Kako odabrati driver LED žarulje: vrste, namjena + značajke spajanja

LED rasvjetna tijela postigla su masovnu rasprostranjenost, zbog čega je započela aktivna proizvodnja sekundarnih izvora napajanja. Driver LED lampe može stabilno održavati zadane vrijednosti struje na izlazu uređaja, stabilizirajući napon koji prolazi kroz lanac dioda.

Ispričat ćemo vam sve o vrstama i principima rada uređaja za pretvorbu struje za rad diode lampe. U našem predloženom članku navedene su smjernice za odabir drivera te korisne preporuke. Samostalni kućni električari kod nas će pronaći u praksi provjerene sheme spajanja.

Namjena i područje upotrebe

Diodni kristali sastoje se od dva poluvodiča – anode (plus) i katode (minus), koji su odgovorni za transformaciju električnih signala. Jedno područje ima vodljivost P-tipa, drugo N-tipa. Prilikom spajanja izvora napajanja kroz te elemente poteći će struja.

Zahvaljujući takvoj polarnosti, elektroni iz zone P-tipa kreću se prema zoni N-tipa, i obrnuto, naboji iz točke N kreću se prema P. Međutim, svaki dio područja ima svoje granice, koje se nazivaju P-N spojevi. Na tim mjestima čestice se susreću i međusobno apsorbiraju ili rekombiniraju.

Dioda spada u poluvodičke elemente i ima samo jedan p-n spoj. Zbog toga, glavna karakteristika koja određuje stupanj svjetline njihova sjaja nije napon, već struja.

Tijekom P-N spojeva, napon se smanjuje za određeni broj volti, uvijek isti za svaki element kruga. Uzimajući u obzir ove vrijednosti, driver stabilizira ulaznu struju i na izlazu stvara konstantnu vrijednost.

Koja je potrebna snaga i koje vrijednosti gubitaka pri prolasku kroz P-N navedene su u tehničkom listu LED uređaja. Stoga pri odabiru diode lampe potrebno je uzeti u obzir parametre napajanja, čiji raspon mora biti dovoljan za kompenzaciju izgubljene energije.

Kako bi snažne LED diode radile vrijeme navedeno u specifikacijama, potreban je stabilizirajući uređaj – driver. Na kućištu elektroničkog mehanizma uvijek je prikazan njegov izlazni napon.

Napajanja s naponom od 10 do 36 V koriste se za opremanje rasvjetnih tijela.

Tehnika može biti najrazličitijih vrsta:

• farovi automobila, bicikala, motocikala itd.;
• mali prijenosni ili vanjski svjetiljke;
• LED trake, vrpce, stropne žarulje i moduli.

Međutim, za niske snage LED diode, kao i u slučaju korištenja konstantnog napona, nije obvezno koristiti drivere. Umjesto njih, u krug se uvodi otpornik, koji se također napaja iz mreže od 220 V.

Princip rada napajanja

Razjasnimo u čemu su razlike između izvora napona i napajanja. Kao primjer, razmotrimo shemu prikazanu ispod.

Spajanjem otpornika od 40 Ω na napajanje od 12 V, kroz njega će teći struja od 300 mA (slika A). Paralelnim uključivanjem drugog otpornika u krug, vrijednost struje bit će 600 mA (B). Međutim, napon će biti nepromijenjen.

Unatoč spajanju dva otpornika na napajanje, drugi na izlazu će stvarati nepromijenjen napon, jer u idealnim uvjetima nije ovisan o opterećenju.

Sada razmotrimo kako će se promijeniti vrijednosti ako su u krugu otpornici spojeni na napajanje. Na sličan način uvodimo reostat od 40 Ω s driverom od 300 mA. Potonji stvara na njemu napon od 12 V (shema C).

Ako je krug sastavljen od dva otpornika, tada je iznos struje nepromijenjen, a napon će iznositi 6 V (D).

Driver, za razliku od izvora napona, na izlazu održava zadane parametre struje, međutim snaga napona može se mijenjati.

Donošenjem zaključaka, može se reći da kvalitetan pretvarač isporučuje nazivnu struju opterećenju čak i pri padu napona. Sukladno tome, kristali dioda od 2 V ili 3 V sa strujom od 300 mA svijetlit će jednako jako uz smanjeni napon.

Osobitosti pretvarača

Jedan od najvažnijih pokazatelja je prenesena snaga pod opterećenjem. Uređaj se ne smije preopteretiti niti pokušavati dobiti maksimalno moguće rezultate.

Nepravilna uporaba pridonosi brzom kvaru ne samo preglednog mehanizma, već i LED čipova.

Glavni čimbenici koji utječu na rad uključuju:

• sastavni elementi korišteni u procesu montaže;
• stupanj zaštite (IP);
• minimalne i maksimalne vrijednosti na ulazu i izlazu;
• proizvođač.

Suvremeni modeli pretvarača proizvode se na bazi mikročipova i primjenjuju tehnologiju širinsko-impulsnih pretvorbi (PWM).

Tijekom rada napajanja, za regulaciju izlaznog napona primjenjuje se metoda širinsko-impulsne modulacije, pri čemu na izlazu ostaje ista vrsta struje kao i na ulazu.

Takvi se uređaji odlikuju visokim stupnjem zaštite od kratkih spojeva i preopterećenja mreže, te imaju povećanu učinkovitost.

Pravila odabira pretvarača struje

Za kupnju pretvarača za LED svjetiljku trebate proučiti ključne značajke uređaja. Treba se oslanjati na izlazni napon, nazivnu struju i izlaznu snagu.

Snaga svjetlećih dioda

Razmotrimo najprije izlazni napon, koji ovisi o nekoliko čimbenika:

• vrijednost gubitaka napona na P-N prijelazima kristala;
• broj svjetlećih dioda u nizu;
• shema povezivanja.

Parametre nazivne struje moguće je odrediti prema karakteristikama potrošača, točnije snazi LED elemenata i stupnju njihove svjetline.

Ta će vrijednost utjecati na struju koju kristali troše, a čiji raspon varira ovisno o potrebnoj svjetlini. Zadatak pretvarača jest osigurati tim elementima dovod potrebne količine energije.

Vrijednost izlaznog napona mora biti veća ili jednaka ukupnom zbroju utrošene energije na svakom bloku električne sheme.

Snaga uređaja ovisi o jačini svakog LED elementa, njihovoj boji i količini.

Za izračun potrošene energije koristi se sljedeća formula:

P_H = P_LED * N,

Gdje

• P_LED – električno opterećenje koje stvara jedna dioda,
• N – broj kristala u krugu.

Dobivene vrijednosti ne smiju biti manje od snage drivera. Sada je potrebno odrediti traženu nazivnu vrijednost.

Maksimalna snaga uređaja

Također treba uzeti u obzir činjenicu da za stabilan rad pretvarača njegove nazivne vrijednosti moraju premašiti dobivenu vrijednost P_H za 20-30 %.

Stoga formula poprima oblik:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

gdje je P_max – nazivna snaga napajanja.

Osim snage i broja potrošača na pločici, jačina opterećenja također ovisi o čimbenicima boje potrošača. Pri istoj struji, ovisno o nijansi, imaju različite vrijednosti pada napona.

Driver za LED svjetiljku mora davati toliku količinu struje kolika je potrebna za postizanje maksimalne svjetline. Pri odabiru uređaja kupac mora imati na umu da snaga mora biti veća od one koju troše sve LED diode.

Uzmimo za primjer LED diode američke tvrtke Cree iz linije XP-E u crvenoj boji.

Njihove karakteristike su sljedeće:

• pad napona 1,9-2,4 V;
• struja 350 mA;
• prosječna potrošnja snage 750 mW.

Analog zelene boje pri istoj struji imat će potpuno drugačije pokazatelje: gubici na P-N spojevima 3,3-3,9 V, a snaga 1,25 W.

Sukladno tome mogu se izvući zaključci: drajver nazivne snage 10 W koristi se za napajanje dvanaest crvenih kristala ili osam zelenih.

Shema spajanja LED dioda

Odabir drivera treba provesti nakon određivanja sheme povezivanja LED potrošača. Ako se najprije nabave svjetleće diode, a zatim za njih odabere pretvarač, taj će proces biti popraćen brojnim poteškoćama.

Za pronalaženje uređaja koji osigurava rad upravo tog broja potrošača uz zadanu shemu povezivanja, morat će se utrošiti dosta vremena.

Navedimo primjer sa šest potrošača. Pad napona na njima iznosi 3 V, a potrošena struja 300 mA. Za njihovo povezivanje može se koristiti jedna od metoda, pri čemu će se u svakom pojedinačnom slučaju potrebni parametri napajanja razlikovati.

Nedostatak serijskog rasporeda dioda je potreba za napajanjem s višim naponom ako u krugu ima mnogo kristala

U našem slučaju, za serijsko povezivanje potrebno je napajanje od 18 V sa strujom od 300 mA. Glavna prednost ove metode je ta što kroz cijeli krug prolazi ista jakost struje, stoga sve diode svijetle identičnom svjetlinom.

Nedostatak paralelnog rasporeda potrošača je razlika u svjetlini svakog lanca. Takva negativna pojava nastaje zbog rasipanja parametara dioda uslijed razlika u struji koja prolazi kroz svaku liniju

Ako se primijeni paralelni raspored – dovoljno je koristiti pretvarač od 9 V, ali će vrijednost potrošene struje biti udvostručena u usporedbi s prethodnom metodom.

Metoda serijskog rasporeda po dvije diode ne može se primijeniti uz promjenu broja kristala u grupi – 3 ili više. Takva su ograničenja povezana s činjenicom da kroz jedan element može proći prevelika struja, što stvara vjerojatnost kvara cijelog kruga

Ako se koristi serijska metoda s formiranjem parova od dvije LED diode, koristi se driver s istim karakteristikama kao u prethodnom slučaju. Pritom će svjetlina osvjetljenja biti ujednačena.

Međutim, ni ovdje nije bilo bez negativnih nijansi: pri dovođenju napona na grupu, zbog odstupanja karakteristika jedna se LED dioda može otvoriti brže od druge, stoga će kroz nju proći struja dvostruko veća od nazivne vrijednosti.

Mnoge vrste LED dioda za kućno osvjetljenje dizajnirane su za takve kratkoročne skokove, ali ova metoda spada u manje tražene.

Vrste drivera prema vrsti uređaja

Uređaji koji pretvaraju napajanje od 220 V u potrebne vrijednosti za LED diode, uvjetno se dijele u tri kategorije: elektronski; na bazi kondenzatora; dimabilni.

Tržište svjetlotehničkih dodataka predstavljeno je velikom raznolikošću modela drivera uglavnom kineskog proizvođača. I unatoč niskom cjenovnom rasponu, iz ovih uređaja može se odabrati sasvim pristojna opcija. Međutim, treba obratiti pažnju na jamstveni list, jer nema svaki predstavljeni proizvod prihvatljivu kvalitetu.

Elektronska vrsta uređaja

U idealnom slučaju, elektronski pretvarač treba biti opremljen tranzistorom. Njegova uloga je rasterećenje regulacijskog mikročipa. Radi isključivanja ili maksimalnog izglađivanja pulsiranja, na izlazu se montira kondenzator.

Uređaj ove vrste spada u skupu kategoriju, međutim sposoban je stabilizirati struju do 750 mA, za što balastni mehanizmi nisu sposobni.

Najnoviji driveri uglavnom se ugrađuju na žarulje s grlom E27. Iznimka od pravila su proizvodi Gauss GU5,3. Oni su opremljeni beztransformatorskim pretvaračem. Međutim, stupanj pulsiranja u njima doseže nekoliko stotina Hz.

Pulsiranje nije jedini nedostatak pretvarača. Drugim se mogu nazvati elektromagnetske smetnje visokofrekventnog (VF) raspona. Tako, ako se u utičnicu povezanu s rasvjetnim tijelom uključe drugi električni uređaji, npr. radio — mogu se očekivati smetnje pri prijemu digitalnih FM frekvencija, televizije, routera itd.

U opcionalnom uređaju kvalitetnog instrumenta trebaju biti dva kondenzatora: jedan – elektrolitski za izglađivanje pulsiranja, drugi – keramički, za snižavanje VF. Međutim, takva se kombinacija može rijetko pronaći, posebno kada se govori o kineskim proizvodima.

Oni koji imaju opća znanja o sličnim električnim shemama, mogu samostalno odabrati izlazne parametre elektronskog pretvarača, mijenjajući nazivnu vrijednost otpornika.

Zahvaljujući visokoj učinkovitosti (do 95%) takvi mehanizmi su prikladni za snažne uređaje koji se koriste u raznim područjima, primjerice za tuning automobila, u vanjskim rasvjetnim uređajima, kao i za kućanske LED izvore.

Napajanje na bazi kondenzatora

Sada prelazimo na manje popularne uređaje – na bazi kondenzatora. Gotovo sve sheme jeftinih LED žarulja, u kojima su korišteni driveri ove vrste, imaju slične karakteristike.

Međutim, zbog modifikacija proizvođača, oni prolaze kroz promjene, poput uklanjanja nekog elementa kruga. Vrlo često je taj element jedan od kondenzatora – onaj za izravnavanje.

Zbog nekontroliranog popunjavanja tržišta jeftinom i nekvalitetnom robom, korisnici mogu 'osjetiti' stopostotnu pulsaciju u svjetiljkama. Čak i ne ulazeći u njihovu konstrukciju, može se tvrditi da je iz kruga uklonjen izravnavajući element.

Prednosti takvih mehanizama su samo dvije: dostupni su za samostalnu montažu, a njihova učinkovitost iznosi gotovo sto posto, jer će gubici biti samo na p-n spojevima i otporima.

Isti je broj i negativnih strana: niska električna sigurnost i visok stupanj pulsacije. Drugi nedostatak iznosi oko 100 Hz i nastaje kao rezultat ispravljanja izmjeničnog napona. U GOST-u je propisana norma dopuštene pulsacije od 10-20 %, ovisno o namjeni prostorije u kojoj je instaliran rasvjetni uređaj.

Jedini način da se ublaži taj nedostatak je odabir kondenzatora ispravne nazivne vrijednosti. Ipak, ne treba računati na potpuno uklanjanje problema – takvo rješenje može samo ublažiti intenzitet skokova.

Dimabilni pretvarači struje

Regulatori svjetla (driveri) za dimmabilne LED žarulje omogućuju promjenu ulaznih i izlaznih vrijednosti struje, pri čemu se smanjuje ili povećava stupanj svjetline koju emitiraju diode.

Postoje dvije metode povezivanja:

• prva uključuje glatki start;
• druga je impulsna.

Razmotrite načelo rada dimmabilnih drivera na temelju mikrosheme CPC9909, koja se koristi kao regulatorni uređaj za LED krugove, uključujući i one s visokom svjetlinom.

Shema standardnog uključivanja CPC9909 s napajanjem od 220 V. Prema shematskim uputama, postoji mogućnost upravljanja jednim ili više snažnih potrošača.

Kod glatkog starta, mikroshem s driverom osigurava postupno uključivanje dioda s rastućom svjetlinom. Za ovaj proces koriste se dva otpornika spojena na izvod LD, namijenjen za izvršavanje zadatka glatkog dimiranja. Na taj način se ostvaruje važan zadatak – produljenje radnog vijeka LED elemenata.

Isti izvod osigurava i analognu regulaciju – otpornik od 2,2 kΩ mijenja se snažnijim promjenjivim analogom – 5,1 kΩ. Tako se postiže glatka promjena potencijala na izlazu.

Primjena druge metode uključuje dovod impulsa pravokutnog tipa na niskofrekventni izvod PWMD. Pritom se koristi ili mikrokontroler ili impulsni generator, koji se moraju odvojiti optokaplerom.

S kućištem ili bez njega?

Driveri se proizvode s kućištem ili bez. Prva varijanta je najčešća i skuplja. Takvi uređaji su zaštićeni od prodora vlage i čestica prašine.

Uređaji drugog tipa primjenjuju se pri skrivenoj montaži i, sukladno tome, odlikuju se niskom cijenom.

Napajanje svih prikazanih uređaja može biti iz mreže od 12 V ili 220 V. Unatoč tome što modeli bez kućišta imaju prednost u cijeni, znatno zaostaju u pogledu sigurnosti i pouzdanosti mehanizma.

Svaki od njih ima različitu dopuštenu temperaturu tijekom rada – na to također treba obratiti pozornost pri odabiru.

Klasična shema drivera

Za samostalno sastavljanje LED napajanja, upoznat ćemo se s najjednostavnijim uređajem impulsnog tipa koji nema galvansku izolaciju. Glavna prednost takvih shema je jednostavno povezivanje i pouzdan rad.

Shema pretvarača za 220 V prikazana je kao impulsno napajanje. Prilikom sastavljanja potrebno je poštivati sva pravila električne sigurnosti, jer ovdje nema ograničenja u pogledu izlazne struje.

Shema takvog mehanizma sastavljena je od tri glavna kaskadna područja:

1. Razdjelnik napona na kapacitivnom otporu.
2. Ispravljač.
3. Stabilizatori napona.

Prvi dio je otpor koji se pruža izmjeničnoj struji na kondenzatoru C1 s otpornikom. Potonji je potreban isključivo za samostalno punjenje inertnog elementa. On ne utječe na rad sheme.

Nazivna vrijednost otpornika može biti u rasponu 100 kOhm-1 MOhm, snage 0,5-1 W. Kondenzator treba biti elektrolitski, a njegova efektivna amplitudna vrijednost napona – 400-500 V.

Kada se formirani poluval napona provodi kroz kondenzator, struja teče sve dok se obloge potpuno ne napune. Što je manji kapacitet mehanizma, to će manje vremena biti potrebno za njegovo potpuno punjenje.

Na primjer, uređaj kapaciteta 0,3-0,4 µF puni se unutar 1/10 perioda poluvala, tj. samo desetina prolaznog napona proći će kroz ovaj dio.

Proces ispravljanja na ovom dijelu izvodi se prema Greetzovoj shemi. Diodni most se bira na temelju nazivne struje i obrnutog napona. Pri tome posljednja vrijednost ne smije biti manja od 600 V.

Drugi kaskad je električni uređaj koji pretvara (ispravlja) izmjeničnu struju u pulsirajuću. Taj se proces naziva dvopoluperiodnim. Budući da je jedan dio poluvala izglađen kondenzatorom, na izlazu ovog dijela istosmjerna struja će biti 20-25 V.

Budući da napajanje LED dioda ne smije prelaziti 12 V, za krug je potrebno koristiti stabilizacijski element. U tu svrhu uvodi se kapacitivni filtar. Na primjer, može se koristiti model L7812

Treći kaskada radi na temelju filtra za izglađivanje i stabilizaciju – elektrolitskog kondenzatora. Odabir njegovih kapacitivnih parametara ovisi o snazi opterećenja.

Budući da sastavljeni krug odmah počinje raditi, ne smije se dodirivati gole žice jer struja koja prolazi doseže desetke ampera – prethodno se provodi izolacija vodova.

Zaključci i koristan video na temu

Sve poteškoće s kojima se može suočiti radioamater koji odabire pretvarač za snažne LED lampe, detaljno su opisane u video prilogu:

Ključne značajke samostalnog povezivanja pretvaračkog uređaja u električnu shemu:

Postupne upute koje opisuju proces samostalne izrade LED drajvera od improviziranih sredstava:

Unatoč deklariranim desecima tisuća sati neprekidnog rada LED lampi od strane proizvođača, postoji mnogo čimbenika koji značajno smanjuju ove pokazatelje.

Za izglađivanje svih skokova struje u elektrosustavu namijenjeni su drajveri. Njihovom odabiru ili samostalnoj izradi treba pristupiti odgovorno nakon izračuna svih potrebnih parametara.

Ispričajte kako ste odabrali drajver za rad LED žarulje. Podijelite svoje argumente i načine stabilizacije napona za diodni rasvjetni uređaj. Ostavite komentare u bloku ispod, postavljajte pitanja, objavljujte fotografije na temu članka.