Виды и характеристики драйверов для светодиодных источников света

Виды и характеристики драйверов для светодиодных источников света

Драйвер для светодиодного светильника — важнейший элемент схемы, обеспечивающий хорошую яркость, эффективность и продолжительную эксплуатацию источников света. С его помощью происходит трансформация переменного тока промышленной сети напряжением 220 В в постоянный ток нужного значения (12/24/48 В). Разберемся во всех функциях электротехнического элемента и укажем важные критерии выбора устройств.

Понятие сетевого драйвера и его предназначение

Драйвер — электронный компонент, на который поступает напряжение переменного тока, происходит стабилизация и выходит напряжение постоянного тока. Здесь важно понимать, что речь идет о получении тока. Для преобразования напряжения используются обычные блоки питания (на корпусе указывается значение выходного напряжения). Блоки питания эксплуатируются в диодных лентах.

Главная характеристика преобразователя для светодиодных осветительных приборов — выходной ток. Для нагрузки используют вспомогательные led-диоды или другие полупроводники. Практически всегда драйвер питается от промышленной сети 220 В, а диапазон напряжения на выходе начинается от 2 – 3 и заканчивается десятками Вольт. Чтобы подключить три светодиода на 3 Вт, необходим электронный драйвер с выходным напряжением 9 – 21 В и током 780 мА. При небольшой нагрузке универсальное устройство характеризуется низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Для питания фар транспортных средств применяют источник с постоянным напряжением от 10 до 35 В. Если мощность невысокая, драйвер необязателен, но потребуется соответствующий резистор. Данный компонент — незаменимая часть бытового выключателя, но при коммутации led-диода к переменной сети 220 В нельзя рассчитывать на надежную и долговечную работу.

Принцип работы

Преобразователь выступает источником тока. Разберемся в отличиях изделия от блока питания — источника напряжения.

На выходе каждого преобразователя напряжения имеем определенное напряжение, которое не связано с нагрузкой. К примеру, если подключить к блоку питания 12 В сопротивление 40 Ом, через него будет идти ток 300 мА. Если установить два резистора параллельно, то в сумме получится ток 600 мА, хотя напряжение останется идентичным.

Что касается драйвера, он дает одинаковый ток, несмотря на изменяющееся в меньшую или большую сторону напряжение. Возьмите резистор 30 Ом и соедините его с драйвером на 225 мА. Напряжение упадет до 12 В. Если выполнить коммутацию двух параллельно соединенных резисторов по 30 Ом каждый, ток все равно останется равным 225 мА, но напряжение уменьшится вдвое — до 6 В.

Отсюда вывод: качественный драйвер гарантирует нагрузке заданный выходной ток независимо от изменяющегося напряжения. В результате led-диод при подаче напряжения 5 В будет светить одинаково ярко в сравнении с источником питания на 10 В при условии сохранения идентичного тока.

Технические характеристики

Необходимость покупки драйвера возникает, если был найден интересный светильник без преобразователя тока. Другой вариант — создание источника света с нуля путем приобретения каждого элемента отдельно.

Перед покупкой преобразователя тока изучите три главные характеристики:

• выходной ампераж;
• рабочая мощность;
• выходной вольтаж.

Выходное напряжение рассчитывается исходя из схемы подключения к питанию и числа светодиодов. Значение тока оказывает воздействие на мощность и уровень свечения. Выходного тока драйвера для led-диодов должно быть достаточно для постоянного и яркого свечения.

Мощность изделия должна быть выше суммарного значения всех светодиодов. Для расчета используется формула P = P (led) × X, где

• P (led) — мощность диода;
• X — число диодов.

Для гарантии продолжительной эксплуатации драйвера нужно ориентироваться на запас мощности — покупайте преобразователи номинальной мощностью на 20 – 30 % выше требуемого значения. Не забывайте о цветовом факторе, непосредственно связанном с падением напряжения. Последняя величина изменяется в зависимости от разных цветов.

Срок годности

Срок эксплуатации драйвера несколько меньше по сравнению с оптической составляющей светодиодного светильника — порядка 30 000 часов. Это связано с рядом причин: скачками напряжения, изменениями температуры, влажности и нагрузкой на преобразователь.

Одно из уязвимых мест — сглаживающий конденсатор, в котором со временем испаряется электролит. В большинстве случаев это происходит при монтаже в помещениях с высокой влажностью или подключении к сети, в которой есть скачки напряжения. Подход приведет к повышению пульсаций на выходе устройства, что негативно воздействует на led-диоды.

Нередко срок службы драйвера уменьшается из-за частичной загруженности. Если используется устройство мощностью 200 Вт с уменьшенной в два раза нагрузкой (100 Вт), половина от номинального значения вернется в сеть, что вызовет перегрузку и более частые сбои питания.

Виды драйверов

Существуют две основные категории преобразователей тока для светодиодов — линейного и импульсного типов. На линейном оборудовании выход — генератор тока, гарантирующий стабилизацию при любых перепадах сетевого напряжения. Компонент выполняет плавную подстройку без образования электромагнитных волн высокой частоты. Простые и дешевые изделия с КПД ниже 80 %, что ограничивает область использования до светодиодов и лент малой мощности.

Принцип действия импульсных драйверов сложнее — на выходе образуется серия импульсов тока высокой частоты.

Частота появления импульсов тока всегда постоянна, но коэффициент заполнения может изменяться в диапазоне 10 – 80 %, что приводит к изменению значения выходного тока. Компактные габариты и высокий КПД (90 – 95 %) обусловили широкое распространение импульсных драйверов. Их главный недостаток — большее число электромагнитных помех (в сравнении с линейными).

На стоимости драйвера сказывается наличие или отсутствие гальванической развязки. В последнем случае устройства обычно дешевле, но надежность значительно ниже из-за вероятности поражения током.

Диммируемый драйвер

Диммер — устройство, позволяющее регулировать яркость источников света. Большинство драйверов поддерживают данную функцию. С их помощью понижается интенсивность освещения в светлое время суток, расставляются акценты на определенных предметах интерьера, выполняется зонирование комнаты. Все это предоставляет возможность снижения затрат на электроэнергию и увеличение ресурса отдельных компонентов.

Китайские драйверы

Дешевые и низкокачественные китайские драйверы характеризуются отсутствием корпуса. Величина выходного тока обычно не превышает 700 мА. На фоне минимальной стоимости и (возможно) наличия гальванической развязки недостатки выглядят куда более серьезными:

• короткий срок эксплуатации;
• ненадежность — дешевые элементы для схем;
• большие радиочастотные помехи;
• многочисленные пульсации;
• слабая защита от высокой температуры и повышения/снижения сетевого напряжения.

Как подобрать драйвер

Если хотите получить качественное устройство, которое прослужит несколько лет и будет выполнять требуемые функции, рекомендуем избегать приобретения дешевых китайских изделий. Далеко не всегда физические параметры таковых совпадают с заявленными значениями. Не покупайте приборы, у которых отсутствуют гарантийные талоны.

Самый простой, средний по качеству и цене вариант — преобразователь тока без корпуса, подключаемый к промышленной сети напряжением 220 В. Выбирая ту или иную модификацию устройства, можно использовать его для одного или нескольких светодиодов. Это отличные элементы, применяемые в лабораторных исследованиях и экспериментах. Для квартиры и дома желательно покупать драйверы с корпусом, поскольку при его отсутствии снижаются надежность и безопасность эксплуатации.

Готовые микросхемы преобразователей тока для светодиодных светильников

На рынке можно встретить готовые микросхемы для преобразования тока. Ниже рассмотрим наиболее популярные из всех:

1. Supertex HV9910 — импульсный преобразователь с током до 10 мА, не поддерживающий развязку.
2. ON Semiconductor UC3845 — устройство импульсного типа, выходной ток которого равен 1 А.
3. Texas Instruments UCC28810 — драйвер импульсного типа с поддержкой развязки и выходным током не более 750 мА.
4. LM3404HV — отличный вариант для питания светодиодов высокой мощности. Работа построена по принципу преобразователя резонансного типа. Для поддержания номинального тока используется резонансная цепь, состоящая из конденсатора и полупроводникового диода Шоттки. При выборе сопротивления RON есть возможность задать требуемую частоту коммутации.
5. Maxim MAX16800 — линейный драйвер для малого напряжения (12 В). Выходной ток насчитывает не более 350 мА. Данная схема драйвера для светодиодной лампы — отличный вариант для мощного led-диода или фонарика. Поддерживается диммирование.

Самостоятельная сборка преобразователя для светодиодов 220 В

Рассмотренная схема напоминает блок питания импульсного типа. Для примера возьмем простой блок питания импульсного типа, не имеющий гальванической развязки. Главные преимущества подобной схемы — простота и надежность.

При выборе метода действуйте осторожно, поскольку отсутствуют какие-либо ограничения по выходному току. Светодиоды будут питаться от положенных им 1,5 – 2 А, но если по неосторожности коснуться руками оголенных проводов, значение тока вырастет до десятков ампер и произойдет сильный удар.

Простейшая схема преобразователя тока на 220 В содержит три каскада:

• делитель напряжения с емкостным резистором;
• несколько диодов (мост);
• стабилизатор напряжения.

В первом каскаде емкостной резистор используется для самостоятельной подзарядки конденсатора, не имеет отношения к работе самой схемы. Номинал не имеет значения и обычно составляет от 100 кОм до 1 МОм при мощности не более 1 Вт. В этих целях нельзя выбирать электролитический конденсатор.

Ток через конденсатор проходит до тех пор, пока он полностью не зарядится. Чем ниже емкость конденсатора, тем быстрее завершится процесс. Конденсатор на 0,3 мкФ пропустит через себя меньшую часть от общего напряжения сети.

Диодный мост используется для трансформации переменного напряжения в постоянное. После того как конденсатор «отсечет» практически весь вольтаж, диодный мост выдаст постоянный ток с напряжением 20 – 22 В.

На третьем каскаде устанавливают сглаживающий фильтр для стабилизации напряжения. Конденсатор и диодный мост уменьшают напряжение. Любые изменения напряжения в сети сказываются на выходной амплитуде диодного моста. Для уменьшения пульсации параллельно в схему подключают электролитический конденсатор.

Самостоятельная сборка преобразователя на 10 Ватт

Если хотите своими руками соорудить сетевой драйвер для питания мощного светодиода, воспользуйтесь электронными платами от испорченных экономок. Зачастую подобные светильники прекращают работу именно из-за перегоревших ламп, хотя электронная плата продолжает функционировать. Все компоненты могут применяться для создания блока питания, драйвера и прочих электротехнических приборов. В процессе потребуются конденсаторы, диоды, транзисторы и дроссели.

Разберите вышедшую из строя ртутную лампу мощностью 20 Вт (подходит для драйвера на 10 Вт). В таком случае гарантируется, что дроссель выдержит оказываемую нагрузку. С увеличением потребностей мощности для сетевого драйвера придется выбирать более мощную экономку или вместо дросселя воспользоваться аналогом с огромным сердечником.

Выполните 20 витков на обмотке и паяльником подключите ее к выпрямителю (диодному мосту). Подайте напряжение от промышленной сети 220 В и мультиметром измерьте полученное значение на выходе диодного моста. При использовании инструкции получится значение в районе 9 – 10 В. Светодиодный источник потребляет 0,8 А при номинале 900 мА. Поскольку вы будете подавать ток уменьшенного значения, сможете продлить срок эксплуатации led-диода.

Заключение

Несмотря на кажущуюся простоту и надежность, светодиоды более сложны и требовательны, нежели другие источники света. Взять те же источники питания. К примеру, если превысить мощность тока питания люминесцентной лампы на 15 – 25 %, характеристики не ухудшатся. В случае светодиодов срок их эксплуатации снизится в несколько раз. Наличие сетевого драйвера гарантирует подачу одинакового выходного тока независимо от скачков напряжения сети. По этой причине не стоит экономить на покупке данных устройств.

Плавная регулировка, изменение яркости свечения светодиодов. Регулятор, регулируемый драйвер управления. Схема регулирования

Токовый трансформатор L4 / L5 — L4 — провод от обмотки L3, пропущенный сквозь ферритовое кольцо. Таким образом получается один виток. Размеры кольца и тип феррита значения не имеют. Главное, чтобы поместилась обмотка и пролез провод от обмотки L3. Число витков L5 нужно вычислять, исходя из максимального рабочего тока лампы или светодиода.

[Число витков L5] = [Сопротивление R5, Ом (== 100)] * [Максимальный рабочий ток лампы, А] * [Число витков L2] * [Число витков L4 (== 1)] / [Число витков L3] / [Напряжение ограничения тока на выводе 9 D1, В (== 1)]

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Для питания низковольтной схемы нам понадобится 15 вольт, на резисторе R15 будет падать 10 В, к обмотке L3 приложена половина напряжения питания. В результате

[Число витков L7] = [Число витков L3] * 50 / [Напряжение питания, В]

Питание схемы может осуществляться непосредственно от сети через выпрямительный мост. Тогда в качестве напряжения питания в расчетах нужно принять амплитудное значение сетевого напряжения 310 В. Также можно питать схему от низковольтных источников постоянного тока.

Он-лайн расчет

Немного о светодиодах

Светодиоды нельзя соединять параллельно. Как я уже сказал, светодиоды имеют небольшое дифференциальное сопротивление. У них есть некоторый разброс рабочих напряжений. Так что при параллельном соединении через одни светодиоды будет идти ток, больший, чем через другие. Эти светодиоды будут нагреваться сильнее, что еще усугубит ситуацию, так как нагрев понижает рабочее напряжение. Светодиоды надо соединять последовательно. Это гарантирует, что они все будут работать при одинаковом токе, а напряжение на них распределится согласно их индивидуальных особенностей. Распределение напряжений нам неважно. Такую светодиодную цепочку можно питать от описанного драйвера.

Однако, если питающее напряжение выше рабочего напряжения соединенных последовательно светодиодов на 10% — 30%, то оказывается эффективнее использовать непрерывный, а не импульсный стабилизатор тока. Кажется, что импульсный стабилизатор обладает большим КПД, меньше рассеивает тепла, но сделать его КПД больше 75% очень сложно, а стабилизатор непрерывного действия при указанных значениях напряжений и так будет иметь КПД 70% — 90%.

Схема питается от напряжения 9 В. Светодиоды — на 3 В, 300 мА. Транзистор КТ814, R1 — 3 Ом, R2 — 1 кОм, R3 — 100 Ом. Яркостью свечения можно изменять подачей управляющего тока на клеммы IN.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Микроконтроллеры. Управление силовыми нагрузками с выхода. ШИМ (Широтн.
Как управлять нагрузками с выхода микро-контроллеров? Встроенная ШИМ. Как обраба.

Трансформатор розжига, поджига. Запальный блок. Искра, искровой разряд.
Схема самодельного трансформатора розжига, источника искр для горелки и не тольк.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Ремонт драйвер для светодиодного светильника 36 ватт

Предлагаю вашему вниманию схемы драйверов светодиодных светильников, которые мне пришлось недавно ремонтировать. Начну с простой (фото 1, справа) и схема на рисунке 1.

Светодиодные светильники. Фото 1.

Драйвер светодиодного светильника на CL1502. Рис. 1.

В схеме этого драйвера установлена микросхема CL1502. Микросхем с подобными функциями выпущено уже много, и не только в корпусе с 8 ножками. На эту микросхему в интернете есть много технических данных, к примеру в [1]. Собран драйвер по «классической» схеме. Неисправность была в выгорании пары светодиодов. Первый раз просто закоротил их, так как находился вдали от «цивилизации». Тоже сделал и во второй раз. И когда сгорела третья пара, я понял, что жить этому светильнику осталось мало. Простым закорачиванием пар светодиодов, так просто не обойдёшься. Требовалось что-то по-кардинальные. Ранее я изучал схемотехнику и работу подобных микросхем, с целью укоротить светодиодную лампу, в корпусе трубчатой стеклянной люминисцентной 36 Ватт, с длины 120 сантиметров в 90, так как был в наличии такой светильник, установленный над рабочим столом. И всё удалось и работает. А здесь. Насколько я понял работу подобных светильников, с применением таких драйверов, то ничего плохого не должно происходить после закорачивания хотя бы всех светодиодов, кроме последней пары. Ведь всё в них решает датчик тока, в данной схеме это резисторы R3 и R4. Напряжение выделенное этими резисторами, попадая через выводы 7 и 8 микросхемы CL1502 к компаратору выключения силового ключа работают отлично. Но что-то всё же жжёт светодиоды. Но что? Моё предположение — их жжёт сам драйвер! Светодиоды применённые в этом светильнике, похожи на 2835SMDLED (0,5 Вт одного светодиода). И если это действительно они, то заявленная мощность светильника вполне оправдана. Но у меня, сильные подозрения, что в светильнике стоят 3528SMDLED, которые имеют параметры, чуть ли не на порядок ниже. Но понять мне это очень трудно, так как на SMD светодиодах нет обозначений. Что сделал я? Я убрал с платы резистор R4. При этом уменьшился ток через светодиоды и… светодиоды перестали сгорать. Что интересно, в строительном вагончике, в котором стояли три светильника одного типа, последовательно пришлось ремонтировать все три. И везде пришлось снять по одному резистору. И да, везде упал световой поток, хотя глазом это и трудно определить, но если сравнивать, то заметно.

В другом вагончике, было два светильника с внешними размерами 595х595 мм.. И они тоже «горели». В этих светильниках ячейки состояли из четырёх светодиодов в параллели и было таких 28 ячеек. Так как и там была подобная схема (поднять не удалось), то просто выпаял по одному резистору.

В итоге, можно сделать вывод, что ремонт можно выполнять, по подобной методике, то есть уменьшать ток через светодиоды, так как лучше, пусть светят темнее, чем совсем погаснут. Хотя конечно, правильнее поменять все светодиоды на 2835SMDLED, но это при их наличии.

Драйвер светодиодного светильника на B77CI. Рис. 2.

Схема второго драйвера, изображённого на рисунке 2, я «поднял» со светильника, который нашёл в металлоломе, с механическими поломками корпуса. На рисунке 3 схема четырёх плат светодиодов по 9 Вт каждая. Хотел снять светодиоды для запчастей. И даже, не сразу заметил невзрачную коробочку с драйвером. Схема оказалась почти «монстром».

Фонарь светодиодного светильника. Рис. 3.

Внешний вид платы драйвера на B77CI. Фото 2.

Наличие двух микросхем, двух мощных полевых транзисторов, двух дросселей и двух электролитических конденсаторов 220 мк х 100 В включенных параллельно, указывало на то, что разработчики поработали на славу. Так же присутствует довольно хорошая схема фильтров (смотрите фото 2). Микросхема DX3360T — это, по всей видимости, стабилизатор напряжения, и возможно, с корректором мощности. Я в интернете нашёл только невзрачную картинку, без описания. А на микросхему B77CI не нашёл ни чего, и названия выводов на схеме ставил, по интуиции. В работе этот драйвер не видел. Но предполагаю хорошую работу. Но если, придётся уменьшать ток через светодиоды, то нужно или убрать с платы один-два резистора Rs4..Rs6, или менять на другие, расчётные.

И ещё. Совсем не понятно, как в подобных светильниках организован отвод тепла от светодиодов. Ведь они запаиваются на платки из фольгированного стеклотекстолита, шириной в 5 мм. и толщиной примерно в 1 мм.? Думаю, что почти ни как. Всё ширпотреб.

Схема драйвера на CPC9909

Современные импульсные драйверы для светодиодных ламп имеют несложную схему, поэтому ее можно легко смастерить даже своими руками. Сегодня, для построения драйверов, производится ряд интегральных микросхем, специально предназначенных для управления мощными светодиодами. Чтобы упростить задачу любителям электронных схем, разработчики интегральных драйверов для светодиодов в документации приводят типичные схемы включения и расчеты компонентов обвязки.

Общие сведения

Американская компания Ixys наладила выпуск микросхемы CPC9909, предназначенной для управления светодиодными сборками и светодиодами высокой яркости. Драйвер на основе CPC9909 имеет небольшие габариты и не требует больших денежных вложений. ИМС CPC9909 изготавливается в планарном исполнении с 8 выводами (SOIC-8) и имеет встроенный стабилизатор напряжения.

Благодаря наличию стабилизатора рабочий диапазон входного напряжения составляет 12-550В от источника постоянного тока. Минимальное падение напряжения на светодиодах – 10% от напряжения питания. Поэтому CPC9909 идеальна для подключения высоковольтных светодиодов. ИМС прекрасно работает в температурном диапазоне от -55 до +85°C, а значит, пригодна для конструирования светодиодных ламп и светильников для наружного освещения.

Назначение выводов

Стоит отметить, что с помощью CPC9909 можно не только включать и выключать мощный светодиод, но и управлять его свечением. Чтобы узнать обо всех возможностях ИМС, рассмотрим назначение ее выводов.

1. VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
2. CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
3. GND. Общий вывод драйвера.
4. GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
5. PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
6. VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
7. LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
8. RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.

Схема и ее принцип работы

Типичное включение CPC9909 с питанием от сети 220В показано на рисунке. Схема способна управлять одним или несколькими мощными светодиодами или светодиодами типа High Brightness. Схему можно легко собрать своими руками даже в домашних условиях. Готовый драйвер не нуждается в наладке с учетом грамотного выбора внешних элементов и соблюдением правил их монтажа.

Драйвер для светодиодной лампы на 220В на базе CPC9909 работает по методу частотно-импульсной модуляции. Это означает, что время паузы является постоянной величиной (time-off=const). Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается емкостным фильтром C1, C2. Затем оно поступает на вход VIN микросхемы и запускает процесс формирования импульсов тока на выходе GATE. Выходной ток микросхемы управляет силовым транзистором Q1. В момент открытого состояния транзистора (время импульса «time-on») ток нагрузки протекает по цепи: «+диодного моста» – LED – L – Q1 – RS – «-диодного моста».

За это время катушка индуктивности накапливает энергию, чтобы отдать её в нагрузку во время паузы. Когда транзистор закрывается, энергия дросселя обеспечивает ток нагрузки в цепи: L – D1 – LED – L.

Процесс носит циклический характер, в результате чего ток через светодиод имеет пилообразную форму. Наибольшее и наименьшее значение пилы зависит от индуктивности дросселя и рабочей частоты.

Частота импульсов определяется величиной сопротивления RT. Амплитуда импульсов зависит от сопротивления резистора RS. Стабилизация тока светодиода происходит путем сравнения внутреннего опорного напряжения ИМС с падением напряжения на RS. Предохранитель и терморезистор защищают схему от возможных аварийных режимов.

Расчет внешних элементов

Частотозадающий резистор

Длительность паузы выставляют внешним резистором RT и определяют по упрощенной формуле:

В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:

tпаузы=(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.

Рекомендованный производителем диапазон рабочих частот составляет 30-120 кГц. Таким образом, сопротивление RT можно найти так: RT=(tпаузы-0,8)*66000, где значение tпаузы подставляют в микросекундах.

Датчик тока

Номинал сопротивления RS задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: RS=UCS/(ILED+0.5*IL пульс), где UCS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;

ILED – ток через светодиод;

IL пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*ILED.

После преобразования формула примет вид: RS=0,25/1.15*ILED (Ом).

Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: PS=RS*ILED*D (Вт).

К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.

Дроссель

Как известно, ток дросселя не может измениться скачком, нарастая за время импульса и убывая во время паузы. Задача радиолюбителя в том, чтобы подобрать катушку с индуктивностью, обеспечивающей компромисс между качеством выходного сигнала и её габаритами. Для этого вспомним об уровне пульсаций, который не должен превышать 30%. Тогда потребуется индуктивность номиналом:

L=(USLED*tпаузы)/ IL пульс, где ULED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.

Фильтр питания

В цепи питания установлены два конденсатора: С1 – для сглаживания выпрямленного напряжения и С2 – для компенсации частотных помех. Так как CPC9909 работает в широком диапазоне входного напряжения, то в большой ёмкости электролитического С1 нет нужды. Достаточно будет 22 мкФ, но можно и больше. Емкость металлопленочного С2 для схемы такого типа стандартная – 0,1 мкФ. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не менее 400В.

Однако, производитель микросхемы настаивает на монтаже конденсаторов С1 и С2 с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), чтобы избежать негативного влияния высокочастотных помех, возникающих при переключении драйвера.

Выпрямитель

Диодный мост выбирают, исходя из максимального прямого тока и обратного напряжения. Для эксплуатации в сети 220В его обратное напряжение должно быть не менее 600В. Расчетная величина прямого тока напрямую зависит от тока нагрузки и определяется как: IAC=(π*ILED)/2√2, А.

Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.

Выбор остальных элементов схемы

Конденсатор C3, установленный в цепи питания микросхемы должен быть ёмкостью 0,1 мкФ с низким значением ESR, аналогично C1 и C2. Незадействованные выводы PWMD и LD также через C3 соединяются с общим проводом.

Транзистор Q1 и диод D1 работают в импульсном режиме. Поэтому выбор следует делать с учетом их частотных свойств. Только элементы с малым временем восстановления смогут сдержать негативное влияние переходных процессов в момент переключения на частоте около 100 кГц. Максимальный ток через Q1 и D1 равен амплитудному значению тока светодиода с учетом выбранного коэффициента заполнения: IQ1=ID1= D*ILED, А.

Напряжение, прикладываемое к Q1 и D1, носит импульсный характер, но не более, чем выпрямленное напряжение с учетом емкостного фильтра, то есть 280В. Выбор силовых элементов Q1 и D1 следует производить с запасом, умножая расчетные данные на два.

Предохранитель (fuse) защищает схему от аварийного короткого замыкания и должен длительно выдерживать максимальный ток нагрузки, в том числе импульсные помехи.

Установка терморезистора RTH нужна для ограничения пускового тока драйвера, когда фильтрующий конденсатор разряжен. Своим сопротивлением RTH должен защитить диоды мостового выпрямителя от пробоя в начальные секунды работы.

Другие варианты включения CPC9909

Плавный пуск и аналоговое диммирование

При желании CPC9909 может обеспечить мягкое включение светодиода, когда его яркость будет постепенно нарастать. Плавный пуск реализуется при помощи двух постоянных резисторов, подключенных к выводу LD, как показано на рисунке. Данное решение позволяет продлить срок службы светодиода.

Также вывод LD позволяет реализовывать функцию аналогового диммирования. Для этого резистор 2,2 кОм заменяют переменным резистором 5,1 кОм, тем самым плавно изменяя потенциал на выводе LD.

Импульсное димирование

Управлять свечением светодиода можно путем подачи импульсов прямоугольной формы на вывод PWMD (pulse width modulation dimming). Для этого задействуют микроконтроллер или генератор импульсов с обязательным разделением через оптопару.

Кроме рассмотренного варианта драйвера для светодиодных ламп, существуют аналогичные схемные решения от других производителей: HV9910, HV9961, PT4115, NE555, RCD-24 и пр. Каждая из них имеет свои сильные и слабые места, но в целом, они успешно справляются с возложенной нагрузкой при сборке своими руками.

Регулировка яркости светодиода

Наверное, многие кто делал регулировку яркости свечения светодиодов посредством ШИМ, замечали, что при линейном увеличении коэффициента заполнения, яркость светодиода вначале растет быстро, а затем почти не изменяется, вплоть до максимального значения. А связано это явление с тем что, интенсивность зрительного ощущения имеет нелинейную зависимость от интенсивности излучения источника. Это утверждение справедливо не только для зрительного восприятия, но и для ряда других ощущений (слух, обоняние и т.д.).

На основе экспериментов Э. Вебера, Г. Фехнер сформулировал психофизиологический закон (закон Вебера – Фехнера), согласно которому интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя: S=k×ln(R), где R – интенсивность раздражителя, S – интенсивность ощущения, k – константа зависящая от единиц измерения.

Позже С. Стивенс произвел модификацию закона Вебера – Фехнера, считая, что зависимость носит характер общей степенной функции с различными показателями степени для каждого вида ощущений (закон Стивенса [1] ): S=k×R n , где n – показатель степени, зависящий от вида ощущений. Для зрительного ощущения яркости, степенной показатель имеет значение n=0,33; при условии адаптированного к темноте наблюдателя и размере раздражителя в 5 градусов.

В общем, я построил графики этих функций в программе Mathcad, где вместо интенсивности раздражителя (R) подставил значения коэффициента заполнения ШИМ сигнала, от 0 до 255 (8-ми битный ШИМ). Константу k подобрал так, чтобы при максимальном световом потоке (коэффициент заполнения равен 255) значение интенсивности ощущения (S) равнялось числу 100, просто для удобства.

Из обоих графиков при этом можно увидеть, что при линейном увеличении коэффициента заполнения, а соответственно и светового потока от светодиода, интенсивность ощущения вначале растет быстро, а затем темп роста замедляется, отсюда и получается такое неравномерное увеличение яркости светодиода.

Чтобы получить линейное увеличение яркости, необходимо проделать обратную процедуру, вычислить значения переменной R (коэффициент заполнения ШИМ) при линейном увеличении переменной S (интенсивность ощущения). При расчете задаем 256 значений для S. В программе Mathcad я разбил ранее заданный диапазон значений S (0-100) на 256, лишь для того чтобы не менять коэффициент k, и вычислил соответствующие значения R. В результате получил две таблицы, логарифмическую и степенную, с коэффициентами заполнения для ШИМ.

Для наглядной демонстрации законов в действии, спаял схему на макетной плате, куда установил 3 светодиода белого свечения мощностью 1 Вт каждый. За основу взял проект лампы настроения, то есть такие же стабилизаторы тока и 3-х канальный программный ШИМ, в данном случае реализованный на микроконтроллере PIC16F628A, ток через светодиоды установил на уровне 0,3 А. Программа простая, циклическая, постепенное увеличение, а затем уменьшение коэффициента заполнения ШИМ. Для светодиода HL1 коэффициент заполнения меняется линейно, для НL2 коэффициент берется из заранее рассчитанной логарифмической таблицы, для HL3 соответственно из степенной таблицы. Нажатия на кнопку SB1 приводят к поочередной смене линейного коэффициента заполнения между двумя значениями 255 и 128, причем значению 128 из логарифмической таблицы соответствует коэффициент 16, из степенной 31. Этот режим я сделал для того чтобы сравнить визуальное изменение яркости для разных законов, то есть яркость светодиодов должна в 2 раза увеличиваться и уменьшаться.

Также можно подключить обычные светодиоды без стабилизаторов тока, как показано на схеме ниже.

На видеоролике можно пронаблюдать результат применения различных законов, слева применяется линейный ШИМ, в середине логарифмический, справа степенной.

Как видно, по зрительному восприятию, наиболее правильное изменение яркости соответствует логарифмическому и степенному ШИМ. Линейный ШИМ, как и следовало ожидать приводит к неравномерному изменению яркости. Казалось бы, при уменьшении коэффициента заполнения ШИМ с 255 до 128, яркость должна упасть также в 2 раза, но на самом деле такого не происходит, яркость уменьшается незначительно. Как по мне, то лучше всего для восприятия подходит логарифмический ШИМ, правда там возникает небольшая проблема, минимальный коэффициент заполнения ШИМ при расчетах получается равным единице, нулевой коэффициент не получить, но это можно исправить, заменив в готовой таблице несколько первых значений с 1 на 0.

Следует отметить, что все вышесказанное справедливо при условии что световой поток светодиода меняется линейно от изменения тока, иначе придется подбирать индивидуальную таблицу коэффициентов.

Готовые таблицы с шестнадцатеричными значениями коэффициентов можно достать из исходника и пользоваться ими.