Kā izvēlēties LED spuldzes draiveri: veidi, mērķis + pievienošanas īpatnības

LED gaismekļi ir kļuvuši plaši izplatīti, kā rezultātā sākās aktīva sekundāro barošanas avotu ražošana. LED lampas draiveris spēj stabili uzturēt noteiktās strāvas vērtības ierīces izejā, stabilizējot spriegumu, kas iet caur diožu ķēdi.

Mēs pastāstīsim visu par strāvas pārveidošanas ierīces veidiem un darbības principiem diodes spuldzes darbībai. Mūsu piedāvātajā rakstā ir doti draivera izvēles kritēriji, sniegti noderīgi ieteikumi. Patstāvīgie mājas elektriķi pie mums atradīs praksē pārbaudītas pieslēguma shēmas.

Mērķis un lietošanas joma

Diožu kristāli sastāv no diviem pusvadītājiem – anoda (pluss) un katoda (mīnuss), kas atbild par elektrosignālu transformāciju. Vienam apgabalam ir P-tipa vadītspēja, otrajam – N-tipa. Pieslēdzot barošanas avotu caur šiem elementiem, plūdīs strāva.

Pateicoties šādai polaritātei, elektroni no P-tipa zonas virzās uz N-tipa zonu, un otrādi, lādiņi no N punkta virzās uz P. Tomēr katram apgabala nodalījumam ir savas robežas, ko sauc par P-N pārejām. Šajos posmos daļiņas satiekas un savstarpēji absorbējas vai rekombinējas.

Diode pieder pie pusvadītāju elementiem un tai ir tikai viena p-n pāreja. Šī iemesla dēļ galvenā īpašība, kas nosaka to spīduma spilgtuma pakāpi, ir nevis spriegums, bet strāva.

P-N pāreju laikā spriegums samazinās par noteiktu voltu skaitu, kas vienmēr ir vienāds katram ķēdes elementam. Ņemot vērā šīs vērtības, draiveris stabilizē ieplūstošās strāvas rādītājus un rada pie izejas nemainīgu lielumu.

Kāda jauda ir nepieciešama un kādi zudumu lielumi pie P-N pārejas ir norādīti LED ierīces pasē. Tāpēc, izvēloties diodes spuldzi, ir jāņem vērā barošanas bloka parametri, kuru diapazonam jābūt pietiekamam zaudētās enerģijas kompensācijai.

Lai jaudīgie gaismas diodes nostrādātu norādīto laiku raksturlielumos, nepieciešama stabilizējoša ierīce – draiveris. Uz elektroniskā mehānisma korpusa vienmēr ir norādīts tā izejas spriegums.

Barošanas bloki ar spriegumu no 10 līdz 36 V tiek izmantoti apgaismes ierīču aprīkošanai.

Tehnika var būt visdažādākajos veidos:

• automobiļu, velosipēdu, motociklu lukturi u.tml.;
• nelieli pārnēsājami vai ielu laternas;
• Gaismas diožu lineāli, lentes, griestu spuldzītes un moduļi.

Tomēr mazjaudas gaismas diodēm, kā arī pastāvīga sprieguma izmantošanas gadījumā, draiverus ir pieļaujams neizmantot. To vietā shēmā tiek ievietots rezistors, kas arī tiek barots no 220 V tīkla.

Barošanas bloka darbības princips

Noskaidrosim, kādas ir atšķirības starp sprieguma avotu un barošanas bloku. Kā piemēru apskatīsim shēmu, kas attēlota zemāk.

Pieslēdzot 12 V barošanas avotam 40 Ω rezistoru, caur to plūdīs 300 mA strāva (A attēls). Paralēli pieslēdzot ķēdei otru rezistoru, strāvas vērtība būs 600 mA (B). Tomēr spriegums paliks nemainīgs.

Neskatoties uz divu rezistoru pievienošanu barošanas avotam, otrais izejā radīs nemainīgu spriegumu, jo ideālos apstākļos tas nav pakļauts slodzei.

Tagad apskatīsim, kā mainīsies vērtības, ja shēmā rezistori tiks pievienoti barošanas blokam. Līdzīgā veidā ieviešam 40 Ω reostatu ar 300 mA draiveri. Pēdējais uz tā rada 12 V spriegumu (V shēma).

Ja ķēde sastāv no diviem rezistoriem, tad strāvas lielums ir nemainīgs, bet spriegums būs 6 V (G).

Draiveris, atšķirībā no sprieguma avota, izejā uztur noteiktos strāvas parametrus, taču sprieguma jauda var mainīties.

Izsecinot, var teikt, ka kvalitatīvs pārveidotājs piegādā slodzei nominālo strāvu pat sprieguma krituma gadījumā. Attiecīgi, diožu kristāli ar 2 V vai 3 V un 300 mA strāvu spīdēs vienādi spoži ar samazinātu spriegumu.

Pārveidotāja atšķirīgās īpašības

Viens no svarīgākajiem rādītājiem ir pārraidītā jauda zem slodzes. Ierīci nedrīkst pārslogot un mēģināt iegūt maksimāli iespējamos rezultātus.

Nepareiza izmantošana veicina ātru atteici ne tikai pārskata mehānismam, bet arī LED mikroshēmām.

Pie galvenajiem faktoriem, kas ietekmē darbību, pieder:

• sastāvdaļu elementi, ko izmanto montāžas procesā;
• aizsardzības pakāpe (IP);
• minimālās un maksimālās vērtības ieejā un izejā;
• ražotājs.

Mūsdienu pārveidotāju modeļi tiek ražoti uz mikroshēmu bāzes un izmanto platuma impulsu pārveidojumu tehnoloģiju (ŠIM).

Strāvas padeves bloka darbības laikā izejas sprieguma regulēšanai tiek izmantota platjoslas impulsu modulācijas metode, un izejā tiek saglabāts tāds pats strāvas veids kā ieejā.

Šādas ierīces izceļas ar augstu aizsardzības pakāpi pret īssavienojumiem, tīkla pārslodzēm, kā arī tām ir paaugstināta efektivitāte.

Strāvas pārveidotāja izvēles noteikumi

Lai iegādātos LED lampu pārveidotāju, jāizpēta galvenās ierīces īpašības. Jāpaļaujas uz izejas spriegumu, nominālo strāvu un jaudu.

Gaismas diožu jauda

Vispirms apskatīsim izejas spriegumu, kas ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

• sprieguma zudumu vērtība kristālu P-N pārejās;
• gaismas diožu skaits ķēdē;
• pieslēguma shēma.

Nominālās strāvas parametrus var noteikt pēc patērētāja raksturīgajām īpašībām, proti, LED elementu jaudas un to spilgtuma pakāpes.

Šis rādītājs ietekmēs kristālu patērēto strāvu, kuras diapazons mainās atkarībā no nepieciešamā spilgtuma. Pārveidotāja uzdevums ir nodrošināt šiem elementiem nepieciešamā enerģijas daudzuma piegādi.

Izejas sprieguma vērtībai jābūt lielākai vai identiskai kopējai elektroshēmas katra bloka patērētās enerģijas summai.

Ierīces jauda ir atkarīga no katra LED elementa stipruma, to krāsas un daudzuma.

Patērētās enerģijas aprēķināšanai izmanto šādu formulu:

P_H = P_LED * N,

Kur

• P_LED – elektriskā slodze, ko rada viena diode,
• N – kristālu skaits ķēdē.

Iegūtajiem rādītājiem nevajadzētu būt mazākiem par draivera jaudu. Tagad jānosaka nepieciešamā nominālvērtība.

Ierīces maksimālā jauda

Jāņem vērā arī tas, ka, lai nodrošinātu pārveidotāja stabilu darbību, tā nominālajiem rādītājiem jāpārsniedz iegūto P_H vērtību par 20-30 %.

Tādējādi formula iegūst šādu izskatu:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

kur P_max – barošanas bloka nominālā jauda.

Papildus jaudai un patērētāju skaitam uz plates, slodzes stiprums ir atkarīgs arī no patērētāja krāsu faktoriem. Pie vienādas strāvas, atkarībā no nokrāsas, tiem ir dažādi sprieguma krituma rādītāji.

LED lampas draiverim ir jāizdod tāds strāvas daudzums, kāds nepieciešams maksimālā spilgtuma nodrošināšanai. Izvēloties ierīci, pircējam jāatceras, ka jaudai jābūt lielākai par visu gaismas diožu patērēto jaudu.

Ņemsim par piemēru Amerikas uzņēmuma Cree sarkanās krāsas gaismas diodes no XP-E sērijas.

To raksturlielumi ir šādi:

• sprieguma kritums 1,9-2,4 V;
• strāva 350 mA;
• vidējā patērētā jauda 750 mW.

Zaļās krāsas analogs pie tās pašas strāvas būs ar pavisam citiem rādītājiem: zudumi uz P-N pārejām 3,3–3,9 V, bet jauda 1,25 W.

Attiecīgi var izdarīt secinājumus: draiveris, kas paredzēts 10 W, tiek izmantots, lai barotu divpadsmit sarkanos kristālus vai astoņus zaļos.

Gaismas diožu pieslēguma shēma

Draivera izvēle jāveic pēc LED patērētāju pieslēguma shēmas noteikšanas. Ja vispirms iegādājas gaismas diodes un pēc tam pielāgo tām pārveidotāju, šo procesu pavadīs daudz grūtību.

Lai atrastu ierīci, kas nodrošina tieši šāda daudzuma patērētāju darbību noteiktā pieslēguma shēmā, būs jāpavada diezgan daudz laika.

Sniegsim piemēru ar sešiem patērētājiem. To sprieguma zudumi ir 3 V, patērētā strāva 300 mA. To pieslēgšanai var izmantot vienu no metodēm, turklāt katrā atsevišķā gadījumā nepieciešamie barošanas bloka parametri atšķirsies.

Diožu secīgā izvietojuma trūkums ir nepieciešamība pēc barošanas bloka ar lielu spriegumu, ja ķēdē ir daudz kristālu.

Mūsu gadījumā, izmantojot virknes pieslēgumu, nepieciešams bloks uz 18 V ar strāvu 300 mA. Šīs metodes galvenā priekšrocība ir tā, ka caur visu līniju plūst vienāds spēks, līdz ar to visas diodes spīd ar identisku spilgtumu.

Paralēlā patērētāju izvietojuma mīnuss ir katras ķēdes spīduma spilgtuma atšķirība. Šāda negatīva parādība rodas diožu parametru izkliedes dēļ, kas izriet no strāvas atšķirībām, kas plūst pa katru līniju.

Ja izmantots paralēlais izvietojums – pietiek izmantot pārveidotāju uz 9 V, tomēr patērētās strāvas vērtība būs dubultota, salīdzinot ar iepriekšējo metodi.

Divu diožu virknes izvietojuma metodi nevar pielietot, aizstājot grupā ietilpstošo kristālu skaitu – 3 un vairāk. Šādi ierobežojumi ir saistīti ar to, ka caur vienu elementu var plūst pārāk liela strāva, un tas rada visas ķēdes bojājuma iespējamību.

Ja tiek izmantota virknes metode, veidojot pārus pa diviem gaismas diodēm, tiek izmantots draiveris ar analogiem rādītājiem, tāpat kā iepriekšējā gadījumā. Turklāt apgaismojuma spilgtums būs vienmērīgs.

Tomēr arī šeit neiztikām bez negatīvām niansēm: pievadot barošanu grupai, raksturlielumu izkliedes dēļ viens no gaismas diodēm var atvērties ātrāk nekā otrs, attiecīgi caur to plūdīs strāva, kas divkārši pārsniedz nominālo vērtību.

Daudzi veidi mājas apgaismojuma LED spuldžu ir paredzēti šādiem īslaicīgiem lēcieniem, taču šī metode ir mazāk pieprasīta.

Draiveru veidi pēc ierīces tipa

Ierīces, kas pārveido 220 V barošanu nepieciešamajos rādītājos LED gaismekļiem, nosacīti tiek iedalītas trīs kategorijās: elektroniskās; uz kondensatoru bāzes; dimmējamās.

Apgaismes tehnikas piederumu tirgū ir plaša dažādība galvenokārt Ķīnas ražotāju draiveru modeļu. Un neskatoties uz zemo cenu diapazonu, no šīm ierīcēm var izvēlēties pilnīgi cienīgu variantu. Tomēr ir vērts pievērst uzmanību garantijas talonam, jo ne visiem piedāvātajiem produktiem ir pieņemama kvalitāte.

Ierīces elektroniskais veids

Ideālā variantā elektroniskajam pārveidotājam jābūt aprīkotam ar tranzistoru. Tā loma ir nodrošināt regulēšanas mikroshēmas atslogošanu. Lai izslēgtu vai maksimāli izlīdzinātu pulsāciju, izejā tiek uzstādīts kondensators.

Šāda tipa ierīce pieder pie dārgās kategorijas, tomēr tā spēj stabilizēt strāvu līdz 750 mA, uz ko balasta mehānismi nespēj.

Jaunākie draiveri galvenokārt tiek uzstādīti uz spuldzēm ar E27 ligzdu. Izņēmums no noteikumiem ir Gauss GU5,3 izstrādājumi. Tie ir aprīkoti ar beztransformatora pārveidotāju. Tomēr pulsācijas pakāpe tajos sasniedz vairākus simtus Hz.

Pulsācija nav vienīgais pārveidotāju trūkums. Otru var nosaukt elektromagnētiskos traucējumus augstfrekvences (AF) diapazonā. Tā, ja rozetē, kas saistīta ar gaismekli, tiks pieslēgtas citas elektroierīces, piemēram, radio — var sagaidīt traucējumus digitālo FM frekvenču, televīzijas, maršrutētāja u. tml. uztveršanā.

Kvalitatīvas ierīces opciju blokā jābūt diviem kondensatoriem: viens – elektrolītiskais pulsāciju izlīdzināšanai, otrs – keramiskais, AF samazināšanai. Tomēr šādu kombināciju var sastapt reti, īpaši runājot par Ķīnas izstrādājumiem.

Tie, kam ir vispārējs priekšstats par šādām elektroshemām, var patstāvīgi izvēlēties elektroniskā pārveidotāja izejas parametrus, mainot rezistoru nominālvērtību.

Pateicoties augstajai efektivitātei (līdz 95%), šādi mehānismi ir piemēroti jaudīgām ierīcēm, ko izmanto dažādās jomās, piemēram, automašīnu tūningā, āra apgaismes ierīcēs, kā arī sadzīves LED avotos.

Barošanas bloks uz kondensatoru bāzes

Tagad pāriesim pie ne tik populārām ierīcēm – uz kondensatoru bāzes. Gandrīz visām lēto paraugu LED spuldžu shēmām, kurās izmantoti šāda tipa draiveri, ir līdzīgas īpašības.

Tomēr ražotāja veikto modifikāciju dēļ tās tiek mainītas, piemēram, tiek noņemts kāds ķēdes elements. Īpaši bieži šī detaļa ir viens no kondensatoriem – izlīdzināšanas kondensators.

Sakarā ar nekontrolētu tirgus piepildīšanu ar lētām un zemas kvalitātes precēm lietotāji var "sajust" lampās simtprocentīgu pulsāciju. Pat neiedzilinoties to uzbūvē, var apgalvot, ka no shēmas ir noņemts izlīdzināšanas elements.

Šādiem mehānismiem ir tikai divas priekšrocības: tie ir pieejami pašmontāžai, un to lietderības koeficients ir gandrīz simtprocentīgs, jo zudumi rodas tikai p-n pārejās un pretestībās.

Tikpat daudz ir arī trūkumu: zema elektrodrošība un augsta pulsācijas pakāpe. Otrs trūkums ir aptuveni 100 Hz un rodas maiņsprieguma iztaisnošanas rezultātā. GOST ir noteikta pieļaujamās pulsācijas norma 10–20 % atkarībā no telpas mērķa, kurā ir uzstādīta apgaismes ierīce.

Vienīgais veids, kā mazināt šo trūkumu, ir izvēlēties kondensatoru ar pareizu nominālu. Tomēr nevajag cerēt uz pilnīgu problēmas novēršanu – šāds risinājums var tikai mazināt svārstību intensitāti.

Dimējami strāvas pārveidotāji

Vadītāji-gaišuma regulētāji dimmējamām LED spuldzēm ļauj mainīt ieejas un izejas strāvas rādītājus, vienlaikus samazinot vai palielinot diodu izstarotās gaismas spilgtuma pakāpi.

Pastāv divas pieslēgšanas metodes:

• pirmā paredz vienmērīgu iedarbināšanu;
• otrā – impulsa.

Apskatiet dimmējamo vadītāju darbības principu, kas balstīts uz CPC9909 mikroshēmu, kuru izmanto kā reglējošu ierīci LED ķēdēm, tostarp arī augsta spilgtuma ķēdēm.

CPC9909 standarta ieslēgšanas shēma ar 220 V barošanu. Saskaņā ar shēmas norādījumiem ir iespēja vadīt vienu vai vairākus jaudīgus patērētājus.

Vienmērīgas iedarbināšanas gadījumā mikroshēma ar vadītāju nodrošina pakāpenisku diožu ieslēgšanos ar pieaugošu spilgtumu. Šim procesam tiek izmantoti divi rezistori, kas pievienoti LD izejai, kas paredzēta vienmērīgai dimmēšanai. Tiek īstenots svarīgs uzdevums – LED elementu kalpošanas laika pagarināšana.

Šī pati izeja nodrošina arī analogo regulēšanu — 2,2 kΩ rezistoru nomaina ar jaudīgāku mainīgu analogu — 5,1 kΩ. Tādā veidā tiek panākta vienmērīga potenciāla maiņa izejā.

Otrās metodes izmantošana paredz taisnstūra impulsu padevi uz zemfrekvences PWMD izeju. Šajā gadījumā tiek izmantots vai nu mikrokontrolieris, vai impulsu ģenerators, kuri obligāti tiek atdalīti ar optronu.

Ar korpusu vai bez tā?

Vadītāji tiek ražoti ar korpusu vai bez tā. Pirmais variants ir visizplatītākais un dārgākais. Šādas ierīces ir aizsargātas pret mitruma un putekļu daļiņu iekļūšanu.

Otrā tipa ierīces tiek izmantotas slēptai montāžai un attiecīgi izceļas ar lētumu.

Visu uzrādīto ierīču barošana var būt no 12 V vai 220 V tīkla. Neskatoties uz to, ka bezkorpusa modeļi ir lētāki, tie būtiski atpaliek drošības un mehānisma uzticamības ziņā.

Katrs no tiem atšķiras ar pieļaujamo temperatūru ekspluatācijas laikā – tas arī jāņem vērā, izvēloties.

Klasiskā draivera shēma

Lai patstāvīgi saliktu LED barošanas bloku, apskatīsimies vienkāršāko impulsa tipa ierīci, kurai nav galvaniskās atdalīšanas. Šāda veida shēmu galvenā priekšrocība ir vienkārša pieslēgšana un uzticama darbība.

Pārveidotāja shēma 220 V ir attēlota kā impulsa barošanas bloks. Montāžas laikā jāievēro visi elektrodrošības noteikumi, jo šeit nav strāvas atdeves ierobežojumu.

Šāda mehānisma shēma sastāv no trim galvenajiem kaskādes posmiem:

1. Sprieguma dalītājs uz kapacitatīvās pretestības.
2. Taisngriezis.
3. Sprieguma stabilizatori.

Pirmais posms – pretestība, ko maiņstrāvai rada kondensators C1 kopā ar rezistoru. Pēdējais ir nepieciešams tikai inerta elementa pašuzlādes nodrošināšanai. Tas neietekmē shēmas darbību.

Rezistora nominālā vērtība var būt diapazonā no 100 kΩ līdz 1 MΩ, ar jaudu 0,5-1 W. Kondensatoram jābūt elektrolītiskam, un tā efektīvā amplitūdas sprieguma vērtība ir 400-500 V.

Kad izveidotais sprieguma pusvilnis iet caur kondensatoru, strāva plūst, līdz plāksnes pilnībā uzlādējas. Jo mazāka mehānisma kapacitāte, jo mazāk laika tiks patērēts tā pilnīgai uzlādei.

Piemēram, ierīce ar kapacitāti 0,3-0,4 μF uzlādējas 1/10 no pusviļņa perioda, t.i., tikai desmitā daļa no caurplūstošā sprieguma izies caur šo posmu.

Taisnošanas process šajā posmā tiek veikts pēc Greca shēmas. Diožu tilts tiek izvēlēts, balstoties uz nominālo strāvu un pretējo spriegumu. Turklāt pēdējā vērtība nedrīkst būt mazāka par 600 V.

Otrais kaskāde ir elektriskā ierīce, kas pārveido (taisno) maiņstrāvu pulsējošā strāvā. Šādu procesu sauc par divpusviļņu. Tā kā viena pusviļņa daļa ir izlīdzināta ar kondensatoru, šī posma izejā līdzstrāva būs 20-25 V.

Tā kā gaismas diožu barošana nedrīkst pārsniegt 12 V, shēmā jāizmanto stabilizējošs elements. Šim nolūkam tiek ieviests kapacitatīvais filtrs. Piemēram, var izmantot modeli L7812.

Trešā kaskāde darbojas uz izlīdzinošā stabilizējošā filtra – elektrolītiskā kondensatora – pamata. Tā kapacitātes parametru izvēle ir atkarīga no slodzes stipruma.

Tā kā samontētā shēma sāk darboties uzreiz, nedrīkst pieskarties atkailinātiem vadiem, jo vadītā strāva sasniedz desmitiem ampēru – iepriekš jāveic līniju izolācija.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Visas grūtības, ar kurām var saskarties radioamatieris, izvēloties pārveidotāju jaudīgām LED lampām, ir detalizēti aprakstītas videostāstā:

Galvenās īpatnības, pašam pievienojot pārveidošanas ierīci elektriskajā shēmā:

Soli pa solim instrukcija, kas apraksta gaismas diodes draivera pašrocīgas salikšanas procesu no pieejamajiem līdzekļiem:

Neraugoties uz ražotāja deklarētajiem desmitiem tūkstošu nepārtrauktas darbības stundām gaismas diožu lampām, pastāv daudzi faktori, kas būtiski samazina šos rādītājus.

Lai izlīdzinātu visus strāvas lēcienus elektrosistēmā, ir paredzēti draiveri. To izvēlei vai pašrocīgai salikšanai jāpieiet atbildīgi pēc visu nepieciešamo parametru aprēķināšanas.

Pastāstiet, kā izvēlējāties draiveri gaismas diodes spuldzes darbībai. Dalieties ar saviem argumentiem un sprieguma piegādes stabilizācijas veidiem diodes apgaismojuma ierīcei. Atstājiet komentārus zemāk esošajā blokā, uzdodiet jautājumus, ievietojiet fotogrāfijas par raksta tēmu.