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

Преимущества использования светодиодных ламп по сравнению с газосветными

Как заявляет производитель, среднее время работы светодиодной лампы доходит до тридцати тысяч часов, но все-таки это будет зависеть от качества конструкции, а именно микросхемы и внутренних световых элементов.

При любых обстоятельствах, установка светодиодной лампы Т8 с целью замены газосветной лампы, целесообразна по таким причинам:

1. На переделку конструкции не придется тратить много времени. Так, для человека знакомого с осветительным оборудованием, подобный процесс покажется простым — потребуется только демонтировать некоторые внутренние элементы, установить перемычку, провода, а затем подключить лампу.
2. За светодиодными светильниками намного проще ухаживать, достаточно лишь время от времени протирать пыль с поверхности. С люминесцентными конструкциями все намного сложнее, ведь если на поверхность попадет жир (даже от рук), то в этом месте будет отмечаться усиленное нагревание. Со временем это приведет к тому, что лампочка взорвется.
3. Использование LED-ламп позволяет сэкономить электроэнергию более чем на 55%, поэтому даже дорогостоящие изделия быстро окупают стоимость.
4. Светодиодные лампы служат больше 45000 часов даже при частом включении и выключении.
5. Светодиодные трубки не мерцают по сравнению с устаревшими газосветными. Тем самым они не провоцируют усталость глаз. Поэтому такие лампочки рекомендуют устанавливать в учебные учреждения, офисы, рабочие кабинеты.
6. Внутри таких лампочек отсутствует ртуть и прочие опасные для жизни человека компоненты. Поэтому после их перегорания не требуется соблюдение особых мер по утилизации. Такие лампочки считаются безопасными с точки зрения экологии.
7. Даже не смотря на то, что светодиодные лампы со временем теряют яркость, происходит это не раньше чем через 15000 часов. Это значительно выше, чем в случае с газосветными.

Светодиодные лампы служат дольше аналогов

Стоит отметить, что даже при снижении напряжения в сети до 110 В, светодиодные лампы останутся такими же яркими, как и при 220 В. Еще одним очевидным преимуществом является наличие гарантии от большинства производителей на LED-лампы.

Какими бывают драйверы для светодиодов по типу устройства

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

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

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

КПД светодиодных драйверов достигает 95%

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

Классическая схема драйвера

Для самостоятельной сборки LED блока питания разберемся с наиболее простым устройством импульсного типа, не имеющего гальванической развязки. Главное преимущество такого рода схем – простое подключение и надежная работа.

Схема преобразователя на 220 В представлена в качестве импульсного блока питания. При сборке необходимо соблюдать все правила электробезопасности, т. к. здесь нет пределов по токоотдаче

Схема такого механизма составлена из трех основных каскадных областей:

1. Разделитель напряжения на емкостном сопротивлении.
2. Выпрямитель.
3. Стабилизаторы напряжения.

Первый участок – противодействие, оказываемое переменному току на конденсаторе С1 с резистором. Последний требуется исключительно для осуществления самостоятельной зарядки инертного элемента. На работу схемы он не оказывает влияния.

Номинальное значение резистора может находиться в диапазоне 100 кОм-1 Мом, с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор должен быть электролитическим, а его эффективное амплитудное значение напряжения — 400-500 В

Когда образованная полуволна напряжения проходит через конденсатор, ток протекает до тех пор, пока обкладки полностью не зарядятся. Чем меньше емкость механизма, тем меньше времени будет затрачено на его полный заряд.

Например, прибор объемом 0,3-0,4 мкФ заряжается в течение 1/10 периода полуволны, т. е. всего десятая доля проходящего напряжения пройдет через этот участок.

Процесс выпрямления на этом участке выполняется по схеме Гретца. Диодный мост подбирается, отталкиваясь от номинального тока и обратного напряжения. При этом последнее значение не должно быть меньше 600 В

Второй каскад является электрическим устройством, преобразующим (выпрямляющим) переменный ток в пульсирующий. Такой процесс называется двухполупериодным.

Поскольку одна часть полуволны была сглажена конденсатором, на выходе этого участка постоянный ток будет равен 20-25 В.

Так как питание светодиодов не должно превышать 12 В, для схемы необходимо использовать стабилизирующий элемент. Для этого вводится емкостный фильтр. Например, можно применять модель L7812

Третий каскад работает на базе сглаживающего стабилизирующего фильтра – электролитического конденсатора. Выбор его емкостных параметров зависит от силы нагрузки.

Поскольку собранная схема воспроизводит свою работу сразу, нельзя касаться оголенных проводов, т. к. проводимый ток достигает десятков ампер – предварительно проводится изоляция линий.

Принцип работы устройства

Основная работа драйвера – создание на выходе заданного значения тока и его поддержание. Любая схема подобного типа состоит из нескольких частей:

• сетевого фильтра, защищающего сеть от помех;
• конденсаторно-резисторного (RC) или трансформаторного узла для снижения напряжения;
• диодного моста для выпрямления;
• стабилизатора тока.

Устройство с RC фильтром действует так:

1. Конденсатор в сети переменного тока выполняет функции емкостного сопротивления. Вместе с мостом он образует делитель напряжения и уменьшает его до нужного предела. Резистор в его цепи служит для самозарядки.
2. Сниженное напряжение поступает на стабилизатор тока, а с него – на светодиоды.

Трансформаторный узел представляет собой устройство ключевого или другого типа, управляемое генератором. Он может быть выполнен на специализированных микросхемах, высоковольтных ключевых транзисторах, простых элементах или на ШИМ контроллере.

Такой драйвер работает следующим образом:

• при подаче питания мост выпрямляет его, и оно идет на ключи, на которых с помощью обмоток создаются противофазные напряжения;
• одновременно с ними включается генератор, который вырабатывает импульсы и запускает драйвер;
• ключи, включаясь попеременно, обеспечивают бесперебойную работу устройства через цепь обратной связи;
• на выходной обмотке возникает переменное напряжение, выпрямляемое мостом или 1-2 диодами вместе с электролитическими конденсаторами;
• далее в цепи стоит стабилизатор тока, к которому подключают светодиоды.

Схемы драйверов и их принцип работы

Чтобы провести успешный ремонт, необходимо четко представлять, как лампа работает. Одним из основных узлов любой светодиодной лампы является драйвер. Схем драйверов для светодиодных ламп на 220 В существует множество, но условно их можно разделить на 3 типа:

1. Со стабилизацией тока.
2. Со стабилизацией напряжения.
3. Без стабилизации.

Только устройства первого типа, по своей сути, являются драйверами. Они ограничивают ток через светодиоды. Второй тип лучше назвать блоком питания для светодиодной ленты. Третий вообще как-то назвать сложно, но его ремонт, как я указывал выше, самый простой. Рассмотрим схемы ламп на драйверах каждого типа.

Драйвер со стабилизацией тока

Драйвер лампы, схему которой ты видишь ниже, собран на интегральном стабилизаторе тока SM2082D. Несмотря на кажущуюся простоту он является полноценным и качественным, да и ремонт его несложен.

Сетевое напряжение через предохранитель F подается на диодный мост  VD1-VD4, а затем, уже выпрямленное, на сглаживающий конденсатор С1. Полученное таким образом постоянное напряжение поступает на светодиоды лампы HL1-HL14, включенные последовательно, и вывод 2 микросхемы DA1.

С первого же вывода этой микросхемы на светодиоды поступает напряжение, стабилизированное по току. Величина тока зависит от номинала резистора R2. Резистор R1 довольно большой величины, шунтирующий конденсатор, в процессе работы схемы не участвует. Он нужен для того, чтобы быстро разрядить конденсатор, когда ты выкрутишь лампочку. В противном случае, взявшись за цоколь, ты рискуешь получить серьезный удар током, поскольку С1 останется заряженным до напряжения 300 В.

Драйвер со стабилизацией напряжения

Эта схема, в принципе, тоже довольно качественная, но подключать ее к светодиодам нужно несколько иначе. Как я уже говорил выше, такой драйвер правильнее было бы назвать блоком питания, поскольку он стабилизирует не ток, а напряжение.

Здесь сетевое напряжение сначала поступает на балластный конденсатор С1, снижающий его до величины примерно 20 В, а затем уже на диодный мост VD1-VD4. Далее выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С2 и подается на интегральный стабилизатор напряжения. Снова сглаживается (С3) и через токоограничивающий резистор R2 питает цепочку светодиодов, включенных последовательно. Таким образом, даже при колебаниях сетевого напряжения ток через светодиоды останется постоянным.

Отличие этой схемы от предыдущей как раз в данном токоограничивающем резисторе. По сути, это схема светодиодной ленты с балластным блоком питания.

Драйвер без стабилизации

Драйвер, собранный по этой схеме, – чудо китайской схемотехники. Тем не менее, если в сети напряжение нормальной величины и не сильно скачет, он работает. Устройство собрано по простейшей схеме и не стабилизирует ни ток, ни напряжение. Оно просто понижает его (напряжение) до примерной нужной величины и выпрямляет.

На этой схеме ты видишь уже знакомый тебе гасящий (балластный) конденсатор, зашунтированный для безопасности резистором. Далее напряжение поступает на выпрямительный мост, сглаживается конденсатором обидно малой емкости – всего 10 мкФ – и через токоограничивающий резистор поступает на цепочку светодиодов.

Что можно сказать о таком «драйвере»? Поскольку он ничего не стабилизирует, напряжение на светодиодах и, соответственно, ток через них напрямую зависят от входного напряжения. Если оно завышено, то лампа быстро сгорит. Если «скачет», то будет мигать и лампочка.

Такое решение обычно используется в бюджетных лампах китайских производителей. Назвать его удачным, конечно, сложно, но оно встречается довольно часто и при нормальном напряжении в сети может работать достаточно долго. Кроме того, такие схемы легко поддаются ремонту.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него. Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок – трансформатор.

При изготовлении преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило, представляет собой набор пространственно расположенных в определенной композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт). Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80 Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке, а также стабилизаторы.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Ремонт драйвера (LED) фонарей

Ремонт переносного источника света зависит от его схемотехнического решения. Если фонарь не горит или светит слабо, сначала проверяют элементы питания и меняют их, если это нужно.

После этого в драйверах с аккумуляторами проверяют тестером или мультиметром детали модуля зарядки: диоды моста, входной конденсатор, резистор и кнопку или переключатель. Если все исправно, проверяют светодиоды. Их подключают к любому источнику питания напряжением 2-3 В через резистор 30-100 Ом.

Рассмотрим четыре типичные схемы фонарей и неисправности, возникающие в них. Первые два работают от аккумуляторов, в них вставлен модуль зарядки от сети 220 В.

Схемы аккумуляторного фонарика с вставленным модулем зарядки 220 В.

В первых двух вариантах светодиоды часто перегорают как по вине потребителей, так и из-за неправильного схемотехнического решения. При извлечении фонаря из розетки после зарядки от сети палец иногда соскальзывает и нажимает на кнопку. Если штыри устройства еще не отсоединились от 220 В, возникает бросок напряжения, светодиоды перегорают.

Во втором варианте при нажатии кнопки аккумулятор подсоединяется к светодиодам напрямую. Это недопустимо, так как они могут выйти из строя при первом же включении.

Ели при проверке выяснилось, что матрицы сгорели – их следует заменить, а фонари доработать. В первом варианте необходимо изменить схему подключения светодиода, показывающего, что аккумулятор заряжается.

Схема драйвера светодиодного фонарика на аккумуляторе с кнопкой.

Во втором варианте вместо кнопки следует установить переключатель, а затем последовательно с каждым источником света припаять по одному добавочному резистору. Но это не всегда возможно, так как часто в фонарях устанавливают светодиодную матрицу. В таком случае к ней следует припаять один общий резистор, мощность которого зависит от типа применяемых LED элементов.

Схема светодиодного фонарика на аккумуляторе с переключателем и последовательно добавленным сопротивлением.

Остальные фонари питаются от батарей. В третьем варианте светодиоды могут сгореть при пробое диода VD1. Если это случилось, надо заменить все неисправные детали и установить дополнительный резистор.

Схема фонарика на батарейках (без добавочного резистора).

Схема фонарика на батарейках (с добавленным в цепь резистором).

Основные элементы последнего варианта фонаря (микросхема, оптрон и полевой транзистор) проверить сложно. Для этого нужны специальные приборы. Поэтому его лучше не ремонтировать, а вставить в корпус другой драйвер.

Светодиодные драйверы. Мой путь. — DRIVE2

Пошел второй год, как я начал мастерить, что-либо из светодиодов. Сегодня я хочу рассказать свой путь освоения стабилизаторов тока для питания светодиодов. Здесь не будет ничего разжевываться, только обмен опытом и мои мысли по данной теме. Многое из того, что я здесь опишу, применялось для переделок освещения багажника и салона моей машины. Первое, что было освоено, это, разумеется, линейный стабилизатор тока на всеми любимой и широко распространенной микрухе LM-317. Как и многие микрухи, она доступна в огромном количестве разнообразных корпусов. Кроме основного её корпуса TO-220, во многих случаях удобнее применять более компактные корпуса – SOT-223 и SOIC-8, что я и делаю.

Стаб. для задних плафонов освещения салона. LM-317 в корпусе SOIC-8.

«На скорую руку», использовался как временный вариант питания плафона багажника. LM317 в корпусе SOT-223 и пара SMD резисторов для набора нужного сопротивления и мощности. Ток около 330мА. Плата из фольгированного алюминия одновременно играет роль радиатора. Т.к. драйвер просто валялся под обшивкой потолка, для изоляции залил его лаком для ногтей.

Что нравится в LM-317. Экстремально дешево и просто. Что не нравится – большое падение напряжения «вход-выход», особенно с учетом потери 1,25В на токовом резисторе. В результате, в бортовой сети авто для питания цепочек из трех белых СИД, при заглушенном двигателе светильник даже может не выйти на рабочий ток. И его уж точно будет колбасить во время заводки двигателя. Посему вопрос, может ли кто подсказать линейные стабилизаторы с малым падением напряжения и/или опорным напряжением менее 1,25В? Есть хорошие специализированные микрухи от мною любимых ON semiconductor, например NSI45020A. Это микруха с двумя выводами в корпусе SOD-123 (по сути, это размер SMD3528), она не требует никакого обвеса, дает стабильный ток 20мА и может держать на себе до 45В. При этом минимальное падение напряжения на ней 1,8В, что уже приятнее, чем у LM317. В этой линейке есть аналогичные микрухи на 25 и 30мА. Разумеется, их можно параллелить, набирая нужный ток. Они совершенны, но их, к сожалению, трудно достать, особенно по разумной цене (менее 6-7р). На ибее их нет, у крупных продавцов компонентов при маленькой партии ценник на них не гуманный.Импульсные стабилизаторы. Первая микруха для построения DC-DC конверторов, которую я узнал, это LM2576. Типичная, явно устаревшая микруха, для построения Buck (понижающих или Step-down) или Boost (повышающих или Step-Up) конвертеров. Массивный TO корпус с 5 выводами. Имеет встроенный ключ на 3А, но и греется при этом не скромно. КПД у неё низкий, частота преобразования тоже. Опорное напряжение 1,25В вынуждает снижать номинал токового резистора и ставить доп. ОУ для усиления сигнала обратно

Как подобрать драйвер для светодиодов

Необходимо сразу заметить, что резистор не может являться полноценной заменой драйверу, поскольку он не в состоянии защитить светодиоды от перепадов в сети и импульсных помех. Также не лучшим вариантом будет использование линейного источника тока вследствие его низкой эффективности, ограничивающей возможности стабилизатора.

Китайцы никогда не заботились об объемах наполнения – все в стиле минимализма

При выборе LED-драйвера для светодиодов стоит придерживаться следующих основных рекомендаций:

• приобретать стабилизатор тока лучше всего одновременно с нагрузкой;
• учитывать падение напряжения на СИД;
• ток высокого номинала уменьшает КПД светодиода и приводит его перегреву;
• учитывать мощность нагрузки, подключаемой к драйверу.

Также необходимо обращать внимание, чтобы на корпусе стабилизатора была указана его мощность, рабочие диапазоны входного и выходного напряжения, номинальный стабилизированный ток и степень влаго- и пылезащищенности устройства

Ремонт светодиодной лампы с заменой радиоэлемента

 Разбираем корпус лампы, об этом мы упоминали чуть ранее, но все же повторимся…

Срезаем клей и выкручиваем крепеж.

Добираемся до схемы и соединительных проводов.

Здесь как раз продолжим рассматривать наш вариант, который мы затронули выше, с конденсатором. Итак, если даже визуально видно, или вы определили неисправность радиоэлемента путем применения измерительного прибора, то деталь надо менять.

Берем паяльник и выпаиваем радиоэлемент

Здесь важно не перегреть соседние элементы, не сломать ножки, не нарушить контакты, не перегреть печатную плату, чтобы избежать отслоения фольги от текстолита. Меняем конденсатор

Далее изолируем плату от возможного контакта с токопроводящими поверхностями и собираем все в обратном порядке.

При установке платы со светодиодами на место, необходимо обновить термопасту, которая обеспечивает передачу тепла от платы светодиодов, до радиатора рассеивающего тепло.

Перед склеиванием корпуса проверяем работоспособность и приклеиваем рассеиватель на лампу. Этот случай относился к ремонту лампы путем замены радиоэлемента.