Come scegliere un driver per lampada LED: tipologie, scopo + caratteristiche di connessione

Le lampade a LED si sono diffuse, a seguito della quale è iniziata la produzione attiva di alimentatori secondari.Il driver della lampada LED è in grado di mantenere stabilmente i valori di corrente specificati all'uscita del dispositivo, stabilizzando la tensione che passa attraverso la catena di diodi.

Ti diremo tutto sui tipi e sui principi di funzionamento di un dispositivo di conversione di corrente per il funzionamento di una lampadina a diodi. Il nostro articolo fornisce linee guida per la scelta di un conducente e fornisce consigli utili. Gli elettricisti domestici indipendenti troveranno gli schemi di collegamento comprovati nella pratica.

Scopo e ambito di utilizzo

I cristalli di diodi sono costituiti da due semiconduttori: anodo (più) e catodo (meno), responsabili della trasformazione dei segnali elettrici. Un'area ha conduttività di tipo P, la seconda - N. Quando è collegata una fonte di alimentazione, la corrente scorrerà attraverso questi elementi.

A causa di questa polarità, gli elettroni dalla zona di tipo P si precipitano verso la zona di tipo N e viceversa, le cariche dal punto N si precipitano a P. Tuttavia, ogni sezione della regione ha i propri confini, chiamati giunzioni PN. In questi siti le particelle si incontrano e vengono reciprocamente assorbite o ricombinate.

Un diodo è un elemento semiconduttore e ha solo una giunzione p-n. Per questo motivo la caratteristica principale che determina la luminosità del loro bagliore non è la tensione, ma la corrente

Durante le transizioni P-N la tensione diminuisce di un certo numero di volt, sempre uguale per ogni elemento del circuito. Tenendo conto di questi valori, il driver stabilizza la corrente in ingresso e produce un valore costante in uscita.

Quale potenza è richiesta e quali valori di perdite durante il passaggio P-N sono indicati nel passaporto del dispositivo LED. Pertanto, quando scegliere una lampadina a diodi è necessario tenere conto dei parametri dell'alimentatore, la cui portata deve essere sufficiente a compensare l'energia persa.

Affinché i LED ad alta potenza funzionino per il tempo specificato nelle caratteristiche, è necessario un dispositivo stabilizzatore: un driver. Il corpo del meccanismo elettronico mostra sempre la tensione di uscita

Gli alimentatori con tensioni da 10 a 36 V vengono utilizzati per equipaggiare i dispositivi di illuminazione.

Le attrezzature possono essere di vario tipo:

• fari di automobili, biciclette, motocicli, ecc.;
• piccoli lampioni portatili o stradali;
• strisce led, nastri, plafoniere e moduli.

Tuttavia per LED a basso consumoe anche in caso di utilizzo di tensione costante è consentito non utilizzare driver. Al circuito viene invece aggiunta una resistenza, anch'essa alimentata da una rete a 220 V.

Principio di funzionamento dell'alimentatore

Scopriamo quali sono le differenze tra una sorgente di tensione e un alimentatore. Ad esempio, si consideri il diagramma mostrato di seguito.

Collegando un resistore da 40 ohm a una fonte di alimentazione da 12 V, attraverso di esso scorrerà una corrente di 300 mA (Figura A). Quando si collega una seconda resistenza in parallelo al circuito, il valore di corrente sarà 600 mA (B). Tuttavia, la tensione rimarrà invariata.

Nonostante si colleghino due resistori alla fonte di alimentazione, il secondo creerà una tensione costante in uscita, perché in condizioni ideali non è soggetto al carico

Ora diamo un'occhiata a come cambiano i valori se i resistori sono collegati all'alimentazione nel circuito. Allo stesso modo, introduciamo un reostato da 40 Ohm con un driver da 300 mA. Quest'ultimo crea su di esso una tensione di 12 V (circuito B).

Se il circuito è composto da due resistori, il valore della corrente rimane invariato e la tensione sarà di 6 V (G).

Il driver, a differenza della sorgente di tensione, mantiene in uscita i parametri di corrente specificati, ma la potenza della tensione può variare

Traendo le conclusioni, possiamo dire che un convertitore di alta qualità fornisce al carico la corrente nominale anche quando la tensione diminuisce. Di conseguenza, i cristalli di diodi con 2 V o 3 V e una corrente di 300 mA bruceranno in modo altrettanto luminoso con una tensione ridotta.

Caratteristiche distintive del convertitore

Uno degli indicatori più importanti è la potenza trasmessa sotto carico. Non sovraccaricare il dispositivo e cercare di ottenere i migliori risultati possibili.

L'uso improprio contribuisce al rapido guasto non solo del meccanismo di visualizzazione, ma anche dei chip LED.

I principali fattori che influenzano il lavoro includono:

• elementi costitutivi utilizzati nel processo di assemblaggio;
• grado di protezione (IP);
• valori minimi e massimi in ingresso e in uscita;
• produttore.

I moderni modelli di convertitori sono prodotti sulla base di microcircuiti e utilizzano la tecnologia di conversione della larghezza di impulso (PWM).

Durante il funzionamento dell'alimentatore, è stato introdotto un metodo di modulazione dell'ampiezza dell'impulso per regolare la tensione di uscita, mentre in uscita viene mantenuto lo stesso tipo di corrente che in ingresso

Tali dispositivi sono caratterizzati da un elevato grado di protezione contro cortocircuiti, sovraccarichi di rete e hanno anche una maggiore efficienza.

Regole per la scelta di un convertitore di corrente

Per acquistare un convertitore per lampada a LED, dovresti studiare la chiave caratteristiche del dispositivo. Vale la pena fare affidamento sulla tensione di uscita, sulla corrente nominale e sulla potenza di uscita.

Alimentazione LED

Analizziamo inizialmente la tensione di uscita, che è soggetta a diversi fattori:

• il valore delle perdite di tensione alle giunzioni PN dei cristalli;
• numero di diodi luminosi nella catena;
• schema di collegamento.

I parametri della corrente nominale possono essere determinati dalle caratteristiche del consumatore, vale a dire la potenza degli elementi LED e il grado della loro luminosità.

Questo indicatore influenzerà la corrente consumata dai cristalli, la cui portata varia in base alla luminosità richiesta. Il compito del convertitore è fornire a questi elementi la quantità di energia richiesta.

Il valore della tensione di uscita deve essere maggiore o identico alla quantità totale di energia spesa su ciascun blocco del circuito elettrico

La potenza del dispositivo dipende dalla potenza di ciascun elemento LED, dal colore e dalla quantità.

Per calcolare l'energia consumata, utilizzare la seguente formula:

P_H = p_GUIDATO *N,

Dove

• P_GUIDATO – carico elettrico creato da un diodo,
• N è il numero di cristalli nella catena.

Gli indicatori ottenuti non dovrebbero essere inferiori alla potenza del conducente. Ora è necessario determinare il valore nominale richiesto.

Potenza massima del dispositivo

Va inoltre tenuto presente che, per garantire un funzionamento stabile del convertitore, i suoi valori nominali devono superare il valore P ottenuto del 20-30%._H.

Pertanto la formula assume la forma:

P_massimo ≥ (1,2..1,3) * P_H,

dove p_massimo — potenza nominale dell'alimentatore.

Oltre alla potenza e al numero di utenze sulla scheda, la resistenza del carico dipende anche dai fattori di colore dell'utenza. A parità di corrente, a seconda della tonalità, si hanno cadute di tensione diverse.

Il driver della lampada LED deve fornire la quantità di corrente necessaria per garantire la massima luminosità. Quando si seleziona un dispositivo, l'acquirente deve ricordare che la potenza deve essere maggiore di quella utilizzata da tutti i LED

Prendiamo ad esempio i LED dell'azienda americana Cree della linea XP-E in rosso.

Le loro caratteristiche sono le seguenti:

• caduta di tensione 1,9-2,4 V;
• corrente 350 mA;
• consumo energetico medio 750 mW.

Un analogo verde alla stessa corrente avrà indicatori completamente diversi: le perdite sulle giunzioni P-N sono 3,3-3,9 V e la potenza è 1,25 W.

Di conseguenza possiamo trarre le conclusioni: un driver da 10 W viene utilizzato per alimentare dodici cristalli rossi o otto verdi.

Schema di collegamento del LED

La scelta del driver deve essere effettuata dopo aver determinato lo schema di collegamento per i consumatori LED. Se acquisti prima i diodi luminosi e poi selezioni un convertitore per essi, questo processo sarà accompagnato da molte difficoltà.

Per trovare un dispositivo che garantisca il funzionamento esattamente di questo numero di consumatori con un determinato schema di collegamento, dovrai dedicare molto tempo.

Facciamo un esempio con sei consumatori. La loro perdita di tensione è di 3 V, il consumo di corrente è di 300 mA. Per collegarli, è possibile utilizzare uno dei metodi e in ogni singolo caso i parametri richiesti dell'alimentatore saranno diversi.

Lo svantaggio dei diodi alternati è la necessità di un'alimentazione a tensione più elevata se nel circuito sono presenti molti cristalli

Nel nostro caso, se collegato in serie, è necessaria un'unità da 18 V con una corrente di 300 mA. Il vantaggio principale di questo metodo è che la stessa potenza attraversa l'intera linea e, di conseguenza, tutti i diodi bruciano con la stessa luminosità.

Lo svantaggio del posizionamento parallelo dei consumatori è la differenza nella luminosità di ciascuna catena. Questo fenomeno negativo si verifica a causa della dispersione dei parametri dei diodi dovuta alle differenze tra la corrente che passa attraverso ciascuna linea

Se viene utilizzato il posizionamento in parallelo, è sufficiente utilizzare un convertitore da 9 V, tuttavia, la corrente consumata sarà raddoppiata rispetto al metodo precedente.

Il metodo di disposizione sequenziale di due diodi non può essere utilizzato con una modifica nel numero di cristalli inclusi nel gruppo - 3 o più. Tali restrizioni sono dovute al fatto che attraverso un elemento può passare troppa corrente e ciò crea la probabilità di guasto dell'intero circuito

Se si utilizza un metodo sequenziale con la formazione di coppie di due LED, si utilizza un driver con prestazioni simili a quelle del caso precedente. In questo caso, la luminosità dell'illuminazione sarà uniforme.

Tuttavia, anche qui ci sono alcune sfumature negative: quando viene fornita alimentazione al gruppo, a causa della variazione delle caratteristiche, uno dei LED può aprirsi più velocemente del secondo e, di conseguenza, attraverso di esso scorrerà una corrente doppia rispetto al valore nominale.

Molti tipi LED per l'illuminazione domestica sono progettati per salti così a breve termine, ma questo metodo è meno popolare.

Tipi di driver per tipo di dispositivo

I dispositivi che convertono l'alimentazione a 220 V negli indicatori richiesti per i LED sono convenzionalmente suddivisi in tre categorie: elettronici; basato su condensatori; dimmerabile.

Il mercato degli accessori per l'illuminazione è rappresentato da un'ampia varietà di modelli di driver, principalmente di produttori cinesi. E nonostante la fascia di prezzo bassa, puoi scegliere un'opzione molto decente da questi dispositivi. Tuttavia, dovresti prestare attenzione alla scheda di garanzia, perché... Non tutti i prodotti presentati sono di qualità accettabile.

Visualizzazione elettronica del dispositivo

Idealmente, il convertitore elettronico dovrebbe essere dotato di un transistor. Il suo ruolo è scaricare il microcircuito di controllo. Per eliminare o attenuare il più possibile l'ondulazione, all'uscita è montato un condensatore.

Questo tipo di dispositivo appartiene alla categoria costosa, ma è in grado di stabilizzare la corrente fino a 750 mA, cosa di cui i meccanismi di zavorra non sono in grado.

I driver più recenti sono installati principalmente su lampadine con attacco E27. Un'eccezione alla regola sono i prodotti Gauss GU5.3. Sono dotati di convertitore senza trasformatore. Tuttavia, il grado di pulsazione in essi raggiunge diverse centinaia di Hz

La pulsazione non è l'unico inconveniente dei convertitori. La seconda può essere chiamata interferenza elettromagnetica nella gamma delle alte frequenze (HF). Pertanto, se alla presa collegata alla lampada sono collegati altri apparecchi elettrici, ad esempio una radio, è possibile che si verifichino interferenze durante la ricezione delle frequenze FM digitali, televisione, router, ecc.

Il dispositivo opzionale di un dispositivo di qualità deve avere due condensatori: uno è elettrolitico per attenuare le increspature, l'altro è ceramico per ridurre la RF.Tuttavia, una tale combinazione si trova raramente, soprattutto quando si parla di prodotti cinesi.

Coloro che hanno concetti generali su tali circuiti elettrici possono selezionare autonomamente i parametri di uscita del convertitore elettronico modificando il valore dei resistori

Grazie alla loro elevata efficienza (fino al 95%), tali meccanismi sono adatti per dispositivi potenti utilizzati in vari campi, ad esempio per il tuning automobilistico, l'illuminazione stradale e le sorgenti LED domestiche.

Alimentazione basata su condensatori

Passiamo ora ai dispositivi meno popolari, quelli basati sui condensatori. Quasi tutti i circuiti delle lampade LED a basso costo che utilizzano questo tipo di driver hanno caratteristiche simili.

Tuttavia, a causa di modifiche da parte del produttore, subiscono delle modifiche, ad esempio la rimozione di qualche elemento circuitale. Soprattutto spesso questa parte è uno dei condensatori, un livellatore.

A causa del riempimento incontrollato del mercato con prodotti economici e di bassa qualità, gli utenti possono “sentire” la pulsazione al cento per cento nelle lampade. Anche senza approfondire la loro progettazione, possiamo dire che l'elemento livellatore è stato rimosso dal circuito

Tali meccanismi hanno solo due vantaggi: sono disponibili per l'autoassemblaggio e la loro efficienza è pari al cento per cento, poiché le perdite si verificheranno solo nelle giunzioni p-n e nelle resistenze.

Ci sono lo stesso numero di aspetti negativi: bassa sicurezza elettrica e alto grado di pulsazione. Il secondo svantaggio è intorno ai 100 Hz e si forma a seguito del raddrizzamento della tensione alternata. GOST specifica una norma di pulsazione consentita del 10-20%, a seconda dello scopo della stanza in cui è installato il dispositivo di illuminazione.

L'unico modo per mitigare questo inconveniente è selezionare un condensatore con la potenza nominale corretta. Tuttavia, non dovresti contare sull'eliminazione completa del problema: una soluzione del genere può solo attenuare l'intensità delle esplosioni.

Convertitori di corrente dimmerabili

Driver dimmer per lampadine LED dimmerabili consentono di modificare gli indicatori di corrente in entrata e in uscita, riducendo o aumentando il grado di luminosità della luce emessa dai diodi.

Esistono due metodi di connessione:

• il primo prevede un avvio graduale;
• il secondo è l'impulso.

Consideriamo il principio di funzionamento dei driver dimmerabili basati sul chip CPC9909, utilizzato come dispositivo di regolazione per i circuiti LED, compresi quelli ad alta luminosità.

Schema di collegamento standard del CPC9909 con alimentazione a 220 V. Secondo le istruzioni schematiche, è possibile controllare uno o più consumatori potenti

Durante l'avvio graduale, il microcircuito con il driver garantisce l'accensione graduale dei diodi all'aumentare della luminosità. Questo processo coinvolge due resistori collegati al pin LD, progettati per eseguire il compito di attenuazione uniforme. In questo modo si realizza un compito importante: prolungare la durata degli elementi LED.

La stessa uscita fornisce anche la regolazione analogica: il resistore da 2,2 kOhm è sostituito con un analogico variabile più potente - 5,1 kOhm. In questo modo si ottiene una variazione graduale del potenziale di output.

L'uso del secondo metodo prevede la fornitura di impulsi rettangolari all'uscita a bassa frequenza del PWMD. In questo caso viene utilizzato un microcontrollore o un generatore di impulsi, che sono necessariamente separati da un fotoaccoppiatore.

Con o senza alloggio?

I driver sono disponibili con o senza alloggiamento.La prima opzione è la più comune e la più costosa. Tali dispositivi sono protetti dall'umidità e dalle particelle di polvere.

I dispositivi del secondo tipo vengono utilizzati per l'installazione nascosta e, di conseguenza, sono economici.

Tutti i dispositivi presentati possono essere alimentati da una rete a 12 V o 220 V. Nonostante il fatto che i modelli a telaio aperto beneficino del prezzo, sono significativamente indietro in termini di sicurezza e affidabilità del meccanismo

Ciascuno di essi differisce nella temperatura consentita durante il funzionamento: anche questo deve essere preso in considerazione durante la selezione.

Circuito driver classico

Per assemblare in modo indipendente un alimentatore LED, ci occuperemo del dispositivo più semplice a impulsi che non dispone di isolamento galvanico. Il vantaggio principale di questo tipo di circuito è la connessione semplice e il funzionamento affidabile.

Il circuito convertitore da 220 V si presenta come un alimentatore switching. Durante il montaggio devono essere rispettate tutte le norme di sicurezza elettrica poiché non esistono limiti di corrente erogata

Lo schema di tale meccanismo è composto da tre principali aree a cascata:

1. Separatore di tensione capacitivo.
2. Raddrizzatore.
3. Protezioni contro le sovratensioni.

La prima sezione è la resistenza fornita alla corrente alternata sul condensatore C1 con un resistore. Quest'ultimo è necessario esclusivamente per l'autocarica dell'elemento inerte. Non influisce sul funzionamento del circuito.

Il valore nominale del resistore può essere compreso tra 100 kOhm-1 Mohm, con una potenza di 0,5-1 W. Il condensatore deve essere elettrolitico e il suo valore di tensione di ampiezza effettiva è 400-500 V

Quando la tensione a semionda generata passa attraverso il condensatore, la corrente scorre finché le piastre non sono completamente cariche. Minore è la capacità del meccanismo, minore sarà il tempo necessario per caricarlo completamente.

Ad esempio, un dispositivo con un volume di 0,3-0,4 μF viene caricato durante 1/10 del periodo di semionda, ovvero solo un decimo della tensione passante passerà attraverso questa sezione.

Il processo di raddrizzatura in questa sezione viene eseguito secondo lo schema Graetz. Il ponte a diodi viene selezionato in base alla corrente nominale e alla tensione inversa. In questo caso, l'ultimo valore non deve essere inferiore a 600 V

Il secondo stadio è un dispositivo elettrico che converte (rettifica) la corrente alternata in corrente pulsante. Questo processo è chiamato onda intera. Poiché una parte della semionda è stata livellata da un condensatore, l'uscita di questa sezione avrà una corrente continua di 20-25 V.

Poiché l'alimentazione del LED non deve superare i 12 V, per il circuito è necessario utilizzare un elemento stabilizzatore. A questo scopo viene introdotto un filtro capacitivo. Ad esempio, puoi utilizzare il modello L7812

Il terzo stadio funziona sulla base di un filtro stabilizzante livellante: un condensatore elettrolitico. La scelta dei suoi parametri capacitivi dipende dalla forza del carico.

Poiché il circuito assemblato riproduce immediatamente il suo funzionamento, non è possibile toccare i fili scoperti, poiché la corrente condotta raggiunge decine di ampere: le linee vengono prima isolate.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Tutte le difficoltà che un radioamatore può incontrare nella scelta di un convertitore per potenti lampade a LED sono descritte in dettaglio nel video:

Caratteristiche principali del collegamento indipendente di un dispositivo convertitore a un circuito elettrico:

Istruzioni dettagliate che descrivono il processo di assemblaggio di un driver LED con le proprie mani utilizzando mezzi improvvisati:

Nonostante le decine di migliaia di ore di funzionamento ininterrotto delle lampade LED dichiarate dal produttore, sono molti i fattori che riducono significativamente questi indicatori.

I driver sono progettati per appianare tutti i salti di corrente nel sistema elettrico. La loro selezione o autoassemblaggio deve essere affrontata in modo responsabile dopo aver calcolato tutti i parametri necessari.

Raccontaci come hai selezionato il driver per la lampadina a LED. Condividi le tue argomentazioni e i modi per stabilizzare la tensione di alimentazione a un dispositivo di illuminazione a diodi. Lascia commenti nel blocco sottostante, fai domande, pubblica fotografie sull'argomento dell'articolo.