Драйвер или блок питания для светодиодов

Драйвер или блок питания для светодиодов ?

Сегодня в продаже можно увидеть множество различных типов источников питания для светодиодов. Данная статья призвана облегчить выбор нужного вам источника.

Прежде всего, рассмотрим различие стандарного блока питания и драйвера для светодиодов. Для начала нужно определиться — что такое блок питания ? В общем случае это — источник питания любого типа, представляющий собой отдельный функциональный блок. Обычно он имеет определенные входные и выходные параметры, причем неважно — для питания каких именно устройств предназначен. Драйвер для питания светодиодов обеспечивает стабильный ток на выходе. Другими словами — это тоже блок питания. Драйвер — это лишь маркетинговое обозначение — дабы избежать путаницы. До появления светодиодов источники тока — а им и является драйвер, не имели широкого распространения. Но вот появился сверхяркий светодиод — и разработка источников тока пошла семимильными шагами. А чтобы не путаться — их называют драйверами. Итак, давайте договоримся о некоторых терминах. Блок питания — это источник напряжения (constant voltage), Драйвер — источник тока (constant current). Нагрузка — то, что мы подключаем к блоку питания или драйверу.

Блок питания

Блок питания на основе трансформатора

В основе такого блока питания лежит большая, железная, гудящая штуковина.:) Ну, нынешние трансформаторы гудят поменьше. Основное достоинство — простота и относительная безопасность таких блоков. Они содержат минимум деталей, но при этом обладают неплохими характеристиками. Основной минус — КПД и габариты. Чем больше мощность блока питания — тем он тяжелее. Часть энергии расходуется на «гудение» и нагрев 🙂 Кроме того, в самом трансформаторе теряется часть энергии. Другими словами — просто, надежно, но имеет большой вес и много потребляет — КПД на уровне 50-70%. Имеет важный неотъемлемый плюс — гальваническую развязку от сети. Это означает, что если произойдет неисправность или вы случайно залезете рукой во вторичную цепь питания — током вас не стукнет 🙂 Еще один несомненный плюс — блок питания может быть включен в сеть без нагрузки — это ему не повредит.
Но давайте посмотрим, что будет, если перегрузить такой блок питания.
Имеется : трансформаторный блок питания с выходным напряжением 12 вольт и мощностью 10 ватт. Подключим к нему лампочку 12 вольт 5 ватт. Лампочка будет светиться на все свои 5 ватт и потреблять тока 5 / 12 = 0,42 А .

Подключим вторую лампочку последовательно к первой, вот так :

Обе лампочки будут светиться, но очень тускло. При последовательном соединении ток в цепи останется тем же — 0,42 А, а вот напряжение распределится между двумя лампочками, то есть каждая получит по 6 вольт. Понятно, что светиться они будут еле-еле. Да и потреблять при этом будут каждая примерно по 2,5 Вт.
Теперь изменим условия — подключим лампочки параллельно :

Импульсный блок питания

Самый простой и яркий представитель — китайский блок питания для галогеновых ламп 12 В. Содержит небольшое количество деталей, легкий, маленький. Размеры 150 Вт блока — 100х50х50 мм, вес грамм 100. Такой же трансформаторный блок питания весил бы килограмма три, а то и больше. В блоке питания для галогенных ламп тоже есть трансформатор, но он маленький, потому что работает на повышенной частоте. Надо отметить, что КПД такого блока тоже не на высоте — порядка 70-80%, при этом он выдает приличные помехи в электрическую сеть. Есть еще множество блоков, основанных на аналогичном принципе — для ноутбуков, принтеров и т.п. Итак, основное достоинство — небольшие габариты и малый вес. Гальваническая развязка также присутствует. Недостаток — тот же, что и у его трансформаторного собрата. Может сгореть от перегрузки 🙂 Так что если вы решили сделать у себя дома освещение на 12 В галогенных лампах — подсчитайте допустимую нагрузку на каждый трансформатор.
Желательно создавать от 20 до 30% запаса. То есть если у вас трансформатор на 150 Вт — лучше не вешайте на него больше, чем 100 Вт нагрузки. И внимательно следите за равшанами, если они делают у вас ремонт. Расчет мощности им доверять не стоит. Также стоит отметить, что импульсные блоки не любят включения без нагрузки. Именно поэтому не рекомендуется оставлять зарядные устройства для сотовых в розетке по окончании зарядки. Впрочем, это все делают, поэтому большинство нынешних импульсных блоков содержат защиту от включения без нагрузки.

Эти два простых представителя семейства блоков питания выполняют общую задачу — обеспечение нужного уровня напряжения для питания устройств, которые к ним подключены. Как уже было сказано выше — устройства сами решают — сколько тока им нужно.

Драйвер

В общем случае драйвер — это источник тока для светодиодов. Для него обычно не бывает параметра «выходное напряжение». Только выходной ток и мощность. Впрочем, вы уже знаете, как можно определить допустимое выходное напряжение — делим мощность в ваттах на ток в амперах.
На практике это означает следующее. Допустим , параметры драйвера следующие : ток — 300 миллиампер, мощность — 3 ватта. Делим 3 на 0,3 — получаем 10 вольт. Это максимальное выходное напряжение , которое может обеспечить драйвер. Предположим, что у нас есть три светодиода, каждый из них рассчитан на 300 мА, а напряжение на диоде при этом должно быть около 3 вольт. Если мы подключим один диод к нашему драйверу, то напряжение на его выходе будет 3 вольта, а ток 300 мА. Подключим второй диод последовательно (см. пример с лампами выше) с первым — на выходе будет 6 вольт 300 мА, подключим третий — 9 вольт 300 мА. Если же мы подключим светодиоды параллельно — то эти 300 мА распределятся между ними примерно поровну, то есть примерно по 100 мА. Если мы подключим к драйверу на 300 мА трехваттные светодиоды с рабочим током 700 мА — они будут получать только 300 мА.
Надеюсь, принцип понятен. Исправный драйвер ни при каких условиях не выдаст больше тока, чем он рассчитан — как бы вы не подключали диоды. Надо отметить, что есть драйвера, которые рассчитаны на любое количество светодиодов, лишь бы их общая мощность не превышала мощность драйвера, а есть те, которые рассчитаны на определенное количество — 6 диодов, например. Некоторый разброс в меньшую сторону они, впрочем, допускают — можно подключить пять диодов или даже четыре. КПД универсальных драйверов хуже чем у их собратьев, рассчитанных на фиксированное количество диодов в силу некоторых особенностей работы импульсных схем. Также драйвера с фиксированным количеством диодов обычно содержат защиту от нештатных ситуаций. Если драйвер рассчитан на 5 диодов, а вы подключили три — вполне возможно , что защита сработает и диоды либо не включатся либо будут мигать , сигнализируя об аварийном режиме. Надо отметить, что большинство драйверов плохо переносят подключение к питающему напряжению без нагрузки — этим они сильно отличаются от обычного источника напряжения.

Итак , разницу между блоком питания и драйвером мы определили. Теперь рассмотрим основные типы драйверов для светодиодов, начиная с самых простых.

Резистор

Конденсаторная схема.

Микросхема LM317

Драйвер на микросхеме типа HV9910

Драйвер с низковольтным входом

Сетевой драйвер

Применение драйверов на практике

Большинство людей, планирующих использовать светодиоды, совершают типичную ошибку. Сначала приобретаются сами СИД, затем под них подбирается драйвер. Ошибкой это можно считать потому, что в настоящее время мест, где можно приобрести в достаточном ассортименте драйвера, не так уж и много. В итоге, имея на руках вожделенные светодиоды, вы ломаете голову — как подобрать драйвер из имеющегося в наличии. Вот купили вы 10 светодиодов — а драйвера только на 9 есть. И приходится ломать голову — как быть с этим лишним светодиодом. Может быть, проще было сразу на 9 рассчитывать. Поэтому выбор драйвера должен происходить одновременно с выбором светодиодов. Далее, нужно учитывать особенности светодиодов, а именно падение напряжения на них. К примеру, красный 1 Вт светодиод имеет рабочий ток 300 мА и падение напряжения 1,8-2 В. Потребляемая им мощность составит 0,3 х 2 = 0,6 Вт . А вот синий или белый светодиод имеет при таком же токе падение напряжения 3-3,4 В, то есть мощность 1 Вт. Стало быть, драйвер с током 300 мА и мощностью 10 Вт «потянет» 10 белых или 15 красных светодиодов. Разница существенная. Типовая схема подключения 1 Вт светодиодов к драйверу с выходным током 300 мА выглядит так :

У стандартных 1 Вт светодиодов минусовой вывод больше плюсового по размеру, поэтому его легко отличить.

Как же быть, если доступны только драйвера с током 700 мА ? Тогда придется использовать четное количество светодиодов, включая их по два параллельно.

Хочу заметить, что многие ошибочно предполагают, что рабочий ток 1 Вт светодиодов — 350 мА. Это не так, 350 мА — это МАКСИМАЛЬНЫЙ рабочий ток. Это означает, что при продолжительной работе необходимо использовать источник питания с током 300-330 мА. Это же верно и для параллельного включения — ток на один светодиод не должен превышать указанной цифры 300-330 мА. Вовсе не значит, что работа на повышенном токе вызовет отказ светодиода. Но при недостаточном теплоотводе каждый лишний миллиампер способен сократить срок службы. К тому же чем выше ток — тем ниже КПД светодиода, а значит, сильнее его нагрев.

Если речь пойдет о подключении светодиодной ленты или модулей, рассчитанных на 12 или 24 вольта, нужно принимать во внимание, что предлагаемые для них источники питания ограничивают напряжение, а не ток, то есть не являются драйверами в принятой терминологии. Это означает, во первых, что нужно внимательно следить за мощностью нагрузки, подключаемой к определенному блоку питания. Во-вторых, если блок недостаточно стабилен, скачок выходного напряжения может погубить вашу ленту. Слегка облегчает жизнь то, что в лентах и модулях (кластерах) установлены резисторы, позводяющие ограничить ток до определенной степени. Надо сказать, светодиодная лента потребляет относительно большой ток. Например, лента smd 5050 , количество светодиодов в которой составляет 60 штук на метр, потребляет около 1,2 А на метр. То есть для запитки 5 метров понадобится блок питания с током не менее 7-8 ампер. При этом 6 ампер потребит сама лента, а один-два ампера нужно оставить про запас, чтобы не перегружить блок. А 8 ампер — это почти 100 ватт. Такие блоки недешевы.
Драйверы более оптимальны для подключения ленты, но найти такие специфические драйвера проблематично.

Подытоживая, можно сказать, что выбору драйвера для светодиодов нужно уделять не меньше, а то и больше внимания, чем светодиодам. Небрежность при выборе чревата выходом из строя светодиодов, драйвера, чрезмерным потреблением и другими прелестями 🙂

В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов: теория и практика, всё что нужно знать

Примечание автора: «В сети есть достаточно большое количество информации о питании светодиодной продукции, но когда я готовил материал для этой статьи, нашел большое количество абсурдной информации на сайтах из топа выдачи поисковых систем. При этом наблюдается либо полное отсутствие, либо неправильное восприятие базовых теоретических сведений и понятий».

Светодиоды — самый эффективный на сегодняшний день из всех распространенных источников света. За эффективностью кроются и проблемы, например высокое требование к стабильности тока, который их питает, плохая переносимость сложных тепловых режимов работы (при повышенной температуре). Отсюда выходит задача решения этих проблем. Давайте разберемся, чем отличаются понятия блок питания и драйвер. Для начала углубимся в теорию.

Читайте также  Классификация электробытовых приборов

Источник тока и источник напряжения

Блок питания — это обобщенное названия части электронного устройства или другого электрооборудования, которое осуществляют подачу и регулирование электроэнергии для питания этого оборудования. Может находиться как внутри устройства, так и снаружи, в отдельном корпусе.

Драйвер — обобщенное название специализированного источника, коммутатора или регулятора питания для специфичного электрооборудования.

Различают два основных типа источников питания:

Давайте рассмотрим их отличия.

Источник напряжения — это такой и источник питания напряжение на выходе которого не изменяется при изменении выходного тока.

У идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равняется нулю, при этом выходной ток может быть бесконечно большим. В реальности же дело обстоит иначе.

У любого источника напряжения есть внутреннее сопротивление. В связи с этим напряжение может несколько отклоняться от номинального при подключении мощной нагрузки (мощная — малое сопротивление, большой ток потребления), а выходной ток обуславливается его внутренним устройством.

Для реального источника напряжения аварийным режимом работы является режим короткого замыкания. В таком режиме ток резко возрастает, его ограничивает только внутреннее сопротивление источника питания. Если источник питания не имеет защиты от КЗ, то он выйдет из строя

Источник тока — это такой источник питания, ток которого остается заданным независимо от сопротивления подключенной нагрузки.

Так как целью источника тока является поддержание заданного уровня тока. Аварийным режимом работы для него является режим холостого хода.

Если объяснить причину простыми словами, то дело обстоит следующим образом: допустим, вы подключили к источнику тока с номинальным в 1 Ампер нагрузку сопротивлением в 1 Ом, то напряжение на его выходе установится в 1 Вольт. Выделится мощность в 1 Вт.

Если увеличить сопротивление нагрузки, скажем, до 10 Ом, то ток так и будет 1А, а напряжение уже установится на уровне 10В. Значит, выделится 10Вт мощности. И наоборот, если снизить сопротивление до 0.1 Ома, ток будет все равно 1А, а напряжение станет 0.1В.

Холостым ходом называется состояние, когда к выводам источника питания ничего не подключено. Тогда можно сказать, что на холостом ходу сопротивление нагрузки очень большое (бесконечное). Напряжение будет расти до тех пор, пока не потечет ток силой в 1А. На практике, для примера такой ситуации можно привести катушку зажигания автомобиля.

Напряжение на электродах свечи зажигания, когда цепь питания первичной обмотки катушки размыкается, растёт до тех пор, пока его величина не достигнет напряжения пробоя искрового промежутка, после чего через образовавшуюся искру протечет ток и рассеется энергия, накопленная в катушке.

Состояние короткого замыкания для источника тока не является аварийным режимом работы. При коротком замыкании сопротивление нагрузки источника питания стремится к нулю, т.е. оно бесконечно маленькое. Тогда напряжение на выходе источника тока будет соответствующим для протекания заданного тока, а выделяемая мощность ничтожно мала.

Перейдем к практике

Если говорить о современной номенклатуре или названиям, которые даются источникам питания в большей степени маркетологами, а не инженерами, то блоком питания принято называть источник напряжения.

К таким относятся:

Зарядное устройство для мобильного телефона (в них преобразование величин до достижения необходимого зарядного тока и напряжения осуществляется установленными на плате заряжаемого устройства преобразователями.

Блок питания для ноутбука.

Блок питания для светодиодной ленты.

Драйвером называют источник тока. Основное его применение в быту — это питание отдельных светодиодов и светодиодных матриц и те и другие обычной высокой мощности от 0.5 Вт.

Питание светодиодов

В начале статьи было упомянуто, что у светодиода весьма высокие требования к питанию. Дело в том, что светодиод питается током. Это связано с вольтамперной характеристикой всех полупроводниковых диодов. Взгляните на неё.

На картинке ВАХ диодов разных цветов:

Такая форма ветви (близка к параболе) обусловлена характеристиками полупроводников и примесей которые в них внесены, а также особенностей pn-перехода. Ток, когда напряжение, приложенное к диоду меньше порогового почти, не растёт, вернее его рост ничтожно мал. Когда напряжение на выводах диода достигает порогового уровня, через диод резко начинает расти ток.

Если ток через резистор растёт линейно и зависит от его сопротивления и приложенного напряжения, то рост тока через диод не подчиняется такому закону. И при увеличении напряжения на 1% ток может возрасти на 100% и больше.

Плюс к этому: у металлов сопротивление увеличивается при росте его температуры, а у полупроводников наоборот — сопротивление падает, а ток начинает расти.

Чтобы узнать причины этого подробнее нужно углубиться в курс “Физические основы электроники” и узнать о типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочих интересных вещах, но делать этого мы не будем, бегло эти вопросы мы рассматривали в статье о биполярных транзисторах.

В технических характеристиках пороговое напряжение обозначается, как падение напряжения в прямом смещении, для светодиодов белого свечения обычно около 3-х вольт.

С первого взгляда может показаться, что достаточно на этапе проектировки и производства светильника достаточно подобать токоограничивающие резисторы и выставить стабильное напряжения на выходе блока питания и всё будет хорошо. На светодиодных лентах так и делают, но их питают от стабилизированных источников питания, к тому же мощность применяемых в лентах светодиодах зачастую* мала, десятые и сотые доли Ватт.

*(если не вести речь о лентах и полосах со светодиодами 5730 подробнее о типах SMD светодиодах смотрите статью — Виды, характеристика и маркировка SMD-светодиодов)

Мощные светодиоды, которые и рекомендуется питать драйверами, греются достаточно сильно. Например, светодиод мощностью 1Вт нагревается до температуры выше 50 градусов за несколько 5-15 секунд работы без радиатора.

Если такой светодиод питается от драйвера, со стабильным выходным током, то при нагреве светодиода ток через него не возрастет, а останется неизменным, а напряжение на его выводах для этого немного снизится.

А если от блока питания (источника напряжения), после нагрева ток увеличится, от чего нагрев будет еще сильнее.

Есть еще один фактор — характеристики всех светодиодов (как и других элементов) всегда отличаются.

Блок питания в разобранном виде

Выбор драйвера: характеристики, подключение

Для правильного выбора драйвера нужно ознакомиться с его техническими характеристиками, основные это:

Номинальный выходной ток;

Минимальная мощность. Не всегда указывается. Дело в том, некоторые драйвера не запустятся если к ним подключена нагрузка меньше определенной мощности.

Часто в магазинах вместо мощности указывают:

Номинальный выходной ток;

Диапазон выходных напряжений в виде (мин.)В…(макс.)В, например 3-15В.

Количество подключаемых светодиодов, зависит от диапазона напряжений, пишется в виде (мин)…(макс), например 1-3 светодиодов.

Так как ток через все элементы одинаков при последовательном подключении, поэтому к драйверу светодиоды подключаются последовательно.

Параллельно светодиоды нежелательно (скорее нельзя) подключать к драйверу, потому что, падения напряжений на светодиодах могут немного различаться и один будет перегружен, а второй наоборот работать в режиме ниже номинального.

Подключать больше светодиодов, чем определено конструкцией драйвера не рекомендуется. Дело в том, что любой источник питания имеет определенную максимально допустимую мощность, которую нельзя превышать. А при каждом подключенном светодиоде к источнику стабилизированного тока напряжение на его выходах будет возрастать примерно на 3В (если светодиод белый), а мощность будет равняться как обычно произведению тока на напряжение.

Исходя из этого, сделаем выводы, чтобы купить правильный драйвер для светодиодов, нужно определиться с током, который потребляют светодиоды и напряжением, которое на них падает, и по параметрам подобрать драйвер.

Например этот драйвер поддерживает подключение до 12 мощных светодиодов на 1Вт, с током потребления в 0.4А.

Вот такой выдаёт ток в 1.5А и напряжение от 20 до 39В, значит к нему можно подключить, например светодиод на 1.5а, 32-36В и мощностью 50Вт.

Заключение

Драйвер – это один из типов блока питания, рассчитанный на обеспечение светодиодов заданным током. В принципе все равно как называют этот источник питания. Блоками питания называются источники питания для светодиодных лент на 12 или 24 Вольта, они могут выдавать любой ток ниже максимального. Зная правильные названия, вы вряд ли ошибетесь при приобретении товара в магазинах, и вам не придётся его менять.

Другие полезные материалы про современное светодиодное освещение:

Что лучше выбрать для светодиодов — трансформатор или драйвер

Сегодня светодиоды семимильными шагами входят в обыденную жизнь человека. С их помощью производится либо полное освещение помещения, либо декоративная подсветка каких-либо элементов интерьера. Уже никого не удивишь подсветкой рабочей зоны на кухне, подсветкой потолков комнат по периметру, подсветкой картин и т.д. Данная тема стала очень популярной, так как начала пользоваться спросом. Поэтому во многих магазинах электротоваров можно найти большое количество компонентов, касающихся светодиодного освещения.

Большим преимуществом использования светодиодов в быту над обычными лампами стало следующее:

  1. Большой срок службы до 50 000 часов.
  2. Низкое потребление, что составляет некую экономию при оплате счетов за электроэнергию.
  3. Высокая светоотдача. Практически вся энергия преобразуется в свет, а не в тепло как у ламп накаливания.
  4. Можно реализовываться любые дизайнерские решения.
  5. Имеется возможность менять цвет освещения с помощью RGB светодиодов.
  6. Отсутствуют вредные вещества (ртуть, фосфор и т.д.)

Напрямую в электросеть включать светодиоды нельзя. Для этого существуют разные устройства: блоки питания на основе трансформаторов и драйверы. Все они преобразуют переменное напряжение в постоянное, ограничивают выходное напряжение или ток. Дальше попробуем разобраться в чем различия и что лучше выбрать для светодиодов — трансформатор или драйвер. Более доступными и дешевыми являются трансформаторы.

Это блоки питания, которые преобразуют переменное напряжение 220 В в постоянное, например, 12 В. Они имеют достаточно простую, но громоздкую конструкцию. Например, блок мощностью 100 Вт будет занимать место ориентировочно 70×140×40 мм. Поэтому необходимо сразу продумывать, где их можно размещать. Например, для подсветки рабочей зоны кухни для трансформатора придется выделить место в шкафчике.

При использовании трансформатора обязательно нужно считать мощность подключаемых светодиодов или светодиодных лент. Иначе можно его просто перегрузить, что приведет к перегреву блока и выходу из строя. Трансформатор не имеет встроенного ограничения по потребляемому току. При электропитании от него светодиоды будут брать такой ток, который им необходим. Также нагружать на 100% такие блоки питания нельзя. Рекомендуется подбирать трансформаторы, таким образом, чтобы их мощность превышала мощность подключаемой нагрузки ориентировочно на 30 процентов.

К плюсам использования трансформаторов можно отнести: наличие гальванической развязки с сетью, что обеспечивает электробезопасность для человека, более низкую стоимость, доступность во многих магазинах. К минусам можно отнести большие габаритные размеры, возможность появления гула во время работы и отсутствие контроля потребляемого тока светодиодами. Драйвер немного отличается от трансформатора, хотя эти оба устройства предназначены для электропитания светодиодов.

Можно сказать, что драйвер является источником тока для светодиодов. Внутри него находится некая схема, которая выдает стабилизированный ток. У него выходное напряжение варьируется в зависимости от количества подключенных светодиодов и от их мощности. Например, если к драйверу с током 300 мА подключить один светодиод на 300 мА мощностью 1 Вт, то падение напряжения на диоде будет 3,3 В и он будет потреблять ток 300 мА. При последовательном подключении двух аналогичных светодиодов ток останется на прежнем уровне 300 мА, а суммарное напряжение будет составлять 6,6 В. Поэтому при выборе драйвера нужно смотреть не только на его ток, но и на пороги выходного напряжения. Даже при покупке мощных светодиодов с ними идет информация только о потребляемом токе и их мощности.

Читайте также  Как рассчитать транзисторный ключ?

При планировании подключения драйверов у себя дома необходимо учитывать еще такой параметр, как пусковой ток. Блок мощностью 150 Вт может кратковременно иметь пусковой ток до 65 А. Это указывается в его паспорте. Поэтому на это обращайте особое внимание при выборе модели драйвера и при выборе номинала и время-токовой характеристики , который будет защищать цепь освещения.

К минусам использования драйверов можно отнести большую их стоимость и соответственно они реже встречаются в продаже. Выше мы рассмотрели два разных блока питания для подключения светодиодов и светодиодных лент. Узнали, что они из себя представляют, в чем их различия, плюсы и минусы. Что лучше выбрать трансформатор или драйвер однозначно сложно сказать. Тут нужно исходить из конкретной ситуации и какие функции от светодиодного освещения необходимо реализовать. Поэтому перед выбором необходимо взвесить все преимущества и недостатки использования обоих устройств в данной ситуации и только потом принимать решение.

В чем отличие блока питания от драйвера и трансформатора?

В связи с переходом большинства потребителей на современное осветительное оборудование все более актуально получение измененного напряжения для их питания. Для этого могут использоваться различные преобразователи. Однако выходные параметры таких устройств, как и принцип их работы имеют некоторые различия. Для понимания принципов разделения в данной статье мы рассмотрим отличие блока питания от драйвера и трансформатора.

Блок питания

Под блоком питания подразумевается довольно обширный спектр электронных приборов, предназначенных для передачи пониженного выпрямленного напряжения от внешней сети к слаботочным потребителям. Как правило, блок питания состоит из понижающего трансформатора, который снижает привычные 220 В до нужного номинала. Затем передается на выпрямительный блок, преобразующий переменное напряжение в постоянное.

Пример работы блока питания приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Принцип работы блока питания

Современные модели содержат дополнительные блоки, повышающие эффективность агрегата, их применяют для питания:

  1. всех составляющих компьютерных блоков от сетевого фильтра;
  2. подзарядки устройств от сети блоком питания;
  3. организации безопасного электроснабжения через блок питания в помещениях, где недопустимо использование 220В по соображениям безопасности;
  4. подключения ленты со светодиодами от блока;
  5. для питания бытовых и промышленных приборов.

Теоретически блок питания это универсальное устройство, которое может подходить сразу для нескольких целей. Однако на практике существует и узкая специализация, к примеру, компьютерные БП оснащаются системой принудительного охлаждения, поэтому блоки питания без куллера не подойдут для этих целей.

В каждом конкретном случае блок питания подбирается не только по назначению, но и должен учитывать номинал питающего напряжения и мощность запитываемой нагрузки. Напряжение блока питания должно точно соответствовать номиналу питаемого устройства, а мощность должна быть не меньше, желательно даже иметь определенный запас.

Классический блок питания обладает целым рядом преимуществ:

  • простота конструкции;
  • высокая надежность агрегата;
  • низкая себестоимость.

Однако вместе с тем блоки питания имеют большие габариты и вес, что усложняет их эксплуатацию в определенных местах, и относительно низкий КПД, так как значительная часть электрической энергии тратится на потери в стали.

Электронный трансформатор

Принцип действия электронного трансформатора схож с классическим – при подаче переменного напряжения на первичную обмотку, с его вторички снимается тоже переменное напряжение, но уже другого значения. Отличие заключается в том, что пониженное напряжение имеет совсем другую частоту и форму кривой, так как его искусственно создает генератор импульсов.

Пример схемы электронного трансформатора и принцип действия приведен на рисунке ниже:

Как видите, в нем напряжение питания от сети 220 В не подается на обмотки трансформатора, а использует диодный мост в качестве основного преобразователя с переменной электрической величины в постоянную. Затем сигнал подается на выходные транзисторы, выступающие в роли электронного ключа, которые производят генерацию импульсов определенного количества и частоты. Следует отметить, что частота от генератора импульсов может достигать нескольких десятков кГц, но затем подается на импульсный преобразователь, который представлен силовым трансформатором.

Импульсные трансформаторы или, как их еще называют, импульсные БП нашли широкое применение в питании люминесцентных ламп. Однако его расположение по отношению к питаемым приборам освещения должно выполняться в непосредственной близи, чтобы сократить потери, нагрузку в сетевых проводах и нагрев. В сравнении с трансформаторным БП, импульсный имеет ряд весомых преимуществ:

  1. Меньшие габариты для такой же мощности, что снижает и стоимость устройства;
  2. Обладает лучшими параметрами в регулировке подаваемого напряжения;
  3. Отличается более высоким КПД.

Но наряду с преимуществами импульсный блок имеет и некоторые недостатки. У электронного трансформатора куда более сложная схема, что влечет за собой снижение надежности. Если продешевить с моделью трансформатора, то выходной ток выдаст в сеть много импульсных помех, способных повлиять на работу смежного оборудования.

Драйвер

Применение драйвера вместо трансформаторного блока обусловлено особенностями работы светодиода, как неотъемлемого элемента современного осветительного оборудования. Все дело в том, что любой светодиод является нелинейной нагрузкой, электрические параметры которого меняются в зависимости от условий работы.

Как видите, даже при незначительных колебаниях напряжения произойдет существенное изменение силы тока. Особенно явно такие перепады ощущают мощные светодиоды. Также в работе присутствует температурная зависимость, поэтому от нагревания элемента снижается падение напряжения, а ток при этом возрастает. Такой режим работы крайне негативно сказывается на работе светодиода, из-за чего он быстрее выходит со строя. Подключать его напрямую от сетевого выпрямителя нельзя, для чего и применяются драйверы.

Особенность светодиодного драйвера заключается в том, что он выдает одинаковый ток с выходного фильтра, несмотря на размер, подаваемого на вход напряжения. Конструктивно современные драйверы для подключения светодиодов могут выполняться как на транзисторах, так и на базе микросхемы. Второй вариант приобретает все большую популярность за счет лучших характеристик драйвера, более простого управления параметрами работы.

Ниже приведен пример схемы работы драйвера:

Здесь на вход выпрямителя сетевого напряжения VDS1 поступает переменная величина, далее выпрямленное напряжение в драйвере передается через сглаживающий конденсатор C1 и полуплечо R1 — R2 на микросхему BP9022. Последняя генерирует серию импульсов ШИМ и передает ее через трансформатор на выходной выпрямитель D2 и выходной фильтр R3 — C3, применяемый для стабилизации выходных параметров. Благодаря введению дополнительных резисторов в схему питания микросхемы, такой драйвер может регулировать значение мощности на выходе и управлять интенсивностью светового потока.

В чем их различие и что лучше выбрать: подведем итог

И так, если говорить в общем, то и блок питания, и электронный трансформатор, и драйвер относятся к категории электрических преобразователей. Но, каждый из них имеет свое назначение в прикладной электронике. Исходя из теоретических рассуждений, они взаимозаменяемы, но большинство оборудования, для которых они предназначены, не будет работать с аналогичными устройствами или будет работать некорректно.

Для чего же можно использовать каждое из них:

  • Драйвер – используется, чтобы подключить светодиод, для остальных приборов использовать драйвер нецелесообразно. Драйвер уже установлен в светодиодных лампочках, как обязательный компонент. Однако следует отметить, что конкретный драйвер, используется исключительно для подходящего под его параметры полупроводника или группы полупроводников. Если один из светодиодов перегорит, то драйвер перестанет соответствовать новому току.
  • Блок питания – подходит для включения низковольтного оборудования с постоянным напряжением питания на 12 В, 24 В и т.д. Часто применяется для подключения светодиодных лент, так как ленты уже имеют переменные резисторы и не нуждаются в ограничении тока. Но им нужно применять выпрямитель, который и предоставляет блок питания, так как светодиод чувствителен к любым колебаниям питающих величин.
  • Электронный трансформатор – часто используется для галогенных ламп, что обуславливается наличием минимальной нагрузки, без которой он попросту не запустится. Светодиодных приборов для электронного трансформатора может быть недостаточно, а вот галогенных более чем хватает. Но сами галогенки можно включать как от трансформатора, так и от блока питания, так как они работают от действующего напряжения.

Драйвер и импульсный блок питания. Отличия, принцип работы. Что лучше выбрать?

Многие довольно часто путают блоки питания и драйвера, подключая светодиоды и светодиодные ленты не от тех источников что нужно.

В итоге через небольшой промежуток времени они выходят из строя, а вы и не подозреваете в чем была причина и начинаете ошибочно грешить на «некачественного» производителя.

Рассмотрим подробнее в чем их отличия и когда нужно применять тот или иной источник питания. Но для начала кратко разберемся в типах блоков питания.

Сегодня уже довольно редко можно встретить применение трансформаторного БП. Схема их сборки и работы довольно проста и понятна.

Самый главный элемент здесь, безусловно трансформатор. В домашних условиях он преобразует напряжение 220В в напряжение 12 или 24В. То есть, идет прямое преобразование одного напряжения в другое.

Частота сети при этом, привычные нам всем 50 Герц.

Далее за ним стоит выпрямитель. Он выпрямляет синусоиду переменного напряжения и на выходе выдает «постоянку». То есть 12В, подаваемые к потребителю, это уже постоянное напряжение 12V, а не переменное.

У такой схемы 3 главных достоинства:

    ее простота
    незамысловатость конструкции
    относительная надежность

Однако есть здесь и недостатки, которые заставили разработчиков задуматься и придумать что-то более современное.

    во-первых это большой вес и приличные габариты
    как следствие первого недостатка — большой расход металла на сборку всей конструкции
    ну и ухудшает все дело низкий косинус фи и низкий КПД

Именно поэтому и были изобретены импульсные источники питания. Здесь уже несколько иной принцип работы.

Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.

Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача — создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.

Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.

Третий элемент в схеме — импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие — это маленькие габаритные размеры.

Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.

Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.

Преимущества импульсных блоков:

    маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе
    КПД от 90 до 98%
    напряжение питания можно подавать в большом разбросе
    при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи

Есть и недостатки:

    усложненность сборочной схемы
    сложная конструкция
    если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования

Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.

Почему же для светодиодов нельзя применять простой БП, и для чего нужен именно драйвер?

Драйвер — это устройство похожее на блок питания.

Светодиоды «питаются» электрическим током. Также у них есть такая характеристика, как падение напряжения.

Если вы видите на светодиоде надпись 10мА и 2,7В, то это означает, что максимально допустимый ток для него 10мА, не более.

Читайте также  Переделка ламп подсветки жк монитора на светодиодные ленты

При протекании тока такой величины, на светодиоде потеряется 2,7 Вольт. Именно потеряется, а не требуется для работы. Добьетесь стабилизации тока и светодиод будет работать долго и ярко.

Более того, светодиод — это полупроводник. И сопротивление этого полупроводника зависит от напряжения, которое на него подано. Изменяется сопротивление по графику — вольтамперной характеристике.

Если на нее посмотреть, то становится видно, даже если вы не намного увеличите или уменьшите напряжение, это резко, в разы изменит величину тока.

Причем зависимость не прямо пропорциональная.

Казалось бы, один раз выставь точное напряжение и можно получить номинальный ток, который необходим для светодиода. При этом, он не будет превышать предельные величины. Вроде бы и обычный блок с этим должен справиться.

Однако у всех светодиодов уникальные параметры и характеристики. При одном и том же напряжении они могут «кушать» разный ток.

А температурный диапазон работы светодиодных светильников очень большой.
Например, зимой на улице может быть -30 градусов, а летом уже все +40. И это в одном и том же месте.

Работать они конечно будут, но в каком режиме светоотдачи и насколько долго неизвестно. Заканчивается такая работа всегда одинаково — выгоранием светодиода.

Кстати, при превышении температуры световой поток у светодиодных светильников всегда падает, даже у тех, которые подключены через драйвер. У некачественных экземпляров световой поток падает очень сильно, стоит им поработать около часа и нагреться.

У качественных изделий световой поток с нагревом уменьшается слабо, но все же уменьшается.

Многие недобросовестные производители хитрят и измеряют эти параметры сразу после включения, когда поток еще максимальный.

А уже эту последовательную цепочку подключают к драйверу. Данные цепочки можно комбинировать различными способами. Создавать последовательно-параллельные или гибридные схемы.

Безусловно и у драйверов есть свои неоспоримые недостатки:

    во-первых они рассчитаны только на определенный ток и мощность

А это значит, что для каждого драйвера каждый раз придется подбирать определенное количество светодиодов. Если один из них случайно выйдет из строя в процессе работы, то драйвер весь ток запустит на оставшиеся.

Что приведет к их перегреву и последующему выгоранию. То есть потеря одного светодиода влечет за собой поломку всей цепочки.

Бывают и универсальные модели драйверов, для них не важно количество светодиодов, главное чтобы их общая мощность не превышала допустимую. Но они гораздо дороже.

    узкоспециализированность на светодиодах

Простые блоки питания можно использовать для разных нужд, везде где необходимы 12В и более, например для систем видеонаблюдения.

Основное же предназначение драйверов — это светодиоды.

А есть бездрайверные заводские светильники? Есть. Не так давно на рынке появилось немало таких Led светильников и прожекторов.

Однако энергоэффективность у них не очень высокая, на уровне обычных люминесцентных ламп. И как он поведет себя при возможных перепадах параметров в наших сетях, большой вопрос.

Отдельный вопрос это светодиодные ленты. Для них вовсе не нужны драйвера, и как известно они подключаются от привычных нам блоков питания 12-36 Вольт.

Казалось бы в чем подвох? Там же тоже стоят светодиоды.

Все вы видели на светодиодных лентах впаянные сопротивления (резисторы).

Они как раз таки и отвечают за ограничение тока до номинальной величины. Одно сопротивление устанавливается на три последовательно подключенных светодиода.

Такие участки ленты, рассчитанные на напряжение 12 Вольт называют кластерами. Эти отдельные кластеры на всем протяжении ленты подключены между собой в параллель.

И именно благодаря такому параллельному соединению, на все светодиоды подается одинаковое напряжение 12В. Благодаря кластеризации при монтаже низковольтной ленты, ее спокойно можно отрезать на мелкие кусочки, состоящие минимум из 3-х светодиодов.

Казалось бы, решение найдено и где здесь недостаток? А главный недостаток такого устройства — эти резисторы не проделывают никакой полезной работы.

Они лишь дополнительно нагревают окружающее пространство и сам светодиод возле него. Именно поэтому светодиодные ленты не светят так ярко, как нам хотелось бы. Вследствие чего, их используют лишь как дополнительный свет интерьера.

Сравните 60-70 люмен/ватт у светодиодных лент, против 120-140 лм/вт у светильников и решений на основе драйверов.

Возникает вопрос, а можно ли найти ленту без сопротивлений и подключить к ней драйвер отдельно? Да, такие устройства например применяют в светодиодных панелях.

Их часто монтируют в подвесном потолке и не только. Применяются они без сопротивлений. Еще их называют токовыми светодиодными линейками.

Именно токовыми. Здесь все отдельные участки линеек подключаются последовательно на один драйвер. И все прекрасно работает.

Драйвер или блок питания для светодиодов

  • +375 17 392 99 22
  • zakaz@ankron.by
  • Пн-Чт 8:30-17:30 Пт 8:30-16:30

Драйвер или блок питания: в чем разница?

На сегодняшний день светодиоды – это один из самых популярных источников света. Несмотря на все их преимущества, они тоже не лишены недостатков. Основные из них – чувствительность к стабильности тока и плохая переносимость высоких температур эксплуатации. Эти недостатки требуют определенных решений для их компенсации, и использование драйвера – одно из них. Для того чтобы разобраться в отличиях драйвера от блока питания, приведем немного теории.

Источник тока или источник напряжения?

Блок питания – это общее наименование части устройства, отвечающей за подачу и регуляцию поступающей электроэнергии для питания устройства. Он может располагаться как отдельно снаружи, так и в корпусе самого устройства.

Драйвер – общее наименование специализированного коммутатора, регулятора или источника питания для определенных типов оборудования.

Источники питания глобально делятся на источники напряжения и источники тока. В чем их отличия?

Источник напряжения – это источник питания, для которого изменение входного тока не влияет на напряжение на выходе.

Идеальный источник напряжения отличается отсутствием внутреннего сопротивления, а его выходной ток может принимать бесконечно большое значение. В реальности, естественно, все выглядит несколько иначе.

Любой источник напряжения имеет внутреннее сопротивление того или иного значения. Поэтому при подключении мощной нагрузки с большим током потребления напряжение может отклоняться от номинального (величина отклонения соразмерна мощности нагрузки). Выходной ток в этом случае обуславливается внутренним устройством источника.

Аварийным режим работы для такого источника — режим короткого замыкания. Ток в такой ситуации резко увеличивается, и кроме внутреннего сопротивления источника ничем не ограничен. Это сопротивление обычно невелико, поэтому если источник питания не защищен от КЗ,оно приведет его в негодность.

Источник тока – это такой источник питания, ток которого не меняется при изменении сопротивления подключенной нагрузки.

Основная цель источника тока – поддерживать заданный его уровень. Поэтому аварийный режим для него – режим холостого хода.

В режиме холостого хода к источнику питания не подключено никакой нагрузки. Для источника это означает, что ее сопротивление бексонечно велико. Он будет увеличивать напряжение в цепи до тех пор, пока по ней не потечет номинальный для источника питания ток. Хороший пример такой ситуации – свеча зажигания в автомобиле.

Когда цепь питания разомкнута, напряжение на электродах будет расти до тех пор, пока не достигнет величины напряжения пробоя, после чего в месте пробоя протечет ток, и накопленная в катушке энергия рассеется.

При этом состояние КЗ для источника тока аварийным или опасным не является. В таком режиме сопротивление нагрузки бесконечно мало, и соответственно напряжение на выходе источника также будет исчезающе маленьким, как и выделяемая мощность.

Вернемся к практике

Относительно современной номенклатуры и названий, блоком питания принято называть источник напряжения.
К ним можно отнести:

  • Зарядные устройства планшетов, смартфонов и т.п.;
  • Зарядные устройства для ноутбуков;
  • Блоки питания для светодиодных лент.

За источниками тока, в свою очередь, закрепилось название драйвер. В большинстве своем они применяются для питания светодиодов или светодиодных матриц (имеющих высокую мощность).

Электропитание светодиодов

Во вступительной части статьи нами было сказано, что требования светодиода к питанию довольно специфичны и строги. Обусловлено это тем, что светодиод питается током. Это, в свою очередь, связано с вольтамперной характеристикой полупроводниковых диодов.

На картинке приведены ВАХ диодов различных цветов:

Похожая на параболу форма ветвей является следствием характеристик полупроводников и наличествующих в них примесей, и, кроме того, особенностей pn-перехода. Пока приложенное к диоду напряжение ниже порогового, ток практически не растет. По достижении порогового значения напряжения значение тока начинает резко увеличиваться.

В случае, если ток через резистор увеличивается линейно в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения, увеличение тока в диоде этому закону подчиняться уже не будет. В такой ситуации увеличение напряжения на 5% может дать увеличение тока в 500%. Помимо прочего, если в металлах сопротивление при нагреве увеличивается, то у полупроводников оно падает, а ток начинает расти. Причины такого поведения кроются в физических основах электроники, а конкретно типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочем. Подробнее эти вещи будут затронуты нами в будущих статьях.

В технических характеристиках диодов пороговое напряжение обычно обозначают как падение напряжения в прямом смещении. Для светодиодов с белым светом свечения оно чаще всего составляет приблизительно 3 вольта.

Казалось бы, эту проблему можно решить на стадии проектирования светильника – установив правильные токоограничивающие резисторы и выставив стабильное напряжение на выходе блока питания. Именно так и проектируются светодиодные ленты, однако разница в том, что питают их от стабилизированных источников питания, и мощность применяемых в лентах светодиодов сравнительно мала и составляет десятые и сотые доли ватт. Конечно, и для этого правила существуют исключения, но подробнее виды светодиодов мы рассмотрим позднее.

Мощные же светодиоды, для которых и рекомендовано осуществлять питание через драйвер, нагреваются во время работы довольно значительно. Светодиод мощностью в 1Вт может нагреться до 50 градусов менее чем за 15 секунд при отсутствии радиатора.

Если такой мощный светодиод работает от драйвера со стабильным выходным током, то при нагреве ток на нем возрастать не будет, а для компенсации изменения сопротивления напряжение на его выходах несколько снизится. В случае работы от источника напряжения (блока питания), то после нагрева ток увеличится, что приведет к еще большему нагреву.

Подключение светодиодов

Известно, что к части драйверов можно подключать более одного светодиода. Светодиоды к драйверу подключаются последовательно, т.к. ток через все элементы при таком подключении одинаков. Подключать светодиоды параллельно нельзя, т.к. падения значений напряжения на светодиодах могут несколько различаться, и в результате один из светодиодов будет перегружен, а второй работать в режиме ниже номинального.

Подключать большее количество светодиодов, чем указано в спецификации, не рекомендуется. Это обусловлено тем, что любой источник питания (и драйвер в том числе) имеет максимально допустимую мощность. Каждый следующий подключенный светодиод будет увеличивать напряжение на выходах драйвера. Учитывая, что общая мощность равна току, помноженному на напряжение, рано или поздно она будет превышена.

Драйвер – это тот же блок питания, предназначенный для обеспечения подключенного к нему элемента заданным током. Строго говоря, сами названия «блок питания» и «драйвер» были разработаны скорее маркетологами, чем инженерами, и потому нет особой разницы в том, что и как называть. Главное – обращать внимание на тип источника питания и выбирать его в соответствии с вашими задачами. В большинстве светильников, находящихся в продаже, драйвер для управления питанием уже включен в комплект поставки, однако при его отсутствии вы будете знать, по каким принципам осуществлять его выбор.