Hur du väljer en drivare för LED-lampa: typer, syfte + anslutningsspecifikationer

LED-armaturer har blivit allmänt spridda, vilket lett till aktiv produktion av sekundära strömkällor. Drivrutinen för en LED-lampa kan stabilt bibehålla de angivna strömvärdena vid enhetens utgång genom att stabilisera spänningen som passerar diodkedjan.

Vi berättar allt om typer och principer för strömomvandlingsenheter för diodlampor. I vår artikel presenteras riktlinjer för val av drivrutin och användbara rekommendationer. Gör-det-själv-hemmaelektriker hittar här beprövade anslutningsscheman.

Syfte och användningsområde

Diodkristaller består av två halvledare – anod (plus) och katod (minus), som ansvarar för omvandling av elektriska signaler. Ett område har P-typ ledningsförmåga, det andra N. När en strömkälla ansluts kommer ström att flyta genom dessa element.

På grund av denna polaritet rusar elektroner från P-typ-zonen till N-typ-zonen, och vice versa, laddningar från punkt N till P. Men varje områdesdel har sina gränser som kallas P-N-övergångar. På dessa ställen möts partiklarna och absorberas eller rekombineras.

Dioden är en halvledarkomponent och har endast en p-n-övergång. Av denna anledning är den viktigaste egenskapen som bestämmer ljusstyrkan inte spänning utan ström.

Under P-N-övergångar minskar spänningen med ett visst antal volt, alltid samma för varje kretselement. Med hänsyn till dessa värden stabiliserar drivrutinen den inkommande strömmen och genererar ett konstant värde vid utgången.

Vilken effekt som krävs och vilka förlustvärden vid P-N-passage anges i LED-enhetens datablad. Därför måste man vid val av diodlampa ta hänsyn till strömförsörjningsparametrar, vars intervall måste vara tillräckligt för att kompensera förlorad energi.

För att kraftfulla lysdioder ska kunna fungera den angivna tiden krävs en stabiliserande enhet – en drivare. På det elektroniska mekanismens hölje visas alltid dess utspänning.

Strömförsörjningar med spänning från 10 till 36 V används för att utrusta belysningsarmaturer.

Tekniken kan vara av olika slag:

• strålkastare för bilar, cyklar, motorcyklar, etc.;
• små bärbara eller utomhuslampor;
• LED-remsor, band, taklampor och moduler.

Men för lågeffektslysdioder, samt vid användning av konstant spänning, är det möjligt att inte använda drivare. Istället införs ett motstånd i kretsen, som också matas från 220 V-nätet.

Princip för strömförsörjningens funktion

Låt oss förstå skillnaderna mellan en spänningskälla och en strömförsörjning. Som exempel tittar vi på kretsen nedan.

Genom att ansluta ett 40 Ω-motstånd till en 12 V strömkälla kommer en ström på 300 mA att flyta genom det (figur A). När ett andra motstånd parallellkopplas i kretsen blir strömmen 600 mA (B). Spänningen förblir dock oförändrad.

Trots anslutningen av två motstånd till strömkällan kommer den andra att skapa en konstant spänning vid utgången, eftersom den under ideala förhållanden inte påverkas av lasten.

Låt oss nu se hur värdena ändras om motstånd ansluts till en strömförsörjning. På samma sätt inför vi ett 40 Ω-reostat med en 300 mA-drivare. Den senare skapar en spänning på 12 V över det (krets C).

Om kretsen består av två motstånd är strömmen oförändrad och spänningen blir 6 V (D).

Drivaren, till skillnad från en spänningskälla, håller de specificerade strömparametrarna vid utgången, men spänningseffekten kan variera.

Sammanfattningsvis kan man säga att en kvalitetsomvandlare levererar märkström till lasten även vid spänningsfall. Följaktligen kommer diodkristaller på 2 V eller 3 V med en ström på 300 mA att lysa lika starkt med reducerad spänning.

Utmärkande egenskaper hos omvandlaren

En av de viktigaste parametrarna är den överförda effekten under last. Enheten får inte överbelastas och man bör inte försöka uppnå maximalt möjliga resultat.

Felaktig användning leder till snabb förstörelse av inte bara den övervakade mekanismen utan även LED-chippen.

De viktigaste faktorerna som påverkar driften är:

• de ingående komponenterna som används i monteringsprocessen;
• skyddsgrad (IP);
• min- och maxvärden vid ingång och utgång;
• tillverkaren.

Moderna omvandlarmodeller tillverkas baserade på mikrochips och använder pulsbreddsmodulering (PWM).

Under drift av nätaggregatet används pulsbreddsmodulering för att reglera utspänningen, och utgången behåller samma typ av ström som ingången.

Sådana enheter har ett högt skydd mot kortslutningar, nätöverbelastning och har också hög verkningsgrad.

Regler för val av strömomvandlare

För att köpa en omvandlare för LED-lampor bör du studera de viktigaste enhetsegenskaperna. Du bör basera dig på utspänning, märkström och uteffekt.

Effekt hos ljusdioder

Låt oss först titta på utspänningen, som påverkas av flera faktorer:

• värdet på spänningsförlusterna över kristallernas P-N-övergångar;
• antalet lysdioder i kedjan;
• kopplingsschemat.

Märkströmsparametrarna kan bestämmas utifrån belastningens egenskaper, nämligen LED-elementens effekt och deras ljusstyrka.

Denna parameter påverkar strömmen som kristallerna förbrukar, vars intervall varierar beroende på önskad ljusstyrka. Omvandlarens uppgift är att förse dessa element med rätt mängd energi.

Utspänningens värde måste vara större än eller lika med den totala energiförbrukningen i varje block i kretsen

Enhetens effekt beror på styrkan hos varje LED-element, deras färg och antal.

För att beräkna energiförbrukningen används denna formel:

P_H = P_LED * N,

Där

• P_LED – den elektriska belastningen från en diod,
• N – antalet kristaller i kretsen.

De erhållna värdena får inte vara lägre än driverns effekt. Nu måste det erforderliga märkvärdet bestämmas.

Maximal effekt hos enheten

Man bör också ta hänsyn till att för att säkerställa stabil drift av omvandlaren måste dess nominella värden överstiga det erhållna värdet P_H med 20-30%.

Formeln blir således:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

där P_max är nätaggregatets nominella effekt.

Förutom effekt och antal belastningar på kretskortet påverkas belastningsstyrkan också av belastningens färgfaktorer. Vid samma ström har de olika spänningsfall beroende på färgnyans.

Drivern för LED-lampan måste leverera den mängd ström som krävs för maximal ljusstyrka. Vid val av enhet ska köparen komma ihåg att effekten måste vara större än vad alla lysdioder använder

Låt oss ta som exempel lysdioder från det amerikanska företaget Cree från XP-E-serien i rött.

Deras egenskaper ser ut så här:

• spänningsfall 1,9-2,4 V;
• ström 350 mA;
• genomsnittlig effektförbrukning 750 mW.

En analog till grön färg vid samma ström kommer att ha helt andra parametrar: förluster över P-N-övergångarna 3,3-3,9 V, och effekt 1,25 W.

Följaktligen kan man dra slutsatser: en drivrutin avsedd för 10 W används för att driva tolv röda kristaller eller åtta gröna.

Anslutningsschema för lysdioder

Valet av drivrutin bör ske efter att ha bestämt kopplingsschemat för LED-förbrukarna. Om man först köper ljusdioder och sedan väljer en omvandlare till dem, kommer den processen att åtföljas av en mängd svårigheter.

För att hitta en enhet som säkerställer driften av just så många förbrukare med ett givet kopplingsschema, kommer man att behöva spendera mycket tid.

Låt oss ge ett exempel med sex förbrukare. Deras spänningsförluster är 3 V, strömförbrukning 300 mA. För att ansluta dem kan man använda en av metoderna, och i varje enskilt fall kommer de erforderliga parametrarna för strömförsörjningen att skilja sig åt.

Nackdelen med seriekoppling av dioder är behovet av en strömförsörjning med hög spänning om det finns många kristaller i kretsen.

I vårt fall krävs vid seriekoppling en enhet på 18 V med en ström på 300 mA. Den största fördelen med denna metod är att samma ström går genom hela linjen, så alla dioder lyser med samma ljusstyrka.

Nackdelen med parallellkoppling av förbrukare är skillnad i ljusstyrka för varje kedja. Detta negativa fenomen uppstår på grund av spridning i diodernas parametrar till följd av skillnader i ström som går genom varje ledning.

Om parallellkoppling används räcker det med en omvandlare på 9 V, men strömförbrukningen kommer att fördubblas jämfört med föregående metod.

Metoden med seriekoppling av två dioder kan inte tillämpas om antalet kristaller i gruppen ändras till 3 eller fler. Dessa begränsningar beror på att för stor ström kan gå genom ett element, vilket skapar risk för att hela kretsen går sönder.

Om seriemetoden med par av två lysdioder används, används en drivrutin med samma parametrar som i föregående fall. Ljusstyrkan blir då jämn.

Men även här finns det negativa aspekter: när ström tillförs gruppen, på grund av spridning i egenskaperna, kan en av lysdioderna tändas snabbare än den andra, och därmed kommer en ström som är dubbelt så stor som det nominella värdet att gå genom den.

Många typer av LED-lampor för hemmabelysning är konstruerade för sådana kortsiktiga spänningsökningar, men denna metod är mindre efterfrågad.

Typer av drivrutiner efter enhetstyp

Anordningar som omvandlar 220 V-ström till nödvändiga värden för lysdioder delas in i tre kategorier: elektroniska; kondensatorbaserade; dimbara.

Marknaden för belysningstillbehör erbjuder ett brett utbud av drivdon, främst från kinesiska tillverkare. Trots det låga prissegmentet kan man hitta fullt acceptabla alternativ bland dessa enheter. Man bör dock vara uppmärksam på garantisedeln, eftersom inte alla produkter har godtagbar kvalitet.

Elektronisk typ av enhet

I idealet bör en elektronisk omvandlare vara utrustad med en transistor. Dess roll är att avlasta reglerkretsen. För att eliminera eller maximera utjämning av pulsationer monteras en kondensator på utgången.

Denna typ av enhet tillhör en dyr kategori, men den kan stabilisera strömmen upp till 750 mA, vilket ballastmekanismer inte klarar.

De nyaste drivdonen installeras mestadels på lampor med E27-sockel. Undantaget är Gauss GU5,3-produkter. De är utrustade med en transformatorlös omvandlare. Pulsationsgraden i dem når dock flera hundra Hz.

Pulsation är inte den enda nackdelen med omvandlare. Den andra är elektromagnetiska störningar i högfrekvensområdet (HF). Om andra elektriska apparater, till exempel en radio, ansluts till samma uttag som armaturen kan man förvänta sig störningar vid mottagning av digitala FM-frekvenser, tv, router, etc.

I en kvalitativ enhet bör det finnas två kondensatorer: en elektrolytisk för utjämning av pulsationer, och en keramisk för att minska HF. En sådan kombination är dock sällsynt, särskilt när det gäller kinesiska produkter.

De som har allmänna kunskaper i sådana elektriska kretsar kan själva välja utgångsparametrar för den elektroniska omvandlaren genom att ändra resistorernas värde.

Tack vare hög verkningsgrad (upp till 95%) är sådana mekanismer lämpliga för kraftfulla enheter som används inom olika områden, till exempel för biltrimning, utomhusbelysning samt hushålls-LED-källor.

Strömförsörjning baserad på kondensatorer

Nu går vi över till mindre populära enheter – de som är baserade på kondensatorer. Nästan alla kretsar i billiga LED-lampor som använder denna typ av drivdon har liknande egenskaper.

Men på grund av tillverkarens modifieringar genomgår de förändringar, till exempel borttagning av någon komponent i kretsen. Särskilt ofta är en av kondensatorerna den utjämnande.

På grund av den okontrollerade marknadsöversvämningen med billiga och dåliga produkter kan användarna "känna" hundraprocentigt flimmer i lamporna. Även utan att fördjupa sig i deras konstruktion kan man konstatera att den utjämnande komponenten har tagits bort från kretsen.

Fördelarna med sådana mekanismer är bara två: de är tillgängliga för egen montering, och deras verkningsgrad är nära hundra procent, eftersom förlusterna endast sker vid p-n-övergångar och resistanser.

Det finns lika många nackdelar: låg elsäkerhet och hög flimmergrad. Den andra nackdelen är cirka 100 Hz och uppstår som ett resultat av likriktning av växelspänning. I GOST anges en norm för tillåtet flimmer på 10-20 % beroende på syftet med rummet där belysningsarmaturen är installerad.

Det enda sättet att mildra denna nackdel är att välja en kondensator med rätt märkvärde. Man bör dock inte räkna med att problemet helt elimineras – en sådan lösning kan bara jämna ut intensiteten av topparna.

Dimbara strömomvandlare

Drivrutiner för ljusreglering för dimmbara LED-lampor gör det möjligt att ändra in- och utgående strömvärden, vilket minskar eller ökar ljusstyrkan från dioderna.

Det finns två anslutningsmetoder:

• den första innebär mjukstart;
• den andra är pulserande.

Betrakta arbetsprincipen för dimmbara drivrutiner baserade på kretsen CPC9909, som används som regleringsapparat för LED-kretsar, även med hög ljusstyrka.

Schema för standardinkoppling av CPC9909 med 220 V matning. Enligt schematiska anvisningar finns det möjlighet att styra en eller flera kraftiga förbrukare.

Vid mjukstart säkerställer kretsen med drivrutin en gradvis tändning av dioderna med ökande ljusstyrka. För denna process används två motstånd anslutna till stiftet LD, som är avsett för mjuk dimning. På så sätt realiseras en viktig uppgift – förlängning av livslängden för LED-element.

Samma stift ger också analog reglering – motståndet på 2,2 kΩ byts ut mot en kraftigare potentiometer på 5,1 kΩ. På så sätt uppnås en jämn förändring av potentialen vid utgången.

Användning av den andra metoden innebär att rektangulära pulser appliceras på den lågfrekventa stiftet PWMD. Här används antingen en mikrokontroller eller en pulsgenerator, som måste separeras med en optokopplare.

Med eller utan hölje?

Drivrutiner tillverkas med eller utan hölje. Det första alternativet är det vanligaste och dyrare. Sådana enheter är skyddade mot fukt och dammpartiklar.

Tillbehör av den andra typen används vid dold montering och är följaktligen billiga.

Alla presenterade enheter kan strömförsörjas från 12 V eller 220 V nät. Trots att modeller utan hölje vinner i pris, ligger de betydligt efter när det gäller säkerhet och mekanisk tillförlitlighet.

Var och en av dem har en tillåten driftstemperatur – detta måste man också vara uppmärksam på vid valet.

Klassiskt drivrutinsschema

För egen montering av LED-nätaggregat tittar vi på den enklaste enheten av pulstyp utan galvanisk isolering. Den främsta fördelen med denna typ av krets är enkel anslutning och driftsäkerhet.

Schemat för 220 V omvandlaren presenteras som ett pulsdrivet nätaggregat. Vid montering måste alla elsäkerhetsregler följas, eftersom det inte finns några begränsningar för strömavledning.

Schemat för en sådan mekanism består av tre grundläggande kaskadområden:

1. Spänningsdelare med kapacitiv resistans.
2. Likriktare.
3. Spänningsstabilisatorer.

Den första delen – motståndet mot växelström på kondensatorn C1 med ett motstånd. Det senare behövs enbart för självurladdning av det inerta elementet. Det påverkar inte kretsens funktion.

Resistorns nominella värde kan vara i intervallet 100 kΩ - 1 MΩ, med en effekt på 0,5-1 W. Kondensatorn måste vara elektrolytisk, och dess effektiva amplitudspänning – 400-500 V

När den bildade halvvågen av spänning passerar genom kondensatorn flyter ström tills plattorna är fulladdade. Ju mindre kapacitans mekanismen har, desto kortare tid tar det att ladda den fullt.

Till exempel laddas en apparat med kapacitans 0,3-0,4 µF på 1/10 av halvvågsperioden, dvs. endast en tiondel av den passerande spänningen går genom denna sektion.

Likriktningsprocessen i denna sektion utförs enligt Graetz-kopplingen. Diodbryggan väljs baserat på märkström och backspänning. Det senare värdet får inte vara mindre än 600 V.

Det andra steget är en elektrisk anordning som omvandlar (likriktar) växelström till pulserande ström. Denna process kallas tvåvägslikriktning. Eftersom en del av halvvågen har jämnats ut av kondensatorn, kommer likströmmen vid utgången av detta steg att vara 20-25 V.

Eftersom matningen till lysdioderna inte får överstiga 12 V måste en stabiliserande komponent användas i kretsen. För detta införs ett kapacitivt filter. Till exempel kan man använda modell L7812

Det tredje steget arbetar med ett utjämnande stabiliseringsfilter – en elektrolytkondensator. Valet av dess kapacitansparametrar beror på belastningsströmmen.

Eftersom den monterade kretsen börjar fungera omedelbart får man inte röra oisolerade ledningar, eftersom strömmen kan nå tiotals ampere – ledningarna måste isoleras i förväg.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Alla svårigheter som en radioamatör kan stöta på när denne väljer en omvandlare för kraftfulla LED-lampor beskrivs i detalj i videoklippet:

Viktiga aspekter vid egen anslutning av en omvandlare till elkretsen:

Steg-för-steg-instruktioner som beskriver processen att själv bygga en LED-drivrutin av enkla material:

Trots att tillverkaren lovar tiotusentals timmars oavbruten drift av LED-lampor finns det många faktorer som avsevärt försämrar dessa siffror.

Drivrutiner är avsedda för att utjämna alla strömhopp i elsystemet. Valet eller egenbyggnationen måste göras ansvarsfullt efter att ha beräknat alla nödvändiga parametrar.

Berätta om hur du valde drivrutin för din LED-lampa. Dela med dig av dina argument och metoder för att stabilisera spänningsförsörjningen till diodbelysningsanordningen. Lämna kommentarer i blocket nedan, ställ frågor och lägg upp bilder relaterade till artikelns ämne.