. Останні зазвичай застосовують в складі ламп або інших джерел світла.
Хочу зауважити, що багато хто помилково припускають, що робочий світлодіодним ток 1 Вт світлодіодів - 350 мА. Це не так, 350 мА - це МАКСИМАЛЬНИЙ робочий струм. Це означає, що при тривалій роботі необхідно використовувати джерело живлення з струмом 300-330 мА. Це ж вірно і для паралельного включення - струм на один світлодіод не повинен перевищувати зазначеної цифри 300-330 мА. Зовсім не означає, що робота на підвищеному струмі викличе відмова світлодіода. Але при недостатньому теплоотводе кожен зайвий міліампер здатний скоротити термін служби. До того ж чим вище струм - тим нижче ККД світлодіода, а значить, сильніше його нагрівання.
Якщо мова піде про підключення світлодіодної стрічки або модулів, розрахованих на 12 або 24 вольта, потрібно брати до уваги, що пропоновані для них джерела живлення обмежують напругу, а не ток, тобто не є драйверами в прийнятій термінології. Це означає, по-перше, що потрібно уважно стежити за потужністю навантаження, що підключається до певного блоку живлення. По-друге, якщо блок недостатньо стабільний, стрибок вихідної напруги може погубити вашу стрічку. Злегка полегшує життя те, що в стрічках і модулях (кластерах) встановлені резистори, що дозволяють обмежити струм до певної міри. Треба сказати, світлодіодна стрічка споживає відносно великий струм. Наприклад, стрічка smd 5050, кількість світлодіодів в якій становить 60 штук на метр, споживає близько 1,2 А на метр. Тобто для заживлення 5 метрів знадобиться блок живлення з струмом не менше 7-8 ампер. При цьому 6 ампер споживе сама стрічка, а один-два ампера потрібно залишити про запас, щоб не перевантажувати блок. А 8 ампер - це майже 100 ват. Такі блоки недешеві.
Драйвери більш оптимальні для підключення стрічки, але знайти такі специфічні драйвера проблематично.
Блок живлення для світлодіодів
Давайте для початку поговоримо про блоки живлення взагалі.
Більшість електроприладів і компонентів електроніки вимагають для своєї роботи джерело напруги. Їм є звичайна електрична мережа, яка присутня в будь-якій квартирі у вигляді розетки. Всім відомо словосполучення «220 вольт». Як бачите - ні слова про струмі. Це означає, що якщо прилад розрахований на роботу від мережі 220 В, то вам неважливо - скільки струму він споживає. Аби було 220 - а струм він візьме сам - стільки, скільки йому потрібно. Наприклад, звичайний електричний чайник потужністю 2 кВт (2 000 Вт), що входить в мережу 220 в, споживає наступний струм. 2 000/220 = 9 ампер. Досить багато, враховуючи, що більшість звичайних електричних подовжувачів розраховане на 10 ампер. У цьому причина частого спрацьовування захисту (автомата) при включенні чайників в розетку через подовжувач, в який і так вставлено багато приладів - комп'ютер, наприклад. І добре, якщо захист спрацює, в іншому випадку подовжувач може просто розплавитися. І так - будь-який прилад, розрахований на включення в розетку - знаючи, яка його потужність, можна обчислити струм.
Але більшість побутових пристроїв, таких як телевізор, DVD-програвач, комп'ютер, потребують зниженні напруги з 220 В до потрібного їм рівня - наприклад, 12 вольт. Блок живлення - це якраз той пристрій, що займається таким зниженням.
Знизити напругу мережі можна різними способами. Найпоширеніші блоки живлення - трансформаторний і імпульсний.
Блок живлення на основі трансформатора
В основі такого блоку живлення лежить велика, залізна, гуде штуковина. :) Ну, нинішні трансформатори гудуть поменше. Основна перевага - простота і відносна безпека таких блоків. Вони містять мінімум деталей, але при цьому мають непогані характеристиками. Основний мінус - ККД і габарити. Чим більше потужність блоку живлення - тим він важче. Частина енергії витрачається на «гудіння» і нагрів 🙂 Крім того, в самому трансформаторі втрачається частина енергії. Іншими словами - просто, надійно, але має велику вагу і багато споживає - ККД на рівні 50-70%. Має важливий невід'ємний плюс - гальванічну розв'язку від мережі. Це означає, що якщо станеться несправність або ви випадково залізете рукою у вторинну ланцюг харчування - струмом вас не стукне 🙂 Ще один безперечний плюс - блок живлення може бути включений в мережу без навантаження - це йому не зашкодить.
Але давайте подивимося, що буде, якщо перевантажити такий блок живлення.
Є. трансформаторний блок живлення з вихідною напругою 12 вольт і потужністю 10 ват. Підключимо до нього лампочку 12 вольт 5 ват. Лампочка буде світитися на всі свої 5 ват і споживати струму 5/12 = 0,42 А.
Підключимо другу лампочку послідовно до першої, ось так.
Обидві лампочки будуть світитися, але дуже тьмяно. При послідовному з'єднанні струм в ланцюзі залишиться тим же - 0,42 А, а ось напруга розподілиться між двома лампочками, тобто кожна отримає по 6 вольт. Зрозуміло, що світитися вони будуть ледве-ледве. Та й споживати при цьому будуть кожна приблизно по 2,5 Вт.
Взагалі кажучи, струм в ланцюзі все ж впаде, але щоб не псувати приклад, залишимо як є 🙂
Тепер змінимо умови - підключимо лампочки паралельно.
В результаті напруга на кожній лампі буде однакове - 12 вольт, а ось струму вони візьмуть кожна по 0,42 А. Тобто струм в ланцюзі зросте в два рази. З огляду на, що блок у нас потужністю 10 Вт - мало йому вже не здасться - при паралельному включенні потужність навантаження, тобто лампочок, підсумовується. Якщо ми ще і третю підключимо - то блок живлення почне сильно грітися і врешті-решт згорить, можливо, прихопивши з собою вашу квартиру. А все це тому, що він не вміє обмежувати струм. Тому дуже важливо правильно розрахувати навантаження на блок живлення. Звичайно, блоки складніше містять захист від перевантаження і автоматично відключаються. Але розраховувати на це не варто - захист, буває, теж не спрацьовує.
Імпульсний блок живлення
Найпростіший і яскравий представник - китайський блок живлення для галогенних ламп 12 В. Містить невелику кількість деталей, легкий, маленький. Розміри 150 Вт блоку - 100 х 50 х 50 мм, вага грам 100. Такий же трансформаторний блок живлення важив би кілограма три, а то і більше. У блоці живлення для галогенних ламп теж є трансформатор, але він маленький, тому що працює на великій частоті. Треба відзначити, що ККД такого блоку теж не на висоті - близько 70-80%, при цьому він видає пристойні перешкоди в електричну мережу.
Отже, основна перевага - невеликі габарити і малу вагу. Гальванічна розв'язка також присутній. Недолік - той же, що і у його трансформаторного побратима. Може згоріти від перевантаження 🙂 Так що якщо ви вирішили зробити у себе вдома освітлення на 12 В галогенних лампах - підрахуйте допустиме навантаження на кожен трансформатор.
Бажано створювати від 20 до 30% запасу. Тобто якщо у вас трансформатор на 150 Вт - краще не вішайте на нього більше, ніж 100 Вт навантаження. Розрахунок потужності їм довіряти не варто. Також варто відзначити, що імпульсні блоки не люблять включення без навантаження. Саме тому не рекомендується залишати зарядні пристрої для стільникових в розетці після закінчення зарядки. Втім, це все роблять, тому більшість нинішніх імпульсних блоків містять захист від включення без навантаження.
Ці два простих представника сімейства блоків живлення виконують спільне завдання - забезпечення потрібного рівня напруги для живлення пристроїв, які до них підключені. Як вже було сказано вище - пристрої самі вирішують - скільки струму їм потрібно.
Драйвер для світлодіодів
У загальному випадку драйвер - це джерело струму для світлодіодів. Для нього зазвичай не буває параметра «вихідна напруга». Тільки вихідний струм і потужність. Втім, ви вже знаєте, як можна визначити допустимий вихідна напруга - ділимо потужність в ватах на ток в амперах.
На практиці це означає наступне. Припустимо, параметри драйвера наступні. ток - 300 міліампер, потужність - 3 Вт. Ділимо 3 на 0,3 - отримуємо 10 вольт. Це максимальна вихідна напруга, яке може забезпечити драйвер. Припустимо, що у нас є три світлодіода, кожен з них розрахований на 300 мА, а напруга на діоді при цьому має бути близько 3 вольт. Якщо ми підключимо один діод до нашого драйверу, то напруга на його виході буде 3 вольта, а струм 300 мА. Підключимо другий діод послідовно (див. Приклад з лампами вище) з першим - на виході буде 6 вольт 300 мА, підключимо третій - 9 вольт 300 мА. Якщо ж ми підключимо світлодіоди паралельно - то ці 300 мА розподіляться між ними приблизно порівну, тобто приблизно по 100 мА. Якщо ми підключимо до драйверу на 300 мА трехваттние світлодіоди з робочим струмом 700 мА - вони будуть отримувати тільки 300 мА.
Сподіваюся, принцип зрозумілий. Справний драйвер ні за яких умов не видасть більше струму, ніж він розрахований - як би ви не підключали діоди. Треба відзначити, що є драйвера, які розраховані на будь-яку кількість світлодіодів, аби їх загальна потужність не перевищувала потужність драйвера, а є ті, які розраховані на певну кількість - 6 діодів, наприклад. Деякий розкид в меншу сторону вони, втім, допускають - можна підключити п'ять діодів або навіть чотири. ККД універсальних драйверів гірше ніж у їхніх побратимів, розрахованих на фіксовану кількість діодів в силу деяких особливостей роботи імпульсних схем. Також драйвера з фіксованою кількістю діодів зазвичай містять захист від нештатних ситуацій. Якщо драйвер розрахований на 5 діодів, а ви підключили три - цілком можливо, що захист спрацює і діоди або не включаться або будуть мигати, сигналізуючи про аварійному режимі. Треба відзначити, що більшість драйверів погано переносять підключення до живлячої напруги без навантаження - цим вони сильно відрізняються від звичайного джерела напруги.
Застосування драйверів на практиці
Більшість людей, які планують використовувати світлодіоди, роблять типову помилку. Спочатку купуються самі СІД, потім під них підбирається драйвер. Помилкою це можна вважати тому, що в даний час місць, де можна придбати в достатньому асортименті драйвера, не так вже й багато. У підсумку, маючи на руках жадані світлодіоди, ви ламаєте голову - як підібрати драйвер з наявного в наявності. Ось купили ви 10 світлодіодів - а драйвера тільки на 9 є. І доводиться ламати голову - як бути з цим зайвим світлодіодом. Може бути, простіше було відразу на 9 розраховувати. Тому вибір драйвера повинен відбуватися одночасно з вибором світлодіодів. Далі, потрібно враховувати особливості світлодіодів, а саме падіння напруги на них. Наприклад, червоний 1 Вт світлодіод має робочий струм 300 мА і падіння напруги 1,8-2 В. Споживана їм потужність складе 0,3 х 2 = 0,6 Вт. А ось синій або білий світлодіод має при такому ж струмі падіння напруги 3-3,4 У, тобто потужність 1 Вт. Стало бути, драйвер зі струмом 300 мА і потужністю 10 Вт «потягне» 10 білих або 15 червоних світлодіодів. Різниця суттєва. Типова схема підключення 1 Вт світлодіодів до драйверу з вихідним струмом 300 мА виглядає так.
У стандартних 1 Вт світлодіодів мінусовій висновок більше плюсового за розміром, тому його легко відрізнити. Як же бути, якщо доступні тільки драйвера з струмом 700 мА? Тоді доведеться використовувати парну кількість світлодіодів, включаючи їх по два паралельно.
Підсумовуючи, можна сказати, що вибору драйвера для світлодіодів потрібно приділяти не менше, а то й більше уваги, ніж светодиодам. Недбалість при виборі чревата виходом з ладу світлодіодів, драйвера, надмірним споживанням і іншими принадами 🙂
Юрій Рубан, ТОВ «Рубікон».
Мітки: [слушні поради, джерела живлення]
Популярність 37 947 перегл.