Управляющий ток драйвер светодиода

Управляющий ток драйвер светодиода

ДРАЙВЕР ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ HV9910

Немного ниже будет статья с расчетами элементов для светодиодного драйвера на основе ШИМ контроллера HV9910, а пока немного информации для размышления и личные впечатления. Покупались данные драйвера ЗДЕСЬ.
Драйвер весьма и весьма не плох, но имеет недостатки — рекомендованную довольно большую частоту и не возможность использовать его с транзисторами, у которых затворы имеют довольно большую запасенную энергию. При использовании IRF740 от Вишай Силиконикс драйвер сохраняет работоспособность до напряжения питания 100. 130 вольт. При питании от сети управляющий вывод драйвера попросту отгорает, причем у меня даже убился светодиод на 100 Вт. Использование резистора в цепи затвора не помогло. Опыты по созданию самодельного драйвера на базе этой микросхемы пока отложены — транзисторов с легкими затворами у меня нет, да и в продаже они не частые гости.
Из доступных остается не такой уж большой выбор:
STD7NM50N — 550 V, 5 А, Q g 12nC, корпус TO-252. Есть такой же в корпусе ТО-220, именуется как STF7NM50N, но цена сильно завышена, видимо как раз из за популярности в светодиодных драйверах.
Мелькает схема в котрой используется IRFL014, но тут следует обратить внимание на то, что это просто взрыв-пакет:

Дело в том, что рисовальщик данной схемы ОЧЕНЬ грубо ошибся — это повышающий преобразователь и надпись возле входного напряжения 8-300 В является ГРУБЕЙШЕЙ ОШИБКОЙ . При подаче напряжения выше 40 вольт первым естественно разорвет транзистор, поскольку IRFL014 имеет максимальное напряжение 60 вольт, следом рванут электролиты питания — 10 мкФ на 25 В как то маловато. Данная схема будет прекрасно работать на напряжениях не выше 20 вольт и яркость светодиодов не будет изменятся до снижения напряжения питания до 8 вольт. Данный вариант удобно использовать для создания фонариков с аккумуляторами на 12 вольт.
Самой правильной схемой является схема из даташита, поскольку использует даже некую пародию на компенсатор коэффициента мощности

Так же выпускается, но найти в продаже демонстрационную плату не удалось. В ней используется HV9910 в корпусе с 16 ногами и данная плата обеспечивает ток 350 мА с напряжением от 10 до 40 вольт. Входное напржение от 90 до 265 вольт. Как раз именно в этой плате и используются транзисторы STD7NM50N.

Принципиальная схема этого демонстрационного драйвера с регулировкой яркости приведена ниже:

Разумеется, что далеко не всем захочется заморачиваться с пайкой, да еще SMD компонентов, поэтому перед статьей с подробным описание работы HV9910 дам ссылочку на уже готовые драйвера:
ДРАЙВЕРЫ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ — отсортированы по количеству заказов.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИМС ШИМ – КОНТРОЛЛЕРА HV9910
ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ДРАЙВЕРОВ СВЕРХЯРКИХ СВЕТОДИОДОВ

Развитие источников света на полупроводниковых светодиодах привело к тому, что в настоящее время возникла потребность в устройствах — драйверах, обеспечивающих управление такими источниками освещения. И здесь, наряду с драйверами на дискретных компонентах начинают широко применяться драйверы, построенные на специализированных микросхемах [1]. Такие ИМС представляют собой, как правило, ШИМ-контроллеры, работающие как по «прямоходовому» алгоритму, так и по «обратноходовому» алгоритму.
Преимущества применения специализированных ИМС в драйверах светодиодных источников освещения очевидны — малые габариты, простота настройки, высокая надёжность, низкая себестоимость. Тенденция такова, что многие известные зарубежные электронные компании налаживают серийный выпуск специализированных ИМС драйверов для светодиодных источников освещения.
В этом отношении перспективной будет разработка отечественной ИМС ШИМ-контроллера для построения драйверов управления источниками освещения на сверхярких светодиодах.
Многие производители электронной компонентной базы, среди которых в первую очередь следует отметить Infineon, NXP Semiconductors, STMicroelectronics, Linear Technology, International Rectifier, Texas Instruments предлагают широкую и разнообразную номенклатуру специализированных ИМС ШИМ-контроллеров для светодиодных источников освещения Наряду с ними менее известные фирмы, такие как Melexis и Supertex предлагают не менее интересные решения в части специализированных ИМС ШИМ- контроллеров. В этом отношении следует отметить ИМС ШИМ-контроллера HV9910 фирмы Supertex [2]. Данная ИМС интересна тем, что может работать как в режиме «прямоходового» преобразователя, так и в режиме «обратноходового» преобразователя . обеспечивает построение драйвера с минимальным числом навесных компонентов и может работать в диапазоне питающих напряжений от 8,0 В до 450 В (рис. 1).
Драйверы, построенные на ИМС HV9910 или MLX10803 [3] существенно упрощают конструкцию и повышают надежность устройств управления светодиодными источниками света, а также обеспечивают их высокие технико-экономические показатели, что немаловажно в условиях жёсткой конкуренции на данном сегменте рынка. Таким образом, ИМС ШИМ-контроллера должна быть разработана так, чтобы обеспечивать построение схем драйверов светодиодов как в виде схемы без гальванической развязки (рис. 1), так и в виде схемы с гальванической развязкой светодиодов (рис. 2). В первом случае, в качестве управляющего элемента используется n-МОП транзистор, выполняющий функцию источника стабильного тока в цепи последовательно включенных светодиодов (рис. 1).

Рис.1 Типовая схема применения ИМС ШИМ-контроллера HV9910
в схеме без гальванической развязки светодиодов

Таким образом, при разработке ИМС ШИМ-контроллера, для обеспечения нормальной работы в течение всего срока службы должны быть учтены и реализованы многие факторы, а именно: БиКМОП технология с процессом жёсткой высоковольтной изоляции элементов (rugged high voltage junction isolated process), обеспечивающая работу ИМС с напряжением питания до 450 В (целесообразно). Возможны и другие варианты: стандартные КМОП и биполярные технологии, обеспечивающие максимальные пробивные напряжения до 60 В. С точки зрения системотехники и схемотехники в ИМС ШИМ-контроллера должны быть предусмотрены функции, обеспечивающие высокий к.п.д. и cos  драйвера, а также функции защиты — защиту от электростатического потенциала, защиту от короткого замыкания нагрузки и т. п. Также необходимо обеспечить возможность программирования некоторых
функций, в частности функцию настройки внутреннего ШИМ-компаратора.

Рис.2 Типовая схема применения ИМС ШИМ-контроллера в схеме с гальванической развязкой светодиодов

С учётом таких требований структурная схема ИМС ШИМ-контроллера для управления сверхяркими светодиодами представлена на рис. 3.
Питающее напряжение поступает на внутренний стабилизатор напряжения, формирующий внутренне стабильное напряжение 7 В и которое поступает на выход VDD. От этого напряжения запитывается внутренний стабилизатор напряжения, формирующий рабочее напряжение логики.

Рис. 3. Структурная схема универсальной ИМС ШИМ-контроллера

На ШИМ-компаратор, выполненный на двух дифференциальных каскадах DA1 и DA2, поступает управляющий сигнал SC (например, с датчика тока R6 – рис. 1), обеспечивающий управление скважностью выходного сигнала ШИМ-компаратора. Нижний порог работы ШИМ-компаратора задаётся напряжением 250 мВ, формируемым внутренним источником опорного напряжения. Верхний порог работы ШИМ-компаратора задаётся внешним напряжением по входу LD. С выхода ШИМ-компаратора импульсный сигнал с нормированной скважностью поступает на блок компенсации.
Поступающий на этот же блок сигнал внутреннего генератора, позволяет исключить влияние помех и паразитных колебаний. С выхода блока компенсаций импульсный сигнал поступает на бистабильную RS-ячейку DD2.
С её выхода Q через элемент 2И-НЕ DD3, сигнал через буферный каскад DD4 поступает на выход GATE для управления током мощного внешнего n-МОП транзистора. Логический элемент DD3 служит для того, чтобы через вход PWMD можно было использовать внешний ШИМ-сигнал.
Данный вариант реализации ИМС ШИМ-контроллера позволяет эффективно управлять внешним n-МОП транзистором с частотой переключения до 300 кГц. При этом частота задаётся внешним резистором, подключаемым к выводу RT в соответствии со следующим соотношением:

f OSC (кГц) = 25000 / (R T (кОм) + 22).

В варианте реализации драйвера без гальванической развязки светодиодов (рисунок 1), цепь последовательно включенных светодиодов управляется током, а не напряжением, что позволяет обеспечивать стабильную яркость свечения светодиодов и повышенную надёжность их работы. Величина индуктивности дросселя L1 может быть рассчитана при помощи соотношения.

L = (U CC × U LED ) × T ON / (0,3 × I LED )

где U CC – напряжение питания ИМС, U LED – падение напряжения на цепи последовательно включенных светодиодах, I LED – ток светодиодов (номинальное значение – 350 мА), T ON – время нахождения внешнего n-МОП транзистора в открытом состоянии и рассчитывается в соответствии с формулой:

где f OSC – частота внутреннего генератора ИМС, D – коэффициент, равный отношению падения напряжения на цепи последовательно включенных светодиодах к напряжению питания ИМС:

Подключаемый к выводу GATE внешний n-МОП транзистор должен иметь время переключения не более 25 нс при частоте работы ШИМ менее 100 кГц и не более 15 нс при частоте работы ШИМ более 100 кГц. Вход PWMD может служить как для управления защитой ИМС ШИМ- контроллера, так и для маскирования внутреннего ШИМ-сигнала внешним сигналом. При нулевом уровне сигнала на входе PWMD, на выходе GATE, будет также присутствовать сигнал нулевого уровня. При высоком уровне сигнала на входе PWMD, на выходе GATE ИМС установится сигнал, формируемый внутренним ШИМ-компаратором.
Данная ИМС ШИМ-контроллера может быть изготовлена на базе отечественных технологий, таких как стандртная эпитаксиально-планарная технология, а также БиКМОП технология, имеющаяся в ОАО «Микрон». (Наверное мечты автора статьи).
Данная ИМС ШИМ-контроллера может быть изготовлена в корпусе DIP- 8 или SOIC-8. Кроме применения в драйверах светодиодов, эта ИМС позволяет разрабатывать схемы импульсных источников питания и линейных стабилизаторов напряжения.

Сурайкин Александр Иванович, к.т.н., доцент кафедры микроэлектроники

Использование трансформатора тока тут не совсем случайно — немного позже будет опробовано мощное зарядной устройство, работающее по такому же принципу. Здесь же просто отработка технологии и схемотехники. Данный драйвер показал весьма не плохие результаты, правда запас по напряжению я сделал слишком больши и пришлось немного повозится с дросселем расеивания.
Если нужен не очень мощный драйвер, то можно отказаться от трансформатора тока, воспользовавшись обычным измерительным резистором, работающим на транзистор управления оптроном:

Разумеется, что приведенной информации для сборки не достаточно, поэтому чтобы не повторяться и понять как изготовить оптрон и какие компоненты можно использовать можно посмотреть видео на эту тему:

Правила выбора и схемы подключения драйверов для различных светодиодных модулей

Светодиодным драйвером, называют устройство, предназначенное для стабилизации тока светодиодов, при включении их в бортовую сеть автомобиля. Бывают также и драйвера, подключаемые в сеть, 220 В, но речь пойдет не о них.
Необходимость драйвера при подключении светодиодов обоснована особенностью светодиодов уменьшать свое внутреннее сопротивление при нагреве.
Из-за этого свойства, ток на светодиоде, включенном в сеть с условно-постоянным напряжением, будет самопроизвольно возрастать, что приведет к усиленному нагреву светодиода и опять же возрастанию тока. В конечном итоге светодиод выйдет из строя из-за теплового пробоя.
Также, в бортовой сети автомобиля присутствуют импульсы напряжения до 100 В, которые могут вывести из строя светодиод. Драйвер также обеспечивает защиту также и от подобных импульсов.
По какому принципу работает стабилизатор тока? Стабилизатор тока работает по принципу поддержания стабильного, заданного тока не зависимо от напряжения питания и падения напряжения на нагрузке, если падение напряжения не превышает напряжение питания.
Напряжение на выходе стабилизатора, может меняться. Оно будет зависеть от падения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе будет меняться так, чтобы через нагрузку протекал, заданный стабилизатором ток. При изменении падения напряжения на нагрузке (например, включении еще одного светодиода в цепь), напряжение на выходе драйвера автоматически изменится для поддержания заданного тока.
Какие существуют стабилизаторы тока? Существуют линейные и импульсные (ШИМ) стабилизаторы тока. Сейчас мы расскажем о линейных стабилизаторах.

Линейный стабилизатор.

Линейным стабилизатором называется стабилизатор, работающий по принципу, ограничения тока на светодиодах, путем падения лишнего напряжения на силовых элементах схемы стабилизатора.
Достоинством существующего ряда линейных стабилизаторов на основе микросхемы AMC 7140D являются.

1.Шаг стабилизации тока 10 мА (в импульсных стабилизаторах шаг стабилизации больше).
2. Возможность подключать готовые светодиодные модули с токоограничивающими резисторами (в импульсных стабилизаторах подобное делать категорически запрещено из-за нарушения работы схемы стабилизации тока).
Существенным недостатком линейных драйверов, является повышенное тепловыделение, поэтому при включении таких драйверов на ток свыше 250 мА (а для всех кроме белых светодиодов-200) необходимо использовать дополнительные радиаторы. Без них будет срабатывать защита от перегревания и светодиодный модуль будет прерывисто мигать либо выйдет из строя.
В существующем каталоге товаров есть следующие типы линейных стабилизаторов:

1. exModule 2way

2. Контроллер TPC Ver.3.ST для реверсивных светодиодов R-LED со стабилизацией

3. Светодиодный драйвер на базе AMC7140 80 mA (стоп-габарит с управляющим плюсом)

Примером использования типа стабилизаторов “3. Светодиодный драйвер на базе AMC7140 80 mA (стоп-габарит с управляющим плюсом) “, может служить подключение светодиодных модулей в качестве дневных ходовых огней. В таком случае на входы питания подается напряжение с системы включения ДХО, а на вход отключения (белый провод) подается плюс питания с системы основного света. Также подобный драйвер можно использовать в светодиодных сборках для задних фонарей в качестве модуля, стоп-габарит.
Примером использования стабилизаторов типа ” 2. Контроллер TPC Ver.3.ST для реверсивных светодиодов R-LED со стабилизацией “, являются подключение светодиодного модуля с реверсивными светодиодами в качестве габарита-поворота, который бы выключал сигнал габарита, при включении сигнала поворота и включал его через некоторое время после выключения сигнала-поворота.
Примером же светодиодного модуля типа “ 1. exModule 2way “, может служить модуль на бело-желтых светодиодах не реверсивного типа, габарит-поворот.

Схемы подключения линейных стабилизаторов.

Схема подключения линейного стабилизатора с безрезисторными сборками модуля типа,1. exModule 2way

Схема подключения линейного стабилизатора с безрезисторными сборками модуля типа, 2. Контроллер TPC Ver.3.ST для реверсивных светодиодов R-LED со стабилизацией

Схема подключения линейного стабилизатора с безрезисторными сборками модуля типа, 3. Светодиодный драйвер на базе AMC7140 80 mA (стоп-габарит с управляющим плюсом)

Схема подключения линейного стабилизатора с резисторными сборками модуля типа, 1. exModule 2way

Схема подключения линейного стабилизатора с резисторными сборками модуля типа, 2. Контроллер TPC Ver.3.ST для реверсивных светодиодов R-LED со стабилизацией

Схема подключения линейного стабилизатора с резисторными сборками модуля типа, 3. Светодиодный драйвер на базе AMC7140 80 mA (стоп-габарит с управляющим плюсом)

Импульсные светодиодные драйверы.

Также существуют импульсные светодиодные драйверы, называемые также, ШИМ-драйверы. Принцип работы их основан на создании тока в цепи светодиодов, путем подачи импульсов напряжения на цепочку, состоящую из конденсатора и дросселя, величина тока в цепи светодиода определяется длинной этих импульсов. Чем импульс длинней, тем величина тока больше.
Из-за импульсного режима работы такие стабилизаторы не обладают повышенным тепловыделением. Это означает, что при работе на токах до 1 А включительно дополнительное охлаждение им не требуется. Также из-за зависимости длительности импульса от входного напряжения и автоматического его изменения при изменении его входного напряжения, есть возможность использования подобных стабилизаторов при входном напряжении до 30 В, что не возможно при использовании линейных стабилизаторов.
Недостатки импульсных стабилизаторов:

1. Большой диапазон между токами стабилизации (50-100 мА)
2. Невозможность использования драйвера со сборками, в составе которых есть токоограничивающий резистор.
ЭТО ПРИВЕДЕТ К ВЫХОДУ ИЗ СТРОЯ ДРАЙВЕРА И САМОЙ СБОРКИ!
3. Невозможно использовать на токах до 150 мА

В существующем каталоге товаров есть следующие типы импульсных (ШИМ) стабилизаторов:

1. Драйверы ШИМ с управляющим ПЛЮСОМ
2. Драйверы ШИМ с управляющим МИНУСОМ
3. Драйверы ШИМ с управляющим ПЛЮСОМ и контролем работы двигателя
4. Программируемые светодиодные драйверы ШИМ

К примеру, подключим светодиодную сборку в качестве ДХО. Включаться она будет по желанию водителя. Для этого используем драйвер под номером “1. Драйверы ШИМ с управляющим ПЛЮСОМ

Если же мы захотим чтобы ДХО включались автоматически при запуске двигателя, то необходимо использовать драйвер под номером “3. Драйверы ШИМ с управляющим ПЛЮСОМ и контролем работы двигателя

Если мы захотим подключить дополнительное световое оборудование, которое бы включалось и выключалось по желанию водителя, то лучше использовать драйвер под номером ” 2. Драйверы ШИМ с управляющим МИНУСОМ , т.к. минусовой провод в бортовой сети найти гораздо проще, чем плюсовой.

Для подключения сборок в качестве стопа и габарита, ДХО с возможностью имитации эффекта ксенона (резкой вспышки и плавного разгорания) и других светодиодных сборок, где необходимо настроить ток с точностью 5 мА от 0 до 700 мА , необходимо использовать драйвер под номером “4. Программируемые светодиодные драйверы ШИМ

ЕЩЕ РАЗ НАПОМИНАЕМ, ЧТО С РЕЗИСТОРНЫМИ СБОРКАМИ ИМПУЛЬСНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ (ШИМ) ИСПОЛЬЗОВАТЬ КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО!

Как выбрать стабилизатор?

Подойдем к критериям выбора для нашей светодиодной сборки.
Вам нужен линейный стабилизатор если:

1. Вы используете светодиодную сборку с резисторами.
2. Вам необходим ток менее 150 мА, но максимальное его значение не должно быть выше 350 мА.
3. Вам нужен режим стоп-габарит, но вы не хотите покупать программируемый стабилизатор.
4. Используете сборку с реверсивными светодиодами

Вам нужен импульсный стабилизатор, если:

1. Вы хотите подключить светодиодную сборку без резисторов на ток свыше 300 мА, до одного ампера включительно.
2. Если вы хотите чтобы ваша сборка включалась автоматически при запуске двигателя.
3. Если вы хотите настроить токи на безрезисторной светодиодной сборке с точностью до 5 мА.

Подбор номинала стабилизации.

Для того чтобы правильно подобрать по току необходимый вам драйвер, необходимо измерить потребляемый ток сборки светодиодов и взять драйвер с таким же током стабилизации или ниже примерно на 30-50 мА. НО, НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ, НЕ ВЫШЕ, СБОРКА ВЫЙДЕТ ИЗ СТРОЯ!

НИЖЕПЕРЕЧИСЛЕНОЕ ПОДХОДИТ ТОЛЬКО ДЛЯ СБОРОК LED STUDIO.

Для того чтобы измерить потребляемый ток светодиодной сборки, вам необходимо проверить, находятся ли резисторы в составе светодиодной сборки. Если сборка резисторная, то необходимо подключить ее к источнику напряжения, 14 В и последовательно подключить мультиметр в режиме амперметра и зафиксировать полученный ток. Отнять от полученного значения 50 и полученный результат будет являться необходимым для выбора драйвера током стабилизации.
Для сборок в составе которых нет резисторов, необходимо определить тип и количество светодиодов. Если светодиоды такие же как, светодиоды по ссылке, 3528 то это светодиод 3528. Если же светодиод похож на светодиод по ссылке 5450 то это светодиод 5450.
Необходимо определить количество светодиодов и тип их подключения. Если на сборке нет никаких надписей вида, “1:4”, “1:2”, то по умолчанию идет подключение “1:3”.
Разобравшись с типом подключения, необходимо разделить количество светодиодов на вторую цифру в обозначении типа подключения (4, 2, 3). Затем для светодиодов 3528 полученное значение умножить на 10. Это будет искомый ток стабилизации.
Для светодиодов 5450, нужно проделать все, то же самое, только умножить на 30.
Для светодиодных сборок, купленных в Китае, необходима своя методика. Их необходимо подключить к источнику напряжения 12 В последовательно с амперметром и от полученного значения отнять 100 мА, это и будет искомый ток. Подключать китайские сборки только к линейным стабилизаторам!

Какие частые ошибки допускают люди при выборе стабилизаторов тока?

1. Подключают резисторные сборки к импульсным стабилизаторам, что приводит к выходу из строя как стабилизатора, так и сборки
2. Понимание тока в названии стабилизатора, как максимально-возможного тока, который стабилизатор выдает, а не тока стабилизации и подключение, например, сборки, потребляющей 200 мА, к стабилизатору, выдающему 500 мА, что приводит к выходу из строя сборки. Ток в названии будет на выходе стабилизатора всегда.
3. Использование импульсных стабилизаторов, ток которых во много раз меньше, чем необходим сборке. Из-за этого ключевой элемент стабилизатора находится постоянно в открытом состоянии и стабилизатор может выйти из строя.

Драйвер (электроника)

Драйвер (англ.  driver  — управляющее устройство, водитель) — электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является управление чем-либо. Драйвером обычно называется отдельное устройство или отдельный модуль, микросхема в устройстве, обеспечивающие преобразование электрических управляющих сигналов в электрические или другие воздействия, пригодные для непосредственного управления исполнительными или сигнальными элементами.

Под определение драйвера попадают многочисленные устройства:

• Шинные формирователи, предназначенные для передачи сигналов с одного уровня цифрового устройства на другой с преобразованием уровня, усилением нагрузочной способности и другими особенностями. Такие устройства обеспечивают передачу данных между различными логическими блоками по общим линиям связи внутри вычислительных машин.
• Формирователи сигналов интерфейсов цифровых электронных устройств, предназначенные для преобразования, приёма и передачи цифровых сигналов и согласования электрических параметров с особенностями линии связи. Наиболее известными представителями таких драйверов считаются формирователи интерфейсов RS-232 (COM — порт), RS-485, RS-422, CAN, LIN, Ethernet, USB, IEEE 1394 и т. д.
• Устройства управления различными типами исполнительных устройств, такими как электромагниты, электродвигатели (в том числе шаговые), сигнальные лампы, дозаторы (в том числе печатающие головки принтеров), сервоприводы, звуковые сигналы и т. д. [1]
• Модули питания и управления устройствами, требующими соблюдения определённых рабочих параметров в процессе включения, выключения и работы. Ярким примером можно считать драйверы светодиодов, поскольку к питанию светодиодных устройств предъявляются повышенные требования [2] .
• Драйверы силовых транзисторов, MOSFET и IGBT-транзисторов. Затворы мощных полевых силовых транзисторов имеют большую электрическую ёмкость (тысячи пикофарад), для зарядки которых на высокой частоте нужен большой ток (амперы). Драйвер обеспечивает большой ток для быстрой зарядки затвора транзистора для его открытия. А также быстро разряжает затвор, когда транзистор нужно закрыть.

Содержание

Драйверы светодиодов [ править | править код ]

Светодиоды, в отличие от других излучающих свет приборов (ламп, светильников), не могут быть напрямую включены в бытовую сеть. Более того, светодиоды не могут питаться фиксированным напряжением, которое указано в паспорте. Устройство питания светодиода должно иметь элементы, ограничивающие ток через светодиод в соответствии с его характеристиками, или балласт. Именно поэтому диод называется «токовым прибором», и использование традиционных преобразователей напряжения неприменимо. Светодиод, как и любой полупроводниковый диод, имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, которая меняется под воздействием температуры и, хоть и незначительно, но отличается у разных излучателей, даже выпущенных в одной партии. Поэтому ограничивающие ток элементы должны учитывать как разброс параметров светодиодов, температурный и временной уход, так и изменения питающего напряжения.

Известно множество схем питания светодиодов. Наиболее простым решением для ограничения тока светодиода является резистор, включённый последовательно с светодиодом, однако, такой вариант не слишком экономичен. Немалая часть подводимой мощности будет выделяться на этом резисторе в виде тепла. Можно уменьшить эту «паразитную» мощность снижением напряжения питания системы и уменьшением сопротивления резистора. Чем меньше выбрать сопротивление резистора, тем меньше он будет греться. Но и тем больше будет меняться ток светодиода при изменении его параметров, вызванных например, изменениями температуры, а при слишком малом сопротивлении резистора, ток может выйти из рабочего диапазона и снизить долговечность светодиода вплоть до выхода его из строя.

Наиболее популярные на данный момент эффективные схемы питания — на основе импульсных преобразователей (электронный балласт) и на основе реактивного сопротивления ёмкостных элементов (ёмкостной балласт).

Другой способ питания — стабилизация тока через светодиод с помощью электронной схемы. Для таких целей выпускаются специальные микросхемы, содержащие один или несколько стабилизирующих ток выходов. При использовании такого решения, напряжение питания может быть подобрано таким, что выделяемая на драйвере активная мощность была минимальной. Драйверы со стабилизацией тока и с управлением от микроконтроллера используются в электронных светодиодных табло, где требуется управлять не только включением, выключением и яркостью каждого пикселя, но и его цветом [3] .

В некоторых применениях, например батарейном питании, напряжения источника не хватает для включения светодиода. В таких устройствах используются повышающие преобразователи, специально разработанные для эффективного использования светодиодных излучателей [4] .

Для питания мощных белых светодиодов в осветительных устройствах применяются специальные блоки — электронные драйверы светодиодов, представляющие собой эффективные преобразователи питания, которые стабилизируют не напряжение на своём выходе, а ток [5] [6] .

Такие драйверы позволяют включить один или несколько светодиодов, соединённых в одну последовательную цепочку. Несколько параллельных цепочек таким драйвером питаться не могут, поскольку ток в отдельных цепочках может сильно отличаться [2] .

Драйверы исполнительных устройств [ править | править код ]

В современной автоматике, да и в бытовой технике, зачастую двигатель или электромагнит включается не выключателем, а контроллером. Скоростью вращения, направлением позволяют управлять логические устройства с формирователями на выходе — силовыми драйверами [7] . Входы такого драйвера совместимы с логическим устройством, а на выходе формируется необходимое напряжение нужной полярности и, в случае шагового двигателя, необходимая циклограмма возбуждения его обмоток.

LED-лампочки: линейный драйвер и пульсация

Из-за подорожания электронных компонентов и увеличения стоимости морских перевозок всё больше недорогих светодиодных ламп на нашем рынке оснащаются дешёвыми линейными драйверами.

При пониженном сетевом напряжении лампочки с линейными драйверами не только светят тусклее, у них появляется пульсация света, вредная для здоровья.

Я провёл небольшой эксперимент, взяв для него четыре лампы с линейными драйверами (Osram, Voltega, Эра, Ergolux) и одну с полноценным импульсным «IC-драйвером» (GP).

С помощью стабилизатора Штиль ИнСтаб 500 и ЛАТРа Suntek TDGC2-0.5 на лампы подавалось напряжение 230, 220, 210, 207, 200, 190 и 180 вольт. Прибор Lamptest-1 измерял снижение светового потока, спектрометр Uprtek MK350D измерял коэффициент пульсации света. Некруглое значение 207 вольт было взято неспроста — по ГОСТ 29322-92 в сети должно быть напряжение 230 вольт ±10%, то есть от 207 до 253 вольт, поэтому 207 вольт — это минимальное напряжение по ГОСТу, при котором все электроприборы должны работать.

В первой таблице результаты измерения процента яркости ламп при разных напряжениях. За 100% принято значение светового потока (яркости) при напряжении 230 В, являющимся номинальным для всех ламп.

Яркость лампы GP с IC-драйвером не меняется при изменении напряжения питания во всём диапазоне 180-230В. Яркость остальных ламп значительно снижается, при этом при напряжении 220 В падение яркости составляет незначительные 3-4%, при допустимом по ГОСТ напряжении 207 В яркость составляет 77-89% от номинальной (падение яркости 11-23%).
При напряжении 180 В (в сельских районах такое напряжение в сети не редкость) яркость падает на 57-99%.

А вот, что происходит с пульсацией.

При напряжении 230 В у всех ламп пульсации света практически нет (коэффициент пульсации составляет менее 0.7%).

При 220 В (ещё во множестве розеток нашей страны по-прежнему 220, а не 230 вольт) коэффициент пульсации у ламп с линейным драйвером составляет 0.2 — 7.9%. Такая пульсация совершенно не заметна визуально, но может быть видна через камеру смартфона. Уже не раз я получал письма от пользователей сайта Lamptest, которые писали, что купили лампы, у которых на сайте указана пульсация около ноля, а они видят пульсацию через камеру. Причина в том, что у них в розетках не 230, а 220 вольт или ниже.

При 207 В, допустимых по ГОСТ, коэффициент пульсации у ламп с линейным драйвером составляет 19 — 42%. Пульсация более 30% уже заметна визуально.

Самая большая пульсация у ламп с линейным драйвером зафиксирована при напряжении 190-200 вольт. У отдельных ламп она достигает 60%, при том что у этих ламп совсем не было пульсации при 230 В.

Сейчас при тестировании ламп для Lamptest я измеряю пульсацию всех ламп при напряжении 230 вольт. Возможно нужно измерять её при 220 В (тогда сразу будет видна пульсация у ламп с линейным драйвером) или добавить дополнительный параметр — пульсация при 207 В. Как вы считаете, как лучше сделать?

Я подробно рассказывал о разных типах драйверов светодиодных ламп и их отличии в статье «Очень важный параметр светодиодных ламп, о котором мало кто знает» (https://habr.com/ru/company/lamptest/blog/447686/).

На Lamptest.ru тип драйвера отображается в карточках ламп (там могут быть значения «линейный», «IC1», «IC2», «IC3». Три варианта IC-драйвера отличаются поведением при низком напряжении 1 — яркость снижается, 2 — лампа гаснет, 3 — лампа начинает мигать). В таблице можно включить параметр «Вмин», отображающий напряжение, при котором яркость снижается на 5%. Если это напряжение выше 200 В, драйвер линейный.

Сейчас тип драйвера не влияет на итоговую оценку. Возможно стоит снижать оценку лампам с линейным драйвером.

К сожалению почти все филаментные лампы оснащаются линейными драйверами (прежде всего из-за того, что полноценный IC-драйвер занимает больше места).

Если у вас хорошая стабильная сеть и в розетках никогда не бывает ниже 220 вольт ничего страшного в линейном драйвере нет — изменения яркости будут небольшими, а пульсация безвредна. Но если сеть нестабильна, да ещё и соседи пользуются сварочными аппаратами, лампы с линейным драйвером вам не подходят.