Sådan vælger du en driver til LED-pære: typer, formål + tilslutningsspecifikationer

LED-armaturer er blevet udbredt, hvilket har ført til aktiv produktion af sekundære strømkilder. LED-lampens driver kan stabilt opretholde de indstillede strømværdier ved enhedens udgang og stabilisere spændingen, der passerer gennem diodekæden.

Vi fortæller alt om typerne og driftsprincipperne for strømkonverteringsenheden til diodepæren. I vores artikel gives der retningslinjer for valg af driver og nyttige anbefalinger. Selvstændige hjemmeelektrikere finder hos os afprøvede tilslutningsdiagrammer.

Formål og anvendelsesområde

Diodekrystaller består af to halvledere – anode (plus) og katode (minus), som står for transformationen af elektriske signaler. Det ene område har P-type ledningsevne, det andet N-type. Når strømkilden tilsluttes, vil der løbe strøm gennem disse elementer.

På grund af denne polaritet bevæger elektroner fra P-type-området sig til N-type-området, og omvendt, ladninger fra punkt N bevæger sig til P. Hvert område har dog sine egne grænser, kaldet P-N-overgange. På disse steder mødes partiklerne og absorberes gensidigt eller rekombineres.

Dioden er et halvlederelement og har kun én p-n-overgang. Af denne grund er den vigtigste karakteristik, der bestemmer lysstyrken, ikke spænding, men strøm.

Under P-N-overgange falder spændingen med et bestemt antal volt, altid det samme for hvert kredsløbselement. Under hensyntagen til disse værdier stabiliserer driveren indgangsstrømmens værdier og skaber en konstant værdi ved udgangen.

Hvilken effekt der kræves, og hvilke tabsværdier ved P-N-passage, er angivet i LED-enhedens datablad. Derfor skal man ved valg af diodepære tage højde for strømforsyningens parametre, hvis område skal være tilstrækkeligt til at kompensere for den tabte energi.

For at de kraftige LED'er kan opfylde den angivne levetid i specifikationerne, kræves en stabiliserende enhed – en driver. På huset af den elektroniske mekanisme er dens udgangsspænding altid angivet.

Strømforsyninger med spænding fra 10 til 36 V anvendes til at udstyre belysningsenheder.

Teknikken kan være af forskellige slags:

• forlygter på biler, cykler, motorcykler osv.;
• små bærbare eller udendørs lamper;
• LED-strips, bånd, loftlamper og moduler.

Men for lavenergi-LED'er samt ved brug af konstant spænding, kan drivere undlades. I stedet indsættes en modstand i kredsløbet, som også forsynes fra 220 V-nettet.

Strømforsyningens funktionsprincip

Lad os se på forskellene mellem en spændingskilde og en strømforsyning. Som eksempel ser vi på kredsløbet vist nedenfor.

Når en 40 Ohm modstand tilsluttes en 12 V strømforsyning, vil der løbe en strøm på 300 mA (figur A). Når en anden modstand tilsluttes parallelt, vil strømmen være 600 mA (B). Spændingen forbliver dog uændret.

Selvom to modstande er tilsluttet strømforsyningen, vil den anden skabe en konstant spænding ved udgangen, da den under ideelle forhold ikke påvirkes af belastningen.

Lad os nu se, hvordan værdierne ændrer sig, hvis modstande tilsluttes en strømforsyning. På samme måde indfører vi en 40 Ohm rheostat med en 300 mA driver. Driveren skaber en spænding på 12 V over den (kredsløb C).

Hvis kredsløbet består af to modstande, er strømmen uændret, og spændingen vil være 6 V (D).

Driveren, i modsætning til spændingskilden, opretholder de specificerede strømparametre ved udgangen, men spændingseffekten kan variere.

Sammenfattende kan det siges, at en kvalitetsomformer leverer den nominelle strøm til belastningen, selv ved spændingsfald. Følgelig vil diodekrystaller på 2 V eller 3 V med en strøm på 300 mA lyse lige stærkt med en reduceret spænding.

Konverterens karakteristiske træk

En af de vigtigste parametre er den overførte effekt under belastning. Enheden må ikke overbelastes, og man må ikke forsøge at opnå maksimalt mulige resultater.

Forkert brug fører til hurtig svigt ikke kun af overbliksmekanismen, men også af LED-chips.

De vigtigste faktorer, der påvirker driften, omfatter:

• de anvendte komponenter i samlingsprocessen;
• beskyttelsesgrad (IP);
• minimums- og maksimumsværdier ved indgang og udgang;
• producent.

Moderne omformermodeller er baseret på mikrochips og anvender pulsbreddemodulationsteknologi (PWM).

Under drift af strømforsyningen anvendes pulsbreddemodulation til at regulere udgangsspændingen, hvorved udgangen bevarer den samme type strøm som indgangen.

Disse enheder har en høj grad af beskyttelse mod kortslutninger, overbelastning af nettet og har en højere virkningsgrad.

Regler for valg af strømkonverter

Til køb af en LED-omformer bør du undersøge de vigtigste enhedsegenskaber. Vælg baseret på udgangsspænding, nominel strøm og afgiven effekt.

Lysdiodernes effekt

Lad os først gennemgå udgangsspændingen, som er underlagt flere faktorer:

• værdi af spændingstab over krystalernes P-N-overgange;
• antal lysdioder i kæden;
• tilslutningsskema.

Parametrene for nominel strøm kan bestemmes ud fra belastningens karakteristika, nemlig LED-elementernes effekt og deres lysstyrke.

Denne værdi påvirker strømforbruget for krystallerne, hvis område varierer afhængigt af den ønskede lysstyrke. Omformerens opgave er at forsyne disse elementer med den nødvendige energi.

Udgangsspændingen skal være større end eller identisk med den samlede energi, der forbruges på hver blok i kredsløbet.

Enhedens effekt afhænger af styrken af hvert LED-element, deres farve og antal.

Til beregning af det forbrugte energi anvendes følgende formel:

P_H = P_LED * N,

Hvor

• P_LED – den elektriske belastning, der skabes af en diode,
• N – antal krystaller i kredsløbet.

De opnåede værdier bør ikke være mindre end driverens effekt. Nu skal den krævede nominelle værdi bestemmes.

Apparatets maksimale effekt

Det skal også tages i betragtning, at for at sikre en stabil drift af omformeren, skal dens nominelle værdier overstige den opnåede P_H-værdi med 20-30%.

Formlen antager dermed følgende form:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

hvor P_max er strømforsyningens nominelle effekt.

Ud over effekten og antallet af belastninger på pladen, er belastningsstyrken også underlagt belastningens farvefaktorer. Ved samme strøm har de forskellige spændingsfald afhængigt af farvenuancen.

Driveren til en LED-lampe skal levere den mængde strøm, der er nødvendig for at opnå maksimal lysstyrke. Ved valg af enhed skal køberen huske, at effekten skal være større end den, alle lysdioder bruger.

Lad os tage som eksempel lysdioder fra det amerikanske firma Cree fra XP-E-serien i rød farve.

Deres egenskaber er som følger:

• spændingsfald 1,9-2,4 V;
• strøm 350 mA;
• gennemsnitligt effektforbrug 750 mW.

Analog af grøn farve ved samme strøm vil have helt andre værdier: spændingsfald over P-N-overgange 3,3-3,9 V, og effekt 1,25 W.

Derfor kan man konkludere: en driver beregnet til 10 W bruges til at forsyne tolv røde krystaller eller otte grønne.

Tilslutningsdiagram for LED'er

Valg af driver bør ske efter bestemmelse af tilslutningsdiagrammet for LED-forbrugerne. Hvis man først køber lysdioderne og derefter vælger en omformer til dem, vil denne proces være forbundet med mange vanskeligheder.

For at finde en enhed, der kan sikre drift af netop dette antal forbrugere ved et givet tilslutningsdiagram, skal man bruge en del tid.

Lad os give et eksempel med seks forbrugere. Deres spændingsfald er 3 V, strømforbrug 300 mA. Til tilslutning kan en af metoderne bruges, og i hvert enkelt tilfælde vil de nødvendige parametre for strømforsyningen være forskellige.

Ulempen ved serieplacering af dioder er behovet for en strømforsyning med høj spænding, hvis der er mange krystaller i kredsløbet.

I vores tilfælde kræves der ved serieforbindelse en enhed på 18 V med en strøm på 300 mA. Den største fordel ved denne metode er, at den samme strøm løber gennem hele linjen, så alle dioder lyser med samme styrke.

Ulempen ved parallel placering af forbrugere er forskel i lysstyrke for hver kæde. Dette negative fænomen opstår på grund af spredning i diodeparametre som følge af forskelle i strømmen, der løber gennem hver linje.

Hvis der anvendes parallel placering, er det tilstrækkeligt at bruge en omformer på 9 V, men strømforbruget vil være dobbelt så stort sammenlignet med den tidligere metode.

Metoden med serieforbindelse af to dioder kan ikke anvendes med en ændring af antallet af krystaller i gruppen - 3 eller flere. Disse begrænsninger skyldes, at en for stor strøm kan løbe gennem et enkelt element, hvilket skaber risiko for svigt af hele kredsløbet.

Hvis der anvendes serieforbindelsesmetoden med dannelse af par af to lysdioder, bruges en driver med samme specifikationer som i det foregående tilfælde. Lysstyrken vil da være ensartet.

Dog er der også negative nuancer: når strømmen tilføres gruppen, kan en af lysdioderne på grund af spredning i karakteristika åbne hurtigere end den anden, og dermed vil strømmen løbe gennem den, dobbelt så stor som den nominelle værdi.

Mange typer LED-pærer til hjemmebelysning er designet til sådanne kortvarige spændingsstigninger, men denne metode er mindre efterspurgt.

Drivertyper efter enhedstype

Enheder, der konverterer 220 V strøm til de nødvendige værdier for LEDs, opdeles groft i tre kategorier: elektroniske; kondensatorbaserede; dæmpbare.

Markedet for belysningstilbehør byder på et bredt udvalg af drivermodeller, hovedsageligt fra kinesiske producenter. Og på trods af det lave prisniveau kan man finde en ganske anstændig model blandt disse enheder. Det er dog vigtigt at være opmærksom på garantibeviset, da ikke alle produkter har acceptabel kvalitet.

Elektronisk enhedstype

Ideelt set bør en elektronisk konverter være udstyret med en transistor. Dens rolle er at aflaste reguleringschippen. For at eliminere eller maksimalt udjævne pulsering monteres en kondensator ved udgangen.

Enheder af denne type tilhører den dyrere kategori, men de kan stabilisere strømmen op til 750 mA, hvilket ballastmekanismer ikke er i stand til.

De nyeste drivere installeres hovedsageligt på pærer med E27-sokkel. Undtagelsen er Gauss GU5,3 produkter. De er udstyret med en transformatorløs konverter. Dog når pulseringen i dem op på flere hundrede Hz

Pulsering er ikke den eneste ulempe ved konvertere. Den anden kan være elektromagnetisk interferens i højfrekvensområdet (HF). Hvis der tilsluttes andre elektriske apparater, f.eks. radio, til den stikkontakt, der er forbundet med lampen, kan man forvente interferens ved modtagelse af digitale FM-frekvenser, tv, router osv.

I et kvalitetsapparats valgfrie enhed skal der være to kondensatorer: en elektrolytisk til udjævning af pulsering og en keramisk til at reducere HF. Dog ses denne kombination sjældent, især når det drejer sig om kinesiske produkter.

De, der har en generel forståelse af sådanne elektriske kredsløb, kan selv vælge udgangsparametrene for den elektroniske konverter ved at ændre modstandsværdierne.

På grund af den høje virkningsgrad (op til 95%) er sådanne mekanismer velegnede til kraftige apparater, der bruges i forskellige områder, f.eks. til bil-tuning, i udendørs belysningsarmaturer samt i husholdnings-LED-kilder.

Kondensatorbaseret strømforsyning

Nu går vi videre til mindre populære enheder – baseret på kondensatorer. Næsten alle kredsløb i billige LED-pærer, hvor sådanne drivere anvendes, har lignende egenskaber.

Men som følge af producentens modifikationer gennemgår de ændringer, f.eks. fjernelse af et eller andet kredsløbselement. Især ofte er denne komponent en af kondensatorerne - den udjævnende.

På grund af ukontrolleret fyldning af markedet med billige og dårlige produkter kan brugerne 'mærke' 100% flimmer i lamperne. Selv uden at gå i dybden med deres konstruktion kan man hævde, at det udjævnende element er fjernet fra kredsløbet.

Fordelene ved sådanne mekanismer er kun to: de er tilgængelige til selvmontering, og deres effektivitet svarer til 100%, da tabene kun vil være på p-n-overgange og modstande.

Ligeledes er der et antal ulemper: lav elektrisk sikkerhed og høj grad af flimmer. Den anden ulempe er omkring 100 Hz og opstår som følge af ensretning af vekselspænding. GOST foreskriver en norm for tilladt flimmer på 10-20% afhængigt af rummets formål, hvor lysarmaturet er installeret.

Den eneste måde at afhjælpe denne ulempe på er at vælge en kondensator med den rigtige kapacitans. Man skal dog ikke forvente en fuldstændig løsning af problemet – en sådan løsning kan kun udjævne intensiteten af udsvingene.

Dæmpbare strømkonvertere

Driver-dimre til dæmpbare LED-pærer gør det muligt at ændre indgangs- og udgangsstrømværdier, samtidig med at lysstyrken fra dioderne reduceres eller øges.

Der findes to tilslutningsmetoder:

• den første involverer blød start;
• den anden – impulsstyret.

Se på arbejdsprincippet for dæmpbare drivere baseret på CPC9909-chippen, der bruges som reguleringsenhed til LED-kredsløb, også dem med høj lysstyrke.

Standard tilslutningsskema for CPC9909 med 220 V strømforsyning. Ifølge de skematiske anvisninger er det muligt at styre en eller flere strømkrævende forbrugere.

Ved blød start sikrer chippen med driver en gradvis tænding af dioderne med stigende lysstyrke. Til denne proces bruges to modstande, der er tilsluttet LD-benet, som er beregnet til at udføre opgaven med blød dæmpning. På denne måde opnås en vigtig opgave – forlængelse af levetiden for LED-komponenterne.

Det samme ben giver også analog regulering – en 2,2 kΩ modstand udskiftes med en mere kraftfuld variabel modstand på 5,1 kΩ. Derved opnås en jævn ændring af potentialet ved udgangen.

Anvendelse af den anden metode indebærer tilførsel af rektangulære impulser til den lavfrekvente PWMD-indgang. Der bruges enten en mikrocontroller eller en impulsgenerator, som obligatorisk adskilles med en optokobler.

Med eller uden kabinet?

Drivere fremstilles med eller uden kabinet. Den første variant er den mest almindelige og dyrere. Sådanne enheder er beskyttet mod indtrængning af fugt og støvpartikler.

Anordninger af anden type bruges til skjult montage og er derfor billige.

Strømforsyningen til alle de viste enheder kan være fra 12 V eller 220 V net. Selvom modeller uden kabinet er billigere i pris, halter de betydeligt efter i sikkerhed og mekanisk pålidelighed.

Hver af dem har en tilladt temperatur under drift – dette skal man også være opmærksom på ved valg.

Klassisk driverdiagram

Til selvbygning af LED-strømforsyning ser vi på den enkleste impuls-enhed uden galvanisk adskillelse. Den største fordel ved denne type kredsløb er enkel tilslutning og pålidelig drift.

220 V konverter kredsløbet præsenteres som en impulsstrømforsyning. Under samling skal alle elektriske sikkerhedsregler overholdes, da der ikke er begrænsninger på strømudgang.

Kredsløbet for en sådan mekanisme består af tre grundlæggende kaskadeområder:

1. Spændingsdeler med kapacitiv modstand.
2. Ensretter.
3. Spændingsstabilisatorer.

Det første område – modstanden, som vekselstrømmen udsættes for på kondensator C1 med en modstand. Sidstnævnte er kun nødvendig for selvopladning af det inaktive element. Det har ingen indflydelse på kredsløbets drift.

Modstandens nominelle værdi kan ligge i området 100 kΩ til 1 MΩ, med en effekt på 0,5-1 W. Kondensatoren skal være elektrolytisk, og dens effektive spændingsamplitud er – 400-500 V.

Når den dannede halvbølge af spænding passerer gennem kondensatoren, flyder der strøm, indtil pladerne er fuldt opladet. Jo mindre kapacitans mekanismen har, jo kortere tid tager den fulde opladning.

For eksempel oplades en enhed med en kapacitans på 0,3-0,4 µF inden for 1/10 af halvbølgeperioden, dvs. kun en tiendedel af den passerende spænding går gennem dette område.

Ensretningsprocessen i dette område udføres efter Graetz-kredsløbet. Diodebroen vælges baseret på mærkestrøm og spærrespænding. Sidstnævnte må ikke være mindre end 600 V.

Det andet trin er en elektrisk enhed, der omformer (ensretter) vekselstrøm til pulserende strøm. Denne proces kaldes dobbelthalvbølge-ensretning. Da en del af halvbølgen er blevet udjævnet af kondensatoren, vil jævnstrømmen ved udgangen af dette område være 20-25 V.

Da strømforsyningen til LED'erne ikke må overstige 12 V, skal der anvendes et stabiliserende element i kredsløbet. Derfor indføres en kapacitiv filter. For eksempel kan model L7812 anvendes.

Det tredje trin fungerer på basis af et udjævnende stabiliserende filter – en elektrolytisk kondensator. Valget af dets kapacitansparametre afhænger af belastningsstrømmen.

Da det samlede kredsløb straks begynder at fungere, må du ikke røre ved uisolerede ledninger, da strømmen når titusinder ampere – isolering af linjer udføres på forhånd.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Alle vanskeligheder, som en radioamatør kan støde på, når han vælger en konverter til kraftige LED-lamper, er beskrevet detaljeret i videoen:

Vigtigste træk ved selv at tilslutte en konverterenhed til det elektriske kredsløb:

Trin-for-trin instruktion, der beskriver processen med at samle en LED-driver selv af improviserede materialer:

På trods af producentens lovede titusinder timers uafbrudt drift af LED-lamper, er der mange faktorer, der væsentligt reducerer disse tal.

Drivere er designet til at udjævne alle strømspring i det elektriske system. Valg eller samling af dem skal gribes ansvarligt an efter at have beregnet alle nødvendige parametre.

Fortæl os, hvordan du valgte en driver til en LED-pære. Del dine argumenter og metoder til at stabilisere spændingsforsyningen til diodebelysningsenheden. Efterlad kommentarer i blokken nedenfor, stil spørgsmål, læg billeder op om artiklens emne.