Una garanzia di luminosità, efficienza e durata delle sorgenti LED è una corretta alimentazione, che può essere fornita da speciali dispositivi elettronici: driver per LED. Convertono la tensione CA nella rete 220 V in una tensione CC di un determinato valore. Un'analisi delle principali tipologie e caratteristiche dei dispositivi ti aiuterà a capire quali funzioni svolgono i convertitori e cosa cercare quando li si sceglie.
La funzione principale di un driver LED è fornire una corrente stabilizzata che passa attraverso il dispositivo LED. Il valore della corrente che scorre attraverso il cristallo semiconduttore deve corrispondere ai parametri di targa del LED. Ciò garantirà la stabilità della luminosità del cristallo e contribuirà a evitarne il degrado prematuro. Inoltre, a una data corrente, la caduta di tensione corrisponderà al valore richiesto per la giunzione p-n. La tensione di alimentazione idonea per il LED si ricava dalla caratteristica corrente-tensione.
Quando si illuminano locali residenziali e uffici con lampade e apparecchi a LED, vengono utilizzati driver, la cui alimentazione è fornita da una rete a 220 V CA. L'illuminazione automobilistica (fari, luci diurne, ecc.), i fari delle biciclette e le torce portatili utilizzano alimentatori CC nell'intervallo da 9 a 36 V. Alcuni LED a bassa potenza possono essere collegati senza driver, ma è necessario includere un resistore nel circuito per collegare il LED a una rete da 220 volt.
La tensione di uscita del driver è indicata nell'intervallo di due valori finali, tra i quali è garantito un funzionamento stabile. Esistono adattatori con un intervallo da 3 V a diverse decine. Per alimentare un circuito di 3 LED bianchi collegati in serie, ciascuno dei quali ha una potenza di 1 W, sarà necessario un driver con valori di uscita U - 9-12V, I - 350 mA. La caduta di tensione per ciascun cristallo sarà di circa 3,3 V, per un totale di 9,9 V, che rientrerà nell'intervallo del driver.
Principali caratteristiche dei convertitori
Prima di acquistare un driver per LED, dovresti familiarizzare con le caratteristiche di base dei dispositivi. Questi includono la tensione di uscita, la corrente nominale e la potenza. La tensione di uscita del convertitore dipende dalla caduta di tensione sulla sorgente LED, nonché dal metodo di connessione e dal numero di LED nel circuito. La corrente dipende dalla potenza e dalla luminosità dei diodi emettitori. Il driver deve fornire ai LED la corrente necessaria per mantenere la luminosità richiesta.
Una delle caratteristiche importanti del driver è la potenza che il dispositivo produce sotto forma di carico. La scelta della potenza del driver è influenzata dalla potenza di ciascun dispositivo LED, dal numero totale e dal colore dei LED. L'algoritmo per il calcolo della potenza prevede che la potenza massima del dispositivo non debba essere inferiore al consumo di tutti i LED:
P = P(led) × n,
dove P(led) è la potenza di una singola sorgente LED e n è il numero di LED.
Inoltre, deve essere soddisfatta una condizione obbligatoria per garantire una riserva di carica del 25-30%. Pertanto il valore della potenza massima non deve essere inferiore al valore (1,3 x P).
Dovresti anche prendere in considerazione le caratteristiche cromatiche dei LED. Dopotutto, cristalli semiconduttori di diversi colori hanno cadute di tensione diverse quando vengono attraversati da una corrente della stessa intensità. Quindi la caduta di tensione di un LED rosso con una corrente di 350 mA è 1,9-2,4 V, quindi il valore medio della sua potenza sarà 0,75 W. Per l'analogo verde, la caduta di tensione è compresa tra 3,3 e 3,9 V e alla stessa corrente la potenza sarà di 1,25 W. Ciò significa che al driver per LED a 12V è possibile collegare 16 sorgenti LED rosse o 9 verdi.
Consigli utili! Quando si sceglie un driver per LED, gli esperti consigliano di non trascurare il valore di potenza massima del dispositivo.
Quali sono i tipi di driver per LED in base al tipo di dispositivo?
I driver per LED sono classificati in base al tipo di dispositivo in lineari e pulsati. La struttura e il tipico circuito di pilotaggio per LED di tipo lineare è un generatore di corrente su un transistor con un canale p. Tali dispositivi forniscono una stabilizzazione regolare della corrente in condizioni di tensione instabile sul canale di ingresso. Sono dispositivi semplici ed economici, ma sono poco efficienti, producono molto calore durante il funzionamento e non possono essere utilizzati come driver per LED ad alta potenza.
I dispositivi a impulsi creano una serie di impulsi ad alta frequenza nel canale di uscita. Il loro funzionamento si basa sul principio PWM (modulazione di larghezza di impulso), quando la corrente di uscita media è determinata dal ciclo di lavoro, ovvero il rapporto tra la durata dell'impulso e il numero delle sue ripetizioni. La variazione della corrente di uscita media si verifica a causa del fatto che la frequenza degli impulsi rimane invariata e il ciclo di lavoro varia dal 10 all'80%.
Grazie all'elevata efficienza di conversione (fino al 95%) e alla compattezza dei dispositivi, sono ampiamente utilizzati per progetti LED portatili. Inoltre, l'efficienza dei dispositivi ha un effetto positivo sulla durata di funzionamento dei dispositivi di alimentazione autonomi. I convertitori di tipo a impulsi sono di dimensioni compatte e hanno un'ampia gamma di tensioni di ingresso. Lo svantaggio di questi dispositivi è l'elevato livello di interferenza elettromagnetica.
Consigli utili! È necessario acquistare un driver LED nella fase di selezione delle sorgenti LED, avendo precedentemente deciso il circuito LED da 220 volt.
Prima di scegliere un driver per LED, è necessario conoscere le condizioni del suo funzionamento e la posizione dei dispositivi LED. I driver di larghezza di impulso, basati su un singolo microcircuito, sono di dimensioni miniaturizzate e progettati per essere alimentati da fonti autonome a bassa tensione. L'applicazione principale di questi dispositivi è la messa a punto dell'auto e l'illuminazione a LED. Tuttavia, a causa dell'utilizzo di un circuito elettronico semplificato, la qualità di tali convertitori è leggermente inferiore.
Driver LED dimmerabili
I moderni driver per LED sono compatibili con i dispositivi di regolazione per dispositivi a semiconduttore. L'uso di driver dimmerabili consente di controllare il livello di illuminazione nei locali: ridurre l'intensità del bagliore durante il giorno, enfatizzare o nascondere i singoli elementi all'interno e delimitare lo spazio. Ciò, a sua volta, consente non solo di utilizzare razionalmente l'elettricità, ma anche di risparmiare la risorsa della sorgente luminosa a LED.
I driver dimmerabili sono di due tipi. Alcuni sono collegati tra l'alimentatore e le sorgenti LED. Tali dispositivi controllano l'energia fornita dall'alimentatore ai LED. Tali dispositivi si basano sul controllo PWM, in cui l'energia viene fornita al carico sotto forma di impulsi. La durata degli impulsi determina la quantità di energia dal valore minimo a quello massimo. I driver di questo tipo vengono utilizzati principalmente per moduli LED con tensione fissa, come strisce LED, ticker, ecc.
Il driver è controllato tramite PWM o
I convertitori dimmerabili del secondo tipo controllano direttamente la fonte di alimentazione. Il principio del loro funzionamento è sia la regolazione PWM che il controllo della quantità di corrente che scorre attraverso i LED. I driver dimmerabili di questo tipo vengono utilizzati per dispositivi LED con corrente stabilizzata. Vale la pena notare che quando si controllano i LED utilizzando il controllo PWM, si osservano effetti che influiscono negativamente sulla visione.
Confrontando questi due metodi di controllo, vale la pena notare che quando si regola la corrente attraverso sorgenti LED, si osserva non solo un cambiamento nella luminosità del bagliore, ma anche un cambiamento nel colore del bagliore. Pertanto, i LED bianchi emettono luce giallastra a correnti più basse e si illuminano di blu a correnti più elevate. Quando si controllano i LED utilizzando il controllo PWM, si osservano effetti che influiscono negativamente sulla visione e un elevato livello di interferenza elettromagnetica. A questo proposito, il controllo PWM viene utilizzato abbastanza raramente, a differenza della normativa attuale.
Circuiti driver LED
Molti produttori producono chip driver per LED che consentono di alimentare le sorgenti con una tensione ridotta. Tutti i driver esistenti sono suddivisi in semplici, realizzati sulla base di 1-3 transistor, e più complessi utilizzando microcircuiti speciali con modulazione di larghezza di impulso.
ON Semiconductor offre un'ampia scelta di circuiti integrati come base per i driver. Si distinguono per il costo ragionevole, l'eccellente efficienza di conversione, l'economicità e il basso livello di impulsi elettromagnetici. Il produttore presenta un driver a impulsi UC3845 con una corrente di uscita fino a 1A. Su un chip di questo tipo è possibile implementare un circuito driver per un LED da 10 W.
Componenti elettronici HV9910 (Supertex) è un chip driver popolare grazie alla sua semplice risoluzione del circuito e al prezzo basso. Dispone di un regolatore di tensione integrato e di uscite per il controllo della luminosità, nonché di un'uscita per la programmazione della frequenza di commutazione. Il valore della corrente di uscita è fino a 0,01 A. Su questo chip è possibile implementare un semplice driver per LED.
Basandosi sul chip UCC28810 (prodotto da Texas Instruments), è possibile creare un circuito driver per LED ad alta potenza. In un tale circuito driver LED è possibile creare una tensione di uscita di 70-85 V per moduli LED costituiti da 28 sorgenti LED con una corrente di 3 A.
Consigli utili! Se hai intenzione di acquistare LED ultraluminosi da 10 W, puoi utilizzare un driver di commutazione basato sul chip UCC28810 per i progetti realizzati con questi.
Clare offre un semplice driver di tipo a impulsi basato sul chip CPC 9909. Include un controller del convertitore alloggiato in un pacchetto compatto. Grazie allo stabilizzatore di tensione integrato, il convertitore può essere alimentato da una tensione di 8-550 V. Il chip CPC 9909 consente al conducente di operare in un'ampia gamma di temperature da -50 a 80°C.
Come scegliere un driver per LED
Sul mercato è disponibile un’ampia gamma di driver LED di diversi produttori. Molti di loro, soprattutto quelli fabbricati in Cina, hanno un prezzo basso. Tuttavia, l'acquisto di tali dispositivi non è sempre redditizio, poiché la maggior parte di essi non soddisfa le caratteristiche dichiarate. Inoltre, tali driver non sono accompagnati da una garanzia e, se risultano difettosi, non possono essere restituiti o sostituiti con altri di alta qualità.
Esiste quindi la possibilità di acquistare un driver la cui potenza dichiarata è di 50 W. Tuttavia, in realtà risulta che questa caratteristica non è permanente e tale potenza è solo a breve termine. In realtà, un dispositivo del genere funzionerà come un driver LED da 30 W o massimo 40 W. Potrebbe anche accadere che nel riempimento manchino alcuni componenti responsabili del funzionamento stabile del conducente. Inoltre possono essere utilizzati componenti di bassa qualità e con una vita utile breve, il che è essenzialmente un difetto.
Al momento dell'acquisto, dovresti prestare attenzione al marchio del prodotto. Un prodotto di qualità indicherà sicuramente il produttore, che fornirà una garanzia e sarà pronto ad assumersi la responsabilità dei propri prodotti. Va notato che la durata dei conducenti di produttori affidabili sarà molto più lunga. Di seguito è riportato il tempo di funzionamento approssimativo dei driver a seconda del produttore:
- conducente di produttori dubbi - non più di 20 mila ore;
- dispositivi di qualità media - circa 50mila ore;
- convertitore di un produttore affidabile che utilizza componenti di alta qualità - oltre 70 mila ore.
Consigli utili! La qualità del driver LED spetta a te decidere. Tuttavia, va notato che è particolarmente importante acquistare un convertitore di marca se si tratta di utilizzarlo per faretti LED e lampade potenti.
Calcolo dei driver per LED
Per determinare la tensione di uscita del driver LED, è necessario calcolare il rapporto tra potenza (W) e corrente (A). Ad esempio, un driver ha le seguenti caratteristiche: potenza 3 W e corrente 0,3 A. Il rapporto calcolato è 10 V. Pertanto, questa sarà la tensione di uscita massima di questo convertitore.
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Se è necessario collegare 3 sorgenti LED, la corrente di ciascuna di esse è di 0,3 mA con una tensione di alimentazione di 3 V. Collegando uno dei dispositivi al driver LED, la tensione in uscita sarà pari a 3V e la corrente 0,3 A. Collegando in serie due sorgenti LED, la tensione in uscita sarà pari a 6V e la corrente 0,3 A. Aggiungendone una terza LED alla catena seriale, otteniamo 9 V e 0,3 A. Con una connessione parallela, 0,3 A saranno equamente distribuiti tra i LED da 0,1 A. Collegando i LED a un dispositivo da 0,3 A con un valore di corrente di 0,7, riceveranno solo 0,3. UN.
Questo è l'algoritmo per il funzionamento dei driver LED. Producono la quantità di corrente per la quale sono progettati. Il metodo di collegamento dei dispositivi LED in questo caso non ha importanza. Esistono modelli di driver che richiedono un numero qualsiasi di LED collegati ad essi. Ma poi c'è una limitazione sulla potenza delle sorgenti LED: non dovrebbe superare la potenza del driver stesso. Sono disponibili driver progettati per un certo numero di LED collegati A questi è possibile collegare un numero inferiore di LED. Ma tali driver hanno una bassa efficienza, a differenza dei dispositivi progettati per un numero specifico di dispositivi LED.
Va notato che i driver progettati per un numero fisso di diodi emettitori sono dotati di protezione contro le situazioni di emergenza. Tali convertitori non funzionano correttamente se ad essi sono collegati meno LED: tremolano o non si accendono affatto. Pertanto, se si collega la tensione al driver senza un carico appropriato, funzionerà in modo instabile.
Dove acquistare i driver per LED
Puoi acquistare i driver LED nei punti specializzati che vendono componenti radio. Inoltre, è molto più conveniente familiarizzare con i prodotti e ordinare il prodotto necessario utilizzando i cataloghi dei siti pertinenti. Inoltre, nei negozi online è possibile acquistare non solo convertitori, ma anche dispositivi di illuminazione a LED e prodotti correlati: dispositivi di controllo, strumenti di connessione, componenti elettronici per riparare e assemblare un driver per LED con le proprie mani.
Le aziende venditrici offrono una vasta gamma di driver per LED, le cui caratteristiche tecniche e prezzi sono visibili nei listini prezzi. Di norma, i prezzi dei prodotti sono indicativi e vengono specificati al momento dell'ordine dal project manager. La gamma comprende convertitori di varie potenze e gradi di protezione, utilizzati per l'illuminazione esterna ed interna, nonché per l'illuminazione e la messa a punto delle auto.
Quando si sceglie un driver, è necessario tenere conto delle condizioni di utilizzo e del consumo energetico della struttura LED. Pertanto, è necessario acquistare un driver prima di acquistare i LED. Quindi, prima di acquistare un driver per LED da 12 volt, è necessario tenere presente che dovrebbe avere una riserva di carica di circa il 25-30%. Ciò è necessario per ridurre il rischio di danni o guasto completo del dispositivo a causa di un cortocircuito o di picchi di tensione nella rete. Il costo del convertitore dipende dal numero di dispositivi acquistati, dalla forma di pagamento e dai tempi di consegna.
La tabella mostra i principali parametri e dimensioni degli stabilizzatori di tensione a 12 volt per LED, indicandone il prezzo stimato:
| Modifica LD DC/AC 12 V | Dimensioni, mm (a/l/p) | Corrente di uscita, A | Potenza, W | Prezzo, strofina. |
| 1x1 W 3-4 V CC 0,3 A MR11 | 8/25/12 | 0,3 | 1x1 | 73 |
| 3x1 W 9-12 V CC 0,3 A MR11 | 8/25/12 | 0,3 | 3x1 | 114 |
| 3x1 W 9-12 V CC 0,3 A MR16 | 12/28/18 | 0,3 | 3x1 | 35 |
| 5-7x1W 15-24Vcc 0,3A | 12/14/14 | 0,3 | 5-7×1 | 80 |
| 10W 21-40V 0,3A AR111 | 21/30 | 0,3 | 10 | 338 |
| 12W 21-40V 0,3A AR11 | 18/30/22 | 0,3 | 12 | 321 |
| 3x2 W 9-12 V CC 0,4 A MR16 | 12/28/18 | 0,4 | 3×2 | 18 |
| 3x2 W 9-12 V CC 0,45 A | 12/14/14 | 0,45 | 3×2 | 54 |
Realizza driver per LED con le tue mani
Utilizzando microcircuiti già pronti, i radioamatori possono assemblare autonomamente driver per LED di varie potenze. Per fare questo, devi essere in grado di leggere gli schemi elettrici e avere abilità nel lavorare con un saldatore. Ad esempio, puoi prendere in considerazione diverse opzioni per i driver LED fai-da-te per LED.
Il circuito driver per un LED da 3 W può essere implementato sulla base del chip PT4115 prodotto in Cina da PowTech. Il microcircuito può essere utilizzato per alimentare dispositivi LED superiori a 1 W e comprende unità di controllo che hanno in uscita un transistor abbastanza potente. Il driver basato su PT4115 è altamente efficiente e presenta un numero minimo di componenti di cablaggio.
Panoramica di PT4115 e parametri tecnici dei suoi componenti:
- funzione di controllo della luminosità della luce (attenuazione);
- tensione in ingresso – 6-30 V;
- valore della corrente di uscita – 1,2 A;
- deviazione della stabilizzazione corrente fino al 5%;
- protezione contro le rotture del carico;
- presenza di uscite per la dimmerazione;
- efficienza – fino al 97%.
Il microcircuito ha le seguenti conclusioni:
- per interruttore di uscita – SW;
- per le sezioni di segnale e alimentazione del circuito – GND;
- per il controllo della luminosità – DIM;
- sensore di corrente in ingresso – CSN;
- tensione di alimentazione – VIN;
Circuito driver LED fai-da-te basato su PT4115
I circuiti driver per l'alimentazione di dispositivi LED con potenza dissipata di 3 W possono essere progettati in due versioni. Il primo presuppone la presenza di una fonte di alimentazione con tensione compresa tra 6 e 30 V. Un altro circuito fornisce alimentazione da una sorgente CA con una tensione compresa tra 12 e 18 V. In questo caso, nel circuito viene introdotto un ponte a diodi, all'uscita del quale è installato un condensatore. Aiuta ad attenuare le fluttuazioni di tensione; la sua capacità è di 1000 μF.
Per il primo e il secondo circuito, di particolare importanza è il condensatore (CIN): questo componente ha la funzione di ridurre il ripple e compensare l'energia accumulata dall'induttore quando il transistor MOP è spento. In assenza di un condensatore, tutta l'energia induttiva attraverso il diodo semiconduttore DSB (D) raggiungerà l'uscita della tensione di alimentazione (VIN) e causerà la rottura del microcircuito relativo all'alimentazione.
Consigli utili! Va tenuto presente che non è consentito collegare un driver per LED in assenza di un condensatore di ingresso.
Tenendo conto del numero e di quanto consumano i LED, si calcola l'induttanza (L). Nel circuito del driver LED, dovresti selezionare un'induttanza il cui valore è 68-220 μH. Ciò è evidenziato dai dati della documentazione tecnica. Può essere consentito un leggero aumento del valore di L, ma è necessario tenere presente che in tal caso l'efficienza del circuito nel suo insieme diminuirà.
Non appena viene applicata la tensione, l'entità della corrente che passa attraverso il resistore RS (funziona come un sensore di corrente) e L sarà zero. Successivamente, il comparatore CS analizza i livelli di potenziale situati prima e dopo il resistore: di conseguenza, all'uscita appare un'elevata concentrazione. La corrente che va al carico aumenta fino a un certo valore controllato da RS. La corrente aumenta in base al valore dell'induttanza e al valore della tensione.
Assemblaggio dei componenti del driver
I componenti di cablaggio del microcircuito RT 4115 vengono selezionati tenendo conto delle istruzioni del produttore. Per CIN, dovrebbe essere utilizzato un condensatore a bassa impedenza (condensatore a bassa ESR), poiché l'uso di altri analoghi influirà negativamente sull'efficienza del driver. Se il dispositivo è alimentato da un'unità con corrente stabilizzata, all'ingresso sarà necessario un condensatore con una capacità di 4,7 μF o più. Si consiglia di posizionarlo accanto al microcircuito. Se la corrente è alternata, dovrai introdurre un condensatore al tantalio solido con una capacità di almeno 100 μF.
Nel circuito di collegamento per LED da 3 W è necessario installare un induttore da 68 μH. Dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile al terminale SW. Puoi realizzare tu stesso la bobina. Per fare ciò, avrai bisogno di un anello da un computer guasto e di un filo di avvolgimento (PEL-0.35). Come diodo D, è possibile utilizzare il diodo FR 103. I suoi parametri: capacità 15 pF, tempo di recupero 150 ns, temperatura da -65 a 150 ° C. Può gestire impulsi di corrente fino a 30A.
Il valore minimo del resistore RS in un circuito driver LED è 0,082 ohm, la corrente è 1,2 A. Per calcolare il resistore, è necessario utilizzare il valore della corrente richiesta dal LED. Di seguito la formula per il calcolo:
RS = 0,1/I,
dove I è la corrente nominale della sorgente LED.
Il valore RS nel circuito del driver LED è rispettivamente 0,13 Ohm, il valore corrente è 780 mA. Se non è possibile trovare tale resistenza, è possibile utilizzare diversi componenti a bassa resistenza, utilizzando nel calcolo la formula di resistenza per il collegamento in parallelo e in serie.
Layout del driver fai da te per un LED da 10 Watt
Puoi assemblare tu stesso un driver per un potente LED, utilizzando schede elettroniche di lampade fluorescenti guastate. Molto spesso, le lampade di tali lampade si bruciano. Rimane operativa la scheda elettronica, che consente di utilizzare i suoi componenti per alimentatori, driver e altri dispositivi fatti in casa. Per il funzionamento potrebbero essere necessari transistor, condensatori, diodi e induttori (induttanze).
La lampada difettosa deve essere smontata con attenzione utilizzando un cacciavite. Per realizzare un driver per un LED da 10 W, è necessario utilizzare una lampada fluorescente con una potenza di 20 W. Ciò è necessario affinché l'acceleratore possa sopportare il carico con una riserva. Per una lampada più potente, dovresti selezionare la scheda appropriata o sostituire l'induttore stesso con un analogo con un nucleo più grande. Per sorgenti LED di potenza inferiore è possibile regolare il numero di spire dell'avvolgimento.
Successivamente, è necessario eseguire 20 giri di filo sulle spire primarie dell'avvolgimento e utilizzare un saldatore per collegare questo avvolgimento al ponte a diodi raddrizzatore. Successivamente, applicare la tensione dalla rete 220 V e misurare la tensione di uscita sul raddrizzatore. Il suo valore era 9,7 V. La sorgente LED consuma 0,83 A attraverso l'amperometro. La potenza nominale di questo LED è di 900 mA, tuttavia, il consumo di corrente ridotto ne aumenterà la risorsa. Il ponte a diodi viene assemblato mediante installazione sospesa.
La nuova scheda e il ponte a diodi possono essere posizionati sul supporto di una vecchia lampada da tavolo. Pertanto, il driver LED può essere assemblato indipendentemente dai componenti radio disponibili dei dispositivi guasti.
Dato che i LED sono piuttosto esigenti in termini di alimentazione, è necessario selezionare il driver giusto per loro. Se il convertitore viene scelto correttamente, puoi essere certo che i parametri delle sorgenti LED non si deterioreranno e che i LED dureranno la vita prevista.
Le lampade a LED si sono diffuse, a seguito della quale è iniziata la produzione attiva di alimentatori secondari. Il driver della lampada LED è in grado di mantenere stabilmente i valori di corrente specificati all'uscita del dispositivo, stabilizzando la tensione che passa attraverso la catena di diodi.
Ti diremo tutto sui tipi e sui principi di funzionamento di un dispositivo di conversione di corrente per il funzionamento di una lampadina a diodi. Il nostro articolo fornisce linee guida per la scelta di un conducente e fornisce consigli utili. Gli elettricisti domestici indipendenti troveranno gli schemi di collegamento comprovati nella pratica.
I cristalli di diodi sono costituiti da due semiconduttori: anodo (più) e catodo (meno), responsabili della trasformazione dei segnali elettrici. Un'area ha conduttività di tipo P, la seconda - N. Quando è collegata una fonte di alimentazione, la corrente scorrerà attraverso questi elementi.
A causa di questa polarità, gli elettroni dalla zona di tipo P si precipitano verso la zona di tipo N e viceversa, le cariche dal punto N si precipitano a P. Tuttavia, ogni sezione della regione ha i propri confini, chiamati giunzioni PN. In questi siti le particelle si incontrano e vengono reciprocamente assorbite o ricombinate.
Un diodo è un elemento semiconduttore e ha solo una giunzione p-n. Per questo motivo la caratteristica principale che determina la luminosità del loro bagliore non è la tensione, ma la corrente
Durante le transizioni P-N la tensione diminuisce di un certo numero di volt, sempre uguale per ogni elemento del circuito. Tenendo conto di questi valori, il driver stabilizza la corrente in ingresso e produce un valore costante in uscita.
Quale potenza è richiesta e quali valori di perdite durante il passaggio P-N sono indicati nel passaporto del dispositivo LED. Pertanto, è necessario tenere conto dei parametri dell'alimentatore, la cui portata deve essere sufficiente a compensare l'energia persa.
Affinché i LED ad alta potenza funzionino per il tempo specificato nelle caratteristiche, è necessario un dispositivo stabilizzatore: un driver. Il corpo del meccanismo elettronico mostra sempre la tensione di uscita
Gli alimentatori con tensioni da 10 a 36 V vengono utilizzati per equipaggiare i dispositivi di illuminazione.
Le attrezzature possono essere di vario tipo:
- fari di automobili, biciclette, motocicli, ecc.;
- piccoli lampioni portatili o stradali;
- , nastri e moduli.
Tuttavia, così come nel caso di utilizzo di tensione costante, è consentito non utilizzare driver. Al circuito viene invece aggiunta una resistenza, anch'essa alimentata da una rete a 220 V.
Principio di funzionamento dell'alimentatore
Scopriamo quali sono le differenze tra una sorgente di tensione e un alimentatore. Ad esempio, si consideri il diagramma mostrato di seguito.
Collegando un resistore da 40 ohm a una fonte di alimentazione da 12 V, attraverso di esso scorrerà una corrente di 300 mA (Figura A). Quando si collega una seconda resistenza in parallelo al circuito, il valore di corrente sarà 600 mA (B). Tuttavia, la tensione rimarrà invariata.
Nonostante si colleghino due resistori alla fonte di alimentazione, il secondo creerà una tensione costante in uscita, perché in condizioni ideali non è soggetto al carico
Ora diamo un'occhiata a come cambiano i valori se i resistori sono collegati all'alimentazione nel circuito. Allo stesso modo, introduciamo un reostato da 40 Ohm con un driver da 300 mA. Quest'ultimo crea su di esso una tensione di 12 V (circuito B).
Se il circuito è composto da due resistori, il valore corrente rimane invariato e la tensione sarà 6 V (G).
Il driver, a differenza della sorgente di tensione, mantiene in uscita i parametri di corrente specificati, ma la potenza della tensione può variare
Traendo le conclusioni, possiamo dire che un convertitore di alta qualità fornisce al carico la corrente nominale anche quando la tensione diminuisce. Di conseguenza, i cristalli di diodi con 2 V o 3 V e una corrente di 300 mA bruceranno in modo altrettanto luminoso con una tensione ridotta.
Caratteristiche distintive del convertitore
Uno degli indicatori più importanti è la potenza trasmessa sotto carico. Non sovraccaricare il dispositivo e cercare di ottenere i migliori risultati possibili.
L'uso improprio contribuisce al rapido guasto non solo del meccanismo di visualizzazione, ma anche dei chip LED.
I principali fattori che influenzano il lavoro includono:
- elementi costitutivi utilizzati nel processo di assemblaggio;
- grado di protezione (IP);
- valori minimi e massimi in ingresso e in uscita;
- produttore.
I moderni modelli di convertitori sono prodotti sulla base di microcircuiti e utilizzano la tecnologia di conversione della larghezza di impulso (PWM).
Durante il funzionamento dell'alimentatore, è stato introdotto un metodo di modulazione dell'ampiezza dell'impulso per regolare la tensione di uscita, mentre in uscita viene mantenuto lo stesso tipo di corrente che in ingresso
Tali dispositivi sono caratterizzati da un elevato grado di protezione contro cortocircuiti, sovraccarichi di rete e hanno anche una maggiore efficienza.
Regole per la scelta di un convertitore di corrente
Per acquistare un convertitore per lampade a LED, dovresti studiare quelli chiave. Vale la pena fare affidamento sulla tensione di uscita, sulla corrente nominale e sulla potenza di uscita.
Alimentazione LED
Analizziamo inizialmente la tensione di uscita, che è soggetta a diversi fattori:
- il valore delle perdite di tensione alle giunzioni PN dei cristalli;
- numero di diodi luminosi nella catena;
- schema di collegamento.
I parametri della corrente nominale possono essere determinati dalle caratteristiche del consumatore, vale a dire la potenza degli elementi LED e il grado della loro luminosità.
Questo indicatore influenzerà la corrente consumata dai cristalli, la cui portata varia in base alla luminosità richiesta. Il compito del convertitore è fornire a questi elementi la quantità di energia richiesta.
Il valore della tensione di uscita deve essere maggiore o identico alla quantità totale di energia spesa su ciascun blocco del circuito elettrico
La potenza del dispositivo dipende dalla potenza di ciascun elemento LED, dal colore e dalla quantità.
Per calcolare l'energia consumata, utilizzare la seguente formula:
PH = P LED * N,
Gli indicatori ottenuti non dovrebbero essere inferiori alla potenza del conducente. Ora è necessario determinare il valore nominale richiesto.
Potenza massima del dispositivo
Va inoltre tenuto presente che, per garantire un funzionamento stabile del convertitore, i suoi valori nominali devono superare del 20-30% il valore PH ottenuto.
Pertanto la formula assume la forma:
Pmax ≥ (1.2..1.3) * PH,
dove Pmax è la potenza nominale dell'alimentatore.
Oltre alla potenza e al numero di utenze sulla scheda, la resistenza del carico dipende anche dai fattori di colore dell'utenza. A parità di corrente, a seconda della tonalità, si hanno cadute di tensione diverse.
Il driver della lampada LED deve fornire la quantità di corrente necessaria per garantire la massima luminosità. Quando si seleziona un dispositivo, l'acquirente deve ricordare che la potenza deve essere maggiore di quella utilizzata da tutti i LED
Prendiamo ad esempio i LED dell'azienda americana Cree della linea XP-E in rosso.
Le loro caratteristiche sono le seguenti:
- caduta di tensione 1,9-2,4 V;
- corrente 350 mA;
- consumo energetico medio 750 mW.
Un analogo verde alla stessa corrente avrà indicatori completamente diversi: le perdite sulle giunzioni P-N sono 3,3-3,9 V e la potenza è 1,25 W.
Di conseguenza possiamo trarre le conclusioni: un driver da 10 W viene utilizzato per alimentare dodici cristalli rossi o otto verdi.
Schema di collegamento del LED
La scelta del driver deve essere effettuata dopo aver determinato lo schema di collegamento per i consumatori LED. Se acquisti prima i diodi luminosi e poi selezioni un convertitore per essi, questo processo sarà accompagnato da molte difficoltà.
Per trovare un dispositivo che garantisca il funzionamento esattamente di questo numero di consumatori con un determinato schema di collegamento, dovrai dedicare molto tempo.
Facciamo un esempio con sei consumatori. La loro perdita di tensione è di 3 V, il consumo di corrente è di 300 mA. Per collegarli, è possibile utilizzare uno dei metodi e in ogni singolo caso i parametri richiesti dell'alimentatore saranno diversi.
Lo svantaggio della disposizione alternata dei diodi è la necessità di un alimentatore con una tensione maggiore se nel circuito sono presenti molti cristalli
Nel nostro caso, se collegato in serie, è necessaria un'unità da 18 V con una corrente di 300 mA. Il vantaggio principale di questo metodo è che la stessa potenza attraversa l'intera linea e, di conseguenza, tutti i diodi bruciano con la stessa luminosità.
Lo svantaggio del posizionamento parallelo dei consumatori è la differenza nella luminosità di ciascuna catena. Questo fenomeno negativo si verifica a causa della dispersione dei parametri dei diodi dovuta alle differenze tra la corrente che passa attraverso ciascuna linea
Se viene utilizzato il posizionamento in parallelo, è sufficiente utilizzare un convertitore da 9 V, tuttavia, la corrente consumata sarà raddoppiata rispetto al metodo precedente.
Il metodo di disposizione sequenziale di due diodi non può essere utilizzato con una modifica nel numero di cristalli inclusi nel gruppo - 3 o più. Tali restrizioni sono dovute al fatto che attraverso un elemento può passare troppa corrente e ciò crea la probabilità di guasto dell'intero circuito
Se si utilizza un metodo sequenziale con la formazione di coppie di due LED, si utilizza un driver con prestazioni simili a quelle del caso precedente. In questo caso, la luminosità dell'illuminazione sarà uniforme.
Tuttavia, anche qui ci sono alcune sfumature negative: quando viene fornita alimentazione al gruppo, a causa della variazione delle caratteristiche, uno dei LED può aprirsi più velocemente del secondo e, di conseguenza, attraverso di esso scorrerà una corrente doppia rispetto al valore nominale.
Molti tipi sono progettati per salti così a breve termine, ma questo metodo è meno popolare.
Tipi di driver per tipo di dispositivo
I dispositivi che convertono l'alimentazione a 220 V negli indicatori richiesti per i LED sono convenzionalmente suddivisi in tre categorie: elettronici; basato su condensatori; dimmerabile.
Il mercato degli accessori per l'illuminazione è rappresentato da un'ampia varietà di modelli di driver, principalmente di produttori cinesi. E nonostante la fascia di prezzo bassa, puoi scegliere un'opzione molto decente da questi dispositivi. Tuttavia, dovresti prestare attenzione alla scheda di garanzia, perché Non tutti i prodotti presentati sono di qualità accettabile.
Visualizzazione elettronica del dispositivo
Idealmente, il convertitore elettronico dovrebbe essere dotato di un transistor. Il suo ruolo è scaricare il microcircuito di controllo. Per eliminare o attenuare il più possibile l'ondulazione, all'uscita è montato un condensatore.
Questo tipo di dispositivo appartiene alla categoria costosa, ma è in grado di stabilizzare la corrente fino a 750 mA, cosa di cui i meccanismi di zavorra non sono in grado.
I driver più recenti sono installati principalmente su lampadine con attacco E27. Un'eccezione alla regola sono i prodotti Gauss GU5.3. Sono dotati di convertitore senza trasformatore. Tuttavia, il grado di pulsazione in essi raggiunge diverse centinaia di Hz
La pulsazione non è l'unico inconveniente dei convertitori. La seconda può essere chiamata interferenza elettromagnetica nella gamma delle alte frequenze (HF). Pertanto, se alla presa collegata alla lampada sono collegati altri apparecchi elettrici, ad esempio una radio, è possibile che si verifichino interferenze durante la ricezione delle frequenze FM digitali, televisione, router, ecc.
Il dispositivo opzionale di un dispositivo di qualità deve avere due condensatori: uno è elettrolitico per attenuare le increspature, l'altro è ceramico per ridurre la RF. Tuttavia, una tale combinazione si trova raramente, soprattutto quando si parla di prodotti cinesi.
Coloro che hanno concetti generali su tali circuiti elettrici possono selezionare autonomamente i parametri di uscita del convertitore elettronico modificando il valore dei resistori
Grazie alla loro elevata efficienza (fino al 95%), tali meccanismi sono adatti per dispositivi potenti utilizzati in vari campi, ad esempio per il tuning automobilistico, l'illuminazione stradale e le sorgenti LED domestiche.
Alimentazione basata su condensatori
Passiamo ora ai dispositivi meno popolari, quelli basati sui condensatori. Quasi tutti i circuiti delle lampade LED a basso costo che utilizzano questo tipo di driver hanno caratteristiche simili.
Tuttavia, a causa di modifiche da parte del produttore, subiscono delle modifiche, ad esempio la rimozione di qualche elemento circuitale. Soprattutto spesso questa parte è uno dei condensatori, un livellatore.
A causa del riempimento incontrollato del mercato con prodotti economici e di bassa qualità, gli utenti possono “sentire” la pulsazione al cento per cento nelle lampade. Anche senza approfondire la loro progettazione, possiamo dire che l'elemento livellatore è stato rimosso dal circuito
Tali meccanismi hanno solo due vantaggi: sono disponibili per l'autoassemblaggio e la loro efficienza è pari al cento per cento, poiché le perdite si verificheranno solo nelle giunzioni p-n e nelle resistenze.
Ci sono lo stesso numero di aspetti negativi: bassa sicurezza elettrica e alto grado di pulsazione. Il secondo svantaggio è intorno ai 100 Hz e si forma a seguito del raddrizzamento della tensione alternata. GOST specifica una norma di pulsazione consentita del 10-20%, a seconda dello scopo della stanza in cui è installato il dispositivo di illuminazione.
L'unico modo per mitigare questo inconveniente è selezionare un condensatore con la potenza nominale corretta. Tuttavia, non dovresti contare sull'eliminazione completa del problema: una soluzione del genere può solo attenuare l'intensità delle esplosioni.
Convertitori di corrente dimmerabili
I driver-dimmer consentono di modificare gli indicatori di corrente in entrata e in uscita, riducendo o aumentando la luminosità della luce emessa dai diodi.
Esistono due metodi di connessione:
- il primo prevede un avvio graduale;
- il secondo è l'impulso.
Consideriamo il principio di funzionamento dei driver dimmerabili basati sul chip CPC9909, utilizzato come dispositivo di regolazione per i circuiti LED, compresi quelli ad alta luminosità.
Schema di collegamento standard del CPC9909 con alimentazione a 220 V Secondo le istruzioni schematiche, è possibile controllare uno o più utilizzatori potenti
Durante l'avvio graduale, il microcircuito con il driver garantisce l'accensione graduale dei diodi all'aumentare della luminosità. Questo processo coinvolge due resistori collegati al pin LD, progettati per eseguire il compito di attenuazione uniforme. In questo modo si realizza un compito importante: prolungare la durata degli elementi LED.
La stessa uscita fornisce anche la regolazione analogica: il resistore da 2,2 kOhm è sostituito con un analogico variabile più potente - 5,1 kOhm. In questo modo si ottiene una variazione graduale del potenziale di output.
L'uso del secondo metodo prevede la fornitura di impulsi rettangolari all'uscita a bassa frequenza del PWMD. In questo caso viene utilizzato un microcontrollore o un generatore di impulsi, che sono necessariamente separati da un fotoaccoppiatore.
Con o senza alloggio?
I driver sono disponibili con o senza alloggiamento. La prima opzione è la più comune e la più costosa. Tali dispositivi sono protetti dall'umidità e dalle particelle di polvere.
I dispositivi del secondo tipo vengono utilizzati per l'installazione nascosta e, di conseguenza, sono economici.
Tutti i dispositivi presentati possono essere alimentati da una rete a 12 V o 220 V. Nonostante il fatto che i modelli a telaio aperto beneficino di prezzo, sono significativamente indietro in termini di sicurezza e affidabilità del meccanismo
Ciascuno di essi differisce nella temperatura consentita durante il funzionamento: anche questo deve essere preso in considerazione durante la selezione.
Circuito driver classico
Per assemblare in modo indipendente un alimentatore LED, ci occuperemo del dispositivo più semplice a impulsi che non dispone di isolamento galvanico. Il vantaggio principale di questo tipo di circuito è la connessione semplice e il funzionamento affidabile.
Lo schema di tale meccanismo è composto da tre principali aree a cascata:
- Separatore di tensione capacitivo.
- Raddrizzatore.
- Stabilizzatori di tensione.
La prima sezione è la resistenza fornita alla corrente alternata sul condensatore C1 con un resistore. Quest'ultimo è necessario esclusivamente per l'autocarica dell'elemento inerte. Non influisce sul funzionamento del circuito.
Quando la tensione a semionda generata passa attraverso il condensatore, la corrente scorre finché le piastre non sono completamente cariche. Minore è la capacità del meccanismo, minore sarà il tempo necessario per caricarlo completamente.
Ad esempio, un dispositivo con un volume di 0,3-0,4 μF viene caricato durante 1/10 del periodo di semionda, ovvero solo un decimo della tensione passante passerà attraverso questa sezione.
Il processo di raddrizzatura in questa sezione viene eseguito secondo lo schema Graetz. Il ponte a diodi viene selezionato in base alla corrente nominale e alla tensione inversa. In questo caso l'ultimo valore non deve essere inferiore a 600 V
Il secondo stadio è un dispositivo elettrico che converte (rettifica) la corrente alternata in corrente pulsante. Questo processo è chiamato onda intera. Poiché una parte della semionda è stata livellata da un condensatore, l'uscita di questa sezione avrà una corrente continua di 20-25 V.
Poiché l'alimentazione del LED non deve superare i 12 V, per il circuito è necessario utilizzare un elemento stabilizzatore. A questo scopo viene introdotto un filtro capacitivo. Ad esempio, puoi utilizzare il modello L7812
Il terzo stadio funziona sulla base di un filtro stabilizzante livellante: un condensatore elettrolitico. La scelta dei suoi parametri capacitivi dipende dalla forza del carico.
Poiché il circuito assemblato riproduce immediatamente il suo funzionamento, non è possibile toccare i fili scoperti, poiché la corrente condotta raggiunge decine di ampere: le linee vengono prima isolate.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Tutte le difficoltà che un radioamatore può incontrare nella scelta di un convertitore per potenti lampade a LED sono descritte in dettaglio nel video:
Caratteristiche principali del collegamento indipendente di un dispositivo convertitore a un circuito elettrico:
Istruzioni dettagliate che descrivono il processo di assemblaggio di un driver LED con le proprie mani utilizzando mezzi improvvisati:
Nonostante le decine di migliaia di ore di funzionamento ininterrotto delle lampade LED dichiarate dal produttore, sono molti i fattori che riducono significativamente questi indicatori.
I driver sono progettati per appianare tutti i salti di corrente nel sistema elettrico. La loro selezione o autoassemblaggio deve essere affrontata in modo responsabile dopo aver calcolato tutti i parametri necessari.
Raccontaci come hai selezionato il driver per la lampadina a LED. Condividi le tue argomentazioni e i modi per stabilizzare la tensione di alimentazione a un dispositivo di illuminazione a diodi. Lascia commenti nel blocco sottostante, fai domande, pubblica fotografie sull'argomento dell'articolo.
Consideriamo i modi per collegare i diodi di ghiaccio di media potenza alle valutazioni più popolari di 5 V, 12 volt, 220 V. Quindi possono essere utilizzati nella produzione di dispositivi musicali e a colori, indicatori del livello del segnale, accensione e spegnimento fluidi. Ho programmato per molto tempo di creare un'alba artificiale dolce per mantenere la mia routine quotidiana. Inoltre, l'emulazione dell'alba ti consente di svegliarti molto meglio e più facilmente.
Driver con alimentazione da 5V a 30V
Se si dispone di una fonte di alimentazione adeguata da qualsiasi elettrodomestico, è meglio utilizzare un driver a bassa tensione per accenderlo. Possono essere su o giù. Un booster renderà anche 1,5 V 5 V in modo che il circuito LED funzioni. Uno step down da 10 V-30 V ne produrrà uno inferiore, ad esempio 15 V.
I cinesi ne vendono un'ampia varietà. Il driver a bassa tensione si differenzia per due regolatori da un semplice stabilizzatore Volt.
La potenza effettiva di tale stabilizzatore sarà inferiore a quanto indicato dai cinesi. Nei parametri del modulo scrivono le caratteristiche del microcircuito e non dell'intera struttura. Se è presente un radiatore di grandi dimensioni, tale modulo gestirà il 70% - 80% di quanto promesso. Se non è presente il radiatore, quindi 25% - 35%.
Particolarmente apprezzati sono i modelli basati sull'LM2596, che sono già piuttosto obsoleti a causa della bassa efficienza. Inoltre diventano molto calde, quindi senza un sistema di raffreddamento non reggono più di 1 Ampere.
XL4015, XL4005 sono più efficienti, l'efficienza è molto più elevata. Senza radiatore di raffreddamento, possono sopportare fino a 2,5 A. Esistono modelli molto in miniatura basati sull'MP1584 che misurano 22 mm per 17 mm.
Accendi 1 diodo
I più comunemente usati sono 12 volt, 220 volt e 5 V. Ecco come viene realizzata l'illuminazione LED a basso consumo degli interruttori a parete 220V. Gli interruttori standard di fabbrica molto spesso hanno una lampada al neon installata.
Connessione parallela
Quando si collega in parallelo, è consigliabile utilizzare un resistore separato per ogni circuito in serie di diodi per ottenere la massima affidabilità. Un'altra opzione è mettere un potente resistore su diversi LED. Ma se un LED si guasta, la corrente sui rimanenti aumenterà. Nel complesso sarà superiore al valore nominale o specificato, il che ridurrà significativamente la risorsa e aumenterà il riscaldamento.
La razionalità dell'utilizzo di ciascun metodo viene calcolata in base ai requisiti del prodotto.
Connessione seriale
La connessione seriale quando alimentata a 220 V viene utilizzata nei diodi a filamento e nelle strisce LED a 220 volt. In una lunga catena di 60-70 LED, ciascuno perde 3 V, il che consente di collegarlo direttamente all'alta tensione. Inoltre, per ottenere più e meno viene utilizzato solo un raddrizzatore di corrente.
Questa connessione è utilizzata in qualsiasi tecnologia di illuminazione:
- Lampade a LED per la casa;
- lampade a led;
- Ghirlande di Capodanno per 220V;
- Strisce LED 220.
Le lampade per la casa utilizzano solitamente fino a 20 LED collegati in serie; la tensione ai loro capi è di circa 60V; La quantità massima utilizzata è nelle lampadine di mais cinesi, da 30 a 120 pezzi LED. I semi non hanno un pallone protettivo, quindi i contatti elettrici su cui fino a 180 V sono completamente aperti.
Fai attenzione se vedi una lunga serie di stringhe e non sono sempre collegate a terra. Il mio vicino ha afferrato il mais a mani nude e poi ha recitato affascinanti poesie composte da parolacce.
Collegamento LED RGB
I LED RGB a tre colori a basso consumo sono costituiti da tre cristalli indipendenti situati in un unico alloggiamento. Se si accendono contemporaneamente 3 cristalli (rosso, verde, blu), otteniamo luce bianca.
Ogni colore è controllato indipendentemente dagli altri utilizzando un controller RGB. L'unità di controllo dispone di programmi già pronti e modalità manuali.
Accensione dei diodi COB
Gli schemi di collegamento sono gli stessi dei LED a chip singolo e tricolore SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. L'unica differenza è che invece di 1 diodo è incluso un circuito in serie di diversi cristalli.
Le potenti matrici LED contengono molti cristalli collegati in serie e in parallelo. Pertanto, la potenza richiesta è compresa tra 9 e 40 volt, a seconda della potenza.
Collegamento SMD5050 per 3 cristalli
L'SMD5050 si differenzia dai diodi convenzionali in quanto è composto da 3 cristalli di luce bianca e quindi ha 6 gambe. Cioè, è uguale a tre SMD2835 realizzati sugli stessi cristalli.
Se collegato in parallelo utilizzando un resistore, l'affidabilità sarà inferiore. Se uno dei cristalli si guasta, la corrente nei rimanenti 2 aumenta. Ciò porta ad un esaurimento accelerato dei restanti.
Utilizzando una resistenza separata per ciascun cristallo, lo svantaggio di cui sopra viene eliminato. Allo stesso tempo, il numero di resistori utilizzati aumenta di 3 volte e il circuito di connessione del LED diventa più complesso. Pertanto non viene utilizzato nelle strisce e nelle lampade LED.
Striscia LED 12V SMD5630
Un chiaro esempio di collegamento di un LED a 12 volt è una striscia LED. È costituito da sezioni di 3 diodi e 1 resistenza collegati in serie. Pertanto, può essere tagliato solo nei punti indicati tra queste sezioni.
Striscia LED RGB 12V SMD5050
Il nastro RGB utilizza tre colori, ciascuno è controllato separatamente e per ciascun colore è installato un resistore. Puoi tagliare solo nella posizione indicata, in modo che ogni sezione abbia 3 SMD5050 e possa essere collegata a 12 volt.
I LED per la loro alimentazione richiedono l'uso di dispositivi che stabilizzeranno la corrente che li attraversa. Nel caso dell'indicatore e di altri LED a bassa potenza, puoi cavartela con i resistori. Il loro semplice calcolo può essere ulteriormente semplificato utilizzando il calcolatore LED.
Per utilizzare LED ad alta potenza, non puoi fare a meno dell'uso di dispositivi di stabilizzazione della corrente: i driver. I driver giusti hanno un'efficienza molto elevata, fino al 90-95%. Inoltre, forniscono corrente stabile anche quando la tensione di alimentazione cambia. E questo può essere rilevante se il LED è alimentato, ad esempio, da batterie. I limitatori di corrente più semplici, i resistori, per loro natura non possono fornire questo.
Puoi imparare qualcosa sulla teoria degli stabilizzatori di corrente lineari e pulsati nell'articolo "Driver per LED".
Naturalmente, puoi acquistare un driver già pronto. Ma è molto più interessante farlo da solo. Ciò richiederà competenze di base nella lettura degli schemi elettrici e nell'uso di un saldatore. Diamo un'occhiata ad alcuni semplici circuiti driver fatti in casa per LED ad alta potenza.
Autista semplice. Assemblato su breadboard, alimenta il potente Cree MT-G2
Un circuito driver lineare molto semplice per un LED. Q1 – Transistor ad effetto di campo a canale N di potenza sufficiente. Adatto, ad esempio, IRFZ48 o IRF530. Q2 è un transistor bipolare NPN. Io ho usato 2N3004, puoi usarne uno simile. Il resistore R2 è un resistore da 0,5-2 W che determinerà la corrente del driver. La resistenza R2 da 2,2Ohm fornisce una corrente di 200-300mA. La tensione di ingresso non dovrebbe essere molto alta: si consiglia di non superare i 12-15 V. Il driver è lineare, quindi l'efficienza del driver sarà determinata dal rapporto V LED/V IN, dove V LED è la caduta di tensione attraverso il LED e VIN è la tensione di ingresso. Maggiore è la differenza tra la tensione di ingresso e la caduta ai capi del LED e maggiore è la corrente del driver, maggiore sarà il riscaldamento del transistor Q1 e del resistore R2. Tuttavia, V IN dovrebbe essere maggiore di V LED di almeno 1-2 V.
Per i test ho assemblato il circuito su una breadboard e l'ho alimentato con un potente LED CREE MT-G2. La tensione di alimentazione è di 9 V, la caduta di tensione sui LED è di 6 V. L'autista ha funzionato immediatamente. E anche con una corrente così piccola (240 mA), il mosfet dissipa 0,24 * 3 = 0,72 W di calore, il che non è affatto piccolo.
Il circuito è molto semplice e può anche essere montato in un dispositivo finito.
Anche il circuito del prossimo pilota fatto in casa è estremamente semplice. Implica l'uso di un chip convertitore di tensione step-down LM317. Questo microcircuito può essere utilizzato come stabilizzatore di corrente.
Un driver ancora più semplice sul chip LM317
La tensione in ingresso può arrivare fino a 37 V e deve essere almeno 3 V superiore alla caduta di tensione sul LED. La resistenza del resistore R1 si calcola con la formula R1 = 1,2 / I, dove I è la corrente richiesta. La corrente non deve superare 1,5 A. Ma a questa corrente, il resistore R1 dovrebbe essere in grado di dissipare 1,5 * 1,5 * 0,8 = 1,8 W di calore. Anche il chip LM317 diventerà molto caldo e non sarà possibile farlo senza un dissipatore di calore. Anche il driver è lineare, quindi affinché l'efficienza sia massima, la differenza tra V IN e V LED dovrebbe essere la più piccola possibile. Poiché il circuito è molto semplice, può essere assemblato anche mediante installazione sospesa.
Sulla stessa breadboard è stato assemblato un circuito con due resistori da un watt con una resistenza di 2,2 Ohm. La forza attuale si è rivelata inferiore a quella calcolata, poiché i contatti nella breadboard non sono ideali e aggiungono resistenza.
Il prossimo driver è un driver buck a impulsi. È assemblato sul chip QX5241.
Anche il circuito è semplice, ma è composto da un numero leggermente maggiore di parti e qui non puoi fare a meno di realizzare un circuito stampato. Inoltre, il chip QX5241 stesso è realizzato in un package SOT23-6 piuttosto piccolo e richiede attenzione durante la saldatura.
La tensione di ingresso non deve superare i 36 V, la corrente di stabilizzazione massima è 3 A. Il condensatore di ingresso C1 può essere qualsiasi cosa: elettrolitico, ceramico o tantalio. La sua capacità arriva fino a 100 µF, la tensione operativa massima non è inferiore a 2 volte maggiore dell'ingresso. Il condensatore C2 è ceramico. Il condensatore C3 è ceramico, capacità 10 μF, tensione - almeno 2 volte maggiore dell'ingresso. Il resistore R1 deve avere una potenza di almeno 1 W. La sua resistenza è calcolata con la formula R1 = 0,2 / I, dove I è la corrente del driver richiesta. Resistore R2: qualsiasi resistenza 20-100 kOhm. Il diodo Schottky D1 deve resistere alla tensione inversa con una riserva, almeno 2 volte il valore dell'ingresso. E deve essere progettato per una corrente non inferiore alla corrente del driver richiesta. Uno degli elementi più importanti del circuito è il transistor ad effetto di campo Q1. Dovrebbe trattarsi di un dispositivo da campo a canale N con la minima resistenza possibile nello stato aperto e, naturalmente, dovrebbe resistere con una riserva alla tensione di ingresso e all'intensità di corrente richiesta; Una buona opzione sono i transistor ad effetto di campo SI4178, IRF7201, ecc. L'induttore L1 dovrebbe avere un'induttanza di 20-40 μH e una corrente operativa massima non inferiore alla corrente del driver richiesta.
Il numero di parti di questo driver è molto ridotto e sono tutte di dimensioni compatte. Il risultato potrebbe essere un driver abbastanza in miniatura e, allo stesso tempo, potente. Questo è un driver di impulsi, la sua efficienza è significativamente superiore a quella dei driver lineari. Tuttavia, si consiglia di selezionare una tensione di ingresso che sia solo 2-3 V superiore alla caduta di tensione sui LED. Il driver è interessante anche perché l'uscita 2 (DIM) del chip QX5241 può essere utilizzata per l'attenuazione, regolando la corrente del driver e, di conseguenza, la luminosità del LED. A tale scopo è necessario fornire a questa uscita impulsi (PWM) con una frequenza fino a 20 KHz. Qualsiasi microcontrollore adatto può gestirlo. Il risultato potrebbe essere un driver con diverse modalità operative.
(13 valutazioni, media 4,58 su 5)Recentemente, un amico mi ha chiesto aiuto con un problema. Sta sviluppando lampade a LED, vendendole lungo il percorso. Ha accumulato un certo numero di lampade che non funzionano correttamente. Esternamente, questo è espresso come segue: all'accensione, la lampada lampeggia per un breve periodo (meno di un secondo), si spegne per un secondo e così si ripete all'infinito. Mi ha dato da studiare tre di queste lampade, ho risolto il problema, il guasto si è rivelato molto interessante (proprio nello stile di Hercule Poirot) e voglio parlarvi di come trovarlo.
La lampada a LED si presenta così:
Fig 1. Aspetto di una lampada a LED smontata
Lo sviluppatore ha utilizzato una soluzione interessante: il calore dei LED operativi viene prelevato da un tubo di calore e trasferito a un classico radiatore in alluminio. Secondo l'autore, questa soluzione consente di garantire le corrette condizioni termiche per i LED, minimizzando il degrado termico e garantendo la massima durata possibile dei diodi. Allo stesso tempo, la durata del driver di potenza del diodo aumenta, poiché la scheda del driver viene rimossa dal circuito termico e la temperatura della scheda non supera i 50 gradi Celsius.
Questa soluzione - separare le zone funzionali di emissione luminosa, rimozione del calore e generazione di corrente elettrica - ha permesso di ottenere caratteristiche altamente prestazionali della lampada in termini di affidabilità, durata e manutenibilità.
Lo svantaggio di tali lampade, stranamente, deriva direttamente dai suoi vantaggi: i produttori non hanno bisogno di una lampada durevole :). Tutti ricordano la storia della cospirazione tra i produttori di lampade a incandescenza sulla durata massima di 1000 ore?
Ebbene, non posso fare a meno di notare l'aspetto caratteristico del prodotto. Il mio "controllo statale" (moglie) non mi ha permesso di mettere queste lampade nel lampadario dove sono visibili.
Torniamo ai problemi dei driver.
Ecco come appare la scheda driver:
Fig 2. Aspetto della scheda driver LED dal lato del montaggio superficiale
E sul retro:
Fig 3. Aspetto della scheda driver LED dal lato delle parti di potenza
Studiandolo al microscopio ha permesso di determinare il tipo di chip di controllo: è MT7930. Questo è un chip di controllo del convertitore flyback (Fly Back), appeso con varie protezioni, come un albero di Natale con i giocattoli.
L'MT7930 ha una protezione integrata:
Dall'eccesso di corrente dell'elemento chiave
riduzione della tensione di alimentazione
aumento della tensione di alimentazione
cortocircuito nel carico e interruzione del carico.
dal superamento della temperatura del cristallo
Dichiarare la protezione contro il cortocircuito nel carico per una fonte di corrente è piuttosto di natura commerciale :)
Non è stato possibile ottenere un diagramma schematico solo per un driver di questo tipo, ma una ricerca su Internet ha prodotto diversi diagrammi molto simili. Il più vicino è mostrato in figura:
Fig 4. Driver LED MT7930. Schema del circuito elettrico
L'analisi di questo circuito e la lettura attenta del manuale del microcircuito mi hanno portato alla conclusione che la fonte del problema del lampeggio è l'attivazione della protezione dopo l'avvio. Quelli. viene eseguita la procedura di avvio iniziale (la spia lampeggia, ecco cos'è), ma poi il convertitore si spegne a causa di una delle protezioni, i condensatori di potenza si scaricano e il ciclo ricomincia.
Attenzione! Il circuito contiene tensioni pericolose per la vita! Non ripetere senza una corretta comprensione di ciò che stai facendo!
Per studiare i segnali con un oscilloscopio, è necessario disaccoppiare il circuito dalla rete in modo che non vi sia contatto galvanico. Per questo ho utilizzato un trasformatore di isolamento. Sul balcone sono stati trovati nelle riserve due trasformatori TN36 di fabbricazione sovietica, datati 1975. Ebbene si tratta di apparecchi senza tempo, massicci, ricoperti di vernice completamente verde. L’ho collegato secondo lo schema 220 – 24 – 24 -220. Quelli. Per prima cosa ho abbassato la tensione a 24 volt (4 avvolgimenti secondari da 6,3 volt ciascuno), quindi l'ho aumentata. Avere più avvolgimenti primari collegati mi ha dato l'opportunità di giocare con diverse tensioni di alimentazione, da 110 volt a 238 volt. Questa soluzione è, ovviamente, un po' ridondante, ma abbastanza adatta per misurazioni una tantum.
Fig 5. Foto del trasformatore di isolamento
Dalla descrizione dell'avvio nel manuale ne consegue che quando viene applicata l'alimentazione, il condensatore C8 inizia a caricarsi attraverso i resistori R1 e R2 con una resistenza totale di circa 600 kohm. Per motivi di sicurezza vengono utilizzati due resistori, in modo che se uno si rompe, la corrente attraverso questo circuito non supera il valore di sicurezza.
Quindi, il condensatore di potenza si carica lentamente (questa volta è di circa 300-400 ms) e quando la tensione su di esso raggiunge 18,5 volt, inizia la procedura di avvio del convertitore. Il microcircuito inizia a generare una sequenza di impulsi al transistor chiave ad effetto di campo, che porta alla comparsa di tensione sull'avvolgimento di Na. Questa tensione viene utilizzata in due modi: per generare impulsi di feedback per controllare la corrente di uscita (circuito R5 R6 C5) e per generare la tensione di alimentazione operativa del microcircuito (circuito D2 R9). Allo stesso tempo, nel circuito di uscita si forma una corrente che porta all'accensione della lampada.
Perché la protezione funziona e in base a quale parametro?
Prima ipotesi
Intervento della protezione quando viene superata la tensione di uscita?
Per verificare questa ipotesi, ho dissaldato e testato i resistori nel circuito divisore (R5 10 kohm e R6 39 kohm). Non è possibile controllarli senza saldarli, poiché sono collegati in parallelo attraverso l'avvolgimento del trasformatore. Le condizioni si sono rivelate a posto, ma ad un certo punto il circuito ha iniziato a funzionare!
Ho controllato con un oscilloscopio le forme e le tensioni dei segnali in tutti i punti del convertitore e sono rimasto sorpreso nel vedere che erano tutti completamente certificati. Nessuna deviazione dalla norma...
Ho lasciato funzionare il circuito per un'ora: tutto era ok.
E se lo lasciassi raffreddare? Dopo 20 minuti nello stato spento non funziona.
Molto bene, a quanto pare si tratta di riscaldare qualche elemento?
Ma quale? E quali parametri degli elementi possono fluttuare via?
A questo punto ho concluso che ci fosse qualche tipo di elemento sensibile alla temperatura sulla scheda del convertitore. Il riscaldamento di questo elemento normalizza completamente il funzionamento del circuito.
Cos'è questo elemento?
Seconda ipotesi
I sospetti caddero sul trasformatore. Il problema è stato pensato come segue: il trasformatore, a causa di imprecisioni di fabbricazione (ad esempio, l'avvolgimento è sotto-avvolto di un paio di giri), funziona nella regione di saturazione e, a causa di un forte calo dell'induttanza e un forte aumento di corrente, viene attivata la protezione corrente dell'interruttore di campo. Questo è un resistore R4 R8 R19 nel circuito di drain, il cui segnale viene fornito al pin 8 (CS, apparentemente Current Sense) del microcircuito e viene utilizzato per il circuito di feedback di corrente e, quando viene superata l'impostazione di 2,4 volt, disattiva la generazione per proteggere il transistor ad effetto di campo e il trasformatore da eventuali danni. Sulla scheda in studio sono presenti due resistori R15 R16 in parallelo con una resistenza equivalente di 2,3 ohm.
Ma per quanto ne so, i parametri del trasformatore si deteriorano quando riscaldati, ad es. Il comportamento del sistema dovrebbe essere diverso: accendersi, funzionare per 5-10 minuti e spegnersi. Il trasformatore a bordo scheda è piuttosto massiccio e la sua costante termica non è inferiore a pochi minuti.
Forse, ovviamente, c'è una svolta in cortocircuito che scompare quando riscaldata?
Risaldare il trasformatore su uno funzionante garantito era impossibile in quel momento (non avevano ancora consegnato una scheda funzionante garantita), quindi ho lasciato questa opzione per dopo, quando non fossero rimaste più versioni :). Inoltre la sensazione intuitiva non lo è. Mi fido del mio intuito ingegneristico.
A questo punto, ho testato l'ipotesi sul funzionamento della protezione corrente riducendo della metà il resistore di corrente saldando lo stesso in parallelo ad esso - ciò non ha influito in alcun modo sul lampeggiamento della lampada.
Ciò significa che tutto è normale con la corrente del transistor ad effetto di campo e non c'è corrente in eccesso. Ciò era chiaramente visibile dalla forma del segnale sullo schermo dell'oscilloscopio. Il picco del segnale a dente di sega era di 1,8 volt e chiaramente non ha raggiunto il valore di 2,4 volt, al quale il microcircuito disattiva la generazione.
Anche il circuito si è rivelato insensibile alle variazioni di carico: né il collegamento della seconda testa in parallelo, né il passaggio da una testa calda a una fredda e viceversa hanno cambiato nulla.
Terza ipotesi
Ho esaminato la tensione di alimentazione del microcircuito. Durante il funzionamento in modalità normale, tutte le tensioni erano assolutamente normali. Anche in modalità lampeggiante, a quanto si può giudicare dalle forme d'onda sullo schermo dell'oscilloscopio.
Come prima, il sistema ha lampeggiato a freddo e ha iniziato a funzionare normalmente quando la gamba del trasformatore è stata riscaldata con un saldatore. Riscaldalo per 15 secondi e tutto si avvia correttamente.
Il riscaldamento del microcircuito con un saldatore non ha fatto nulla.
E il breve tempo di riscaldamento creava molta confusione... cosa poteva cambiare in 15 secondi?
Ad un certo punto, mi sono seduto e ho tagliato metodicamente e logicamente tutto ciò che era garantito che funzionasse. Una volta che la spia si accende, significa che i circuiti di avviamento funzionano.
Una volta che il riscaldamento della scheda riesce ad avviare il sistema e funziona per ore, significa che i sistemi di alimentazione funzionano correttamente.
Si raffredda e smette di funzionare: qualcosa dipende dalla temperatura...
C'è una crepa sulla scheda nel circuito di feedback? Si raffredda e si contrae, si interrompe il contatto, si riscalda, si espande e il contatto si ripristina?
Sono salito su una tavola fredda con un tester: non ci sono pause.
Cos'altro può interferire con il passaggio dalla modalità avvio alla modalità operativa?!!!
Per completa disperazione, ho saldato intuitivamente un condensatore elettrolitico da 10 uF 35 volt in parallelo per alimentare lo stesso microcircuito.
E poi è arrivata la felicità. Funziona!
La sostituzione del condensatore da 10 uF con uno da 22 uF ha risolto completamente il problema.
Eccolo, il colpevole del problema:
Figura 6. Condensatore con capacità errata
Ora il meccanismo del malfunzionamento è diventato chiaro. Il circuito ha due circuiti di alimentazione per il microcircuito. Il primo, innescandosi, carica lentamente il condensatore C8 quando vengono forniti 220 volt attraverso un resistore da 600 kΩ. Dopo essersi caricato, il microcircuito inizia a generare impulsi per l'operatore sul campo, avviando la parte di potenza del circuito. Ciò porta alla generazione di energia per il microcircuito in modalità operativa su un avvolgimento separato, che viene fornito al condensatore attraverso un diodo con un resistore. Il segnale proveniente da questo avvolgimento viene utilizzato anche per stabilizzare la corrente di uscita.
Fino a quando il sistema non raggiunge la modalità operativa, il microcircuito viene alimentato dall'energia immagazzinata nel condensatore. E ne mancava un po', letteralmente un paio o il tre per cento.
La caduta di tensione è stata sufficiente affinché il sistema di protezione del microcircuito si attivasse a causa della bassa potenza e spegnesse tutto. E il ciclo è ricominciato.
Non è stato possibile rilevare questo calo della tensione di alimentazione con un oscilloscopio: era una stima troppo approssimativa. Mi sembrava che andasse tutto bene.
Il riscaldamento della scheda ha aumentato la capacità del condensatore della percentuale mancante e l'energia era già sufficiente per un normale avvio.
È chiaro il motivo per cui solo alcuni driver si sono guastati nonostante gli elementi fossero perfettamente funzionanti. Ha avuto un ruolo una bizzarra combinazione dei seguenti fattori:
Bassa capacità di alimentazione. La tolleranza per la capacità dei condensatori elettrolitici (-20% +80%) ha giocato un ruolo positivo, cioè le capacità con un valore nominale di 10 microfarad nell'80% dei casi hanno una capacità reale di circa 18 microfarad. Nel tempo, la capacità diminuisce a causa dell'essiccazione dell'elettrolita.
Dipendenza termica positiva della capacità dei condensatori elettrolitici dalla temperatura. Aumento della temperatura nel punto di controllo dell'uscita: bastano solo un paio di gradi e la capacità è sufficiente per l'avvio normale. Se assumiamo che nel sito di controllo di uscita non fossero 20 gradi, ma 25-27, ciò si è rivelato sufficiente per superare quasi il 100% del controllo di uscita.
Il produttore del driver ha ovviamente risparmiato denaro utilizzando condensatori con un valore nominale inferiore rispetto al progetto di riferimento del manuale (qui sono indicati 22 µF), ma nuovi condensatori a temperature elevate e tenendo conto dello spread del +80% hanno consentito il lotto di driver da consegnare al cliente. Il cliente ha ricevuto driver apparentemente funzionanti, ma col tempo hanno iniziato a guastarsi per qualche motivo sconosciuto. Sarebbe interessante sapere se gli ingegneri del produttore hanno tenuto conto delle peculiarità del comportamento dei condensatori elettrolitici all'aumentare della temperatura e della dispersione naturale, o se ciò è avvenuto per caso?
