Ako vybrať driver LED lampy: typy, účel + vlastnosti pripojenia

LED svietidlá sa masovo rozšírili, čo viedlo k aktívnej výrobe sekundárnych zdrojov napájania. Driver LED lampy dokáže stabilne udržiavať nastavené hodnoty prúdu na výstupe zariadenia a stabilizovať napätie prechádzajúce cez reťazec diód.

Povieme vám všetko o typoch a princípoch činnosti zariadenia na konverziu prúdu pre diódovú žiarovku. V navrhovanom článku sú uvedené orientačné kritériá výberu drivera a užitočné odporúčania. Samostatní domáci elektrikári u nás nájdu overené schémy zapojenia.

Účel a oblasť použitia

Diódové kryštály pozostávajú z dvoch polovodičov – anódy (plus) a katódy (mínus), ktoré sú zodpovedné za transformáciu elektrických signálov. Jedna oblasť má vodivosť typu P, druhá typu N. Po pripojení zdroja napájania bude cez tieto prvky pretekať prúd.

Vďaka takejto polarite sa elektróny z oblasti typu P pohybujú do oblasti typu N a naopak, náboje z bodu N sa pohybujú k P. Každá časť oblasti má však svoje hranice, nazývané PN prechody. Na týchto miestach sa častice stretávajú a vzájomne pohlcujú alebo rekombinujú.

Dióda patrí medzi polovodičové prvky a má iba jeden p-n prechod. Z tohto dôvodu je hlavnou charakteristikou určujúcou stupeň jasu ich svietenia nie napätie, ale prúd.

Počas P-N prechodov napätie klesá o určitý počet voltov, ktorý je vždy rovnaký pre každý prvok obvodu. Vzhľadom na tieto hodnoty driver stabilizuje hodnoty vstupného prúdu a na výstupe vytvára konštantnú hodnotu.

Aký výkon je potrebný a aké hodnoty strát pri P-N prechode sú uvedené v pase LED zariadenia. Preto pri výbere diódovej žiarovky je potrebné zohľadniť parametre napájacieho zdroja, ktorých rozsah musí byť dostatočný na kompenzáciu stratenej energie.

Aby výkonné LED diódy odpracovali uvedený čas v charakteristikách, je potrebný stabilizačný zariadenie – driver. Na tele elektronického mechanizmu je vždy uvedené jeho výstupné napätie.

Napájacie zdroje s napätím od 10 do 36 V sa používajú na osadenie osvetľovacích zariadení.

Technika môže byť najrôznejších druhov:

• svetlomety áut, bicyklov, motocyklov atď.;
• malé prenosné alebo pouličné lampy;
• LED lišty, pásky, stropné žiarovky a moduly.

Avšak pre nízkoenergetické LED diódy, ako aj v prípade použitia konštantného napätia, nie je potrebné používať drivery. Namiesto nich sa do obvodu vloží rezistor, ktorý je tiež napájaný zo siete 220 V.

Princíp činnosti napájacieho zdroja

Poďme zistiť, v čom spočívajú rozdiely medzi zdrojom napätia a napájacím zdrojom. Ako príklad si pozrime schému zobrazenú nižšie.

Po pripojení rezistora 40 Ω k napájaciemu zdroju 12 V ním bude pretekať prúd 300 mA (obrázok A). Pri paralelnom zapojení druhého rezistora do obvodu bude hodnota prúdu 600 mA (obrázok B). Napätie však zostane nezmenené.

Napriek pripojeniu dvoch rezistorov k napájaciemu zdroju, druhý na výstupe bude vytvárať nezmenené napätie, pretože za ideálnych podmienok nepodlieha záťaži.

Teraz sa pozrime, ako sa zmenia hodnoty, ak budú v obvode pripojené rezistory k napájaciemu zdroju. Analogicky zavedieme reostat 40 Ω s driverom 300 mA. Ten na ňom vytvára napätie 12 V (schéma V).

Ak je obvod tvorený dvoma rezistormi, potom je veľkosť prúdu nezmenená a napätie bude 6 V (G).

Driver na rozdiel od zdroja napätia udržiava na výstupe stanovené parametre prúdu, avšak napätie sa môže meniť.

Na záver možno povedať, že kvalitný menič dodáva záťaži menovitý prúd aj pri poklese napätia. V dôsledku toho budú diódové čipy na 2 V alebo 3 V s prúdom 300 mA svietiť rovnako jasne aj pri zníženom napätí.

Charakteristické vlastnosti meniča

Jedným z najdôležitejších ukazovateľov je prenášaný výkon pod záťažou. Zariadenie sa nesmie preťažovať a snažiť sa dosiahnuť maximálne možné výsledky.

Nesprávne používanie vedie k rýchlemu zlyhaniu nielen obvodového mechanizmu, ale aj LED čipov.

Medzi hlavné faktory ovplyvňujúce činnosť patria:

• komponenty používané v procese montáže;
• stupeň krytia (IP);
• minimálne a maximálne hodnoty na vstupe a výstupe;
• výrobca.

Moderné modely meničov sa vyrábajú na báze integrovaných obvodov a používajú technológiu pulzne-šírkovej modulácie (PWM).

Počas činnosti napájacieho zdroja sa na reguláciu veľkosti výstupného napätia využíva metóda pulzno-šírkovej modulácie, pričom na výstupe sa zachováva rovnaký druh prúdu ako na vstupe.

Takéto zariadenia sa vyznačujú vysokou úrovňou ochrany proti skratu, preťaženiu siete a majú zvýšenú účinnosť.

Pravidlá výberu meniča prúdu

Pre kúpu meniča pre LED lampu je potrebné preštudovať kľúčové vlastnosti zariadenia. Treba sa oprieť o výstupné napätie, menovitý prúd a dodávaný výkon.

Výkon svetelných diód

Najprv si rozoberieme výstupné napätie, ktoré je podmienené niekoľkými faktormi:

• hodnota úbytku napätia na P-N prechodoch kryštálov;
• počet LED diód v reťazci;
• schéma zapojenia.

Parametre menovitého prúdu možno určiť podľa charakteristických vlastností spotrebiča, konkrétne výkonu LED prvkov a stupňa ich jasu.

Tento ukazovateľ bude ovplyvňovať prúd spotrebovaný kryštálmi, ktorého rozsah sa mení na základe požadovaného jasu. Úlohou meniča je zabezpečiť týmto prvkom dodávku potrebného množstva energie.

Hodnota výstupného napätia musí byť väčšia alebo rovnaká ako celkový súčet spotrebovanej energie v každom bloku elektrickej schémy.

Výkon zariadenia závisí od sily každého LED prvku, ich farby a počtu.

Na výpočet spotrebovanej energie sa používa tento vzorec:

P_H = P_LED * N,

Kde

• P_LED – elektrická záťaž vytváraná jednou diódou,
• N – počet kryštálov v obvode.

Získané hodnoty nesmú byť menšie ako výkon drivera. Teraz je potrebné určiť požadovanú menovitú hodnotu.

Maximálny výkon zariadenia

Treba zohľadniť aj skutočnosť, že pre zabezpečenie stabilnej prevádzky meniča musia jeho menovité hodnoty presahovať o 20–30 % získanú hodnotu P_H.

Vzorec teda nadobúda tvar:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

kde P_max je menovitý výkon napájacieho zdroja.

Okrem výkonu a počtu spotrebičov na doske je sila záťaže tiež podmienená farebnými faktormi spotrebiča. Pri rovnakom prúde majú v závislosti od odtieňa rôzne hodnoty úbytku napätia.

Driver pre LED lampu musí dodávať také množstvo prúdu, ktoré je potrebné na dosiahnutie maximálneho jasu. Pri výbere zariadenia musí kupujúci pamätať na to, že výkon musí byť väčší, ako používajú všetky LED diódy.

Zoberme si napríklad LED diódy americkej firmy Cree z rady XP-E v červenej farbe.

Ich charakteristiky vyzerajú nasledovne:

• úbytok napätia 1,9–2,4 V;
• prúd 350 mA;
• priemerný výkon spotreby 750 mW.

Analóg zelenej farby pri rovnakom prúde bude mať úplne iné parametre: straty na P-N prechodoch 3,3-3,9 V a výkon 1,25 W.

V súlade s tým možno vyvodiť závery: driver navrhnutý na 10 W sa používa na napájanie dvanástich červených kryštálov alebo ôsmich zelených.

Schéma zapojenia LED diód

Výber drivera by sa mal uskutočniť po určení schémy zapojenia LED spotrebičov. Ak si najprv zakúpite svetelné diódy a potom k nim budete vyberať menič, tento proces bude sprevádzaný množstvom ťažkostí.

Na nájdenie zariadenia, ktoré zabezpečuje práve taký počet spotrebičov pri danej schéme zapojenia, bude potrebné stráviť nemálo času.

Uveďme príklad so šiestimi spotrebičmi. Strata napätia u nich je 3 V, odoberaný prúd 300 mA. Na ich zapojenie možno použiť jednu z metód, pričom v každom jednotlivom prípade sa budú požadované parametre napájacieho zdroja líšiť.

Nevýhodou postupného usporiadania diód je potreba napájacieho bloku s vysokým napätím, ak bude v obvode veľa kryštálov

V našom prípade je pri sériovom zapojení potrebný blok na 18 V s prúdom 300 mA. Hlavnou výhodou tohto spôsobu je, že cez celú líniu prechádza rovnaký prúd, a preto všetky diódy svietia s identickou jasnosťou.

Nevýhodou paralelného umiestnenia spotrebičov je rozdiel v jasnosti svietenia každého reťazca. Tento negatívny jav vzniká v dôsledku rozptylu parametrov diód z dôvodu rozdielov medzi prúdom prechádzajúcim každou líniou

Ak sa použije paralelné umiestnenie – stačí použiť menič na 9 V, avšak hodnota spotrebovaného prúdu bude dvojnásobná v porovnaní s predchádzajúcou metódou.

Metódu sériového usporiadania po dvoch diódach nemožno použiť pri zmene počtu kryštálov v skupine – 3 a viac. Tieto obmedzenia súvisia s tým, že cez jeden prvok môže prejsť príliš veľký prúd, čo vytvára riziko zlyhania celého obvodu.

Ak sa používa sériová metóda s vytváraním párov po dvoch LED diódach, používa sa driver s podobnými parametrami ako v predchádzajúcom prípade. Pritom jas osvetlenia bude už rovnomerný.

Avšak ani tu sa nezaobišlo bez negatívnych nuancií: pri privedení napájania k skupine sa v dôsledku rozptylu charakteristík môže jedna z LED diód otvoriť rýchlejšie ako druhá, následne ňou prejde prúd, ktorý je dvojnásobne vyšší ako nominálna hodnota.

Veľa druhov LED žiaroviek pre domáce osvetlenie je navrhnutých na podobné krátkodobé skoky, ale takáto metóda patrí medzi menej vyhľadávané.

Typy driverov podľa typu zariadenia

Zariadenia, ktoré menia napájanie 220 V na potrebné parametre pre LED, sa podmienečne delia do troch kategórií: elektronické; na báze kondenzátorov; stmievateľné.

Trh svetelnotechnických príslušenstiev je zastúpený širokou rozmanitosťou modelov driverov najmä čínskeho výrobcu. A napriek nízkemu cenovému rozpätiu sa z týchto zariadení dá vybrať celkom dôstojná možnosť. Avšak treba dbať na záručný list, pretože nie všetky prezentované výrobky majú prijateľnú kvalitu.

Elektronický typ zariadenia

V ideálnom prípade by mal byť elektronický menič vybavený tranzistorom. Jeho úlohou je odľahčenie regulačného mikroobvodu. Na vylúčenie alebo maximálne vyhladenie pulzovania je na výstupe namontovaný kondenzátor.

Zariadenie tohto typu patrí do nákladnej kategórie, avšak je schopné stabilizovať prúd až do 750 mA, na čo predradené mechanizmy nie sú schopné.

Najnovšie drivery sa väčšinou inštalujú na žiarovky s päticou E27. Výnimkou z pravidla sú výrobky Gauss GU5,3. Sú vybavené beztransformátorovým meničom. Avšak stupeň pulzovania v nich dosahuje niekoľko stoviek Hz.

Pulzovanie nie je jediný nedostatok meničov. Druhým možno nazvať elektromagnetické rušenie vysokofrekvenčného (VF) pásma. Takže, ak sa do zásuvky spojenej so svietidlom budú pripájať iné elektrospotrebiče, napríklad rádio — možno očakávať rušenie pri príjme digitálnych FM-frekvencií, televízie, routera atď.

V prídavnom zariadení kvalitného prístroja by mali byť dva kondenzátory: jeden – elektrolytický na vyhladenie pulzovania, druhý – keramický na zníženie VF. Avšak takúto kombináciu možno stretnúť len zriedka, najmä ak hovoríme o čínskych výrobkoch.

Tí, ktorí majú základné poznatky o podobných elektrických schémach, môžu samostatne prispôsobiť výstupné parametre elektronického meniča zmenou hodnoty rezistorov.

Vďaka vysokej účinnosti (až 95%) sú takéto mechanizmy vhodné pre výkonné zariadenia používané v rôznych oblastiach, napríklad na tuning automobilov, v pouličných osvetľovacích zariadeniach, ako aj v domácich LED zdrojoch.

Napájací zdroj na báze kondenzátorov

Teraz prejdeme k menej populárnym zariadeniam – na báze kondenzátorov. Prakticky všetky schémy LED žiaroviek lacného typu, kde sú aplikované drivery tohto druhu, majú podobné charakteristiky.

Avšak v dôsledku modifikácií výrobcom prechádzajú zmenami, napríklad odstránením nejakého prvku obvodu. Obzvlášť často touto súčiastkou býva jeden z kondenzátorov – vyhladzovací.

V dôsledku nekontrolovaného zaplnenia trhu lacným a nekvalitným tovarom môžu používatelia „pociťovať“ v lampách stopercentnú pulzáciu. Aj bez hlbšieho skúmania ich zariadenia možno tvrdiť, že došlo k odstráneniu vyhladzovacieho prvku z obvodu.

Výhod takýchto mechanizmov sú len dve: sú dostupné na vlastnú montáž a ich účinnosť sa rovná sto percentám, pretože straty budú len na p-n prechodoch a odporoch.

Rovnaký počet majú aj negatívne stránky: nízka elektrická bezpečnosť a vysoký stupeň pulzácie. Druhý nedostatok predstavuje približne 100 Hz a vzniká v dôsledku usmernenia striedavého napätia. V GOST je stanovená norma prípustnej pulzácie 10–20 % v závislosti od účelu miestnosti, kde je svetelný prístroj nainštalovaný.

Jediný spôsob, ako vyhladiť tento nedostatok, je výber kondenzátora so správnou nominálnou hodnotou. Napriek tomu sa neoplatí spoliehať na úplné odstránenie problému – takéto riešenie môže len vyhladiť intenzitu výkyvov.

Stmievateľné meniče prúdu

Drajvery-stmievače pre stmievateľné LED žiarovky umožňujú meniť vstupné a výstupné ukazovatele prúdu, pričom sa znižuje alebo zvyšuje stupeň jasu svetla vyžarovaného diódami.

Existujú dva spôsoby pripojenia:

• prvý predpokladá plynulý štart;
• druhý – impulzný.

Pozrime sa na princíp činnosti stmievateľných drajverov na základe mikročipu CPC9909, používaného ako regulačný prístroj pre LED obvody, vrátane tých s vysokým jasom.

Schéma štandardného zapojenia CPC9909 s napájaním 220 V. Podľa schematických pokynov je možnosť ovládania jedného alebo viacerých výkonných spotrebičov.

Pri plynulom štarte mikročip s drajverom zabezpečuje postupné zapínanie diód s narastajúcim jasom. Na tento proces sa používajú dva odpory pripojené na pin LD, určený na vykonávanie úlohy plynulého stmievania. Tak sa realizuje dôležitá úloha – predĺženie životnosti LED prvkov.

Tento istý pin zabezpečuje aj analógové riadenie – odpor 2,2 kΩ sa vymení za výkonnejší premenlivý analóg – 5,1 kΩ. Takto sa dosahuje plynulá zmena potenciálu na výstupe.

Použitie druhého spôsobu predpokladá podávanie impulzov obdĺžnikového typu na nízkofrekvenčný pin PWMD. Pritom sa používa buď mikrokontrolér, alebo impulzný generátor, ktoré sú nevyhnutne oddelené optočlenom.

S krytom alebo bez neho?

Drajvery sa vyrábajú s krytom alebo bez. Prvý variant je najrozšírenejší a drahší. Takéto zariadenia sú chránené pred vniknutím vlhkosti a čiastočiek prachu.

Zariadenia druhého typu sa používajú pri vykonávaní skrytej montáže, a teda sa vyznačujú lacnosťou.

Napájanie všetkých uvedených zariadení môže byť zo siete 12 V alebo 220 V. Napriek tomu, že modely bez krytu sú cenovo výhodnejšie, výrazne zaostávajú v oblasti bezpečnosti a spoľahlivosti mechanizmu.

Každý z nich sa líši prípustnou teplotou počas prevádzky – na to je tiež potrebné dbať pri výbere.

Klasická schéma drivera

Pre samostatnú montáž LED napájacieho zdroja sa pozrieme na najjednoduchšie zariadenie impulzného typu, ktoré nemá galvanické oddelenie. Hlavnou výhodou takýchto schém je jednoduché pripojenie a spoľahlivá prevádzka.

Schéma meniča na 220 V je prezentovaná ako impulzný napájací zdroj. Pri montáži je potrebné dodržiavať všetky pravidlá elektrickej bezpečnosti, pretože tu nie sú obmedzenia prúdového výkonu.

Schéma takéhoto mechanizmu pozostáva z troch hlavných kaskádových oblastí:

1. Delič napätia na kapacitnom odpore.
2. Usmerňovač.
3. Stabilizátory napätia.

Prvý úsek – odpor, ktorý kladie striedavému prúdu kondenzátor C1 s rezistorom. Posledný je potrebný výhradne na uskutočnenie samostatného nabíjania inertného prvku. Na činnosť schémy nemá vplyv.

Menovitá hodnota rezistora sa môže pohybovať v rozsahu 100 kΩ – 1 MΩ, s výkonom 0,5–1 W. Kondenzátor musí byť elektrolytický a jeho efektívna amplitúdová hodnota napätia – 400–500 V.

Keď vytvorená polvlna napätia prechádza cez kondenzátor, prúd tečie, kým sa dosky úplne nenabijú. Čím menšia je kapacita mechanizmu, tým menej času sa spotrebuje na jeho úplné nabitie.

Napríklad zariadenie s kapacitou 0,3–0,4 µF sa nabíja počas 1/10 periódy polvlny, t. j. len desatina prechádzajúceho napätia prejde cez tento úsek.

Proces usmerňovania v tomto úseku sa vykonáva podľa Gretzovej schémy. Diódový mostík sa vyberá na základe menovitého prúdu a spätného napätia. Pritom posledná hodnota nesmie byť menšia ako 600 V.

Druhý kaskádový stupeň je elektrické zariadenie, ktoré premieňa (usmerňuje) striedavý prúd na pulzujúci. Takýto proces sa nazýva dvojcestný usmerňovač. Keďže jedna časť polvlny bola vyhladená kondenzátorom, na výstupe tohto úseku bude jednosmerný prúd rovný 20–25 V.

Keďže napájanie LED diód nesmie presiahnuť 12 V, pre obvod je potrebné použiť stabilizačný prvok. Na to sa zavádza kapacitný filter. Napríklad je možné použiť model L7812

Tretí kaskád pracuje na základe vyhladzovacieho stabilizačného filtra – elektrolytického kondenzátora. Voľba jeho kapacitných parametrov závisí od sily zaťaženia.

Keďže zostavený obvod okamžite reprodukuje svoju činnosť, nemožno sa dotýkať holých vodičov, pretože vedený prúd dosahuje desiatky ampérov – vopred sa vykonáva izolácia liniek.

Závery a užitočné video k téme

Všetky ťažkosti, s ktorými sa môže stretnúť rádioamatér, ktorý vyberá menič pre výkonné LED lampy, sú podrobne opísané vo videu:

Kľúčové vlastnosti samostatného pripojenia meničového zariadenia do elektrickej schémy:

Postupný inštruktáž popisujúci proces vlastnoručnej montáže LED drivera z improvizovaných prostriedkov:

Napriek deklarovaným desiatkam tisíc hodín nepretržitej prevádzky LED lámp výrobcom existuje mnoho faktorov, ktoré tieto ukazovatele výrazne znižujú.

Na vyhladenie všetkých skokov prúdu v elektrickej sústave sú určené driveri. K ich výberu alebo vlastnej montáži je potrebné pristupovať zodpovedne po prepočítaní všetkých potrebných parametrov.

Povedzte nám, ako ste vyberali driver pre prevádzku LED žiarovky. Podeľte sa o svoje argumenty a spôsoby stabilizácie dodávky napätia diódovému osvetľovaciemu zariadeniu. Zanechajte komentáre v bloku nižšie, pýtajte sa, uverejňujte fotografie k téme článku.