Микросхемы сетевых драйверов светодиодов 10 15 ватт. Самодельный драйвер для мощных светодиодов. Схема питания светодиодов на основе конденсаторного делителя

Когда мне понадобился для 10-ваттного светодиода драйвер, который бы работал от 16-17 В (выпрямленное и сглаженное напряжение от "электронного трансформатора"), в голову пришла мысль сделать его по нестандартной схеме из "подручных материалов", так как не очень прельщала мысль заказывать драйвер из Китая за 150-200 руб. (описываемый драйвер обойдется в 50 руб. даже при покупке деталей "в магазине за углом") и особенно, ждать не менее месяца прихода посылки. Кроме того, хотелось "сочинить" что-то нестандартное. Получилось вот такое устройство.

Приводимая ниже схема драйвера рассчитана на работу с 10-ваттной светодиодной матрицей (3х3, с рабочим напряжением 10-12 В) и состоит из недорогих и не дефицитных деталей минимальной стоимости, которые можно купить в любом магазине радиодеталей или найти в своем "хозяйстве". Устройство собрано по схеме Step-Down регулятора. Необычность решения заключается в применении в качестве компаратора широко распространенной TL431, которая обычно применяется в линейных регуляторах.

Пояснения по работе схемы

При подаче напряжения питания, ток через светодиод, а значит и резистор-датчик тока R1, не течет. Транзистор VT1 закрыт, на управляющем входе регулятора A1 присутствует нулевой потенциал и, соответственно, катод выключен. На затвор транзистора VT2 подается напряжение через цепочку R4-R6, которое ограничивается на безопасном для него уровне стабилитроном VD1. Транзистор открывается, и через элементы R1, HL1, L1, VT2 начинает течь ток, линейно нарастающий благодаря наличию дросселя L1 индуктивностью примерно 400-500 микрогенри. При достижении током величины, при котором на резисторе R1 падает напряжение, достаточное для открытия VT1, транзистор приоткрывается и, при напряжении 2.5 В на выводе 1 TL431, катод A1 замыкает затвор VT2 с корпусом через R5. Транзистор закрывается и ток L1 (теперь линейно убывающий) протекает через диод VD2, R1 и светодиод. Напряжение на переходе базе-эмиттер VT1 уменьшается, он закрывается, что приводит в конечном итоге к открыванию VT2 и процесс повторяется. Конденсатор C1 обеспечивает низкое внутреннее сопротивление цепи питания схемы, C2 несколько снижает частоту переключений и в целом улучшает стабильность схемы. Резистор R5 ограничивает ток разряда входной емкости VT2 на безопасном для TL431 уровне.

Главный недостаток схемы - значительное время заряда входной емкости MOSFET транзистора VT2 через резистор R4. Добавление элементов, форсирующих заряд указанной емкости, значительно усложнило бы схему, поэтому, приняты ряд мер, снижающих негативное влияние этого явления на работу устройства без его усложнения. Во-первых, номинал R4 выбран минимально возможным, соблюдая компромисс с выделяемой на нем мощности и максимальным током катода A1. Во-вторых, частота работы схемы выбрана относительно низкой (20-75 кГц) для снижения выделяемой на VT2 из-за большого времени открытия мощности. В-третьих, транзистор выбран по минимальной входной емкости из имеющихся в наличии - у IRFZ44N он составляет по даташиту 1350 пФ. Кроме того, при увеличении входного напряжения, вместе с увеличением частоты увеличивается и ток через R4, уменьшая длительность заряда входной емкости, а значит, спада импульса на коллекторе VT2.

Устройство собрано на печатной плате из односторонне-фольгированного стеклотекстолита размерами 40мм на 60мм. Печатные "дорожки" достаточно широкие, что помогает дополнительно рассеивать мощность, выделяемую на деталях схемы, а так же позволяет, при желании, не сверлить отверстия, а паять детали со стороны печатных проводников - я выбрал этот вариант, причем фольгу вырезал резаком (на рисунке - вариант установки деталей со стороны без металлизации).

Плата рассчитана на установку транзистора VT2 в корпусе D2PAK, однако, возможно его применение и в корпусе TO-220, что и сделано в моем случае. В качестве радиатора транзистора применен полигон из фольги площадью около 6 квадратных сантиметров, к которому он припаян непосредственно коллектором хорошо прогретым паяльником (паять не более 3 сек.!). От использования всех комплектующих в SMD исполнении я отказался сознательно из-за того, что у многих радиолюбителей с их применением есть сложности. В исполнении, приведенном на фотографиях, температура транзистора оказалась менее 55 градусов при Uвх = 14-20 В, с ростом входного напряжения она тоже растет и при Uвх = 30В достигает 70 градусов.

При номинале R1, указанном на схеме, ток светодиода составляет около 0.8 А, при котором измеренное падение напряжения на нем составило 11.3 В, что дает мощность примерно 9 Ватт (для надежности, на 10% ниже паспортной). Приводимое в описании китайских светодиодов значение номинального тока 980 мА дает напряжение на светодиоде примерно 11.5 В и мощность тоже почти 11.5 Ватт, что вряд ли благотворно скажется на долговечности! Изменив пропорционально номинал R1, можно в некоторых пределах менять ток светодиода. Для удобства подбора R1 можно составить из двух, соединенных параллельно (для дополнительного резистора на плате предусмотрено место)

Дроссель намотан (примерно 80 витков) на "знаменитом" желтом кольце из компьютерного БП, с которого снята "родная" обмотка. Его размеры видны из фотографий. Дроссель прикручен к плате винтом с гайкой, при этом под него подложена резиновая крышка из под ампулы для лекарств. Это позволило отцентрировать его и зафиксировать от прокручивания.

При применении обычного кольца из феррита 500НМ-4000НМ, сечение должно быть значительно больше, иначе, дроссель может входить в насыщение, что приведет к резкому снижению КПД и нагреву VT2. Возможно применение дросселя и с сердечниками других типов (если позволяет конструкция, лучше с зазором не менее 0.1-0.3 мм) или заводских не менее чем на 1.5 А.

В качестве VT1 подойдет практически любой p-n-p с допустимым напряжением на коллекторе не меньше, чем входное. В качестве VT2 применение транзистора, указанного на схеме оптимально. Должны неплохо подойти применяемые в инверторах ЖК телевизоров FDD8447 в корпусе DPAK (входная емкость 2000 пФ и сопротивлением открытого канала 8 мОм), но мной не проверено. Я пробовал транзисторы IRF3205 (температура корпуса выше чем IRFZ44N на 7-10 градусов) и BUZ11 (выше на 10-15 градусов), но сразу оговорюсь: их я проверял при входном напряжении до 24 В. При применении указанных транзисторов (особенно при больших входных напряжениях) транзистор стоит установить на отдельном радиаторе, площадью 30-50 кв. см. и, возможно, увеличить емкость C2 до 2200-3300 пФ для снижения частоты переключения.

Стабилитрон VD1- любой на 10-12 Вольт. Диод VD2 лучше использовать Шоттки, но, в крайнем случае, можно применить из серии HER (101-104 либо 201-204). В случае, если входное напряжение на превысит 24 В, резистор R4 можно взять на мощность 0.5 Вт.

КПД драйвера по моим измерениям составил: при входном напряжении 13-20 В - не менее 90%; при напряжении 30 В - около 83% (выделяется больше мощности на VT2 и R4). Ток светодиода для всего диапазона входных напряжений достаточно стабилен - плюс-минус 10-20 мА.

У данного прибора интересная особенность - при снижении входного напряжения ниже 13 В, устройство начинает работать в линейном режиме, причем, яркость в момент перехода меняется слабо и КПД заметно не снижается. При последующем увеличении входного напряжения до уровня, большего напряжения на светодиоде на 1.5 - 2 В, устройство устойчиво начинает генерировать и переходит в режим ключевой стабилизации.

Во вложенном файле имеются Proteus-модель и плата в формате LAY

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
A1	ИС источника опорного напряжения	TL431	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ361В	1	A1015, A966		В блокнот
VT2	MOSFET-транзистор	IRFZ44N	1			В блокнот
VD1	Стабилитрон	1N4741A	1	11 V		В блокнот
VD2	Диод Шоттки	1N5819	1	1N5822		В блокнот
C1	Конденсатор	470 мкФ 35В	1			В блокнот
С2	Конденсатор	560 пФ	1			В блокнот
R1	Резистор	0.68 Ом	1	1 Вт		В блокнот
R2, R3	Резистор	10 кОм	2

Гарантией яркости свечения, эффективности и долговечности LED-источников является правильное питание, которое могут обеспечить специальные электронные устройства - драйверы для светодиодов. Они преобразуют напряжение переменного тока в сети 220В в напряжение постоянного тока заданного значения. Разобраться в том, какую функцию выполняют преобразователи и на что обратить внимание при их выборе, поможет анализ основных видов и характеристик устройств.

Основной функцией драйвера для светодиодов является обеспечение стабилизированного тока, проходящего через LED-прибор. Значение тока, протекающего через кристалл полупроводника, должно соответствовать паспортным параметрам светодиода. Это обеспечит устойчивость свечения кристалла и поможет избежать его преждевременной деградации. Кроме того при заданном токе падение напряжения будет соответствовать величине, необходимой для p-n перехода. Узнать соответствующее напряжение питания светодиода можно воспользовавшись вольт-амперной характеристикой.

При освещении жилых и офисных помещений светодиодными лампами и светильниками применяют драйверы, питание которых обеспечивается от сети переменного тока 220В. В автомобильном освещении (фары, ДХО и пр.), велосипедных фарах, портативных фонарях используют источники питания постоянного напряжения в диапазоне от 9 до 36В. Некоторые светодиоды небольшой мощности можно подключать без драйвера, но тогда в схему включения светодиода в сеть 220 вольт должен быть внесен резистор.

Напряжение драйвера на выходе указывается в интервале двух конечных значений, между которыми обеспечивается стабильное функционирование. Существуют адаптеры с интервалом от 3В до нескольких десятков. Чтобы запитать схему из 3-х последовательно соединенных светодиодов белого цвета, каждый из которых имеет мощность 1 Вт, потребуется драйвер с выходными значениями U – 9-12В, I – 350 мА. Падение напряжения для каждого кристалла составит около 3,3В, а в общей сумме 9,9В, что войдет в диапазон драйвера.

Основные характеристики преобразователей

Перед тем как купить драйвер для светодиодов, следует ознакомиться с основными характеристиками устройств. К ним относят напряжение на выходе, номинальный ток и мощность. Выходное напряжение преобразователя зависит от величины падения напряжения на LED-источнике, а также от способа подключения и количества светодиодов в схеме. Ток находится в зависимости от мощности и яркости излучающих диодов. Драйвер должен обеспечить светодиодам такой ток, который необходим им для поддержки требуемой яркости.

Одной из важных характеристик драйвера считается мощность, которую прибор выдает в виде нагрузки. На выбор мощности драйвера влияет мощность каждого LED-прибора, общее количество и цвет свечения светодиодов. Алгоритм расчета мощности состоит в том, что максимальная мощность устройства не должна быть ниже потребления всех светодиодов:

P = P(led) × n ,

где P(led) – мощность единичного LED-источника, а n - количество светодиодов.

Кроме того должно выполняться обязательное условие, при котором бы обеспечивался запас мощности в пределах 25-30%. Таким образом значение максимальной мощности должно быть не меньше значения (1,3 х P).

Следует также брать во внимание цветовые характеристики светодиодов. Ведь различные по цвету полупроводниковые кристаллы имеют разную величину падения напряжения при прохождении через них тока одинаковой силы. Так падение напряжения у красного светодиода при токе 350 мА составляет 1,9-2,4В, тогда среднее значение его мощности будет равно 0,75 Вт. У аналога зеленого цвета величина падения напряжения находится в пределах от 3,3 до 3,9В и при таком же токе мощность составит уже 1,25 Вт. Значит к драйверу для светодиодов 12В можно подсоединить 16 красных LED-источников или 9 зеленых.

Полезный совет! При выборе драйвера для светодиодов специалисты советуют не пренебрегать максимальным значением мощности прибора.

Какими бывают драйверы для светодиодов по типу устройства

Драйверы для светодиодов классифицируют по типу устройства на линейные и импульсные. Структура и типовая схема драйвера для светодиодов линейного типа представляет собой генератор тока на транзисторе с р-каналом. Такие устройства обеспечивают плавную стабилизацию тока при условии неустойчивого напряжения на входном канале. Они являются простыми и дешевыми устройствами, однако отличаются низкой эффективностью, выделяют при работе много тепла и не могут быть использованы как драйвера для мощных светодиодов.

Импульсные устройства создают в выходном канале ряд высокочастотных импульсов. Их работа основана на принципе ШИМ (широтно-импульсной модуляции), когда средняя величина тока на выходе обуславливается коэффициентом заполнения, т.е. отношением длительности импульса к числу его повторений. Изменение величины среднего выходного тока происходит вследствие того, что частота импульсов остается неизменной, а коэффициент заполнения изменяется от 10-80%.

Благодаря высокому КПД преобразований (до 95%) и компактности устройств, они нашли широкое применение для портативных светодиодных конструкций. Кроме того, эффективность устройств положительно сказывается на длительности функционирования автономных приборов питания. Преобразователи импульсного типа имеют компактные размеры и отличаются обширным диапазоном входных напряжений. Недостатком этих устройств является высокий уровень электромагнитных помех.

Полезный совет! Приобретать LED-драйвер следует на этапе выбора светодиодных источников, предварительно определившись со схемой светодиодов от 220 вольт.

Перед тем как подобрать драйвер для светодиодов, необходимо знать условия его функционирования и место размещения светодиодных приборов. Широтно-импульсные драйверы, в основе которых лежит одна микросхема, имеют миниатюрные размеры и рассчитаны на питание от автономных низковольтных источников. Основное применение этих устройств – тюнинг автомобилей и светодиодная подсветка. Однако ввиду использования упрощенной электронной схемы качество таких преобразователей несколько ниже.

Диммируемые драйверы для светодиодов

Современные драйверы для светодиодов совместимы с устройствами регулирования яркости свечения полупроводниковых приборов. Использование диммируемых драйверов позволяет управлять уровнем освещенности в помещениях: снижать интенсивность свечения в дневное время, подчеркивать или скрывать отдельные элементы в интерьере, зонировать пространство. Это, в свою очередь, дает возможность не только рационально использовать электроэнергию, но и экономить ресурс светодиодного источника света.

Диммируемые драйверы бывают двух типов. Одни подсоединяются между блоком питания и LED-источниками. Такие устройства управляют энергией, поступающей от источника питания к светодиодам. В основе таких устройств используется ШИМ-управление, при котором энергия поступает к нагрузке в виде импульсов. Длительность импульсов определяет количество энергии от минимального до максимального значения. Драйверы такого типа применяются по большей части для светодиодных модулей с фиксированным напряжением, таких как светодиодные ленты, бегущие строки и др.

Управление драйвером осуществляется с помощью или ШИМ

Диммируемые преобразователи второго типа управляют непосредственно источником питания. Принцип их работы заключается как в ШИМ-регулировании, так и в управлении величиной протекающего через светодиоды тока. Диммируемые драйверы этого типа используются для LED-приборов со стабилизированным током. Стоит отметить, что при управлении светодиодами посредством ШИМ-регулирования наблюдаются негативно влияющие на зрение эффекты.

Сравнивая эти два метода регулирования, стоит отметить, что при регулировании величины тока через LED-источники наблюдается не только изменение яркости свечения, но и изменение цвета свечения. Так, белые светодиоды при меньшем токе излучают желтоватый свет, а при увеличении – светятся синим. При управлении светодиодами посредством ШИМ-регулирования наблюдаются негативно влияющие на зрение эффекты и высокий уровень электромагнитных помех. В связи с этим ШИМ-управление используется достаточно редко в отличие от регулирования тока.

Схемы драйверов для светодиодов

Многие производители выпускают для светодиодов микросхемы драйверов, позволяющие запитывать источники от пониженного напряжения. Все существующие драйверы делят на простые, выполненные на базе от 1-3 транзисторов и более сложные с использованием специальных микросхем с широтно-импульсной модуляцией.

Компания ON Semiconductor предлагает в качестве основы для драйверов широкий выбор микросхем. Они отличаются приемлемой стоимостью, отличной эффективностью преобразования, экономичностью и низким уровнем электромагнитных импульсов. Производителем представлен драйвер импульсного типа UC3845 с величиной тока на выходе до 1А. На такой микросхеме можно реализовать схему драйвера для светодиода 10W.

Электронные компоненты HV9910 (Supertex) являются популярной микросхемой для драйверов, благодаря простому схемному разрешению и невысокой цене. Она имеет встроенный регулятор напряжения и выводы для осуществления управления яркостью, а также вывод для программирования частоты переключений. Выходное значение тока составляет до 0,01А. На данной микросхеме возможно воплотить простой драйвер для светодиодов.

На базе микросхемы UCC28810 (пр-во компании Texas Instruments) можно создать схему драйвера для мощных светодиодов. В такой схеме LED-драйвера может создаваться выходное напряжение величиной 70-85В для светодиодных модулей, состоящих из 28 LED-источников током 3 А.

Полезный совет! Если вы планируете купить сверхяркие светодиоды мощностью 10 Вт, для конструкций из них можно использовать импульсный драйвер на микросхеме UCC28810.

Компания Clare предлагает создание простого драйвера импульсного типа на основе микросхемы CPC 9909. Она включает контроллер преобразователя, размещенного в компактном корпусе. За счет встроенного стабилизатора напряжения допускается питание преобразователя от напряжения 8-550В. Микросхема CPC 9909 позволяет эксплуатировать драйвер в условиях широкого разброса температурных режимов от -50 до 80°С.

Как подобрать драйвер для светодиодов

На рынке представлен широкий ассортимент драйверов для светодиодов от разных производителей. Многие из них, особенно китайского производства, отличаются низкой ценой. Однако покупать такие устройства не всегда выгодно, так как большинство из них не соответствует заявленным характеристикам. Кроме того такие драйверы не сопровождаются гарантией, а в случае обнаружения брака их нельзя вернуть или заменить на качественные.

Так существует вероятность приобретения драйвера, заявленная мощность которого составляет 50 W. Однако на деле оказывается, что эта характеристика имеет непостоянный характер и такая мощность является лишь кратковременной. В реальности же такое устройство будет работать как LED-driver 30W или максимум 40W. Так же может оказаться, что в начинке не будет хватать некоторых компонентов, отвечающих за устойчивое функционирование драйвера. Кроме того могут применяться компоненты низкого качества и с небольшим сроком службы, что является по сути браком.

При покупке стоит обращать внимание на указание бренда изделия. На качественном товаре обязательно будет указан изготовитель, который предоставит гарантию и будет готов отвечать за свою продукцию. Следует отметить, что и срок службы драйверов от проверенных производителей будет гораздо больше. Ниже приведено ориентировочное время работы драйверов в зависимости от изготовителя:

• драйвер от сомнительных производителей – не более 20 тыс. часов;
• устройства среднего качества – около 50 тыс. часов;
• преобразователь от проверенной фирмы-изготовителя с использованием качественных компонентов – свыше 70 тыс. часов.

Полезный совет! Какого качества будет светодиодный драйвер – выбирать вам. Однако следует заметить, что особенно важно приобретать фирменный преобразователь, если речь идет о применении его для прожекторов из светодиодов и мощных светильников.

Расчет драйверов для светодиодов

Чтобы определить напряжение на выходе светодиодного драйвера, необходимо рассчитать отношение мощности (Вт) к значению тока (А). К примеру, драйвер имеет следующие характеристики: мощность 3 Вт и ток 0,3 А. Расчетное отношение составляет 10В. Таким образом, это будет максимальная величина выходного напряжения данного преобразователя.

Статья по теме:

Типы. Схемы подключения LED-источников. Расчет сопротивления для светодиодов. Проверка светодиода мультиметром. LED-конструкции своими руками.

Если необходимо подключить 3 LED-источника, ток каждого из которых составляет 0,3 мА при напряжении питания 3В. Подключая к светодиодному драйверу один из приборов, то выходное напряжение будет равно 3В и ток 0,3 А. Собрав последовательно два LED-источника, выходное напряжение будет равно 6В и ток 0,3 А. Добавив в последовательную цепочку третий светодиод, получим 9В и 0,3 А. При параллельном соединении 0,3 А одинаково распределятся между светодиодами по 0,1 А. Подключая светодиоды к устройству на 0,3 А при значении тока 0,7, им достанется всего 0,3 А.

Таков алгоритм функционирования светодиодных драйверов. Они выдают такое количество тока, на которое они рассчитаны. Способ подключения LED-приборов в этом случае не играет роли. Есть модели драйверов, предполагающие любое количество подключаемых к ним светодиодов. Но тогда существует ограничение по мощности LED-источников: она не должна превышать мощность самого драйвера. Выпускаются драйверы, рассчитанные на определенное число подключаемых светодиодов К ним разрешается подключить меньшее количество светодиодов. Но такие драйверы имеют низкую эффективность, в отличие от устройств, рассчитанных на конкретное количество LED-приборов.

Следует отметить, что у драйверов, рассчитанных на фиксированное количество излучающих диодов, предусмотрена защита от аварийных ситуаций. Такие преобразователи некорректно работают, если к ним подключить меньшее число светодиодов: они будут мерцать или вообще не будут светиться. Таким образом, если подключить к драйверу напряжение без соответствующей нагрузки, он будет работать нестабильно.

Где купить драйверы для светодиодов

Купить LED-driver можно в специализированных точках по продаже радиодеталей. Кроме того гораздо удобней ознакомиться с продукцией и заказать необходимое изделие, используя каталоги соответствующих сайтов. Помимо этого в интернет-магазинах можно приобрести не только преобразователи, а также приборы светодиодного освещения и сопутствующую продукцию: , устройства управления, средства подключения, электронные компоненты для ремонта и сборки драйвера для светодиодов своими руками.

Реализующими компаниями представлен огромный ассортимент драйверов для светодиодов, технические характеристики и цены которых можно увидеть в прайсах. Как правило цены на продукцию носят ориентировочный характер и уточняются при заказе у менеджера проекта. В ассортименте имеются преобразователи различной мощности и степени защиты, применяемые для наружного и внутреннего освещения, а также для подсветки и тюнинга автомобилей.

Выбирая драйвер следует учитывать условия его использования и потребляемую мощность светодиодной конструкции. Поэтому приобретать драйвер необходимо перед покупкой светодиодов. Так, прежде чем купить драйвер для светодиодов 12 вольт, необходимо принять во внимание, что он должен иметь запас мощности около 25-30%. Это нужно для того, чтобы уменьшить риск повреждения или полного выхода из строя прибора при коротком замыкании или перепадах напряжения в сети. Стоимость преобразователя зависит от количества приобретаемых устройств, формы оплаты и сроков доставки.

В таблице приведены основные параметры и размеры стабилизаторов напряжения 12 вольт для светодиодов с указанием их ориентировочной цены:

Модификация LD DC/AC 12 V	Габариты, мм (в/ш/г)	Выходной ток, A	Мощность, W	Цена, руб.
1x1W 3-4VDC 0.3A MR11	8/25/12	0,3	1х1	73
3x1W 9-12VDC 0.3A MR11	8/25/12	0,3	3х1	114
3x1W 9-12VDC 0.3A MR16	12/28/18	0,3	3х1	35
5-7x1W 15-24VDC 0.3A	12/14/14	0,3	5-7х1	80
10W 21-40V 0.3A AR111	21/30	0,3	10	338
12W 21-40V 0.3A AR11	18/30/22	0,3	12	321
3x2W 9-12VDC 0.4A MR16	12/28/18	0,4	3х2	18
3x2W 9-12VDC 0.45A	12/14/14	0,45	3х2	54

Изготовление драйверов для светодиодов своими руками

Используя готовые микросхемы, радиолюбители могут самостоятельно собирать драйверы для светодиодов различной мощности. Для этого необходимо уметь читать электрические схемы и иметь навыки работы с паяльником. Для примера можно рассмотреть несколько вариантов LED-драйверов своими руками для светодиодов.

Схему драйвера для светодиода 3W можно реализовать на основе микросхемы PT4115 китайского производства PowTech. Микросхема может быть применена для питания LED-приборов свыше 1W и включает в себя блоки управления, которые имеют на выходе достаточно мощный транзистор. Драйвер на базе PT4115 обладает высокой эффективностью и имеет минимальное количество компонентов обвязки.

Обзор PT4115 и технические параметры ее компонентов:

• функция управление яркостью свечения (диммирование);
• входное напряжение – 6-30В;
• значение выходного тока – 1,2 А;
• отклонение стабилизации тока до 5%;
• предохранение от разрывов нагрузки;
• наличие выводов для диммирования;
• эффективность – до 97%.

Микросхема имеет следующие выводы:

• для выходного переключателя – SW;
• для сигнального и питающего участка схемы – GND;
• для регулирования яркости – DIM;
• входной датчик тока – CSN;
• напряжение питания – VIN;

Схема драйвера для светодиодов своими руками на базе PT4115

Схемы драйвера для питания LED-приборов рассеивающей мощностью 3 Вт могут быть исполнены в двух вариантах. Первый предполагает наличие источника питания напряжением от 6 до 30В. В другой схеме предусмотрено питание от источника переменного тока напряжением от 12 до 18В. В этом случае в схему введен диодный мост, на выходе которого устанавливается конденсатор. Он способствует сглаживанию колебаний напряжения, емкость его составляет 1000 мкФ.

Для первой и второй схемы особое значение имеет конденсатор (CIN): этот компонент призван уменьшить пульсацию и компенсировать накопленную катушкой индуктивности энергию при закрытии MOP-транзистора. В отсутствие конденсатора вся энергия индуктивности через полупроводниковый диод ДШБ (D) попадет на вывод напряжения питания (VIN) и станет причиной пробоя микросхемы относительно питания.

Полезный совет! Следует обязательно учитывать, что подключение драйвера для светодиодов в отсутствие входного конденсатора не разрешается.

Учитывая количество и то, сколько потребляют светодиоды, рассчитывается индуктивность (L). В схеме светодиодного драйвера следует подбирать индуктивность, величина которой 68-220 мкГн. Об этом свидетельствуют данные технической документации. Можно допустить небольшое увеличение значения L, однако следует учесть, что тогда снизится КПД схемы в целом.

Как только подается напряжение, величина тока при прохождении его через резистор RS (работает как датчик тока) и L будет нулевая. Далее, CS comparator анализирует уровни потенциалов, находящихся до резистора и после него – в результате появляется высокая концентрация на выходе. Ток, идущий в нагрузку, нарастает до определенного значения, контролируемого RS. Ток увеличивается в зависимости от значения индуктивности и от величины напряжения.

Сборка компонентов драйвера

Компоненты обвязки микросхемы РТ 4115 подбираются с учетом указаний производителя. Для CIN следует применять низкоимпедансный конденсатор (конденсатор с низким ESR), так как применение других аналогов негативно скажется на эффективности драйвера. Если устройство будет запитано от блока со стабилизированным током, на входе понадобится один конденсатор емкостью от 4,7 мкФ. Его рекомендуется разместить рядом с микросхемой. Если ток переменный, потребуется ввести твердотельный танталовый конденсатор, емкость которого не ниже 100 мкФ.

В схему включения для светодиодов 3 Вт необходимо установить катушку индуктивности на 68 мкГн. Она должна располагаться как можно ближе к выводу SW. Можно сделать катушку самостоятельно. Для этого потребуется кольцо из вышедшего из строя компьютера и обмоточный провод (ПЭЛ-0,35). В качестве диода D можно использовать диод FR 103. Его параметры: емкость 15 пФ, время восстановления 150 нс, температура от -65 до 150°С. Он может справиться с импульсами тока до 30 А.

Минимальная величина резистора RS в схеме светодиодного драйвера составляет 0,082 Ом, ток – 1,2 А. Чтобы рассчитать резистор, необходимо использовать значение тока, необходимого для светодиода. Ниже приведена формула для расчета:

RS = 0,1 / I ,

где I – номинальная величина тока LED-источника.

Величина RS в схеме светодиодного драйвера составляет 0,13 Ом, соответственно значение тока – 780 мА. Если такой резистор не удается отыскать, можно использовать несколько низкоомных компонентов, используя при расчете формулу сопротивления для параллельного и последовательного включения.

Компоновка драйвера для светодиода 10 Ватт своими руками

Собрать драйвер для мощного светодиода можно самостоятельно, используя электронные платы от вышедших из строя люминесцентных ламп. Чаще всего в таких светильниках перегорают лампы. Электронная плата остается рабочей, что позволяет использовать ее компоненты для самодельных блоков питания, драйверов и других устройств. Для работы могут понадобиться транзисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности (дроссели).

Неисправную лампу необходимо аккуратно разобрать с помощью отвертки. Чтобы сделать драйвер для светодиода 10 Вт, следует воспользоваться люминесцентной лампой, мощность которой 20 Вт. Это необходимо для того, чтобы дроссель мог с запасом выдержать нагрузку. Для более мощной лампы следует либо подбирать соответствующую плату, либо заменить сам дроссель на аналог с большим сердечником. Для LED-источников с меньшей мощностью можно отрегулировать число витков обмотки.

Далее поверх первичных витков обмотки необходимо сделать 20 витков провода и с помощью паяльника соединить эту обмотку с выпрямительным диодным мостом. После этого следует подать напряжение от сети 220В и измерить выходное напряжение на выпрямителе. Его значение составило 9,7В. LED-источник через амперметр потребляет 0,83 А. Номинал этого светодиода 900 мА, однако чтобы заниженное потребление тока позволит увеличить его ресурс. Сборка диодного моста осуществляется путем навесного монтажа.

Новую плату и диодный мост можно разместить в подставке от старого настольного светильника. Таким образом, светодиодный драйвер можно собрать самостоятельно из имеющихся в наличии радиодеталей от вышедших из строя устройств.

В силу того что светодиоды достаточно требовательны к источникам питания, необходимо правильно подбирать к ним драйвер. Если преобразователь выбран правильно, можно быть уверенным, что параметры LED-источников не ухудшатся и светодиоды прослужат положенный им срок.

Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.

В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.

Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:

Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.

Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.

Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.

Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.

Поверх первичной обмотки дросселя нужно намотать 20 витков эмальпровода. Затем припаиваем вторичную намотанную обмотку к выпрямительному диодному мостику. Подключаем к лампе напряжение 220В и измеряем напряжение на выходе с выпрямителя. Оно составило 9,7В. Светодиод, подключенный через амперметр, потребляет ток в 0,83А. У этого светодиода номинальный ток равен 900мА, но чтобы увеличить его ресурс в работе специально занижено потребление по току. Диодный мостик можно собрать на плате навесным монтажом.

Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.

Шаг третий. Сборка светодиодной настольной лампы.
Патрон для лампы на 220 вольт убираем. Светодиод мощностью 10Вт установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы. Абажур настольной лампы служит теплоотводом для светодиода.

Электронную плату питания и диодный мост разместил в корпусе подставки настольной лампы.

Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:

Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.

Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).

Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:

I LED = 0.1 / R

Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.

Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.

Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.

Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.

Для справки: каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.

Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:

1. Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
2. Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.

Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:

Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.

Как работает схема

В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.

Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.

Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.

Важные нюансы сборки

Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.

Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).

Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).

Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.

В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .

Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.

При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.

Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.

Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.

Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.

Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.

И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.

К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:

• R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
• R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).

Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.

Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.

Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).

Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:

R = 0.1 / I LED [A]

Типовая схема включения выглядит так:

Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.

CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).

SN3350

SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).

Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:

R = 0.1 / I LED

Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.

Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).

Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.

Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.

Типовая схема включения:

Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).

ZXLD1350

Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.

Вот главные отличия:

• микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
• максимальный ток нагрузки - 350 мА;
• сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
• изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
• если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;

Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:

R = 0.1 / I LED

Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.

Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:

Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.

Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .

Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.

QX5241

QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).

В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).

Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.

Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.

Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:

• максимальный выходной ток - 2.5 А;
• КПД до 96%;
• максимальная частота диммирования - 5 кГц;
• максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
• точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
• напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
• выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED

Более подробно читайте в спецификации (на инглише).

Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:

Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.

Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.

Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).

AL9910

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

Вот ее основные характеристики:

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

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