Простой светодиодный драйвер с шим входом

Как сделать драйвер для светодиода

Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать драйвер для светодиодов своими руками.

  1. Как сделать драйвер для светодиодов
  2. Необходимые материалы и инструменты
  3. Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт
  4. Схема мощного драйвера с входом ШИМ
  5. Особенности драйвера
  6. Принцип действия
  7. Сборка и настройка драйвера
  8. Заключение

Как сделать драйвер для светодиодов

В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.

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

Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

R=1,2/I

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом радиаторе. Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Схема мощного драйвера с входом ШИМ

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера

  • Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
  • Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
  • Выходная мощность: до 18 Вт;
  • Защита от КЗ по выходу;
  • Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала (интересно будет почитать, как регулировать яркость светодиодной ленты через диммер).

Принцип действия

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

  • 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
  • 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
  • 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Заключение

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.

Простой светодиодный драйвер с ШИМ входом

Мощные светодиоды 1 Вт и выше сейчас совсем недорогие. Я уверен, что многие из вас используют такие светодиоды в своих проектах.

Однако питание таких светодиодов по-прежнему не такое простое и требует специальных драйверов. Готовые драйвера удобны, но они не регулируемые, или зачастую их возможности излишни. Даже возможности моего собственного универсального светодиодного драйвера могут быть лишними. Некоторые проекты требуют самого простого драйвера, возможности которого хватит.

Poorman’s Buck – простой светодиодный драйвер постоянного тока.

Этот светодиодный драйвер построен без микроконтроллера или специализированной микросхемы. Все используемые детали легкодоступные.

Хотя драйвер задумывался как самый простой, я добавил функцию регулировки тока. Ток может подстраиваться регулятором, установленным на плате или ШИМ сигналом. Это делает драйвер идеальным для использования с Arduino или другими управляющими устройствами — вы можете управлять мощными светодиодами микроконтроллером, просто отправляя ШИМ сигнал. С Arduino вы можете просто подавать сигнал с «AnalogWrite ()» для управления яркостью мощных светодиодов.

Особенности драйвера

Работа по схеме buck-конвертера (импульсного понижающего (step-down) преобразователя)
Широкий диапазон выходных напряжения от 5 до 24В. Питание от батарей и адаптеров переменного тока.
Настраиваемый выходной ток до 1А.
Метод контроля тока «цикл за циклом»
До 18Вт выходной мощности (при напряжении питания 24В и шестью 3 Вт светодиодами)
Контроль тока при помощи потенциометра.
Контроль тока может быть использован как встроенный диммер.
Защита от короткого замыкания на выходе.
Возможность управления ШИМ сигналом.
Маленькие размеры — всего 1х1,5х0,5 дюйма(без учета ручки потенциометра).

Схема светодиодного драйвера

Схема построена на очень распространенном интегральном двойном компараторе LM393, включённым по схеме понижающего преобразователя.

Индикатор выходного тока сделан на R10 и R11. В результате напряжение пропорционально току в соответствии с законом Ома. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением на компараторе. Когда Q3 открывается, ток течёт через L1, светодиоды и резисторы R10 и R11. Индуктор не позволяют току повышаться резко, поэтому ток возрастает постепенно. Когда напряжение на резисторе повышается, напряжение на инвертирующем входе компаратора также увеличивается. Когда оно становится выше опорного напряжения, Q3 закрывается и ток через него перестаёт течь.

Поскольку индуктор «заряжен», в схеме остаётся ток. Он течет через диод Шоттки D3 и питает светодиоды. Постепенно этот ток затухает и цикл начинается снова. Этот метод контроля тока называется «цикл за циклом». Также этот метод имеет защиту от короткого замыкания на выходе.
Весь этот цикл происходит очень быстро — более чем 500 000 раз в секунду. Частота этих циклов изменяется в зависимости от напряжения питания, прямого падения напряжения на светодиоде и тока.

Опорное напряжение создается обычным диодом. Прямое падение напряжения на диоде составляет около 0,7В и после диода напряжение остаётся постоянным. Затем это напряжение регулируется потенциометром VR1 для контроля выходного тока. При помощи потенциометра выходной ток можно изменять в диапазоне около 11:01 или от 100% до 9%. Это очень удобно. Иногда после установки светодиодов они оказываются намного ярче, чем ожидалось. Вы можете просто уменьшить ток для получения необходимой вам яркости. Вы можете заменить потенциометр двумя обычными резисторами, если вы хотите установить яркость светодиодов один раз.

Читайте также  Как рассчитать предохранитель по току?

Преимущество такого регулятора в том, что он контролирует выходной ток без «сжигания» избыточной энергии. Энергии от источника питания берётся только столько, сколько нужно, чтобы получить необходимый выходной ток. Немного энергии теряется из-за сопротивления и других факторов, но эти потери минимальны. Такой конвертер имеет эффективность 90% и выше.
Этот драйвер при работе мало греется и не требует теплоотвода.

Настройка выходного тока

Драйвер может быть настроен на выходной ток от 350 мА до 1А. Изменяя значение R2 и подключая сопротивление R11, вы можете изменить выходной ток.

Простой светодиодный драйвер с шим входом

ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ HV9910

Немного ниже будет статья с расчетами элементов для светодиодного драйвера на основе ШИМ контроллера HV9910, а пока немного информации для размышления и личные впечатления. Покупались данные драйвера ЗДЕСЬ.
Драйвер весьма и весьма не плох, но имеет недостатки — рекомендованную довольно большую частоту и не возможность использовать его с транзисторами, у которых затворы имеют довольно большую запасенную энергию. При использовании IRF740 от Вишай Силиконикс драйвер сохраняет работоспособность до напряжения питания 100. 130 вольт. При питании от сети управляющий вывод драйвера попросту отгорает, причем у меня даже убился светодиод на 100 Вт. Использование резистора в цепи затвора не помогло. Опыты по созданию самодельного драйвера на базе этой микросхемы пока отложены — транзисторов с легкими затворами у меня нет, да и в продаже они не частые гости.
Из доступных остается не такой уж большой выбор:
STD7NM50N — 550 V, 5 А, Q g 12nC, корпус TO-252. Есть такой же в корпусе ТО-220, именуется как STF7NM50N, но цена сильно завышена, видимо как раз из за популярности в светодиодных драйверах.
Мелькает схема в котрой используется IRFL014, но тут следует обратить внимание на то, что это просто взрыв-пакет:

Дело в том, что рисовальщик данной схемы ОЧЕНЬ грубо ошибся — это повышающий преобразователь и надпись возле входного напряжения 8-300 В является ГРУБЕЙШЕЙ ОШИБКОЙ . При подаче напряжения выше 40 вольт первым естественно разорвет транзистор, поскольку IRFL014 имеет максимальное напряжение 60 вольт, следом рванут электролиты питания — 10 мкФ на 25 В как то маловато. Данная схема будет прекрасно работать на напряжениях не выше 20 вольт и яркость светодиодов не будет изменятся до снижения напряжения питания до 8 вольт. Данный вариант удобно использовать для создания фонариков с аккумуляторами на 12 вольт.
Самой правильной схемой является схема из даташита, поскольку использует даже некую пародию на компенсатор коэффициента мощности

Так же выпускается, но найти в продаже демонстрационную плату не удалось. В ней используется HV9910 в корпусе с 16 ногами и данная плата обеспечивает ток 350 мА с напряжением от 10 до 40 вольт. Входное напржение от 90 до 265 вольт. Как раз именно в этой плате и используются транзисторы STD7NM50N.

Принципиальная схема этого демонстрационного драйвера с регулировкой яркости приведена ниже:

Разумеется, что далеко не всем захочется заморачиваться с пайкой, да еще SMD компонентов, поэтому перед статьей с подробным описание работы HV9910 дам ссылочку на уже готовые драйвера:
ДРАЙВЕРЫ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ — отсортированы по количеству заказов.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИМС ШИМ – КОНТРОЛЛЕРА HV9910
ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ДРАЙВЕРОВ СВЕРХЯРКИХ СВЕТОДИОДОВ

Развитие источников света на полупроводниковых светодиодах привело к тому, что в настоящее время возникла потребность в устройствах — драйверах, обеспечивающих управление такими источниками освещения. И здесь, наряду с драйверами на дискретных компонентах начинают широко применяться драйверы, построенные на специализированных микросхемах [1]. Такие ИМС представляют собой, как правило, ШИМ-контроллеры, работающие как по «прямоходовому» алгоритму, так и по «обратноходовому» алгоритму.
Преимущества применения специализированных ИМС в драйверах светодиодных источников освещения очевидны — малые габариты, простота настройки, высокая надёжность, низкая себестоимость. Тенденция такова, что многие известные зарубежные электронные компании налаживают серийный выпуск специализированных ИМС драйверов для светодиодных источников освещения.
В этом отношении перспективной будет разработка отечественной ИМС ШИМ-контроллера для построения драйверов управления источниками освещения на сверхярких светодиодах.
Многие производители электронной компонентной базы, среди которых в первую очередь следует отметить Infineon, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Linear Technology, International Rectifier, Texas Instruments предлагают широкую и разнообразную номенклатуру специализированных ИМС ШИМ-контроллеров для светодиодных источников освещения Наряду с ними менее известные фирмы, такие как Melexis и Supertex предлагают не менее интересные решения в части специализированных ИМС ШИМ- контроллеров. В этом отношении следует отметить ИМС ШИМ-контроллера HV9910 фирмы Supertex [2]. Данная ИМС интересна тем, что может работать как в режиме «прямоходового» преобразователя, так и в режиме «обратноходового» преобразователя . обеспечивает построение драйвера с минимальным числом навесных компонентов и может работать в диапазоне питающих напряжений от 8,0 В до 450 В (рис. 1).
Драйверы, построенные на ИМС HV9910 или MLX10803 [3] существенно упрощают конструкцию и повышают надежность устройств управления светодиодными источниками света, а также обеспечивают их высокие технико-экономические показатели, что немаловажно в условиях жёсткой конкуренции на данном сегменте рынка. Таким образом, ИМС ШИМ-контроллера должна быть разработана так, чтобы обеспечивать построение схем драйверов светодиодов как в виде схемы без гальванической развязки (рис. 1), так и в виде схемы с гальванической развязкой светодиодов (рис. 2). В первом случае, в качестве управляющего элемента используется n-МОП транзистор, выполняющий функцию источника стабильного тока в цепи последовательно включенных светодиодов (рис. 1).

Рис.1 Типовая схема применения ИМС ШИМ-контроллера HV9910
в схеме без гальванической развязки светодиодов

Таким образом, при разработке ИМС ШИМ-контроллера, для обеспечения нормальной работы в течение всего срока службы должны быть учтены и реализованы многие факторы, а именно: БиКМОП технология с процессом жёсткой высоковольтной изоляции элементов (rugged high voltage junction isolated process), обеспечивающая работу ИМС с напряжением питания до 450 В (целесообразно). Возможны и другие варианты: стандартные КМОП и биполярные технологии, обеспечивающие максимальные пробивные напряжения до 60 В. С точки зрения системотехники и схемотехники в ИМС ШИМ-контроллера должны быть предусмотрены функции, обеспечивающие высокий к.п.д. и cos  драйвера, а также функции защиты — защиту от электростатического потенциала, защиту от короткого замыкания нагрузки и т. п. Также необходимо обеспечить возможность программирования некоторых
функций, в частности функцию настройки внутреннего ШИМ-компаратора.

Рис.2 Типовая схема применения ИМС ШИМ-контроллера в схеме с гальванической развязкой светодиодов

С учётом таких требований структурная схема ИМС ШИМ-контроллера для управления сверхяркими светодиодами представлена на рис. 3.
Питающее напряжение поступает на внутренний стабилизатор напряжения, формирующий внутренне стабильное напряжение 7 В и которое поступает на выход VDD. От этого напряжения запитывается внутренний стабилизатор напряжения, формирующий рабочее напряжение логики.


Рис. 3. Структурная схема универсальной ИМС ШИМ-контроллера

На ШИМ-компаратор, выполненный на двух дифференциальных каскадах DA1 и DA2, поступает управляющий сигнал SC (например, с датчика тока R6 – рис. 1), обеспечивающий управление скважностью выходного сигнала ШИМ-компаратора. Нижний порог работы ШИМ-компаратора задаётся напряжением 250 мВ, формируемым внутренним источником опорного напряжения. Верхний порог работы ШИМ-компаратора задаётся внешним напряжением по входу LD. С выхода ШИМ-компаратора импульсный сигнал с нормированной скважностью поступает на блок компенсации.
Поступающий на этот же блок сигнал внутреннего генератора, позволяет исключить влияние помех и паразитных колебаний. С выхода блока компенсаций импульсный сигнал поступает на бистабильную RS-ячейку DD2.
С её выхода Q через элемент 2И-НЕ DD3, сигнал через буферный каскад DD4 поступает на выход GATE для управления током мощного внешнего n-МОП транзистора. Логический элемент DD3 служит для того, чтобы через вход PWMD можно было использовать внешний ШИМ-сигнал.
Данный вариант реализации ИМС ШИМ-контроллера позволяет эффективно управлять внешним n-МОП транзистором с частотой переключения до 300 кГц. При этом частота задаётся внешним резистором, подключаемым к выводу RT в соответствии со следующим соотношением:

f OSC (кГц) = 25000 / (R T (кОм) + 22).

В варианте реализации драйвера без гальванической развязки светодиодов (рисунок 1), цепь последовательно включенных светодиодов управляется током, а не напряжением, что позволяет обеспечивать стабильную яркость свечения светодиодов и повышенную надёжность их работы. Величина индуктивности дросселя L1 может быть рассчитана при помощи соотношения.

L = (U CC × U LED ) × T ON / (0,3 × I LED )

где U CC – напряжение питания ИМС, U LED – падение напряжения на цепи последовательно включенных светодиодах, I LED – ток светодиодов (номинальное значение – 350 мА), T ON – время нахождения внешнего n-МОП транзистора в открытом состоянии и рассчитывается в соответствии с формулой:

где f OSC – частота внутреннего генератора ИМС, D – коэффициент, равный отношению падения напряжения на цепи последовательно включенных светодиодах к напряжению питания ИМС:

Подключаемый к выводу GATE внешний n-МОП транзистор должен иметь время переключения не более 25 нс при частоте работы ШИМ менее 100 кГц и не более 15 нс при частоте работы ШИМ более 100 кГц. Вход PWMD может служить как для управления защитой ИМС ШИМ- контроллера, так и для маскирования внутреннего ШИМ-сигнала внешним сигналом. При нулевом уровне сигнала на входе PWMD, на выходе GATE, будет также присутствовать сигнал нулевого уровня. При высоком уровне сигнала на входе PWMD, на выходе GATE ИМС установится сигнал, формируемый внутренним ШИМ-компаратором.
Данная ИМС ШИМ-контроллера может быть изготовлена на базе отечественных технологий, таких как стандртная эпитаксиально-планарная технология, а также БиКМОП технология, имеющаяся в ОАО «Микрон». (Наверное мечты автора статьи).
Данная ИМС ШИМ-контроллера может быть изготовлена в корпусе DIP- 8 или SOIC-8. Кроме применения в драйверах светодиодов, эта ИМС позволяет разрабатывать схемы импульсных источников питания и линейных стабилизаторов напряжения.

Сурайкин Александр Иванович, к.т.н., доцент кафедры микроэлектроники

Использование трансформатора тока тут не совсем случайно — немного позже будет опробовано мощное зарядной устройство, работающее по такому же принципу. Здесь же просто отработка технологии и схемотехники. Данный драйвер показал весьма не плохие результаты, правда запас по напряжению я сделал слишком больши и пришлось немного повозится с дросселем расеивания.
Если нужен не очень мощный драйвер, то можно отказаться от трансформатора тока, воспользовавшись обычным измерительным резистором, работающим на транзистор управления оптроном:

Разумеется, что приведенной информации для сборки не достаточно, поэтому чтобы не повторяться и понять как изготовить оптрон и какие компоненты можно использовать можно посмотреть видео на эту тему:

Архив на схемы и плату драйвера на 100 и более Вт ЗДЕСЬ.

Ghostgkd777 › Блог › ШИМ, драйверы, светодиоды

Ух давненько ничего не публиковал. Не потому что нечего, а вопреки.

Приветствую всех гостей и подписчиков, предлагаю разобраться наконец в вопросе как-же у нас регулируется яркость светодиодов, что такое ШИМ и как это все работает с импульсными драйверами светодиодов.
Материал ориентирован скорее на начинающих и тех, у кого познания в электронике нулевые, а руки чешутся сделать тюнинг на свою любимую машинку, но будет полезен и искушенным.

Давайте разбираться, как-же мы можем регулировать яркость светодиодов? Тут варианта два:
1) линейная регулировка тока (напряжения)
2) ШИМ регулирование

Читайте также  Реле поворотов под светодиоды своими руками

Первый вариант — это всем известная схема включения с одним резистором и одним светодиодом.

Тут все просто: при использовании одного какого-то типа светодиодов, яркость зависит лишь от тока, протекающего по нему, который, в свою очередь, зависит от питающего напряжения и сопротивления ограничительного резистора.
Не сочтите за рекламу, а токмо чтобы вопросов было поменьше: калькулятор расчета резистора для светодиодов
Частным случаем является использование драйверов, как линейных, так и импульсных. Это стабилизаторы тока При любом допустимом изменении питающего напряжения и температурного дрейфа параметров кристалла светодиода они призваны обеспечить стабильный ток питания светодиода, что безусловно благоприятно на нем сказывается. Вообще питание светодиода драйверами (стабилизаторами тока) является единственно верным решением. Регулируя ток светодиода регулируем и его яркость. Но к ним мы вернемся чуть позже.

С ШИМ уже не все так очевидно.
Чтож это за зверь? Кто еще не в курсе — это широтно импульсная модуляция. Сигнал ШИМ позволяет регулировать параметры объекта, на который он воздействует. В нашем случае при питании светодиода ШИМ сигналом мы имеем возможность регулировки его яркости.
Как? Очень просто. ШИМ сигнал — это чередование импульсов и пауз. То есть на светодиод то приходит напряжение, то нет. Если импульсы будут повторяться с довольно высокой частотой (от 24 импульсов в секунду), благодаря инерционности зрения мы не будем видеть пауз в свечении светодиода. И яркость его свечения будет определяться продолжительностью свечения или длительностью импульса питания по отношению к паузе. Если поделить время работы на время периода (длительность работы + длительность паузы) получим относительную величину, показывающую какой процент мощности от максимума подано на светодиод. И называется она скважность.

На иллюстрации видим желтый сигнал ШИМ, питающий светодиод. Синий график — эквивалентная мощность в нагрузке (светодиоде). Всё, что такое ШИМ разобрались. Едем дальше.

ШИМ сигналом можно питать светодиод равно как и без него. То есть по схеме со стабилизатором тока или с токоограничивающим резистором. Не считая отдельных исключений с импульсными драйверами, все эти методы позволят в сочетании с ШИМ получить желанную возможность выкрутить яркость светодиода от нуля до максимума.
И если с линейными регуляторами все более менее ясно — подключай резистор со светодиодом на ШИМ и будет тебе счастье, то с импульсными стабилизаторами не все так гладко.

Сабж, ставший первопричиной появления этого поста и ролика на youtube.
Имеем пользующиеся народной любовью импульсные драйвера светодиодов с Алиэкспресс, светодиоды оттуда-же, плату контроллера динамических поворотников, все это собираем в кучу и радуемся. Или нет?

А вот тут все будет зависеть от того что за драйвера и светодиоды и насколько сэкономил на надежности ваш продавец плат динамических поворотников. Грубо говоря, цепляете вы ваши светодиоды к драйверам, их к платам контроллеров, запускаете и ладно если еще не установили все в фару и на автомобиль, а тестируете «на коленке». С неприятностью обнаруживаете что ваш контроллер динамических поворотников разогрелся как из ада и возможно даже испустил дух со спецэффектами, которые вы не оплачивали. Обидно однако.

В чем-же дело? автор плат уверяет, что все платы прошли контроль и на 100% исправны, мощность светодиодов не превышает заложенный в девайс потенциал, но на выходе имеем то что имеем. Китайцы виноваты или автор плат? Или сам где-то напорол?
Нет. Никто не виноват, да, бывает и так. Просто максимальная нагрузка для плат и комбинация импульсных драйверов с мощными светодиодами оказались несогласованными одно с другим.

Виной тут схемотехника самих драйверов. Все за редким исключением они имеют довольно емкий выходной конденсатор (а некоторые и входной), который начинает заряжаться при подаче на драйвер напряжения т.е. при появлении импульса ШИМ. Как известно (но не всем, разумеется) из курса физики, разряженный конденсатор при подаче на него напряжения является практически полным коротким замыканием в цепи. И по мере принятия заряда его сопротивление и напряжение на нем растут, а ток в цепи напротив — уменьшается.
Рассмотрим этот процесс подробнее.

Поворотник отключен, контроллер не дает на выход ШИМ сигнал. Конденсатор драйвера разряжен, светодиод не светится.

Включили поворотник, контроллер выдал ШИМ на драйвер, пусть 50% скважность. Вот тут мы и получили мощный бросок тока, заряжающего конденсатор и питающего светодиод. Как там транзисторы контроллера? выжили, ну ничего, это был лишь первый импульс…

Далее конденсатор зарядился и ток питания драйвера, он-же ток нагрузки контроллера динамических поворотов, нормализовался до адекватных рабочих значений.

Но вот приходит через паузы ШИМ. Светодиод продолжает гореть за счет подпитки от конденсатора. По этой-же самой причине может иметь место отсутствие регулировки яркости светодиодов при больших значениях скважности ШИМ из-за большой емкости конденсатора, малой мощности светодиода, слишком высокой частоте ШИМ (короткие паузы между импульсами).

Далее приходит новый импульс и процесс повторяется. Но тут есть вариант, что конденсатор не успеет разрядиться полностью и ток его зарядки будет ниже.

Резюмируем. Установленные в импульсных драйверах конденсаторы при заряде дают весьма не хилый бросок тока в цепи ШИМ сигнала, что может привести к весьма печальным последствиям.

Надеюсь, доступно на пальцах объяснил причины возможного выхода из строя управляющих контроллеров при регулировке яркости светодиодов, запитанных через импульсные драйвера.

Теорию подтвердил практикой с совершенно конкретными устройствами, живущими долго и счастливо уже много у кого.

Как сделать драйвер для светодиода своими руками?

Светодиоды практичны, долговечны, эффективны и экономны. Для стабильной работы этих полупроводниковых приборов необходима подача на их выводы электротока со строго выверенными параметрами. Для этого нужен специальный светодиодный драйвер, своими руками создать который несложно.

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Нестабильность тока в сети 220 вольт и отличие в характеристиках приводит к деградации материала и сгоранию светодиода. Чтобы избежать этого, ставят драйвер.

Он преобразует электроток:

  • задает ему амплитуду;
  • выпрямляет – делает его постоянным;
  • подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

  1. Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
  2. Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
  3. Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Теория питания светодиодных ламп от 220 в

Лед-лампа, лента под потолком или подсветка в современном телевизоре являются совокупностью нескольких мощных небольших светодиодов, размещенных в пространстве нужным образом.

Для замены 60 W лампочки (по яркости свечения) понадобится около дюжины недорогих полупроводниковых приборов.

Если каждый из них способен пропускать ток в 1 А при напряжении 3,3 V, то в осветительную сеть их включить нельзя – сразу сгорят. Можно воспользоваться делителем из резисторов, но на них будет рассеиваться большая мощность. Поэтому КПД светильника будет небольшим.

Для снижения напряжения и преобразования тока в постоянный применяют драйверы. Внутри этих устройств могут быть различные стабилизаторы тока, емкостно-резистивные делители и т. д.

В схему могут входить транзисторы, микросхемы, конденсаторы и т. д. Такие преобразователи меняют напряжение и обеспечивают подачу нужного количества тока каждому элементу.

Разновидности светодиодных драйверов

Есть несколько типов преобразователей для полупроводниковых источников света. Основные типы – линейный и импульсный. Каждый из них создается для своих целей и имеет свои нюансы.

Линейный

Этот тип применяют часто. Его сборка, при наличии всех деталей, может длиться 5-10 минут. Наладка ему почти не нужна – он начинает работать сразу.

В схеме присутствует линейный стабилизатор тока, который можно представить как переменный резистор, управляемый электронной схемой.

При подаче входного напряжения оно идет на регулирующий элемент и затем на схему (КТ) контроля тока. После этого оно появляется на выходе, к которому подсоединена нагрузка. Узел КТ проверяет ток и в зависимости от этого меняет сопротивление регулирующего элемента.

Недостаток подобного устройства – низкий КПД.

Импульсный

В основе этого типа драйвера лежит другой принцип. Регулирующим элементом здесь выступают ключи с трансформатором. При подаче напряжения на обмотках начинает запасаться энергия (в магнитном поле). Ток постепенно возрастает.

Как только он достигнет нужной величины, произойдет переключение ключей. Запасенная энергия пойдет в цепь, и ток начнет уменьшаться. По достижении минимального значения вновь сработают ключи и процесс повторится.

Принцип работы устройства

Основная работа драйвера – создание на выходе заданного значения тока и его поддержание. Любая схема подобного типа состоит из нескольких частей:

  • сетевого фильтра, защищающего сеть от помех;
  • конденсаторно-резисторного (RC) или трансформаторного узла для снижения напряжения;
  • диодного моста для выпрямления;
  • стабилизатора тока.

Устройство с RC фильтром действует так:

  1. Конденсатор в сети переменного тока выполняет функции емкостного сопротивления. Вместе с мостом он образует делитель напряжения и уменьшает его до нужного предела. Резистор в его цепи служит для самозарядки.
  2. Сниженное напряжение поступает на стабилизатор тока, а с него – на светодиоды.

Трансформаторный узел представляет собой устройство ключевого или другого типа, управляемое генератором. Он может быть выполнен на специализированных микросхемах, высоковольтных ключевых транзисторах, простых элементах или на ШИМ контроллере.

Такой драйвер работает следующим образом:

  • при подаче питания мост выпрямляет его, и оно идет на ключи, на которых с помощью обмоток создаются противофазные напряжения;
  • одновременно с ними включается генератор, который вырабатывает импульсы и запускает драйвер;
  • ключи, включаясь попеременно, обеспечивают бесперебойную работу устройства через цепь обратной связи;
  • на выходной обмотке возникает переменное напряжение, выпрямляемое мостом или 1-2 диодами вместе с электролитическими конденсаторами;
  • далее в цепи стоит стабилизатор тока, к которому подключают светодиоды.

Характеристики и отличия от блоков питания led ленты

Нельзя применить вместо преобразователя простой БП, рассчитанный на те же напряжение и ток. Хотя оба устройства (драйвер и блок led ленты) выполняют почти одну и ту же функцию – существенные различия есть.

Простой БП преобразует напряжение и выдает постоянный ток. Элементы ленты, подключаемые к нему, состоят из светодиода и резисторов. Таких узлов в ленте может быть много.

Читайте также  Как правильно установить датчик света на улицу?

Управлять свечением полупроводника трудно, т. к. оно зависит от изменения величины тока, а он в данном узле постоянный. Для увеличения или изменения яркости в светодиодной ленте придется одновременно регулировать все резисторы, а это нереально.

Драйвер является стабилизатором тока. Светодиоды подключены к нему последовательно. Поскольку в любой стабилизатор можно вставить регулирующий элемент, то яркость полупроводников получится свободно менять. Для этого следует лишь поднять или опустить общую величину силы тока.

Изготовление драйвера для светодиодов своими руками

Если в наличии пользователя есть несколько полупроводниковых кристаллов или линейка подсветки из старого телевизора, он может самостоятельно сделать источник тока для них.

Для этого следует приобрести приборы и детали или выпаять радиоэлементы из старой аппаратуры. Часто КПД устройств, сделанных своими руками, намного выше, чем у промышленных образцов.

Материалы и инструменты для работы

Для самодельного простого драйвера потребуются:

  • конденсаторы: простой 0,27 мкф на 400 V и 2 электролитических 500×16 V и 100×16 V;
  • резистор 500 кОм на 0,5 W;
  • 4 диода или готовый мост на 220 V;
  • микросхема LM317;
  • паяльник мощностью 20-40 Вт;
  • флюс и припой (желательно типа ПОС);
  • пассатижи, кусачки, плоскогубцы;.
  • многожильные изолированные проводники из меди сечением 0,35-1 мм²;
  • трубка термоусадочная;
  • мультиметр или тестер;
  • изолента;
  • плата для распайки элементов.

Схемы простого драйвера для светодиода 1 Вт и мощного

Классический преобразователь представляет собой сочетание электронного делителя напряжения и микросхемы-стабилизатора. Первый узел состоит из 2 элементов (конденсатора 0,27 мкф и резистора 500 кОм), соединенных параллельно, к которым последовательно подключен мост из диодов, выдерживающих входное напряжение.

Для сглаживания пульсаций устанавливают 2 «электролита». Первый из них 500×16 V паяют сразу после моста. Затем монтируют стабилизатор тока. За ним второй конденсатор 100×16 V.

В качестве стабилизатора часто применяют микросхему L7812, но это не совсем правильное решение. Она является линейным устройством, регулирующим напряжение, и при изменении тока может сгореть.

Схема подключения

Лучше воспользоваться микросхемами LM317, LM338 или LM350, у которых есть защита от КЗ и перегрева. Питать их можно любым напряжением 5-35 V. К драйверу можно подсоединить 5-10 светодиодов.

Схема подключения проста:

  • плюс делителя идет на вход микросхемы (1 вывод);
  • общий провод через анод светодиода идет на минус радиодетали (среднюю ножку);
  • туда же через резистор, ограничивающий ток, подключен выход LM317 (3 контакт).

Установив вместо последнего элемента регулируемое сопротивление, можно изменять силу тока, т. е. яркость светодиодов в некоторых пределах.

Если нужно соорудить мощный прожектор, то драйвер придется модифицировать:

  • необходимо поднять питающее напряжение до 24 V;
  • установить стабилизатор с наибольшим током, а из предложенных микросхем только LM338 может выдавать 5А.

Ввиду большой силы тока следует установить ее на радиатор.

Как собрать и настроить драйвер?

В простом преобразователе для светодиодов мало элементов. Драйвер можно собрать на специальной плате, куске фанеры или провести навесной монтаж.

Устройство не требует наладки, если взять все указанные детали. Главное – правильно рассчитать резистор, ограничивающий ток.

Нюансы драйвера без стабилизатора тока

Многие пользователи совсем не ставят микросхему или другой подобный узел. Но отсутствие трансформатора приводит к пульсации напряжения и тока.

Яркость светодиодов при этом тоже меняется. Частично проблему решает конденсатор, установленный после моста. Если стабилизатор не установлен, то минимальная величина пульсации составит 2-5 V.

Вариант c микросхемой позволит избавиться от проблемы. Поэтому драйвер, смонтированный своими руками, по степени пульсации не уступит зарубежным аналогам.

Правила расчета технических параметров

Работоспособность любого устройства зависит от правильно подобранных компонентов. Поэтому необходимо знать, как рассчитывать каждый элемент драйвера.

Емкость гасящего конденсатора определяют по формуле:

С(мкФ) = 3200*I нагрузки/√(Uвход²-Uвыход²)

Например, для светодиодов с током 300 mA :

С(мкФ) = 3200* 300 /√(220²-24²) = 4,367 мкф.

Величина ограничивающего сопротивления прямо пропорциональна количеству потребляемого тока:

  • 500 mA – 2,5 Ом;
  • 250 mA – 5 Ом;
  • 125 mA – 10 Ом.

Зная эти величины, можно рассчитать резистор для любого количества светодиодов.

Срок службы устройства

Длительность работы драйвера зависит от разных параметров. Это напряжение и ток нагрузки, качество использованных деталей, правильный расчет и многое другое. Общий срок службы устройства может составить от 1 года до нескольких десятков лет.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.

  • Цена: $2.00 (цена за 10штук)
  • Перейти в магазин

Я публиковал несколько обзоров светодиодов, пришло время написать чем их можно кормить.
В обзоре учавствуют три позиции деталей (ссылки и цены присутствуют), но все они нужны для одной цели, сделать драйвер для светодиода.

Сразу извиняюсь за заглавное фото, оно упорно пытается масштабироваться по своему, исправить я не смог, более правильное на странице продавца.

Все знают, что светодиоды питаются током, желательно стабилизированным, что бы не менялась яркость при изменении напряжения. Для этой цели служит драйвер, по сути стабилизатор тока.
Ограничивать ток можно простыми микросхемами типа LM317 и специально предназначенными для этого стабилизаторами тока (на муське есть обзор одной такой детали), но они выделяют обычно достаточно много тепла, так как имеют низкий КПД. А ведь преимущество светодиодов как раз в высоком КПД.
Более интересными являются импульсные стабилизаторы тока, они посложнее, но имеют гораздо больший КПД, особенно если напряжение питания сильно отличается от напряжения на светодиоде.
Да, многие скажут что такой драйвер проще купить в Китае и не заморачиваться, соглашусь.
Но ведь всегда приятнее сделать что то своими руками. Собственно я так и решил, заказывая компоненты для драйвера.
Возможно я изобретаю велосипед. Но в обзоре учавствуют компоненты, которые пригодятся для многих других задач, и возможно многим будет полезна информация о том, что на продают и что мы получаем на самом деле.

Начну собственно с микросхемы. Это довольно хорошо известная любителям светодиодов PT4115. описание — www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
Микросхема имеет вывод для управления яркостью. Вход, насколько я понял, может управляться и ШИМом или изменением напряжения. Вход довольно высокоомный, так как при прикосновении к этому выводу светодиод начинал мерцать с частотой 100Гц.

Стоимость лота из 10 штук — 2 доллара.
После заказа микросхемы продавец отписался что посылка будет без трека и спросил, устроит ли это меня, я решил что 2 доллара не те деньги что бы сильно беспокоиться и дал добро.
Через некоторое время в почтовом ящике я обнаружил конверт.

Внутри был пакетик с необходимыми мне микросхемами.

Проверил одну микросхему, подключив ее навесным монтажом, отписал продавцу что все в порядке, подтвердил получение и стал ждать остальные детали.

Их уже принесли мне на дом (впрочем как и следующий заказ).
Они были упакованы в картонную коробочку, хотя мне такая мера кажется излишней.
К слову у нас такие дроссели стоят значительно дороже, да и покупал я их не только для этого.

Собственно дроссели, Индуктивность 68 мкГн, ток 1.6 или 1.8 Ампера (у продавца не указано, потому ориентировочно), размеры 12х12х7мм.

Замер индуктивности показал отклонение в пределах погрешности.

Аналогично первому случаю подтвердил заказ, оставил хороший отзыв.

Ну и в конце пришли диоды Шоттки. Так как вещь в хозяйстве нужная, то заказал я их сотню.
Хотел больше, но не стал рисковать.
aliexpress.com/item/Free-Shipping-100pcs-IN5822-SS34-DO-214AC-1N5822-SMD-Schottky-Barrier-Diodes/882503650.html
Цена лота из 100 штук 5.26 доллара. У нас они тоже стоят дороже.

Диоды промаркированы как SS34, на самом деле они меньше, по габаритам и характеристикам полностью соответствуют диодам SS24. www.onsemi.ru.com/pub_link/Collateral/SS24-D.PDF
Сделал замер падения напряжения на диоде при токе в 1 Ампер и меня он устроил.

На этом часть закупок на Алиэкспресс закончилась.
В принципе на этом можно было и обзор закончить, но купить детали и не опробовать их в деле было бы неправильно. Потому естественно было решено довести дело до какого то логического конца.

Когда был у нас на рынке, попутно купил smd резисторы 1206 сопротивлением 1 Ом для датчика тока.
Думал сначала купить сразу низкоомные резсторы как в даташите на микросхему, но они выходят значительно дороже и если захочется настроить на разные токи, то надо покупать несколько номиналов, в общем неудобно, а резисторы 1 Ом я и так иногда использую.
в итоге получилось, что 1 такой резистор примерно соответствует току 0.1 Ампера, два параллельно 0.2 Ампера и т.д. smd резисторы и конденсаторы удобно паяются друг на друга потому можно легко подбирать необходимый ток.
Конденсаторы на входной фильтр питания и обрезки текстолита у меня были, а больше ничего не требуется.

Ну в общем стал я изобретать свой велосипед драйвер. накидал побыстрому платку в Спринте, схема из даташита, потому придумывать ничего не пришлось.
подобрал кусочек текстолита что бы сделать сразу 5 плат (планирую переделать 5 галогеновых светильников на светодиоды).

Печатная плата в Спринте 6

Перенёс на текстолит.

Вытравил, просверлил отверстия, порезал на отдельные платки, пролудил дорожки и промыл от остатков флюса.

Собрал все необходимые компонеты

На выходе получилась такая платка, она больше по размерам чем продающиеся у китайцев, но имеет более мощный дроссель и два параллельных диода, соответственно меньшие потери и большую надежность, а габариты мне были совершенно некритичны.

После этого естественно захотелось проверить (куда же без этого).
Проверял с этими светодиодами — mysku.ru/blog/aliexpress/24091.html

Попутно выяснилось, что микросхема ток стабилизирует нормально, но все равно при полуторакратном повышении напряжения на входе, ток на выходе хоть несильно, но меняется.
Но я немного грешу на то, что может быть большая погрешность из-за пульсирующего тока (выходной ток измерял последовательно со светодиодом).
Можно было конечно померять ток при помощи резистора и осциллографа, но я счел это излишним, так как хорошо было заметно переход с линейного режима до ограничения тока, и последующий переход в режим стабилизации в режиме с ШИМ стабилизацией.

Номинал шунта был 1/6=0,166 Ома.

При таких параметрах на входе, на выходе был ток 0.7 Ампера.

При таких ток на выходе был 0.65 Ампера

Перед пороговым напряжением перехода в режим ШИМ стабилизации я получил максимальный ток —

При плавном повышении напряжения питания, входной ток сначала плавно рос, после перехода в режим стабилизации и дальнейшем повышении начинал плавно падать, что говорит о работе ШИМ стабилизации.
Кстати, при очень плавном повышении напряжения питания заметен переход, яркость светодиода сначала плавно увеличивается, после перехода скачкообразно снижается процентов на 10, после этого (при дальнейшем повышении входного напряжения) больше не меняется.
Видимо так микросхема отрабатывает включение ШИМ стабилизации.
Нагрев при токе 600мА практически не чувствуется, бесконтактно мерять нечем, а контактное измерение внесет большую погрешность.
Пробовал давать на выход 1 Ампер, нагрев конечно увеличивался, но несильно. да и нагрев был только у микросхемы. В общем остался доволен.

Спросите почему не купил готовое на том же Али?
-Детали пригодятся и в других поделках.
-Хотелось немного «размять руки».
-Затраты на все компоненты получились примерно 1 доллар на 1 плату.
-Решил протестировать не готовое устройство, а детали, так как их применяют не только в драйверах.
-На выходе получил устройство надежнее, чем предлагают магазины Китая.

Очень надеюсь, что данный обзор будет полезен.