Led драйвер на 10вт



Простой драйвер 10-ваттного светодиода с необычным включением TL431

Когда мне понадобился для 10-ваттного светодиода драйвер, который бы работал от 16-17 В (выпрямленное и сглаженное напряжение от «электронного трансформатора»), в голову пришла мысль сделать его по нестандартной схеме из «подручных материалов», так как не очень прельщала мысль заказывать драйвер из Китая за 150-200 руб. (описываемый драйвер обойдется в 50 руб. даже при покупке деталей «в магазине за углом») и особенно, ждать не менее месяца прихода посылки. Кроме того, хотелось «сочинить» что-то нестандартное. Получилось вот такое устройство.

Приводимая ниже схема драйвера рассчитана на работу с 10-ваттной светодиодной матрицей (3х3, с рабочим напряжением 10-12 В) и состоит из недорогих и не дефицитных деталей минимальной стоимости, которые можно купить в любом магазине радиодеталей или найти в своем «хозяйстве». Устройство собрано по схеме Step-Down регулятора. Необычность решения заключается в применении в качестве компаратора широко распространенной TL431, которая обычно применяется в линейных регуляторах.

Пояснения по работе схемы

При подаче напряжения питания, ток через светодиод, а значит и резистор-датчик тока R1, не течет. Транзистор VT1 закрыт, на управляющем входе регулятора A1 присутствует нулевой потенциал и, соответственно, катод выключен. На затвор транзистора VT2 подается напряжение через цепочку R4-R6, которое ограничивается на безопасном для него уровне стабилитроном VD1. Транзистор открывается, и через элементы R1, HL1, L1, VT2 начинает течь ток, линейно нарастающий благодаря наличию дросселя L1 индуктивностью примерно 400-500 микрогенри. При достижении током величины, при котором на резисторе R1 падает напряжение, достаточное для открытия VT1, транзистор приоткрывается и, при напряжении 2.5 В на выводе 1 TL431, катод A1 замыкает затвор VT2 с корпусом через R5. Транзистор закрывается и ток L1 (теперь линейно убывающий) протекает через диод VD2, R1 и светодиод. Напряжение на переходе базе-эмиттер VT1 уменьшается, он закрывается, что приводит в конечном итоге к открыванию VT2 и процесс повторяется. Конденсатор C1 обеспечивает низкое внутреннее сопротивление цепи питания схемы, C2 несколько снижает частоту переключений и в целом улучшает стабильность схемы. Резистор R5 ограничивает ток разряда входной емкости VT2 на безопасном для TL431 уровне.

Главный недостаток схемы — значительное время заряда входной емкости MOSFET транзистора VT2 через резистор R4. Добавление элементов, форсирующих заряд указанной емкости, значительно усложнило бы схему, поэтому, приняты ряд мер, снижающих негативное влияние этого явления на работу устройства без его усложнения. Во-первых, номинал R4 выбран минимально возможным, соблюдая компромисс с выделяемой на нем мощности и максимальным током катода A1. Во-вторых, частота работы схемы выбрана относительно низкой (20-75 кГц) для снижения выделяемой на VT2 из-за большого времени открытия мощности. В-третьих, транзистор выбран по минимальной входной емкости из имеющихся в наличии — у IRFZ44N он составляет по даташиту 1350 пФ. Кроме того, при увеличении входного напряжения, вместе с увеличением частоты увеличивается и ток через R4, уменьшая длительность заряда входной емкости, а значит, спада импульса на коллекторе VT2.

Устройство собрано на печатной плате из односторонне-фольгированного стеклотекстолита размерами 40мм на 60мм. Печатные «дорожки» достаточно широкие, что помогает дополнительно рассеивать мощность, выделяемую на деталях схемы, а так же позволяет, при желании, не сверлить отверстия, а паять детали со стороны печатных проводников — я выбрал этот вариант, причем фольгу вырезал резаком (на рисунке — вариант установки деталей со стороны без металлизации).

Плата рассчитана на установку транзистора VT2 в корпусе D2PAK, однако, возможно его применение и в корпусе TO-220, что и сделано в моем случае. В качестве радиатора транзистора применен полигон из фольги площадью около 6 квадратных сантиметров, к которому он припаян непосредственно коллектором хорошо прогретым паяльником (паять не более 3 сек.!). От использования всех комплектующих в SMD исполнении я отказался сознательно из-за того, что у многих радиолюбителей с их применением есть сложности. В исполнении, приведенном на фотографиях, температура транзистора оказалась менее 55 градусов при Uвх = 14-20 В, с ростом входного напряжения она тоже растет и при Uвх = 30В достигает 70 градусов.

При номинале R1, указанном на схеме, ток светодиода составляет около 0.8 А, при котором измеренное падение напряжения на нем составило 11.3 В, что дает мощность примерно 9 Ватт (для надежности, на 10% ниже паспортной). Приводимое в описании китайских светодиодов значение номинального тока 980 мА дает напряжение на светодиоде примерно 11.5 В и мощность тоже почти 11.5 Ватт, что вряд ли благотворно скажется на долговечности! Изменив пропорционально номинал R1, можно в некоторых пределах менять ток светодиода. Для удобства подбора R1 можно составить из двух, соединенных параллельно (для дополнительного резистора на плате предусмотрено место)

Дроссель намотан (примерно 80 витков) на «знаменитом» желтом кольце из компьютерного БП, с которого снята «родная» обмотка. Его размеры видны из фотографий. Дроссель прикручен к плате винтом с гайкой, при этом под него подложена резиновая крышка из под ампулы для лекарств. Это позволило отцентрировать его и зафиксировать от прокручивания.

При применении обычного кольца из феррита 500НМ-4000НМ, сечение должно быть значительно больше, иначе, дроссель может входить в насыщение, что приведет к резкому снижению КПД и нагреву VT2. Возможно применение дросселя и с сердечниками других типов (если позволяет конструкция, лучше с зазором не менее 0.1-0.3 мм) или заводских не менее чем на 1.5 А.

В качестве VT1 подойдет практически любой p-n-p с допустимым напряжением на коллекторе не меньше, чем входное. В качестве VT2 применение транзистора, указанного на схеме оптимально. Должны неплохо подойти применяемые в инверторах ЖК телевизоров FDD8447 в корпусе DPAK (входная емкость 2000 пФ и сопротивлением открытого канала 8 мОм), но мной не проверено. Я пробовал транзисторы IRF3205 (температура корпуса выше чем IRFZ44N на 7-10 градусов) и BUZ11 (выше на 10-15 градусов), но сразу оговорюсь: их я проверял при входном напряжении до 24 В. При применении указанных транзисторов (особенно при больших входных напряжениях) транзистор стоит установить на отдельном радиаторе, площадью 30-50 кв. см. и, возможно, увеличить емкость C2 до 2200-3300 пФ для снижения частоты переключения.

Стабилитрон VD1- любой на 10-12 Вольт. Диод VD2 лучше использовать Шоттки, но, в крайнем случае, можно применить из серии HER (101-104 либо 201-204). В случае, если входное напряжение на превысит 24 В, резистор R4 можно взять на мощность 0.5 Вт.

КПД драйвера по моим измерениям составил: при входном напряжении 13-20 В — не менее 90%; при напряжении 30 В — около 83% (выделяется больше мощности на VT2 и R4). Ток светодиода для всего диапазона входных напряжений достаточно стабилен — плюс-минус 10-20 мА.

У данного прибора интересная особенность — при снижении входного напряжения ниже 13 В, устройство начинает работать в линейном режиме, причем, яркость в момент перехода меняется слабо и КПД заметно не снижается. При последующем увеличении входного напряжения до уровня, большего напряжения на светодиоде на 1.5 — 2 В, устройство устойчиво начинает генерировать и переходит в режим ключевой стабилизации.

Во вложенном файле имеются Proteus-модель и плата в формате LAY

Источник

Драйвер светодиода на 10вт, без доработки вредный для здоровья

Всем привет. Обзор 10вт драйвера светодиода, отличительной особенностью которого является сильная пульсация выходного напряжения, т.к. на входе преобразователя отсутствует электролитический конденсатор. Желательна доработка.

Почему я выбрал именно эти 10-ваттные драйверы, а не другие из десятков предложенных в интернете вариантов, я за прошедшие с момента заказа полтора месяца уже не помню. Никакого обзора данной мелочи делать не планировал, но после того, как получил посылку, решил предостеречь покупателей от покупки подобного драйвера.

Похожий драйвер мощностью 20вт уже рассматривался на MYsku в обзоре mysku.club/blog/taobao/30813.html, схема тоже схожа, правда в моём случае применена микросхема со встроенным силовым ключом. Уменьшения уровня пульсаций выходного напряжения автор добился установкой дополнительного электролитического конденсатора по выходу сетевого выпрямителя.

Когда я собирался испытать полученные драйверы, мне сразу бросилось в глаза, что отсутствует электролитический конденсатор по выходу сетевого выпрямителя. На выходе драйвера установлен электролитический конденсатор на 50в 100мкф, также в схеме есть небольшой конденсатор по питанию микросхемы преобразователя.

Привожу фотографии драйвера:








Ёмкость плёночного конденсатора на выходе сетевого выпрямителя составляет 0,22мкф, но этот конденсатор предназначен скорее для устранения высокочастотной пульсации в цепях питания преобразователя, уменьшая испускаемые драйвером помехи, чем для фильтрации пульсаций частотой 100Гц выпрямленного сетевого напряжения.

Это напомнило мне схему электронного трансформатора для питания 12-вольтовых галогенных ламп. Такие трансформаторы продаются в электротоварах и имеют мощность от 40 до 150вт, и достаточно недороги. Построены они на простейшей двухтактной автогенераторной схеме, и также не имеют сколь-либо значительного фильтрующего конденсатора по выходу сетевого выпрямителя. Таким образом, при переходе сетевого напряжения через ноль, напряжение на выходе сетевого выпрямителя снижается вплоть до срыва автогенерации, и напряжение на выходе электронного трансформатора кратковременно исчезает. Но для галогенных ламп, обладающих значительной инерционностью, не имеет значения, что высокочастотное выходное напряжение промодулировано немного искажёнными половинками синусоиды с частотой 100гц. Вот примерная схема электронного транса:

Применяя электронный транс в своих поделках, и стремясь уменьшить уровень пульсаций на выходе мостового выпрямителя, которым я нагружал выход электронного трансформатора, я пытался подключить на выход сетевого выпрямителя дополнительный электролитический конденсатор ёмкостью в 10-20мкф. Но эта затея провалилась, дополнительный конденсатор отрицательно влиял на работу этой простой схемы, автогенератор выходил из под контроля, и сначала сгорал защитный резистор, а потом и предохранитель, который я ставил вместо резистора. Не знаю, отчего это происходило, то ли с увеличением конденсатора увеличилось среднее значение напряжения питания схемы преобразователя, то ли для данной схемы важна была кратковременная просадка напряжения питания до срыва автогенерации, то ли возникал ещё какой-либо нештатный режим, например однотактная автогенерация… Впрочем, тогда я не стал глубоко копать, а сейчас, видя схему, понимаю, что надо было попутно корректировать цепочку R2, R3, D6…

И вот я больше чем через 10 лет встречаю совершенно другое, но в то же время похожее схемное решение, в котором ради экономии отсутствует электролитический конденсатор по выходу сетевого выпрямителя… Забавно… Правда, включение дополнительного электролитического конденсатора не привело к фейерверкам, как когда-то в случае с электронным трансформатором, что очень радует.

Установленный на выходе драйвера конденсатор ёмкостью 100мкф не способен при токе нагрузки в 800-900мА сколь либо существенно сгладить пульсации частотой 100гц. Также автор упомянутого выше обзора указывает на незначительное уменьшение величины пульсаций светового потока при многократном увеличении ёмкости конденсатора на выходе драйвера, зато дополнительный конденсатор на выходе сетевого выпрямителя уменьшил пульсации в 10 раз. Поэтому я сразу был настроен на установку дополнительного конденсатора.

Кстати, измеренный автором упомянутого обзора уровень пульсаций светового потока очень мал для такой казалось бы «ужасной» схемы, и заслуга в этом как схемы драйвера с значительным запасом по минимальному входному напряжению, так и самих светодиодов. Если вместо такой нелинейной нагрузки, как светодиоды, подключить к драйверу, например, лампочку или резистивную нагрузку, уровень пульсаций выходного напряжения становится в разы больше, не 10%, как уровень пульсаций светового потока, а порядка 30-50% и сильно зависит от сетевого напряжения и тока нагрузки. Электронный трансформатор с автогенератором имеет такие же пульсации на выходе (все 100%), как и на входе. Импульсный же преобразователь с ШИМом при значительных пульсациях на входе выдаёт на выход куда более стабильное напряжение, со значительно меньшим провалом в момент, когда напряжение на выходе выпрямителя падает ниже минимально допустимого для схемы (порядка 80в). Регулировал входное напряжение драйвера ЛАТРом, уровень пульсаций резко увеличивается при снижении напряжения.

Самое первое включение драйвера я провёл без дополнительного конденсатора, в первый раз драйвер включился с задержкой примерно на 2-3сек, видимо должен был зарядиться конденсатор по питанию микросхемы, при последующих включениях задержки не было.

Испытание драйвера проводил 10-ваттным светодиодом, сначала без внешнего конденсатора. Напряжение на светодиоде было 11,46в при токе 0,85А. Но, учитывая значительную пульсацию выходного напряжения, я не очень надеялся на правдивые показания измерительных приборов.

Намного больше я стал доверять измерениям, когда припаял к драйверу первый попавшийся мне на глаза подходящий электролитический конденсатор:

При подключенном конденсаторе я получил следующие данные: напряжение на светодиоде 11,36в при токе 0,8а. При этом светодиод потреблял мощность 9,08вт, что, в принципе, меньше заявленной продавцом мощности драйвера, но не настолько мало, чтобы делать из этого проблему.

При работе драйвер нагревается, температура микросхемы порядка 62 градусов, трансформатора — около 70 градусов, самые горячие элементы — импульсные диоды на выходе преобразователя — около 85 градусов. Ну и для сравнения светодиод на радиаторе сам греется примерно до 72 градусов. Без внешнего конденсатора микросхема работает в более тяжёлом режиме, и нагревается сильнее, примерно до 72 градусов.

Пульсации напряжения не измерял (нечем), а приблизительно оценивал при помощи старинного ещё лампового осциллографа ЛО-70, у него сбоит синхронизация, поэтому сфотографировать картинку проблематично. Очевидны изменения уровня пульсаций при подключении внешнего кондёра, снижении входного напряжения, подключения пассивной нагрузки. Помех на радио и ТВ драйвер не наводит.

У продавца выставлена на продажу линейка драйверов светодиодов мощностью от 3 до 100вт. При этом электролитические конденсаторы по выходу сетевого выпрямителя имеются только у версий на 3 и 20вт, остальные такие же «пульсирующие» (см. наличие конденсатора по входу преобразователя):






Конечно, далеко не все разбираются в схемотехнике и могут по фото драйвера заключить, стоит ли его покупать или нет, тем более понять каким уровнем пульсаций выходного напряжения он может обладать. Поэтому хочу предостеречь народ (тех кто не планирует дорабатывать подобные драйверы установкой дополнительного конденсатора) от применения таких драйверов для освещения жилых помещений, особенно если напряжение в сети часто ниже номинального.

Источник

You may also like...