Hoe u een driver voor een LED-lamp kiest: typen, toepassing + aansluitingskenmerken

LED-armaturen hebben een massale verspreiding gekregen, waardoor de actieve productie van secundaire voedingen is begonnen. De LED-lampdriver is in staat om stabiel de ingestelde stroomwaarden aan de uitgang van het apparaat te handhaven, door de spanning die door de keten van diodes gaat, te stabiliseren.

We vertellen alles over de typen en werkingsprincipes van het stroomomvormingsapparaat voor de werking van de diodenlamp. In het door ons voorgestelde artikel worden richtlijnen voor het kiezen van de driver gegeven, nuttige aanbevelingen gedaan. Zelfstandige thuis elektriciens vinden bij ons in de praktijk geteste aansluitschema's.

Doel en toepassingsgebied

Diodenkristallen bestaan uit twee halfgeleiders – anode (plus) en kathode (minus), die verantwoordelijk zijn voor de transformatie van elektrische signalen. Het ene gebied heeft een geleiding van P-type, het tweede van N. Bij aansluiting van een voedingsbron zal er stroom door deze elementen vloeien.

Door deze polariteit stromen elektronen van de P-type zone naar de N-type zone, en omgekeerd, ladingen van punt N naar P. Echter heeft elk gebiedsdeel zijn eigen grenzen, P-N-overgangen genoemd. Op deze plaatsen komen deeltjes elkaar tegen en worden ze wederzijds geabsorbeerd of gerecombineerd.

De diode behoort tot de halfgeleiderelementen en heeft slechts één p-n overgang. Om deze reden is de belangrijkste eigenschap die de helderheid van hun licht bepaalt niet de spanning, maar de stroom.

Tijdens P-N overgangen daalt de spanning met een bepaald aantal volt, altijd hetzelfde voor elk element in de schakeling. Rekening houdend met deze waarden stabiliseert de driver de ingangsstroomwaarden en vormt een constante waarde aan de uitgang.

Welk vermogen is vereist en welke verlieswaarden bij P-N-doorgang worden vermeld in het gegevensblad van het LED-apparaat. Daarom moet u bij het kiezen van een LED-lamp rekening houden met de parameters van de voedingseenheid, waarvan het bereik voldoende moet zijn om de verloren energie te compenseren.

Om ervoor te zorgen dat krachtige LED's de in de specificaties aangegeven tijd functioneren, is een stabiliserende inrichting vereist: een driver. Op de behuizing van het elektronische mechanisme wordt altijd de uitgangsspanning aangegeven.

Voedingseenheden met een spanning van 10 tot 36 V worden gebruikt voor de uitrusting van verlichtingsarmaturen.

De apparatuur kan van zeer verschillende soorten zijn:

• koplampen van auto's, fietsen, motorfietsen, enz.;
• kleine draagbare of straatlantaarns;
• LED-strips, linten, plafondlampen en modules.

Echter voor laagvermogen LED's, en ook bij gebruik van constante spanning, is het toegestaan om geen drivers te gebruiken. In plaats daarvan wordt een weerstand in het circuit opgenomen, die ook wordt gevoed door het 220 V-net.

Werkingsprincipe van de voeding

Laten we bekijken wat de verschillen zijn tussen een spanningsbron en een voedingseenheid. Als voorbeeld beschouwen we het onderstaande schema.

Door een weerstand van 40 Ω aan te sluiten op een 12 V-voedingsbron, zal er een stroom van 300 mA doorheen lopen (figuur A). Bij parallelschakeling van een tweede weerstand in de keten wordt de stroomwaarde 600 mA (B). De spanning blijft echter onveranderd.

Ondanks het aansluiten van twee weerstanden op de voedingsbron, zal de tweede aan de uitgang een constante spanning genereren, omdat deze onder ideale omstandigheden niet aan de belasting onderhevig is.

Laten we nu bekijken hoe de waarden veranderen als weerstanden in de schakeling worden aangesloten op een voedingseenheid. Op dezelfde manier voegen we een reostaat van 40 Ω met een driver van 300 mA in. Deze laatste genereert er een spanning van 12 V op (schema C).

Als de keten uit twee weerstanden bestaat, blijft de stroomsterkte constant en wordt de spanning 6 V (D).

De driver, in tegenstelling tot de spanningsbron, handhaaft de ingestelde stroomparameters aan de uitgang, maar het spanningsvermogen kan variëren.

Concluderend kan worden gesteld dat een kwalitatieve omvormer de belasting van nominale stroom voorziet, zelfs bij spanningsdaling. Dienovereenkomstig zullen diodekristallen van 2 V of 3 V met een stroom van 300 mA even helder branden bij een verlaagde spanning.

Onderscheidende kenmerken van de omvormer

Een van de belangrijkste parameters is het overgedragen vermogen onder belasting. Het apparaat mag niet worden overbelast en men mag niet proberen de maximaal mogelijke resultaten te verkrijgen.

Onjuist gebruik draagt bij aan het snel defect raken van niet alleen het overzichtsmechanisme, maar ook van de LED-chips.

Tot de belangrijkste factoren die de werking beïnvloeden, behoren:

• de samenstellende elementen die in het assemblageproces worden gebruikt;
• de beschermingsgraad (IP);
• de minimale en maximale waarden aan ingang en uitgang;
• de fabrikant.

Moderne modellen van omvormers worden geproduceerd op basis van microchips en maken gebruik van pulsbreedtemodulatietechnologie (PWM).

Tijdens de werking van de voeding wordt voor het regelen van de uitgangsspanning de methode van pulsbreedtemodulatie toegepast. Hierbij blijft aan de uitgang hetzelfde type stroom behouden als aan de ingang.

Dergelijke apparaten kenmerken zich door een hoge mate van bescherming tegen kortsluiting en overbelasting van het net, en hebben ook een hoog rendement.

Regels voor het kiezen van de stroomomvormer

Om een LED-lampomvormer aan te schaffen, dient u de belangrijkste kenmerken van het apparaat te bestuderen. U moet zich baseren op de uitgangsspanning, de nominale stroom en het geleverde vermogen.

Vermogen van de lichtdiodes

Laten we eerst de uitgangsspanning bekijken, die afhankelijk is van verschillende factoren:

• de waarde van spanningsverlies over de P-N-overgangen van de kristallen;
• het aantal lichtdiodes in de keten;
• het aansluitschema.

De parameters van de nominale stroom kunnen worden bepaald aan de hand van de karakteristieke eigenschappen van de verbruiker, namelijk het vermogen van de LED-elementen en hun helderheidsgraad.

Deze waarde beïnvloedt de stroom die door de kristallen wordt verbruikt, waarvan het bereik varieert op basis van de gewenste helderheid. De taak van de omvormer is om deze elementen de benodigde hoeveelheid energie te leveren.

De waarde van de uitgangsspanning moet groter zijn dan of gelijk aan het totale energieverbruik in elke eenheid van het elektrische schema.

Het vermogen van het apparaat hangt af van de stroomsterkte van elk LED-element, hun kleur en aantal.

Voor de berekening van het energieverbruik wordt de volgende formule gebruikt:

P_H = P_LED * N,

Waarbij

• P_LED – de elektrische belasting die door één diode wordt gecreëerd,
• N – het aantal kristallen in de schakeling.

De verkregen waarden mogen niet kleiner zijn dan het vermogen van de driver. Nu moet de vereiste nominale waarde worden bepaald.

Maximaal vermogen van het apparaat

Er moet ook rekening mee worden gehouden dat voor een stabiele werking van de omvormer de nominale waarden het verkregen P_H met 20-30% moeten overschrijden.

De formule wordt dus:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

waarbij P_max – het nominale vermogen van de voeding is.

Naast het vermogen en het aantal verbruikers op de printplaat, is de belastingsterkte ook afhankelijk van de kleurfactoren van de verbruiker. Bij dezelfde stroom hebben ze, afhankelijk van de tint, verschillende spanningsvalwaarden.

De driver voor LED-lampen moet de hoeveelheid stroom leveren die nodig is voor maximale helderheid. Bij het kiezen van een apparaat moet de koper eraan denken dat het vermogen groter moet zijn dan wat alle LED's gebruiken.

Laten we als voorbeeld de LED's van het Amerikaanse bedrijf Cree uit de XP-E-serie in de kleur rood nemen.

Hun kenmerken zijn als volgt:

• spanningsval 1,9-2,4 V;
• stroom 350 mA;
• gemiddeld stroomverbruik 750 mW.

Een analoog van de groene kleur bij dezelfde stroom zal heel andere waarden hebben: spanningsval over P-N-overgangen 3,3-3,9 V, en vermogen 1,25 W.

Dienovereenkomstig kunnen conclusies worden getrokken: een driver ontworpen voor 10 W wordt gebruikt om twaalf rode chips of acht groene van stroom te voorzien.

Aansluitschema van de LED's

De keuze van de driver moet worden gemaakt nadat het aansluitschema van de LED-verbruikers is bepaald. Indien u eerst de LED's aanschaft en vervolgens een omvormer kiest, zal dit proces met tal van moeilijkheden gepaard gaan.

Om een apparaat te vinden dat precies dat aantal verbruikers bij een gegeven aansluitschema van stroom voorziet, zult u veel tijd moeten besteden.

Laten we een voorbeeld geven met zes verbruikers. De spanningsval bij hen is 3 V, het stroomverbruik 300 mA. Voor de aansluiting kunt u een van de methoden gebruiken, waarbij in elk afzonderlijk geval de vereiste parameters van de voeding zullen verschillen.

Een nadeel van de serieopstelling van de diodes is de behoefte aan een voeding met een hoge spanning als er veel chips in de keten zitten.

In ons geval is bij seriële aansluiting een voeding van 18 V met een stroom van 300 mA nodig. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat er door de hele lijn dezelfde stroomsterkte loopt, waardoor alle diodes met identieke helderheid branden.

Een nadeel van parallelle plaatsing van verbruikers is het verschil in helderheid van elke keten. Dit negatieve verschijnsel treedt op door de spreiding van diodeparameters als gevolg van verschillen in de stroom die door elke lijn loopt.

Indien parallelle plaatsing wordt toegepast, volstaat het om een omvormer van 9 V te gebruiken, maar de benodigde stroomwaarde zal verdubbeld zijn in vergelijking met de vorige methode.

De methode van seriële plaatsing per twee diodes kan niet worden toegepast met een wijziging van het aantal chips in de groep – 3 of meer. Dergelijke beperkingen houden verband met het feit dat er door één element een te grote stroom kan lopen, wat de kans op uitval van de hele keten vergroot.

Indien de seriële methode met paren van twee LED's wordt gebruikt, wordt een driver met vergelijkbare specificaties gebruikt als in het vorige geval. Daarbij zal de helderheid van de verlichting reeds uniform zijn.

Echter ook hier waren er negatieve nuances: bij het toevoeren van voeding aan de groep, kan vanwege de spreiding in kenmerken een van de LED's sneller openen dan de tweede, en daardoor zal er stroom doorheen gaan die tweemaal de nominale waarde overschrijdt.

Veel soorten LED-lampen voor thuisverlichting zijn ontworpen voor dergelijke kortstondige pieken, maar deze methode behoort tot de minder populaire.

Soorten drivers op type apparaat

Apparaten die de voeding van 220 V omzetten naar de benodigde waarden voor LED's, worden grofweg in drie categorieën verdeeld: elektronische; op basis van condensatoren; dimbare.

De markt voor verlichtingsaccessoires biedt een grote verscheidenheid aan drivermodellen, voornamelijk van Chinese makelij. En ondanks de lage prijsklasse, kunt u uit deze apparaten een zeer behoorlijke optie kiezen. Het is echter raadzaam om op de garantiekaart te letten, aangezien niet alle aangeboden producten van aanvaardbare kwaliteit zijn.

Elektronisch type apparaat

In het ideale geval moet een elektronische omvormer zijn uitgerust met een transistor. De rol ervan is het ontlasten van de regel-IC. Om rimpel te voorkomen of maximaal glad te strijken, wordt aan de uitgang een condensator gemonteerd.

Een dergelijk apparaat behoort tot de dure categorie, maar het is in staat stroom te stabiliseren tot 750 mA, wat ballastmechanismen niet kunnen.

De nieuwste drivers worden meestal geïnstalleerd op lampen met E27-fitting. Uitzondering op de regel zijn Gauss GU5,3-producten. Ze zijn uitgerust met een transformatorloze omvormer. De mate van rimpel bereikt echter enkele honderden Hz.

Rimpel is niet het enige nadeel van omvormers. Een tweede is elektromagnetische interferentie in het hoogfrequente (HF) bereik. Als er bijvoorbeeld andere elektrische apparaten zoals een radio worden aangesloten op het stopcontact dat aan het armatuur is gekoppeld, kunt u storing verwachten bij het ontvangen van digitale FM-frequenties, televisie, router, enz.

In een optioneel apparaat van een kwaliteitsproduct moeten twee condensatoren aanwezig zijn: een elektrolytische voor het gladstrijken van rimpel, en een keramische voor het verminderen van HF. Een dergelijke combinatie is echter zeldzaam, vooral als het om Chinese producten gaat.

Degenen die algemene kennis hebben van dergelijke elektrische schema's, kunnen zelf de uitgangsparameters van de elektronische omvormer aanpassen door de weerstandswaarden te wijzigen.

Dankzij het hoge rendement (tot 95%) zijn dergelijke mechanismen geschikt voor krachtige apparaten die in verschillende toepassingen worden gebruikt, bijvoorbeeld voor autotuning, in straatverlichting, en ook voor huishoudelijke LED-bronnen.

Voeding op basis van condensatoren

Nu gaan we over naar minder populaire apparaten – op basis van condensatoren. Vrijwel alle schakelingen van goedkope LED-lampen waarbij dit type drivers wordt gebruikt, hebben vergelijkbare kenmerken.

Als gevolg van aanpassingen door de fabrikant ondergaan ze echter veranderingen, zoals het verwijderen van een of ander circuitelement. Bijzonder vaak is dit onderdeel een van de condensatoren – de afvlakcondensator.

Als gevolg van de ongecontroleerde vulling van de markt met goedkope en kwalitatief slechte producten kunnen gebruikers een 100% rimpel in lampen 'voelen'. Zelfs zonder diep in hun werking te duiken, kan worden gesteld dat het afvlakkende element uit de schakeling is verwijderd.

Voordelen van dergelijke mechanismen zijn er slechts twee: ze zijn geschikt voor zelfmontage en hun rendement wordt als 100% beschouwd, omdat verliezen alleen optreden bij pn-overgangen en weerstanden.

Er zijn evenveel nadelen: lage elektrische veiligheid en een hoge mate van rimpel. Het tweede nadeel bedraagt ongeveer 100 Hz en ontstaat door gelijkrichting van de wisselspanning. In de GOST is een norm voor toegestane rimpel van 10-20% voorgeschreven, afhankelijk van de bestemming van de ruimte waar het verlichtingsapparaat is geïnstalleerd.

De enige manier om dit nadeel te verminderen is het kiezen van een condensator met de juiste nominale waarde. Desalniettemin moet men niet rekenen op een volledige eliminatie van het probleem – een dergelijke oplossing kan alleen de intensiteit van de pieken verminderen.

Dimbare stroomomvormers

Dimdrivers voor dimbare LED-lampen maken het mogelijk om de ingangs- en uitgangsstroomwaarden te wijzigen, waarbij de helderheid van het door de diodes uitgestraalde licht afneemt of toeneemt.

Er zijn twee aansluitmethoden:

• de eerste omvat een zachte start;
• de tweede is impulsief.

Bekijk het werkingsprincipe van dimbare drivers op basis van de CPC9909-chip, die wordt gebruikt als regelapparaat voor LED-circuits, ook met hoge helderheid.

Schema van standaard inschakeling van CPC9909 met voeding 220 V. Volgens de schematische aanwijzingen is het mogelijk om een of meerdere krachtige verbruikers te regelen.

Bij een zachte start zorgt de chip met driver voor een geleidelijke inschakeling van de diodes met toenemende helderheid. Voor dit proces worden twee weerstanden gebruikt die zijn aangesloten op de LD-pin, bestemd voor het uitvoeren van de taak van zacht dimmen. Zo wordt een belangrijke taak gerealiseerd – het verlengen van de levensduur van LED-elementen.

Dezelfde pin zorgt ook voor analoge regeling – de weerstand van 2,2 kΩ wordt vervangen door een krachtiger variabel alternatief van 5,1 kΩ. Zo wordt een geleidelijke verandering van de uitgangspotentiaal bereikt.

De toepassing van de tweede methode vereist het toevoeren van rechthoekige pulsen naar de laagfrequente uitgang PWMD. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een microcontroller of een pulsgenerator, die verplicht worden gescheiden door een optocoupler.

Met behuizing of zonder?

Drivers worden met of zonder behuizing uitgebracht. De eerste optie is de meest voorkomende en duurdere. Dergelijke apparaten zijn beschermd tegen binnendringend vocht en stofdeeltjes.

Apparaten van het tweede type worden gebruikt bij verborgen montage en zijn dan ook goedkoper.

De voeding van alle getoonde apparaten kan 12 V of 220 V zijn. Hoewel de modellen zonder behuizing goedkoper zijn, blijven ze aanzienlijk achter op het gebied van veiligheid en betrouwbaarheid van het mechanisme.

Elk van hen heeft een toegestane temperatuur tijdens gebruik – hier moet ook op worden gelet bij de selectie.

Klassiek schema van de driver

Voor het zelf assembleren van een LED-voeding bespreken we het eenvoudigste apparaat van het impuls type zonder galvanische scheiding. Het belangrijkste voordeel van dit soort schakelingen is eenvoudige aansluiting en betrouwbare werking.

De schakeling van de omvormer voor 220 V wordt gepresenteerd als een impulsvoeding. Bij de montage moeten alle elektrische veiligheidsvoorschriften worden nageleefd, omdat er hier geen grenzen zijn aan de stroomafgifte.

De schakeling van een dergelijk mechanisme bestaat uit drie hoofdcascadegebieden:

1. Spanningsdeler met capacitieve weerstand.
2. Gelijkrichter.
3. Spanningsstabilisatoren.

Het eerste gedeelte is de weerstand die wordt geboden aan wisselstroom door de condensator C1 met een weerstand. De laatste is uitsluitend nodig voor het zelf opladen van het inerte element. Het heeft geen invloed op de werking van de schakeling.

De nominale waarde van de weerstand kan in het bereik van 100 kΩ tot 1 MΩ liggen, met een vermogen van 0,5-1 W. De condensator moet elektrolytisch zijn en de effectieve spanningsamplitude moet 400-500 V zijn.

Wanneer de gevormde halve spanningsgolf door de condensator gaat, stroomt de stroom totdat de platen volledig zijn opgeladen. Hoe kleiner de capaciteit van het mechanisme, hoe minder tijd er nodig is voor de volledige lading.

Bijvoorbeeld, een apparaat met een capaciteit van 0,3-0,4 μF laadt op in 1/10 van de halve golfperiode, d.w.z. slechts een tiende van de doorgaande spanning zal door dit gedeelte gaan.

Het gelijkrichtingsproces in dit gedeelte wordt uitgevoerd volgens het Graetz-schema. De diodebrug wordt gekozen op basis van de nominale stroom en de sperspanning. Daarbij mag de laatste waarde niet minder zijn dan 600 V.

De tweede trap is een elektrisch apparaat dat wisselstroom omzet (gelijkricht) in pulserende stroom. Dit proces wordt dubbelfasig genoemd. Omdat een deel van de halve golf door een condensator is afgevlakt, zal de gelijkstroom aan de uitgang van deze sectie 20-25 V zijn.

Omdat de voeding van de leds niet hoger mag zijn dan 12 V, moet voor het circuit een stabiliserend element worden gebruikt. Hiervoor wordt een capacitief filter geïntroduceerd. Bijvoorbeeld kan model L7812 worden gebruikt.

De derde trap werkt op basis van een afvlakkend stabiliserend filter – een elektrolytische condensator. De keuze van zijn capacitieve parameters hangt af van de belastingssterkte.

Aangezien het gemonteerde circuit onmiddellijk zijn werk hervat, mag men geen kale draden aanraken, omdat de geleverde stroom tientallen ampères kan bereiken – de lijnen worden vooraf geïsoleerd.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Alle problemen die een radioamateur kan tegenkomen bij het kiezen van een converter voor krachtige LED-lampen, worden in detail beschreven in de videoclip:

Belangrijkste kenmerken van het zelf aansluiten van een converteerapparaat in het elektrische circuit:

Stapsgewijze instructie die het proces beschrijft van het zelf bouwen van een led-driver uit alledaagse materialen:

Ondanks de door de fabrikant opgegeven tienduizenden uren ononderbroken werking van led-lampen, zijn er tal van factoren die deze prestaties aanzienlijk verminderen.

Drivers zijn bedoeld om alle stroomsprongen in het elektrische systeem af te vlakken. Bij de keuze of zelfbouw ervan moet men verantwoordelijk te werk gaan na het berekenen van alle noodzakelijke parameters.

Vertel ons hoe u een driver hebt gekozen voor de werking van een led-lamp. Deel uw argumenten en manieren om de spanningstoevoer naar het diode-verlichtingsapparaat te stabiliseren. Laat reacties achter in het onderstaande blok, stel vragen, plaats foto's over het onderwerp van het artikel.