Что такое линейный драйвер

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.

Источник

LED драйвер. Зачем он нужен и как его подобрать?

В последнее время потребители всё чаще интересуются светодиодным освещением. Популярность LED ламп вполне обоснована – новая технология освещения не выделяет ультрафиолетового изучения, экономична, а срок службы таких ламп – более 10 лет. Кроме того, при помощи LED элементов в домашних и офисных интерьерах, на улице легко создать оригинальные световые фактуры.

Если вы решились приобрести для дома или офиса такие приборы, то вам стоит знать, что они очень требовательны к параметрам электросетей. Для оптимальной работы освещения вам понадобится LED — драйвер. Так как строительный рынок переполнен устройствами как различного качества так и ценовой политики, перед тем, как приобрести светодиодные устройства и блок питания к ним, не лишним будет ознакомиться с основными советами, которые дают специалисты в этом деле.

Для начала рассмотрим, для чего нужен такой аппарат как драйвер.

Каково предназначение драйверов?

Драйвер (блок питания) — это устройство, которое выполняет функции стабилизации тока, протекающего через цепь светодиодов, и отвечает за то, чтобы купленный вами прибор отработал гарантированное производителем количество часов. При подборе блока питания необходимо для начала досконально изучить его выходные характеристики, среди которых ток, напряжение, мощность, коэффициент полезного действия (КПД), а также степень его защиты т воздействия внешних факторов.

К примеру, от проходных характеристик тока зависит яркость светодиод. Цифровое обозначение напряжения отражает диапазон, в котором функционирует драйвер при возможных скачках напряжения. Ну и конечно чем выше КПД, тем более эффективно будет работать устройство, а срок его эксплуатации будет больше.

Где применяются LED драйвера?

Электронное устройство – драйвер — обычно питается от электрической сети в 220В, но рассчитан на работу и с очень низким напряжением в10, 12 и 24В. Диапазон рабочего выходного напряжения, в большинстве случаев, составляет от 3В до нескольких десятков вольт. К примеру, вам нужно подключить семь светодиодов напряжением 3В. В этом случае потребуется драйвер с выходным напряжением от 9 до 24В, который рассчитан на 780 мА. Обратите внимание, что, несмотря на универсальность, такой драйвер будет обладать малым коэффициентом полезного действия, если дать ему минимальную нагрузку.

Если вам нужно установить освещение в авто, вставить лампу в фару велосипеда, мотоцикла, в один или два небольших уличных фонаря или в ручной фонарь, питания от 9 до 36В вам будет вполне достаточно.

LED –драйверы по мощнее необходимо будет выбирать, если вы намерены подключить светодиодную систему, состоящую из трех и более устройств, на улице, выбрали её для оформления своего интерьера, или же у вас есть настольные офисные светильники, которые работают не менее 8 часов в день.

Как работает драйвер?

Как мы уже рассказывали, LED — драйвер выступает источником тока. Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.

Например, подключим к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом. Через него пойдет ток величиной 300мА.

Теперь включим сразу два резистора. Суммарный ток составит уже 600мА.

Блок питания поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться. Подключим так же резистор 40Ом к драйверу 300мА.

Блок питания создаст на резисторе падение напряжения 12В.

Если подключить параллельно два резистора, ток также будет 300мА, а напряжение упадет в два раза.

Каковы основные характеристики LED — драйвера?

При подборе драйвера обязательно обращайте внимание на такие параметры, как выходное напряжение, потребляемая нагрузкой мощность (ток).

— Напряжение на выходе зависит от падения напряжения на светодиоде; количества светодиодов; от способа подключения.

— Ток на выходе блока питания определяется характеристиками светодиодов и зависит от их мощности и яркости, количества и цветового решения.

Остановимся на цветовых характеристиках LED — ламп. От этого, к слову, зависит мощность нагрузки. Например, средняя потребляемая мощность красного светодиода варьирует в пределах 740 мВт. У зеленого цвета средняя мощность составит уже около 1.20 Вт. На основании этих данных можно заранее просчитать, какой мощности драйвер вам понадобится.

Чтобы вам легче было просчитать общую потребляемую мощность диодов, предлагаем использовать формулу.

P=Pled x N

где Pled — это мощность LED, N — количество подключаемых диодов.

Еще одно важное правило. Для стабильной работы блока питания запас по мощности должен быть хотя бы 25%. То есть должно выполняться следующее соотношение:

Pmax ≥ (1.2…1.3)xP

где Pmax — это максимальная мощность блока питания.

Как правильно подсоединять светодиоды-LED?

Подключать светодиоды можно несколькими способами.

Первый способ – это последовательное введение. Здесь потребуется драйвер напряжением 12В и током 300мА. При таком способе светодиоды в лампе или на ленте горят одинаково ярко, но если вы решитесь подключить большее число светодиодов, вам потребуется драйвер с очень большим напряжением.

Второй способ — параллельное подключение. Нам подойдет блок питания на 6В, а тока будет потребляться примерно в два раза больше, чем при последовательном подключении. Есть и недостаток — одна цепь может светить ярче другой.

Последовательно-параллельное соединение – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих и от постоянного, и от переменного напряжения.

Четвертый способ — подключение драйвера последовательно по два. Он наименее предпочтителен.

Есть еще и гибридный вариант. Он соединил в себе достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов.

Специалисты советуют драйвер выбирать перед тем, как вы купите светодиоды, да еще и желательно предварительно определить схему их подключения. Так блок питания будет для вас более эффективно работать.

Линейные и импульсные драйверы. Каковы их принципы работы?

Сегодня для LED ламп и лент выпускают линейные и импульсные драйверы.
У линейного выходом служит генератор тока, который обеспечивает стабилизацию напряжения, не создавая при этом электромагнитных помех. Такие драйверы просты в использовании и не дорогие, но невысокий коэффициент полезного действия ограничивает сферу их применения.

Импульсные драйверы, наоборот, имеют высокий коэффициент полезного действия (около 96%), да еще и компактны. Драйвер с такими характеристиками предпочтительнее использовать для портативных осветительных приборов, что позволяет увеличить время работы источника питания. Но есть и минус – из-за высокого уровня электромагнитных помех он менее привлекателен.

Нужен светодиодный драйвер на 220В?

Для включения в сеть 220В выпускаются линейные и импульсные драйверы. При этом если блоки питания обладают гальванической развязкой (передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ним), они демонстрируют высокий коэффициент полезного действия, надежность и безопасность в эксплуатации.

Без гальванической развязки блок питания обойдется вам дешевле, но будет не столь надежным, потребует осторожности при подсоединении из-за опасности удара током.

При подборе параметров по мощности специалисты рекомендуют останавливать свой выбор на светодиодных драйверах с мощностью, превышающей необходимый минимум на 25%. Такой запас мощности не даст электронному прибору и питающему устройству быстро выйти из строя.

Стоит ли покупать китайские драйверы?

Made in China – сегодня на рынке можно встретить сотни драйверов различных характеристик, произведенных в Китае. Что же они собой представляют? В основном это устройства с импульсным источником тока на 350-700мА. Низкая цена и наличие гальванической развязки позволяют таким драйверам быть в спросе у покупателей. Но есть и недостатки прибора китайской сборки. Зачастую они не имеют корпуса, использование дешевых элементов снижает надежность драйвера, да еще и отсутствует защита от перегрева и колебаний в электросети.

Китайские драйверы, как и многие товары, выпускаемые в Поднебесной, недолговечны. Поэтому если вы хотите установить качественную систему освещения, которая прослужит вам ни один год, лучше всего покупать преобразователь для светодиодов от проверенного производителя.

Каков срок службы led драйвера?

Драйверы, как и любая электроника, имеют свой срок эксплуатации. Гарантийный срок службы LED — драйвера составляет 30 000 часов. Но не стоит забывать, что время работы аппарата будет зависеть еще от нестабильности сетевого напряжения, уровня влажности и перепада температур, влияния на него внешних факторов.

Неполная загруженность драйвера также снижает срок эксплуатации прибора. К примеру, если LED – драйвер рассчитан на 200Вт, а работает на нагрузку 90Вт, половина его мощности возвращается в электрическую сеть, вызывая ее перегрузку. Это провоцирует частые сбои питания и прибор может перегореть, сослужив вам всего год.

Следуйте нашим советам и тогда не придется часто менять светодиодные устройства.

Источник

Линейные и импульсные: драйверы мощных светодиодов от Maxim

Светодиоды — это низковольтные полупроводниковые приборы. Для того чтобы обеспечить длительный срок службы светодиода, необходимо стабилизировать протекающий через него ток, а не напряжение. Дело в том, что даже незначительное изменение прямого напряжения на светодиоде приведет к резкому скачку тока, протекающего через него (рис. 1). В качестве примера взят полноцветный RGBW-светодиод из серии MC-E компании Cree (буква «W» подчеркивает, что светодиоды этой серии обеспечивают еще и белое свечение). Кроме того, падения напряжений на светодиодах разных цветов довольно сильно отличаются. Например, на светодиоде красного цвета оно примерно в 1,5 раза меньше чем на синем, белом или зеленом. Этот фактор необходимо учитывать при последовательном включении, так как при одинаковом количестве последовательно включенных светодиодов разных цветов суммарное падение напряжения может отличаться на 50%.

Рис. 1. Зависимости прямых падений напряжения от тока для светодиодов разных цветов

Еще одна причина, заставляющая питать светодиоды именно стабилизированным током — это зависимость светового потока от протекающего через них тока. Эту зависимость используют при необходимости регулировки яркости светодиодного светильника или для получения различных цветовых оттенков свечения в полноцветных RGBW. Однако в большинстве случаев требуется именно стабильное равномерное свечение. На рисунке 2 приведены зависимости светового потока для светодиодов разных цветов на примере серии MC-E компании Cree. Из рисунка 2 видно, что для изменения светового потока светодиодов серии MC-E от 20 до 100 процентов ток светодиода должен изменяться от 100 до 350 мА. Диапазон изменения тока обычно регулируется с помощью светодиодных драйверов.

Рис. 2. Зависимости светового потока от прямого тока через светодиоды разных цветов

Линейные драйверы светодиодов

Компания Maxim выпускает линейные и импульсные драйверы светодиодов. Выходной каскад линейных драйверов представляет собой генератор тока на полевом транзисторе с p-каналом. Структура и типовая схема включения линейного драйвера показана на рис. 3.

Рис. 3. Типовая схема включения и структура линейного драйвера

Ток через последовательно включенные светодиоды задается резистором RSENSE (датчиком тока). Падение напряжения на этом резисторе определяет выходное напряжение дифференциального усилителя DIFF AMP, поступающее на неинвертирующий вход регулирующего усилителя IREG. Регулирующий ОУ сравнивает напряжение ошибки с опорным, формируя на своем выходе потенциал для управления полевым транзистором с p-каналом, работающим в линейном режиме, поэтому рассматриваемые драйверы проигрывают в эффективности импульсным. Однако линейные драйверы обладают простотой применения, низкой ценой и минимальными электромагнитными излучениями (ЭМИ).

В некоторых приложениях (например, в автомобильных) цена и простота применения имеют определяющее значение при выборе светодиодного драйвера. Основные параметры линейных драйверов светодиодов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Линейные драйверы мощных светодиодов (Linear HB LED drivers)

Большинство из них имеют диапазон входных напряжений 6,5…40 В. Максимальные значения выходных токов составляют 0,1…0,35 А. Каждая микросхема из таблицы 1 допускает импульсное регулирование выходного тока (ШИМ-димминг). Управлять яркостью светодиодов можно с помощью регулировки скважности импульсов, формируемых таймером ICM7555. Рекомендуемая для этого производителем схема приведена на рис. 4. Параметры внешних компонентов для ШИМ-последовательности импульсов, формируемой таймером, приведены в соответствующей документации для ICM7555.

Рис. 4. Управление яркостью светодиодов с помощью таймера ICM7555

На рис.5 приведена рекомендуемая производителем схема для защиты мощных светодиодов от перегрева с помощью термистора NTC. Ток ограничения через светодиоды рассчитывается по формуле: ILED = [VSENSE — [R2/(R2+ R1)] V5]/R1, где V5- выходное напряжение 5В от встроенного стабилизатора напряжения. Такая несложная доработка схемы позволит исключить возможность выхода из строя дорогих светодиодов из-за недопустимо высокой температуры корпуса, ведь даже небольшое превышение максимально допустимой температуры резко сокращает их срок службы.

Рис. 5. Защита светодиодов от перегрева с помощью термистора

На рис. 6 показан способ увеличения выходного тока драйвера с помощью внешнего биполярного транзистора. Следует отметить, что в этом случае светодиоды подключаются между входом источника питания и коллектором биполярного транзистора, а это не всегда удобно.

Рис. 6. Увеличение тока драйвера с помощью внешнего биполярного транзистора

Схема для увеличения выходного тока, показанная на рис. 7, свободна от этого недостатка. Катод нижнего по схеме светодиода подключается непосредственно к общему проводу, что в большинстве случаев гораздо предпочтительнее предыдущего варианта, показанного на рис. 6, когда на катоде нижнего светодиода всегда присутствует ненулевой потенциал. Большинство микросхем линейных драйверов из таблицы 1 допускают рассмотренные варианты увеличения выходного тока. В качестве примера на рисунках 6 и 7 приведена микросхема MAX16803.

Рис. 7. Параллельное включение двух драйверов для увеличения выходного тока

Импульсные драйверы светодиодов

Для портативных осветительных приборов очень важен высокий КПД преобразования светодиодных драйверов, поэтому в их схемах используются импульсные DC/DC-преобразователи с разными топологиями и схемными решениями, обеспечивающими стабилизацию выходного тока. Высокий КПД преобразования импульсных драйверов светодиодов позволяет увеличить время работы автономного источника питания.

Компания Maxim выпускает семейство импульсных драйверов для питания светодиодов постоянным током, имеющих возможность регулировки яркости при помощи аналогового или цифрового сигнала с ШИМ. Основные параметры и области применения этих драйверов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Импульсные драйверы мощных светодиодов (Switch-mode HB LED drivers)

Импульсные драйверы имеют широкие диапазоны входных напряжений. Например, у микросхемы MAX16833 входной диапазон напряжений от 5 до 65 В, у MAX16822 — от 6,5 до 65 В. Разработчику предлагаются на выбор драйверы с очень широким диапазоном частоты преобразования. Некоторые микросхемы позволяют задавать частоту преобразования от 20 кГц до 2 МГц (эти параметры приведены в таблице 2). Контроллеры светодиодных драйверов MAX16801 и MAX16802 позволяют разработать DC/DC-преобразователь с выходным стабилизированным током до 10 А. Драйверы MAX16807, MAX16809, MAX16838 и MAX16814 позволяют получить диапазон регулировки выходного тока с отношением 1:5000. Большинство импульсных светодиодных драйверов позволяют выбрать наиболее оптимальную топологию схемы для достижения максимальной эффективности работы схемы преобразования. Например, MAX16821, MAX16833 и MAX16834 дают возможности выбора топологии преобразователя из четырех возможных вариантов: boost, buck, buck-boost или SEPIC. Для облегчения правильного выбора светодиодного драйвера производитель приводит рекомендуемые области применения для каждого наименования. Миниатюрные корпуса и требуемые компактные внешние компоненты позволяют создать схему с малыми габаритами и широкими функциональными возможностями. В документации каждого драйвера приводятся рекомендуемые схемы включения для конкретного приложения, что существенно облегчает проектирование.

Несколько слов о способах регулировки яркости светодиодов с помощью импульсных драйверов. Наиболее популярны аналоговая и ШИМ-регулировка. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Управление интенсивностью свечения с помощью ШИМ-регулирования позволяет значительно ослабить отклонение цветового оттенка светодиода, но требует дополнительного формирователя последовательности импульсов ШИМ. Регулировка яркости аналоговым методом основана на более простой схеме, но он может оказаться недопустимым при необходимости поддержания постоянной цветовой температуры светодиодов.

Аналоговая регулировка изменяет величину постоянного тока светодиода. Управление силой света светодиода обычно производится регулировкой переменного резистора или переменным уровнем управляющего напряжения, подаваемым на специально предназначенный для этого вход. Метод регулировки светового потока светодиода с помощью ШИМ заключается в периодическом включении и выключении тока через светодиод на короткие промежутки времени. Частота ШИМ обычно выбирается не менее 200 Гц для полного исключения эффекта мерцания и создания комфортного восприятия светового потока человеком. Интенсивность свечения светодиода при управлении с помощью ШИМ пропорциональна рабочему циклу импульсной последовательности.

Многие современные микросхемы импульсных драйверов светодиодов имеют специальный вход PWM DIM, на который можно подавать сигналы ШИМ разных частот и амплитуд, что существенно упрощает сопряжение драйвера со схемами внешней логики. Дополнительно для управления светодиодным драйвером могут использоваться вход разрешения выхода и другие логические функции.

Источник