Светодиодная лампа своими руками: схема, нюансы конструкции, самостоятельная сборка

Разборка светодиодной лампы

Обычным канцелярским ножом с узким лезвием очень аккуратно подрезаем клей, крепящий стеклянный плафон лампы к пластиковому корпусу. Плафон не придавливаем, он очень хрупкий и легко ломается. После подрезания клея плафон легко снимается.

Весь клей, а его там не мало, с обеих частей разобранной светодиодной лампы лучше удалить. Он нам не понадобится.

Что мы видим. На тонкой плате установлено шесть светодиодов, хотя возможна установка еще трех. Очевидно, что мы имеем дело с уже классическим подключением светодиодов к драйверу, такое же применяется в светодиодных лентах, по три последовательных светодиода. То есть, в данную лампу возможно установить всего 9 светодиодов, три группы по три светодиода в каждой. Это снизит нагрузку на светодиоды и продлит срок службы светодиодной лампы.

Плата прижата саморезами к пластиковому корпусу, в котором имеются вентиляционные отверстия, через алюминиевый радиатор.

Отпаиваем провода от платы и разбираем этот слоеный пирог. Термопаста между платой и радиатором отсутствует. Вопрос нужна ли она там риторический.

Под радиатором обнаруживаем плату драйвера

Обратите внимание на обесцвечивание красного плюсового провода. Это явно вызвано повышенной температурой. Соблюдайте правила электробезопасности!

Соблюдайте правила электробезопасности!

Характеристики устройства, на которые нужно обратить внимание

Подбирая ЛЕД-драйвер для светодиодных светильников необходимо обязательно учитывать тот основных параметра, а именно: ток, выходное напряжение и мощность, потребляемая подключаемой нагрузкой.

Выходное напряжение токового стабилизатора зависит от следующих факторов:

• количество LED-элементов;
• падение напряжения на СИД;
• способ подключения.

Ток на выходе устройства обусловлен мощностью и яркостью светодиодов. Мощность нагрузки оказывает влияние на потребляемый ею ток в зависимости от требуемой интенсивности свечения. Именно стабилизатор обеспечивает светодиодам ток необходимой величины.

Хорошо, когда на корпусе написаны все параметры на которые нужно обращать внимание

Мощность светодиодного светильника зависит непосредственно от:

• мощности каждого LED-элемента;
• общего количества светодиодов;
• цвета.

Потребляемую нагрузкой мощность можно рассчитать по следующей формуле:

PН = PLED × N,  где

• PН – общая мощность нагрузки;
• PLED – мощность отдельного светодиода;
• N – количество светодиодных элементов, подключаемых в нагрузку .

Максимальная мощность токового стабилизатора не должна быть меньше PН. Для нормальной работоспособности LED-драйвера рекомендуется обеспечить запас мощности минимум на 20÷30%.

Цвет светодиодного элемента также играет большую роль

Помимо мощности и количества СИД, мощность нагрузки, подключаемой к драйверу, зависит и от цвета светодиодных элементов. Дело в том, что светодиоды разного цвета обладают разной величиной падения напряжения при одинаковом значении тока. Так, например, у светодиода CREE XP-E красного цвета падение напряжения при токе в 350 мА составляет 1,9÷2,4 В, и средняя мощность потребления будет порядка 750 мВт. У зеленого светодиодного элемента при том же токе падение напряжения будет 3,3÷3,9 В, а средняя мощность составит уже почти 1,25 Вт. Соответственно стабилизатором тока рассчитанным на мощность 10 Вт можно запитывать 12÷13 СИД красного цвета или 7-8 зеленых светодиодов.

Устройство светодиодной лампы

Модели диодной лампы начали заменять стандартные. Стоят они дорого, но их технические параметры значительно превосходят устаревающие модели. Для понимания, как они работают, необходимо знать устройство светодиодной лампы.

Оно состоит из 5 элементов, которые соединены в одном корпусе:

• Цоколь – элемент, вкручиваемый в патрон люстры или другого светильника. Выпускают для:
  • бытового применения винтовой типа Е27 и Е14, изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием;
  • других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
• Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение и изменяет переменный ток в постоянный. Так же он обеспечивает питание светодиода. Состоит из 3 частей:
  • микросхем;
  • импульсного трансформатора;
  • конденсаторов.

• Радиатор – элемент, который отводит тепло и обеспечивает для светодиодов оптимальный температурный режим для работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса.
• Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
• Светодиоды – главный рабочий элемент лампы, за счет него появляется свечение. Существует 4 основных технологии сборки чипа:
  • SMD-технология — самая распространенная в быту. Кристалл размещается на поверхности светового прибора;
  • DIP — световой элемент состоит из 1 мощного кристалла, сверху на который прикреплена линза;
  • Пиранья — любимчики автомобильной промышленности,присутствует 4 контакта;
  • COB-технология — продвинутая схема подключения светодиодных кристаллов, самый защищенный от перегрева и окисления вариант.

Типы светодиодов

За счёт различных подходов к сборке полупроводниковых чипов удалось создать следующие разновидности светодиодных излучателей:

• DIP – светодиодные лампы, изготавливаемые на основе кристалла с размещённой сверху линзой и двумя подводящими проводниками. Этот вариант наиболее распространён на практике и используется для организации подсветки в различных световых устройствах;
• Так называемая «Пиранья», частично напоминающая предыдущую конструкцию, но имеющая четыре вывода. Увеличение числа контактов повышает её надёжность и способствует улучшению отвода тепла (смотрите рисунок ниже);

Лампа типа «Пиранья»

• SMD-светодиодные излучатели могут размещаться на плоских поверхностях, за счет чего удается уменьшить габариты светильника, а также улучшить теплоотводящие свойства. Они выпускаются в самых различных исполнениях и применяются в современных источниках светового излучения;
• Изделия, изготавливаемые по СОВ технологиям, согласно которым чип впаивается непосредственно в плату. За счет такого устройства полупроводниковый лед переход надёжно защищается от окисления и перегрева. Одновременно с этим существенно повышается интенсивность диодного свечения.

Обратите внимание! Особенность перечисленных выше исполнений состоит в том, что в случае перегорания светодиода его придётся менять полностью, поскольку отремонтировать эти изделия путём замены отдельного чипа невозможно. Ещё один недостаток таких светодиодов – их маленький размер, что вынуждает собирать их в группы по несколько штук. Кроме того, встроенный в них кристалл постепенно стареет, вследствие чего яркость лед излучателя со временем снижается

Далее будет рассмотрено устройство светодиодной лампы на 220в

Кроме того, встроенный в них кристалл постепенно стареет, вследствие чего яркость лед излучателя со временем снижается. Далее будет рассмотрено устройство светодиодной лампы на 220в

Ещё один недостаток таких светодиодов – их маленький размер, что вынуждает собирать их в группы по несколько штук. Кроме того, встроенный в них кристалл постепенно стареет, вследствие чего яркость лед излучателя со временем снижается. Далее будет рассмотрено устройство светодиодной лампы на 220в.

AL9910

Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).

Вот ее основные характеристики:

• входное напряжение — до 500В (до 277В для переменки);
• встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
• возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
• встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
• рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
• для работы необходим внешний полевой транзистор;
• выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.

Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.

Микросхема выпускается в двух модификациях: AL9910 и AL9910a. Отличаются минимальным напряжением запуска (15 и 20В соответственно) и выходным напряжением внутреннего стабилизатора ((7.5 или 10В соответственно). Еще у AL9910a немного выше потребление в спящем режиме.

Стоимость микросхем — около 60 руб/шт.

Типовая схема включения (без диммирования) выглядит так:

Здесь светодиоды всегда горят на полную мощность, которая задается значением резистора R_sense:

R_sense = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED)

Для регулировки яркости 7-ую ногу отрывают от Vdd и вешают на потенциометр, выдающий от 45 до 250 мВ. Также яркость можно регулировать, подавая ШИМ-сигнал на вывод PWM_D. Если этот вывод посадить на землю, микросхема отключается, выходной транзистор полностью закрывается, потребляемый схемой ток падает до ~0.5мА.

Частота генерации должна лежать в диапазоне от 25 до 300 кГц и, как уже было сказано ранее, она определяется резистором R_osc. Зависимость можно выразить следующим уравнением:

f_osc = 25 / (R_osc + 22), где R_osc — сопротивление в килоомах (обычно от 75 до 1000 кОм).

Резистор включается между 8-ой ногой микросхемы и «землей» (или выводом GATE).

Индуктивность дросселя рассчитывается по страшной на первый взгляд формуле:

L ≥ (V_IN — V_LEDs)⋅V_LEDs / (0.3⋅V_IN⋅f_osc⋅I_LED)

Пример расчета

Для примера давайте рассчитаем параметры элементов обвязки микросхемы для двух последовательно включенных светодиода Cree XML-T6 и минимального напряжения питания (15 вольт).

Итак, допустим, мы хотим, чтобы микросхема работала на частоте 240 кГц (0.24 МГц). Значение резистора R_osc должно быть:

Rosc = 25/fosc — 22 = 25/0.24 — 22 = 82 кОм

Идем дальше. Номинальный ток светодиодов — 3А, рабочее напряжение — 3.3В. Следовательно, на двух последовательно включенных светодиодах упадет 6.6В. Имея эти исходные данные, можем рассчитать индуктивность:

L ≥ (V_IN — V_LEDs)⋅V_LEDs / (0.3⋅V_IN⋅f_osc⋅I_LED) = (15-6.6)⋅6.6 / (0.3⋅15⋅240000⋅3) = 17 мкГн

Т.е. больше или равно 17 мкГн. Возьмем распространенную фабричную индуктивность на 47 мкГн.

Осталось рассчитать R_sense:

R_sense = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED) = 0.25 / (3 + 0.15⋅3) = 0.072 Ом

В качестве мощного выходного MOSFET’а возьмем какой-нибудь подходящий по характеристикам, например, всем известный N-канальник 50N06 (60В, 50А, 120Вт).

И вот, собственно, какая схема у нас получилась:

Не смотря на указанный в даташите минимум в 15 вольт, схема прекрасно запускается и от 12, так что ее можно использовать в качестве мощного автомобильного прожектора. На самом деле, приведенная схема — это реальная схема драйвера светодиодного прожектора 20 ватт YF-053CREE, которая была получена методом реверс-инжиниринга.

Рассмотренные нами микросхемы драйверов светодиодов PT4115, CL6808, CL6807, SN3350, AL9910, QX5241 и ZXLD1350 позволяют быстро собрать драйвер для мощных светодиодов своими руками и широко применяются в современных LED-светильниках и лампах.

В статье были использованы следующие радиодетали:

Светодиоды
Cree XM-L T6 (10Вт, 3А)		135 руб/шт.
Cree XM-L2 T6 (10Вт, 3А, медь)		360 руб/шт.
Транзисторы
40N06		11 руб/шт.
IRF7413		14 руб/шт.
IPD090N03L		14 руб/шт.
IRF7201		17 руб/шт.
50N06		12 руб/шт.
Диоды Шоттки
STPS2H100A (2А, 100В)		15 руб/шт.
SS34 (3А, 40В)		90 коп/шт.
SS56 (5А, 60В)		3.5 руб/шт.

Параметры драйверов

Прежде чем приобрести устройство или самостоятельно его изготовить, нужно ознакомиться с тем, какие у него имеются основные характеристики:

1. Номинальный ток потребления.
2. Мощность.
3. Выходное напряжение.

Напряжение на выходе преобразователя напрямую зависит от того, какой выбран способ подключения источника света, числа светодиодов. Ток имеет прямую зависимость от яркости и мощности элементов.

Преобразователь должен обеспечивать ток, при котором светодиоды будут работать с одинаковой яркостью. На PT4115 схема драйвера светодиодов реализуется довольно просто – это самый распространенный преобразователь напряжения для использования с LED-элементами. Изготовить прибор на его основе можно буквально «на коленке».

Замена светодиодов

Главный недостаток SMD элементов – возникновение некоторых проблем с ремонтом оборудования, имеющего их в своем составе. Демонтировать такие элементы, особенно многовыводные, бывает весьма проблематично. Но если прибор двухвыводный, то выпаять его можно при помощи паяльной станции, и тогда ремонт серьезно упрощается. Возьми двойной паяльник, который идет в составе паяльной станции, разогрей одновременно оба вывода диода и этим же паяльником, как пинцетом, сними элемент с платы.

Если в твоей паяльной станции только один паяльник (что бывает чаще всего), то есть еще один вариант. Можно использовать идущий в составе паяльной станции фен. Обдувай неисправный диод феном и одновременно пытайся сдвинуть его с места иголкой или тонким пинцетом. Как только припой расплавится, светодиод легко снимется с платы.

Для ремонта светодиодных ламп вместо паяльного фена можно использовать технический, но диаметр его сопла должен быть минимальным. В противном случае ты будешь греть алюминиевую подложку и либо вообще ничего не выпаяешь (мощности фена не хватит), либо у тебя послетают со своих мест все светодиоды лампы, либо поотваливаются токопроводящие дорожки. В таком случае ремонт серьезно усложнится, если вообще будет возможен.

Как заменить в лампе светодиоды, если нет фена или паяльной станции

Конечно, далеко не у всех для подобного ремонта есть паяльная станция (у меня, к примеру, дома ее нет). В таком случае для ремонта можно воспользоваться обычным паяльником, немного доработав его жало. Просто накрути медный обмоточный провод диаметром 1-2 мм на жало, а концы провода заточи и залуди. Чем не паяльная станция для ремонта и замены SMD деталей?

Демонтаж SMD светодиода с помощью обычного паяльника

Осталось заменить светодиод, и ремонт можно закончить. Сделать это можно паяльником с тонким жалом или обычным, но доработанным для выпайки (см. фото выше). Перед пайкой удали с контактных площадок лишний припой и нанеси на них флюс. Теперь прикладывай новый светодиод на место, соблюдая полярность, удерживай тонким пинцетом и паяй. Имей в виду, что впаянный светодиод должен быть точно того же типа, что и сгоревший. Иначе такого ремонта ненадолго хватит.

Ночник с пониженной яркостью на светодиодной лампочке

Третья доработка заключается в том, чтобы сделать дополнительную функцию – ночник. У меня такая лампа установлена в темном коридоре и это удобно, ночью света достаточно чтобы пройти.

Ночник на переделанной LED лампе

Тут нужно доработать драйвер, убрать резистор который есть на плате драйвера, он нужен в схеме для разрядки выходного фильтрующего конденсатора и допаять резистор 150 кОм мощностью 1 Вт параллельно выводам микросхемы.

Схема доработки светодиодной лампочки для работы в режиме ночника

Еще нужно установить в выключатель резистор 68 кОм и мощностью 1 Вт параллельно контактам выключателя, но стоит помнить, что теперь патрон лампочки будет находиться под напряжением.

Резистор на контактах выключателя для переделки схемы LED лампочки

Работает схема так : Образуется делитель напряжения, один из резисторов делителя в выключателе, а второй в лампе. Питание приходит на лампу но с меньшим напряжением благодаря делителю. Для запуска драйвера напряжения недостаточно, ток идет по цепи через резисторы делителя и светодиоды, лампа светится с малой яркостью, которая будет зависеть от сопротивления резисторов.

В некоторых драйверах (не во всех, стоит попробовать в начале без подстроечника) придется поставить подстроечный резистор 100 кОм параллельно керамическому конденсатору фильтра питания микросхемы, чтобы настроить напряжение питания и избежать эффекта мигания лампы в режиме ночника, когда микросхема драйвера пытается стартовать.

Резистор подстроечный для переделки схемы LED лампочки

Подстроечным резистором нужно добиться, чтобы микросхема не стартовала в режиме ночника, а в штатном режиме работала как положено. Мощность потребления ночника с приведенными номиналами резисторов 0,42 вт. Когда выключатель включен, лампа работает как обычно, но мощность лампы становиться выше, чем была раньше, ровно на ту мощность, которая будет рассеиваться на резисторе, припаянном на выводы микросхемы драйвера.

Правила подбора

Для обеспечения стабильности работы светодиодного
светильника необходимо правильно подобрать драйвер. Делать это лучше всего на
этапе планирования системы подсветки. При этом нужно учесть:

1. Сколько и каких лед-элементов будет соединено.
2. Какая схема подключения лежит в основе – параллельная, последовательная или последовательно по два.
3. Суммарные характеристики монтируемых led-узлов (мощность, напряжение, сила тока).

Поэтому сначала нужно купить драйвер, а затем к нему
подбирать светодиодные светильники. В противном случае на практике достаточно
проблематично к уже имеющейся системе освещения подобрать преобразователь с
заданными параметрами. Исключение могут составлять готовые в сборке заводские
приборы подсветки, например, лампы Армстронг. Для них выпускаются специальные
стабилизаторы с определенным набором характеристик.

Оптимальным подключением светодиодных элементов является последовательный способ. Независимо от расстояния в цепочке все лед-кристаллы в светильнике будут светить равномерно, так как сила тока в любой точке схемы одинакова. Однако, чем больше количество led-кристаллов, тем выше должен быть номинал напряжения у драйвера.

Индикатор для микросхем – логический пробник

Научившись создавать простейший пробник электрика своими руками, на основе LED также можно сделать простой логический пробник, который поможет отыскать неисправности в цифровых устройствах.

Логические пробники появились на заре вычислительной техники. При помощи них специалисты анализировали логические уровни на входах и выходах цифровых микросхем. Высокому уровню (напряжению) на выходе логического элемента присваивается значение логической «единицы», а низкому уровню – логического «нуля». Сопоставляя уровни на входе и выходе цифровой микросхемы, можно судить о ее исправности.

Микросхема CPC9909

Микросхема CPC9909 (рис. 4) работает по схеме частотно-импульсной модуляции (PFM) с постоянным контролем пикового тока.

Рис. 4. Устройство микросхемы CPC9909

Схема регулирования является стабильной, позволяющей работать с коэффициентом заполнения импульса D (величина, обратная скважности) более 50% без характерных в таком случае нестабильности и высших гармоник. Драйвер на CPC9909 стабилизирует ток в светодиодах, сравнивая с опорным напряжением падение на токовом шунте — резистивном датчике тока, подключенном ко входу CS микросхемы

Источником опорного напряжения служит встроенный в CPC9909 источник калиброванного напряжения 250 мВ

Драйвер на CPC9909 стабилизирует ток в светодиодах, сравнивая с опорным напряжением падение на токовом шунте — резистивном датчике тока, подключенном ко входу CS микросхемы. Источником опорного напряжения служит встроенный в CPC9909 источник калиброванного напряжения 250 мВ.

При необходимости на вход LD микросхемы может быть подано другое (меньшее) опорное напряжение для организации аналогового диммирования либо для реализации функции мягкого включения (рис. 5). Мягкое включение (soft-start) — постепенное нарастание тока на светодиодах при включении светильника с целью дополнительного продления ресурса светодиодов.

Рис. 5. Реализация мягкого включения в драйвере на базе микросхемы CPC9909

Данная функция особо рекомендуется для мощных светильников, отличающихся высоким тепловыделением. В случае отсутствия необходимости в мягком включении вход LD микросхемы следует подключить к выходу V_DD. Для упрощения рассмотрения далее считаем, что мягкое включение не требуется (но при необходимости легко может быть добавлено).

В рассматриваемой схеме ток через светодиоды имеет пилообразный характер (рис. 6), изменяясь в диапазоне от I_{LED_min} до I_{LED_max} по периодическому закону. Данный характер тока — следствие работы микросхемы CPC9909 по стабилизации тока через светодиоды.

Рис. 6. Стадии работы драйвера на базе CPC9909

При первом включении ток в цепи измерительного резистора равен нулю, что приводит к открытию транзистора. Открытие транзистора означает начало периода on-time.

В течение периода on-time ток на выходе драйвера нарастает с динамикой, ограниченной индуктивностью L, при этом в L запасается энергия (рис. 7). В момент достижения током заранее заданной пороговой величины I_{LED_max} транзистор закрывается, ток через светодиоды начинает спадать — наступает период off-time.

Рис. 7. Токопротекание во время периода on-time

В течение периода off-time светодиоды питаются энергией, ранее накопленной в индуктивности L. Энергия постепенно тратится, ток плавно спадает. Интенсивность спада тока определяется величиной индуктивности.

В конце периода off-time (рис. 8), длительность которого задана заранее, микросхема открывает транзистор, начинается следующий период on-time. В этот период индуктивность L восстанавливает израсходованную энергию, а ток возрастает до пороговой величины I_{LED_max}. Процесс носит периодический характер.

Рис. 8. Токопротекание во время периода off-time

Основные параметры работы драйвера на CPC9909 (величина I_{LED_max} и длительность периода off-time) задаются двумя резисторами — времязадающим и измерительным. Рекомендации по выбору их номиналов рассмотрены ниже.

Принцип работы драйвера

Под принципом работы LED-драйвера понимается поддержание стабильного выходного тока при колебаниях уровня выходного напряжения. Сравним обычный блок питания и лед драйвер для светодиодных светильников.

При подключении к блоку питания с выходом на 12 В одной лампы 12 В/5 Вт, выходной ток будет равен 0,42 А. Если добавить еще одну лампу, то ток увеличится в два раза, а напряжение не изменится. Иная ситуация при работе драйвера. К примеру, имеем устройство с характеристиками: ток 300 мА, мощность 3 Вт. К такому преобразователю можно подключить несколько светодиодов с суммарным падением напряжения не более 10 вольт. В зависимости от количества светодиодов напряжение будет изменяться в некоторых пределах, но величина тока останется неизменной.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Самый бюджетный вариант можно собирать своими руками из вот таких светодиодов. Десяток таких малюток стоит меньше доллара, а по яркости соответствует лампе накаливания на 75Вт. Собрать всё воедино не проблема, вот только напрямую в сеть их не подключишь — сгорят. Сердцем любой светодиодной лампы является драйвер питания. От него зависит, насколько долго и хорошо будет светить лампочка.

Что бы собрать светодиодную лампу своими руками на 220 вольт, разберёмся в схеме драйвера питания.

Параметры сети значительно превышают потребности светодиода. Что бы светодиод смог работать от сети требуется уменьшить амплитуду напряжения, силу тока и преобразовать переменное напряжение сети в постоянное.

Для этих целей используют делитель напряжения с резисторной либо ёмкостной нагрузкой и стабилизаторы.

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 воль т

Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.

В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 воль т в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:

• Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
• Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
• I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.

В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 воль там. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 воль т. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.

Расчет подключения светодиода к сети 220В осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В. Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора – 30 кОм.

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.

Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду. Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света. Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.

Простая схема драйвера для светодиодной лампы на 220 вольт для сборки своими руками

Неотъемлемой частью любой качественной лампы или светильника на светодиодах является драйвер. Применительно к освещению, под понятием «драйвер» следует понимать электронную схему, которая преобразует входное напряжение в стабилизированный ток заданной величины. Функциональность драйвера определяется шириной диапазона входных напряжений, возможностью регулировки выходных параметров, восприимчивостью к перепадам в питающей сети и эффективностью.

От перечисленных функций зависят качественные показатели светильника или лампы в целом, срок службы и стоимость. Все источники питания (ИП) для светодиодов условно разделяют на преобразователи линейного и импульсного типа. Линейные ИП могут иметь узел стабилизации по току или напряжению. Часто схемы такого типа радиолюбители конструируют своими руками на микросхеме LM317. Такое устройство легко собирается и имеет малую себестоимость. Но, ввиду очень низкого КПД и явного ограничения по мощности подключаемых светодиодов, перспективы развития линейных преобразователей ограничены.

Импульсные драйверы могут иметь КПД более 90% и высокую степень защиты от сетевых помех. Их мощность потребления в десятки раз меньше мощности, отдаваемой в нагрузку. Благодаря этому они могут изготавливаться в герметичном корпусе и не боятся перегрева.

Первые импульсные стабилизаторы имели сложное устройство без защиты от холостого хода. Затем они модернизировались и, в связи с бурным развитием светодиодных технологий, появились специализированные микросхемы с частотной и широтно-импульсной модуляцией.

Отличия от блоков питания

Драйвер многие пользователи ошибочно называют блоком питания. На самом деле это разные устройства. Блок питания стабилизирует напряжение, драйвер – ток. Если светодиоды подключить не к тому источнику питания, они быстро выходят из строя.

• Трансформаторным. Они сегодня встречаются редко, так как по многим параметрам проигрывают свои конкурентам. Трансформаторный блок из напряжения 220 В делает 12 или 24 В. Затем переменное напряжение выпрямляется в постоянное. Оно и подаётся на нагрузку.
• Импульсные. В них напряжение выпрямляется сразу – 220 В переменное преобразуется в 220 В постоянное. Затем оно поступает на генератор импульсов, создающий переменное напряжение большой частоты. Последний элемент – трансформатор.

Оба блока питания дают на выходе постоянное напряжение одной величины. Светодиодам подобные устройства не подходят, так как «питаются» они электротоком. А падение напряжения на полупроводниках – только одна из их характеристик.

Если на светодиоде написаны параметры, например 10 мА и 2,7 В, это значит, что больше указанных Ампер через него пропускать нельзя – сгорит. При прохождении тока в 10 мА на полупроводнике теряется 2,7 В. Это именно потери, а не напряжение, требуемое для свечения светодиодов.

Схема подключения драйвера к светодиодам.

Перед подключением светодиодов к драйверу необходимо уметь определять его полярность, иными словами, распознавать, где анод (+), где катод (-). Без этого света не будет.

Индикаторные диоды, а также некоторые маломощные осветительные, имеют два вывода.

Выводы светодиода.

Светодиоды в исполнении SMD (поверхностный монтаж) имеют либо 2, либо 4 вывода. В любом случае это анод и катод.

Выводы светодиодов в SMD-исполнении.

В первом случае выводы 3 и 4 могут быть не задействованы. Во втором случае косой срез расположен ближе к катоду

Обратите внимание, единого стандарта нет и возможны различия в полярности

Поэтому можно либо обратиться к datasheet, либо использовать низковольтный источник постоянного тока и резистор ограничитель. В случае неправильной полярности светодиод не может загореться.

При использовании источника тока схема драйвера для светодиодов будет следующая:

Схема подключения светодиода.

Если у нас источник напряжения, то подключение осуществляется через ограничивающий резистор.

Схема подключения светодиода к источникунапряжения через ограничитель.

Классическая светодиодная лента построена по такой схеме:

Схема светодиодной линейки.

В этом случае расчет производится по формулам:

Формула связи тока, напряжения, сопротивления.

При подключении важно учитывать:

• При малой силе тока, мы теряем в яркости, при большой в сроке службы.
• Напряжение из datasheet указывает падение напряжения при прохождении номинального тока. Этот параметром не основной.
• Мощным светодиодам требуется и качественное питание, и хорошее охлаждение.

Необходимые материалы и инструменты

Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:

• Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, т.к. обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.
• Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.
• Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Бессвинцовые припои менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.
• Небольшие плоскогубцы для сгибания выводов.
• Кусачки или бокорезы для обкусывания длинных концов выводов и проводов.
• Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.
• Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.
• Изолента или термоусадочная трубка.
• Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.

Макетная плата из текстолита для быстрого монтажа

Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.

Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Тем не менее лучше не приобретать безымянную продукцию родом из Китая. Хотя временами и попадаются достойные внимания экземпляры, что в прочем явление редкое. Существует огромное количество поддельных осветителей. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. Такие источники тока при выходе из строя могут дать импульс и сжечь led-ленту.

Но тем не менее рынок в основном занят именно китайской продукцией. Российские поставщики известны не широко. Из них можно ответить продукцию фирм Аргос, Тритон ЛЕД, Arlight, Ирбис, Рубикон. Большинство моделей может работать и в экстремальных условиях.

Из иностранных можно смело выбрать источники тока от Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.

Led-драйвер Helvar.

Led-драйвер Mean Well.

Led-драйвер DEUS.

Led-драйвер «Ирбис».

Led-драйвер MOSO.

Из китайских можно доверять MOSO. Возможно появление новых брендов, которые производят конкурентоспособные устройства.

Хорошие рекомендации имеют Texas Instruments (США) и Rubicon (Япония, не путать с «Рубикон» Россия. Это разные марки). Но пока они дороги.