Как запитать светодиодный светильник без драйвера

Почему так сложно сделать питание светодиодов от 220В своими руками?

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED) 2 / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7.2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U 2 _вх — U 2 _LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 _вх — U 2 _LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
ILED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

• X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
• X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
• Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
• Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Микросхемы-драйверы светодиодов

В предыдущей статье мы рассказали как сделать драйвер для светодиодов своими руками, используя транзисторы и распространенные микросхемы-стабилизаторы напряжения. Сегодня же речь пойдет о схемах драйверов на специализированных микросхемах.

Начнем с самой популярной на сегодняшний день микросхемы драйвера светодиодов РТ4115.

PT4115

Просто поразительно, как это никому не известному китайскому производителю PowTech удалось создать настолько успешную микросхему драйвера светодиодов, вместив в компактном корпусе несколько блоков управления с мощным полевым транзистором на выходе!

Микросхема требует минимального обвеса и позволяет конструировать светодиодные светильники мощностью более 30 Вт с высоким КПД и возможностью плавной регулировки яркости.

Полным аналогом РТ4115 является микросхема СL6808 от компании Chiplink Semiconductor. Микросхемы имеют идентичные характеристики и полностью взаимозаменяемы. Поэтому все, что сказано ниже о PT4115, в равной степени относится и к СL6808.

Согласно официальной документации, LED-драйвер с функцией диммирования на основе PT4115 обладает следующими техническими характеристиками:

• диапазон рабочего входного напряжения: 6–30В;
• регулируемый выходной ток до 1,2А;
• погрешность стабилизации выходного тока — не более 5%;
• имеется защита от обрыва нагрузки и перегрева;
• имеется вывод DIM для регулировки яркости и включения/выключения;
• частота переключения до 1 МГЦ;
• КПД до 97% (максимум, чего я добился — 90%);
• производится в двух вариантах корпуса — SOT89-5 и ESOP8 (последний более эффективен, с точки зрения рассеивания мощности);
• единственный прецизионный элемент обвязки — маломощный токозадающий резистор (погрешность сопротивления <1%).

Микросхема PT4115 имеет отдельный вывод для управления включением и выключением светодиодов. Также, используя этот вывод, можно легко и просто получить диммируемый драйвер для светодиодного светильника. Это делается либо с помощью изменения уровня потенциала на выводе DIM (непрерывный режим работы драйвера), либо подавая на него импульсный сигнал нужной скважности (импульсный режим со стробоскопическим эффектом). В последнем случае максимальная частота следования импульсов — 50 кГц.

Минимальная частота диммирования ничем не ограничена, но если вам не нужны проблемы со здоровьем, не стоит снижать частоту ниже 300 Гц (подробнее об этом читайте здесь).

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 SN3350).

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.

Ток светодиода	Индуктивность	Ток насыщения дросселя
ILED > 1A	27-47 мкГн	В 1.3-1.5 раза больше тока светодиода
0.8A < ILED ≤ 1A	33-82 мкГн
0.4A < ILED ≤ 0.8A	47-100 мкГн
ILED ≤ 0.4A	68-220 мкГн

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:

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).

Следует иметь в виду, что чем ниже напряжение питания драйвера и чем ниже его КПД, тем выше будет рассеиваемая мощность микросхемы. Схема может иметь низкий КПД при использовании неправильной катушки индуктивности или повышенной паразитной емкостью на выходе.

Микросхему покупал здесь (20 штук за 80 рублей).

CL6807

По внутреннему устройству и принципу действия микросхема-драйвер светодиодов CL6807 полностью идентична рассмотренной выше PT4115. Имеются лишь некоторые отличия в технических характеристиках. Вот самые главные из них:

• напряжение питания 6-35В;
• максимальный ток нагрузки — 1А;
• имеет мягкий старт;
• максимальный КПД — 95%;
• выпускается в трех различных корпусах: SOT89-5, SOT23-5, SOP8 (цоколевка SOT89-5 полностью совпадает с PT4115).

Полная спецификация (даташит) доступна по ссылке.

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 PT4115, поэтому повторяться не имеет смысла.

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

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 PT4115, 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 (посмотреть), 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.

Микросхема выпускается в двух модификациях: AL9910 и AL9910a. Отличаются минимальным напряжением запуска (15 и 20В соответственно) и выходным напряжением внутреннего стабилизатора ((7.5 или 10В соответственно). Еще у AL9910a немного выше потребление в спящем режиме.

Типовая схема включения (без диммирования) выглядит так:

Здесь светодиоды всегда горят на полную мощность, которая задается значением резистора R_sense:

Для регулировки яркости 7-ую ногу отрывают от Vdd и вешают на потенциометр, выдающий от 45 до 250 мВ. Также яркость можно регулировать, подавая ШИМ-сигнал на вывод PWM_D. Если этот вывод посадить на землю, микросхема отключается, выходной транзистор полностью закрывается, потребляемый схемой ток падает до ~0.5мА.

Частота генерации должна лежать в диапазоне от 25 до 300 кГц и, как уже было сказано ранее, она определяется резистором R_osc. Зависимость можно выразить следующим уравнением:

f_osc [МГц] = 25 / (R_osc + 22), где R_osc — сопротивление в килоомах (обычно от 75 до 1000 кОм).

Резистор включается между 8-ой ногой микросхемы и «землей» (или выводом GATE).

Индуктивность дросселя рассчитывается по страшной на первый взгляд формуле:

Пример расчета

Для примера давайте рассчитаем параметры элементов обвязки микросхемы для двух последовательно включенных светодиода Cree XML-T6 и минимального напряжения питания (15 вольт).

Итак, допустим, мы хотим, чтобы микросхема работала на частоте 240 кГц (0.24 МГц). Значение резистора R_osc должно быть:

Rosc = 25/fosc — 22 = 25/0.24 — 22 = 82 кОм

Идем дальше. Номинальный ток светодиодов — 3А, рабочее напряжение — 3.3В. Следовательно, на двух последовательно включенных светодиодах упадет 6.6В. Имея эти исходные данные, можем рассчитать индуктивность:

Т.е. больше или равно 17 мкГн. Возьмем распространенную фабричную индуктивность на 47 мкГн.

Осталось рассчитать R_sense:

R_sense = 0.25 / (I_LED + 0.15⋅I_LED) = 0.25 / (3 + 0.15⋅3) = 0.072 Ом

В качестве мощного выходного MOSFET’а возьмем какой-нибудь подходящий по характеристикам, например, всем известный N-канальник 50N06 (60В, 50А, 120Вт).

И вот, собственно, какая схема у нас получилась:

Не смотря на указанный в даташите минимум в 15 вольт, схема прекрасно запускается и от 12, так что ее можно использовать в качестве мощного автомобильного прожектора. На самом деле, приведенная схема — это реальная схема драйвера светодиодного прожектора 20 ватт YF-053CREE, которая была получена методом реверс-инжиниринга.

Рассмотренные нами микросхемы драйверов светодиодов PT4115, CL6808, CL6807, SN3350, AL9910, QX5241 и ZXLD1350 позволяют быстро собрать драйвер для мощных светодиодов своими руками и широко применяются в современных LED-светильниках и лампах.

В статье были использованы следующие радиодетали:

Светодиоды
Cree XM-L T6 (10Вт, 3А)		135 руб/шт.
Cree XM-L2 T6 (10Вт, 3А, медь)		360 руб/шт.
Транзисторы
40N06		11 руб/шт.
IRF7413		14 руб/шт.
IPD090N03L		14 руб/шт.
IRF7201		17 руб/шт.
50N06		12 руб/шт.
Диоды Шоттки
STPS2H100A (2А, 100В)		15 руб/шт.
SS34 (3А, 40В)		90 коп/шт.
SS56 (5А, 60В)		3.5 руб/шт.

Бездрайверные системы: когда простота не обманчива

В бюджетных светильниках довольно часто используются светодиодные модули, не имеющие драйвера, и при этом работающие напрямую от переменного тока. В прошлом они представляли собой решение для светильников малой мощности, устанавливаемых в подсобных помещениях. Но недавно появились без-драйверные модули нового поколения, которые все чаще используются в осветительном оборудовании средней ценовой категории. А теперь речь уже идет об их применении в дорогостоящих дизайнерских светильниках.

Для согласования параметров светодиодов и сети электропитания в светильниках обычно используют специальные устройства, именуемые драйверами. Они выпрямляют переменный ток, понижают напряжение и, что самое главное, стабилизируют силу тока, протекающего через светодиоды. Дело в том, что для каждого типа светодиода существует свое оптимальное значение тока, при котором достигается наибольший КПД в сочетании с высокой долговечностью. Драйвер обеспечивает поддержание этого значения постоянным вне зависимости от колебаний напряжения в питающей сети, температуры окружающей среды и других факторов.

Приблизить значение напряжения питания источника света к напряжению в сети можно, соединяя светодиоды в последовательные цепочки. Чем длиннее цепочка, тем выше напряжение питания и, соответственно, тем проще конструкция драйвера. Но при этом снижается надежность конструкции, так как выход из строя одного светодиода ведет к отключению или изменению режима работы всей цепочки. Правда, с этим частично научились бороться, подключая параллельно светодиодам стабилитроны (в зарубежной литературе они называются «диоды Зенера») — полупроводниковые приборы, автоматически выставляющие «перемычки» вместо светодиодов, если они в результате выхода из строя дают разрыв в цепи. Тем не менее, даже в этом случае выход из строя хотя бы одного светодиода все равно неизбежно влечет за собой некоторое изменение режима всей цепочки. Оптимальным считается количество последовательно включенных светодиодов около 10, тогда и надежность высокая, и драйвер имеет не очень сложную конструкцию.

В то же время, когда требуется обеспечить наименьшую стоимость светильника, применяется простейшая схема, состоящая из мостового выпрямителя на четырех диодах, токоограничительного резистора и нескольких десятков светодиодов, включенных последовательно. Главным недостатком такой схемы, помимо уже отмечавшейся низкой надежности, является высокий уровень пульсаций (об остальных недостатках речь пойдет чуть позже). Причина в том, что светодиоды питаются не постоянным, а пульсирующим током. Частота пульсаций равна удвоенной частоте переменного тока в осветительной сети, т.е. 120 Гц в США и 100 Гц в России и других европейских странах. Согласно ГОСТ Р 54945-2012, при проектировании систем освещения предполагается, что человеческий глаз воспринимает пульсации светового потока с частотой вплоть до 300 Гц.

Простейший светодиодный светильник с питанием от сети переменного тока

В России коэффициент пульсаций светового потока выражается в процентах и определяется согласно своду правил СП52.13330.2011 по формуле:

где Е _макс — максимальная освещенность, Е_мин — минимальная освещенность, Е_ср — средняя освещенность за период колебания освещенности.

Светильники, построенные по данной схеме и аналогичные им, имеют коэффициент пульсаций до 99%. Для сравнения, люминесцентные лампы с электромагнитным ПРА — решение, признанное морально устаревшим, — имеет К _п около 35%. Согласно СП52.13330.2011, такие светильники могут использоваться только в подсобных помещениях, а также там, где от освещения требуется лишь обеспечение общей ориентации в пространстве. В то же время, рынок светильников и для таких помещений (лестничные клетки, коридоры, туалеты и т.п.) огромен и его не следует высокомерно игнорировать. Это, собственно, и есть категория продукции, именуемая «светильники ЖКХ».

Компактные даунлайты, построенные по бездрайверной схеме

Также бездрайверные светильники могут использоваться и в наружном освещении, где К _п не нормируется. К тому же, простота конструкции дает помимо низкой стоимости и ряд других преимуществ. Поэтому так называемые бездрайверные светильники и модули (другие названия — «светодиодные AC-модули», АС LED Modules) активно продвигаются сейчас на рынок.

Даунлайты, построенные по бездрайверной схеме, используются для освещения вспомогательных помещений, где не ведется напряженная зрительная работа.

Понятие «бездрайверный светильник» часто используется в маркетинговых целях, тем не менее, его можно ввести в четкие рамки. Автор статьи предлагает следующее определение: бездрайверным называется такой осветительный прибор на основе светодиодов (или светодиодный модуль), где источник света к линии электропитания подключается напрямую или через токоограничительный резистор, также возможно подключение через коммутирующее устройство. Такое определение логически вытекает из определения светодиодного драйвера, основной функцией которого является управление током, протекающего через светодиод. Конструкция светильника, где применен блок питания со стабилизацией выходного напряжения и токоограничительный резистор, не является бездрайверной, так как стабилизация напряжения на цепочке из светодиода и токоограничительного резистора с хорошей точностью стабилизирует силу тока через светодиод.

Другой вариант названия таких осветительных приборов и модулей, распространенный в зарубежной литературе — AC LED Modules или «светодиодные AC-модули». В данном случае АС означает Altenating Current, т.е. «переменный ток», в широком смысле, «питание от осветительной сети». Связано это с тем, что в бездрайверных модулях не происходит выпрямление тока, светодиоды питаются пульсирующим током сложной формы.

Следует отметить, что, как правило, понятия «бездрайверный светильник» или «бездрайверный модуль» не применяются к оборудованию, основной задачей при проектирования которых было обеспечение минимальной стоимости. Тут уж что получилось за такие деньги. В том случае, если отсутствие драйвера дает не только снижение цены, но и некоторые полезные качества светильника, тогда слова «бездрайверный светильник» активно употребляются как в документации на изделие, так и в рекламных материалах. А преимущества у бездрайверных решений действительно есть.

Без сглаживающих конденсаторов

В светодиодном драйвере переменный ток сначала преобразуется в пульсирующий, затем из пульсирующего уже преобразуется в постоянный, для чего требуется сглаживающий конденсатор. При массовом производстве драйверов практически единственным доступным вариантом сглаживающего конденсатора сейчас является электролитический конденсатор.

Срок службы бездрайверных светильников и диапазон рабочих температур ограничены только соответствующими параметрами светодиодов, которые уже давно выше, чем у электролитических конденсаторов.

Их недостатками являются относительно малый срок службы, а также сильная зависимость параметров от температуры. Но самая неприятная особенность электролитического конденсатора — его старение без эксплуатации. Полежал светильник какое-то время на складе — конденсатор уже состарился. Прошло 10 лет с момента выпуска светильника — электролитические конденсаторы неработоспособны вне зависимости от того, сколько времени прибор реально давал свет. Срок службы бездрайверных светильников и диапазон рабочих температур ограничены только соответствующими параметрами светодиодов, которые уже давно выше, чем у электролитических конденсаторов.

Собственно, светодиод по своему физическому принципу, в отличие от тех же разрядных источников света, пусковых токов не имеет. Тем не менее, светодиодные светильники на основе драйверов имеют значительные пусковые токи, и это связано с зарядкой сглаживающих конденсаторов сразу после включения. Например, у светодиодного драйвера FDL-65-1550 производства компании Meanwell пусковой ток на протяжении 270 мкс от момента включения составляет 50 А при потребляемом токе в установившемся режиме 0,48 А. То есть пусковой ток примерно в 100 раз больше потребляемого тока в случае номинальной нагрузки. И это у «топовой» модели от одного из ведущих производителей драйверов! Применяемые во многих светильниках noname драйвера характеризуются еще большим соотношением между пусковым и потребляемым токами в установившемся режиме. Данное соотношение нередко оказывается даже больше, чем у светильников на основе разрядных источников света, например, на люминесцентных лампах. В результате — замена устаревших светильников на более современные и, казалось бы, более экономичные светодиодные, приводит к срабатыванию защитного автоматического выключателя из-за перегрузки по току. Приходится мириться с необходимостью использовать столь же толстые провода, как и для старых светильников (при уменьшении потребляемой мощности в несколько раз), а также обращаться к помощи квалифицированных специалистов для выбора определенного типа защитного автоматического выключателя и даже топологии подключения светильников. Когда внедрение светодиодного освещения было на уровне отдельных проектов, с этим можно было мириться. Но при их массовости нужны решения, доступные для установки специалистами не самой высокой квалификации. Бездрайверные же светодиодные светильники не имеют никаких пусковых токов по принципу своей работы.

Диммирование

Оптимальное решение для светодиодных светильников — использование диммируемого драйвера. Но это потребует установки дополнительного органа управления светильником и, возможно, прокладки дополнительного провода. В реальности приходится иметь дело с десятками миллионов диммеров типа TRIAC, установленных по всему миру. Светодиодный драйвер, совместимый с TRIAC, имеет более сложную конструкцию, чем обычный, и стоит дорого. Несомненным преимуществом бездрайверных светильников является то, что они, как правило, без проблем совместимы с TRIAC-диммерами.

Важное преимущество бездрайверных светильников — совместимость с диммерами, изначально разрабатывавшимися для ламп накаливания

В ряде случаев бездрайверные светильники совместимы с современными ШИМ-диммерами, работающими на частотах выше 300 Гц. При такой «связке» бездрайверные светильники полностью лишаются такого недостатка, как высокий коэффициент пульсаций.

Внимание! Не все бездрайверные светильники совместимы с определенными моделями диммеров. О совместимости конкретных моделей светильников и диммеров следует предварительно получить информацию у производителей/поставщиков обоих соединяемых устройств.

Вопросы надежности

В электронной аппаратуре обычно соединения между элементами отказывают чаще, чем сами элементы. Повысить надежность цепочки последовательно соединенных светодиодов до уровня, близкого к надежности единичного светодиода, можно, если всех их выполнить в едином кристалле. Именно так рассуждали в компании Seoul Semiconductor, выпустившей еще в 2006 году светодиод Arciche. Его можно было подключать к осветительной сети переменного тока даже без выпрямительного «мостика», достаточно последовательно включенного токоограничительного резистора. Это достигалось благодаря наличию на кристалле двух групп светодиодов, светившихся для положительной и отрицательной полуволн питающего напряжения соответственно. Позже для повышения энергоэффективности оставили только одну цепочку и подключение выпрямительного моста к светодиоду стало обязательным. Светодиоды, питающиеся от напряжения осветительной сети без драйвера, Seoul Semiconductor производит и поныне, но уже под названием Acrich MJT.

Наиболее широкое применение светодиоды Acrich MJT нашли при создании светодиодных ламп с цоколем GU10, а также маломощных ламп с цоколем Е14 для декоративной подсветки. Выпускаются на основе Acrich MJT и миниатюрные даунлайты, устанавливаемые на стеллажи в магазинах для подсветки товара. Поскольку покупатели и сотрудники рассматривают товар на полках эпизодически, такие светильники, при наличии общего освещения с низким уровнем пульсаций, не нарушают действующих норм. На основе Arcich MJT выпускаются и светильники для промышленных холодильников. Почти полное отсутствие дополнительной электроники и межсоединений между светодиодами в последовательной цепочке позволяют светильнику выдерживать очень низкие температуры. При этом сотрудники внутри морозильной камеры работают также эпизодически.

В модулях для уличного освещения Acrich2.5 применена дополнительная защита от бросков напряжения

Бездрайверные светильники чувствительны к броскам напряжения в сети. Если для кратковременных бросков напряжения порядка нескольких киловольт (например, связанных с молнией) можно установить защиту, то при небольшом, но длительном по времени превышении питающего напряжения светодиоды перегреваются. Проблема решается за счет внесения дополнительных запасов при проектировании светильника, а также применения специальных защитных устройств. Также настоятельно рекомендуется не разрывать выключателем «ноль» питания и обязательно заземлять металлический корпус светильника.

Коэффициент мощности и энергоэффективность

В бездрайверном светильнике, собранном по схеме рис. 1 или подобной, значительная часть потребляемой мощности (около 25%) рассеивается на токоограничительном резисторе. Кроме этого, значительную часть периода колебаний в сети, когда мгновенное значение напряжения на каждом светодиоде меньше 1,5 В, цепочка светодиодов полностью закрыта и ток через светильник практически не течет. Помимо нерационального использования электроэнергии, такая особенность приводит к снижению коэффициента мощности PF до значений ниже минимально допустимого предела 0,6. При потребляемой мощности до 5 Вт с этим еще можно как-то мириться, но при большей потребляемой светильником или светодиодной лампой-ретрофитом мощности нарушаются действующие нормы и может произойти преждевременный износ оборудования электросетей.

Простейшая схема включения чипа Acrich IC 3.0

Решение проблемы заключается в том, чтобы «наращивать» цепочку последовательно соединенных светодиодов по мере роста мгновенного значения напряжения питания. Находимся на пике синусоиды — включены все светодиоды. Находимся вблизи нуля — светится минимальное количество светодиодов, которые можно скоммутировать. При этом светодиоды открыты, и ток в нагрузке продолжает течь. Именно такое решение предлагает компания Seoul Semiconductor в своих бездрайверных светодиодных модулях Acrich3, производящихся с 2014 года. «Сердцем» такого модуля является чип Acrich IC 3.0, коммутирующий четыре группы последовательно включенных светодиодов.

Пример светодиодного модуля типа Acrich3

В итоге появляется возможность увеличить PF до 0,97, что находится на уровне лучших светильников с драйверами. Можно сказать, что такой светильник не создает практически никаких проблем для электросети, к которой он подключен. КПД чипа Acrich IC 3.0 достигает 90%.

Для уличного освещения Seoul Semiconductor предлагает модули Acrich2.5 на основе предыдущей версии платформы Acrich2, работающей аналогичным образом (коммутация четырех цепочек светодиодов).

Помимо Seoul Semiconductor технологию АС-модулей с повышенным PF развивает и такая известная компания как Edison Opto. Fla рынке представлена серия модулей EdiLex от этой компании. К сожалению, Edison Opto не публикует в открытых источниках данные о конструкции своих бездрайверных светодиодных модулей, тем не менее, по косвенным данным можно предположить, что и здесь используется принцип коммутации групп светодиодов в зависимости от конкретного участка синусоиды. PF модулей EdiLex достигает 0,95. Главная «фишка» данных модулей, выгодно отличающая их от конкурентов — наличие встроенной функции трехступенчатого диммирования.

Борьба с пульсациями

Для борьбы с пульсациями в бездрайверных светильниках предлагались схемы с умножением частоты пульсаций. Речь идет о том, чтобы частота пульсаций относительно частоты сети не удваивалась, а учетверялась. Увеличение частоты пульсаций до 200 Гц не позволяет выполнить требования ГОСТ Р 54945-2012 и СП52.13330.2011 для помещений, в которых ведется напряженная зрительная работа, хотя субъективно зрительная нагрузка по сравнению с частотой пульсаций 100 Гц заметно снижается. Но несовместимость с существующими диммерами и сложность конструкции привели к тому, что серийный выпуск бездрайверных светильников с учетверением частоты пульсаций так и не был начат.

Один из вариантов бездрайверного светодиодного модуля производства Zega LED

Компания Zega LED с 2014 года развивает технологию REAC, представляющую собой принципиально новый способ борьбы с пульсациями. Ее суть заключается в том, что светодиод, поверх слоя обычного люминофора, покрывается еще слоем особого люминофора REAC, обладающего увеличенным временем послесвечения. По идее разработчиков, это позволяет сглаживать пульсации до приемлемого уровня.

По состоянию на январь 2017 года, на сайте Zega LED нет данных об уровне пульсаций выпускаемых компанией модулей с технологией REAC. Нет пока на авторитетных светотехнических сайтах и результатов независимых тестирований на уровень пульсаций. Тем не менее, модули нашли свое применение не только в техническом освещении, но и в дорогих престижных дизайнерских люстрах. Причина заключается в компактности модулей Zega LED при том, что для их работы не требуется наличия дополнительного оборудования. В результате фантазия дизайнера практически ничем не ограничена. Но, по состоянию на 2016 год, все такие люстры предлагались исключительно для рынка США, где частота сети составляет 60 Гц. При использовании технологии REAC в странах с частотой сети 50 Гц уровень пульсаций будет выше из-за более низкой частоты пульсаций. Возможно, для продажи люстр в таких странах придется доработать технологию REAC, дополнительно увеличив время послесвечения люминофора.

Аграрное будущее

Большую выгоду бездрайверные светильники могут принести для освещения теплиц, если там есть и естественное освещение, а персонал продолжительное время работает в дневное время. Естественно, светильники должны соответствовать и действующим нормам по коэффициенту мощности.

Полное отсутствие пусковых токов является важным преимуществом для сельской местности. Низкая стоимость бездрайверных светодиодных светильников, простота установки и обслуживания позволяют сделать проект внедрения светодиодного освещения экономически выгодным.

Положительный опыт использования светильников с лампами ДНаТ, у которых К _п доходит до 95%, позволяет утверждать, что наличие пульсаций у бездрайверных светодиодных светильников не окажет негативного влияния на рост сельскохозяйственных культур. Но в птицеводстве применять бездрайверные светильники нельзя, поскольку мерцания угнетают развитие — у птиц зрение более быстродействующее, чем у людей. Возможность применения бездрайверных светодиодных светильников в животноводстве требует дополнительных исследований.

Полное отсутствие пусковых токов является важным преимуществом для сельской местности, где электросети зачастую находятся не в лучшем состоянии. Низкая стоимость бездрайверных светодиодных светильников, простота установки и обслуживания, когда не надо вызывать в далекую деревню дорогостоящих специалистов, позволяют сделать проект внедрения светодиодного освещения экономически выгодным.

Алексей ВАСИЛЬЕВ

Источник: Материал размещен в журнале «Электротехнический рынок», №1 (73) январь-февраль 2017

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Светлый угол — светодиоды

Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Обсуждаем построение светодиодных драйверов, особенности питания разных типов светодиодов.
Сообщений: 337 • Страница 1 из 23 • 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . 23

Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

TOXA-CCCP » 05 апр 2012, 02:07

Давно пора создать эту тему!) Начнёмс!))
Почему так не лежит к душе драйвер? Ведь по сути это идеальный источник питания для светодиода!
Дело в том, что драйвера слишком подгоняют под рамки. Малейшее неподчинение этим рамкам может стоить сгоранию всех рабочих дорогих светодиодов, только потому что был плохой контакт. ..обидно
А контакт может нарушиться случайно по многим причинам: пайка некачественная, контакты окислились от времени и других внешних обстоятельств, нечайно дёрнули и оторвали, или просто один светодиод просто накрылся по какой либо причине, например плохой отвод тепла. перечислять можно много
все знают каких сюрпризов можно ждать в русских жилищных и офицных социальных условиях)))
Покупая драйвер, мы поджимаемся под рамки: что нужно определённое кол-во светодиодов, определённо подключенных, добиваясь определённого тока. Нельзя свободно изменять конструктивные особенности наших осветительных приборов, легко манипулируя кол-вом светиков и их подключением.
Также эти драйвера дают значительно большие высокочастотные помехи в электросеть, влияющие на другие приборы, бытуют такое мнение. Также говорят что высокочастотный сигнал в них также негативно влияет на состояние здоровья человека. Некоторые говорят что начинает болеть голова. ухудшается настроение.. Но это я распространяю слух конечно..
Тем не менее идём дальше. Светодиоды должны быть идеально подключены, в момент, до включения драйвера. Т. к. если подключить сначало драйвер, а потом светики, то можно со светиками попрощаться. Ошибки здесь не простительны.. Ещё при питании стабильным током в драйвере, напряжение может прыгать до значимых значений, которое может здорово тряхануть при случайном задевании рукой открытых частей. Появляется проблема в обеспечении надёжной изоляции открытых частей и может даже заземлении. Ещё становится невозможным менять яркость светодиодов (диммировать), при использовании обычных драйверов. Цена драйвера раза в 3 и более выше блока питания стабилизированного напряжения такой-же мощности. Здесь буду оставлять свои мысли по обеспечению питания без драйвера , и разбирать все недостатки и преимущества всех способов . С удовольствием хотелось бы посмотреть способы форумчан . Вместе поугарать ес. что)
Свободы хочется , которую относительно даёт блок питания стабилизированного напряжения и конечно-же сам великолепный светодиод, изобретённый РУССКИМ человеком!)

ВСЕ ПРЕДЪЯВЛЕННЫЕ ЗДЕСЬ СПОСОБЫ МОЖНО ПРИМЕНЯТЬ ТОЛЬКО НА СВОЙ СТРАХ И РИСК.
Я тут например не великий специалист, а любитель. И принимать за истину любое мнение, без собственного понимания, всё равно что быть одним из тупого стада. Не будьте тупым стадом нигде, и не в чём и в политике да и вообще. Да и вообще здоровья душевного всем и телесного. ВСЁ))))

п.с. тема создана ассоциацией молодых недовольных гвардейцев с целью разширить кругозор ветеранов этой нелёгкой битвы за каждую канделлу света в мире)
глупость тоже может иметь смысл))))

Учение свет , а не учение тьма !) Респект моей мамке)

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Вован11 » 05 апр 2012, 02:29

Ну дак никто ведь не мешает запитывать светодиоды через трансформатор и обычный выпрямитель, а излишек напруги гасить резистором. Только всё от задачи зависит. Если светильников много, и, что не маловажно, они однотипные под конкретное напряжение, поскольку на резисторе тоже тепло выделяется внутри светильника, то трансформатор с выпрямителем и фильтром. Но при этом сеть усложняется, поскольку прокладываются провода с разным напряжением ( рабочее СД и 220). А если светильников 1-2 или их много, но все разные, то индивидуальный драйвер свободы даёт больше, ну и сеть упрощается. К тому-же замена светильников с ЛН или ЛЛ сильно облегчается.

ЗЫ. Голосовал за драйвер, хотя стабилизированный источник с подобранным напряжением при грамотном применении вполне имеет право на жизнь, как источник питания светодиодов.

Вован11 Прожектор
Сообщений: 169 Зарегистрирован: 01 фев 2012, 12:38 Откуда: Вологда Благодарил (а): 4 раз. Поблагодарили: 2 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

kayot » 05 апр 2012, 02:42

а если сложить падение всех диодов и подобрать напряжение под них
поставить токоограничительный резистор с низким сопротивлением
можно убить двух зайцев за раз
это отказаться от дорогого драйвера
и получить малую температуру от резистора
блок питания какой ни какой а нужен
даже для питания того же драйвера
если исключить драйвера от 220

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

kayot » 05 апр 2012, 02:44

а если подключить термистор параллельно резистору то можно получить и температурную стабилизацию
вот например
маленькая серенькая деталька рядом с резистором

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

kayot » 05 апр 2012, 02:51

кстати этот светодиод питается от 220в без драйвера

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

soratnik » 05 апр 2012, 02:56

ЧТо Вы делаете если хотите изменить количество света с обычными ЛН. Правильно увеличиваете или уменьшаете их количество. СД+ драйвер это одна единица источника света — одна лампочка. Этот один источник света можно приспособить для димирования. Этот источник света может питаться от различных источников тока: батареек, акумов, солнечных батарей и т.д. Все здесь присутствующие делают лампочки с различной мощностью и различным конструктивом. Лампу накаливания в домашних условиях на коленках сделать практически не возможно, а тут полет для творчества.
И еще все перечисленные способы имеют право на существование и оправданны в каждом конкретном случаи.

soratnik Scio me nihil scire
Сообщений: 1038 Зарегистрирован: 29 янв 2011, 23:02 Откуда: г. Калининград Благодарил (а): 2 раз. Поблагодарили: 32 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Proizvoditel » 05 апр 2012, 10:53

Самое страшное дилетант с инициативой! Вы бы лучше подняли тему электробезопасности самодельных конструкций, а то множество начинающих начитавшись ваших призывов начнут совать светодиоды в розетку, без глубокого осознания того, что они делают. ВНИМАНИЕ все схемы подключения светодиодов без развязывающих устройств на этом форуме предложены специалистами, не один десяток лет занимающимися электроникой, новичкам к повторению не рекомендуются.
Драйверы тока и источники напряжения — по ценам ничем не отличаются, поскольку схемотехника одинакова. Цена в первую очередь зависит от мощности и качества изготовления.

что на светодиод подашь, то и получишь

Proizvoditel Scio me nihil scire
Сообщений: 2586 Зарегистрирован: 15 ноя 2011, 01:25 Откуда: Москва Благодарил (а): 103 раз. Поблагодарили: 177 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

voxy » 05 апр 2012, 12:10

Говорят у дураков мысли сходятся.
Вот и у меня » posting.php?mode=quote&f=11&p=43147.. .был приступ !
Поддерживаю земляка в этом вопросе, потому , как интуитивно чую, что в недалеком будущем в новых домах освещение будет отдельно проведено от розеток( а где-то уже так).
А если его ( напряжение освещения) , стандартизировать например + 36В , — 36в и «земля», то получим безопасную, недорогую ( 100-200 ватт),удобную для управления( хоть с компа) СЕТЬ .
Повторяю, что речь идет о квартирах и домах, хотя и в других помещениях это может использоваться.
А по поводу потерь и эффективности — прошу конкретные цифры различия драйвера тока от драйвера напряжения.
Кстати, сфоткал на днях тепловизором готовый светильник( 70 ВТ) от ЮН и был озадачен высокой температурой. ДРАЙВЕРА !

Жду перемен.

voxy Scio me nihil scire
Сообщений: 1395 Зарегистрирован: 11 фев 2012, 19:56 Откуда: Пенза Благодарил (а): 484 раз. Поблагодарили: 93 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Lopar » 05 апр 2012, 12:14

День добрый.
Может быть не в тему, но почему все повсеместно так горят за гальваническую развязку.
Ведь первоначальная цель существования развязки — уберечь сеть от манипуляций потребителя,
если потребитель — постоянная нестабильность в виде импульсных преобразователей без хороших
фильтров, тогда наличие развязки оправдано, но если конечный потребитель стабильный, с ВАХ близкой к линейной
чего плохого он может принести сети. Повторюсь — безопасности для нагрузки/потребителя гальваническая развязка в виде трансформатора не привносит. Вся Ваша защита — защитные у-ва в Вашем щитке.
А по светодиодам без драйвера — для себя все таки выбрал вариант высоковольтных светодиодов (42. 50В) в к-ве 7. 6 последовательно, выпрямителя с фильтром и резистора. Дешево и сердито. и работает.

Lopar Светодиод
Сообщений: 255 Зарегистрирован: 22 мар 2012, 15:17 Откуда: Киев Благодарил (а): 40 раз. Поблагодарили: 29 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

ВикНик » 05 апр 2012, 12:20

Proizvoditel писал(а): Самое страшное дилетант с инициативой! Драйверы тока и источники напряжения — по ценам ничем не отличаются, поскольку схемотехника одинакова. Цена в первую очередь зависит от мощности и качества изготовления.

PLN-100-12 MeanWell Для светодиодов и бегущих строк 90-264VAC 12V 5A 100W 200×70,5×35 1 шт: 438.9 грн
S-100-12 MeanWell , встраиваемый 85-132или 170-264VAC 12V 8,5A 100W 199x98x38 1 шт: 249.7 грн

PLN-30-12 MeanWell Для светодиодов и бегущих строк 90-264VAC 12V 2,5A 30W 145x47x30 1 шт: 242 грн
FBP030 (MES30B-3P1J) FEREX Импульсный настольный 100-240VAC 12V 2,5A 30W 96x44x29.2 1 шт: 91.3 грн

ВикНик Scio me nihil scire
Сообщений: 1621 Зарегистрирован: 08 мар 2011, 23:26 Откуда: Харьков Благодарил (а): 25 раз. Поблагодарили: 122 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:22

Хорошо бы эти фото выложить всем было бы интересно. Это проблема всех дешевых китайских импульсников — температура обмотки трансформатора около 80 град., выпрямительный диод за 80 и т.д. И кто то хочет чтобы эти девайсы проработали 20 лет?
Источник тока от источника напряжения отличается наличием токоизмерительного резистора (не вдаваясь в тонкости схемотехники). Все остальное , включая КПД одно и то же.

что на светодиод подашь, то и получишь

Proizvoditel Scio me nihil scire
Сообщений: 2586 Зарегистрирован: 15 ноя 2011, 01:25 Откуда: Москва Благодарил (а): 103 раз. Поблагодарили: 177 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:26

Lopar писал(а): День добрый.
Может быть не в тему, но почему все повсеместно так горят за гальваническую развязку.
Ведь первоначальная цель существования развязки — уберечь сеть от манипуляций потребителя,
если потребитель — постоянная нестабильность в виде импульсных преобразователей без хороших
фильтров, тогда наличие развязки оправдано, но если конечный потребитель стабильный, с ВАХ близкой к линейной
чего плохого он может принести сети. Повторюсь — безопасности для нагрузки/потребителя гальваническая развязка в виде трансформатора не привносит. Вся Ваша защита — защитные у-ва в Вашем щитке.
А по светодиодам без драйвера — для себя все таки выбрал вариант высоковольтных светодиодов (42. 50В) в к-ве 7. 6 последовательно, выпрямителя с фильтром и резистора. Дешево и сердито. и работает.

А теперь возьмитесь за вашу конструкцию рукой и ждите когда срвботает защита на вашем щитке.

что на светодиод подашь, то и получишь

Proizvoditel Scio me nihil scire
Сообщений: 2586 Зарегистрирован: 15 ноя 2011, 01:25 Откуда: Москва Благодарил (а): 103 раз. Поблагодарили: 177 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Андрей NDM » 05 апр 2012, 12:29

Для дома или для себя — пусть каждый определяет сам. Безопасность и все риски — на себя.
Общественные помещения, склады, производства — это отдельная тема. Тут безопасность должна быть на уровне. Начиная от неопытных монтажников и заканчивая такими-же эксплуатационщиками. Гальваническая развязка — вопрос спорный. Для освещения под потолком — разницы нет-есть гальваника или нет. Туда всё равно редко кто лазит, а если лезут всё отключают. Даже самые «продвинутые» электрики. Другое дело освещение на «уровне вытянутой руки» — тут гальваническая развязка обязательна.
Драйвер необходим и на верху и внизу — сеть нестабильна от 195 до 260 В — такие скачки не редкость. Менять светодиоды после каждого скачка — накладно.
Последовательно 3-4. 100. 200 светодиодов — это для китайцев. Тут же писали — «кристалы не стабильны, у каждого свои особенности» — один выдержит скачок, а другой сгорит. При этом перестанет гореть вся «гирлянда», а искать сгоревший — не благодарное дело.

Андрей NDM Прожектор
Сообщений: 186 Зарегистрирован: 03 апр 2012, 09:41 Откуда: ЯНАО, Надым Благодарил (а): 1 раз. Поблагодарили: 6 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

Proizvoditel » 05 апр 2012, 12:46

что на светодиод подашь, то и получишь

Proizvoditel Scio me nihil scire
Сообщений: 2586 Зарегистрирован: 15 ноя 2011, 01:25 Откуда: Москва Благодарил (а): 103 раз. Поблагодарили: 177 раз.

Re: Способы питания без драйвера) ЭКСПЕРИМЕНТЫ)))

kayot » 05 апр 2012, 12:57

Proizvoditel писал(а): Источник тока от источника напряжения отличается наличием токоизмерительного резистора (не вдаваясь в тонкости схемотехники). Все остальное , включая КПД одно и то же.

да и еще отличается ценой в 2 -3 раза
например в магазине промэлектроника источник напряжения (AC-DC) 24V 480W GKS-480-24 2442рубля
источник тока (AC-DC)4200mA150W ARPJ-LG364200 PFC герм IP67 2351рубль
как вам?
а внутри практически ничем

все что сделал человек-можно починить
даже самого человека