Самодельный драйвер для светодиодов от сети 220в

Устройство светодиодных источников света

Внешний вид светодиодных ламп практически не отличается от традиционных источников света с металлической нитью накаливания. Они оборудованы стандартным цоколем с резьбой, что позволяет использовать их с обычными патронами и не вносить изменений в электрооборудование помещений. Однако светодиодные лампы существенно отличаются сложным внутренним устройством.

В их состав входят контактный цоколь, корпус, выполняющий функцию радиатора, плата питания и управления, плата со светодиодами и прозрачный колпак. Планируя использование светодиодных ламп в сети 220 В, следует помнить, что они не смогут работать с таким током и напряжением. Для того чтобы исключить перегорание светильников, в их корпусах устанавливаются платы питания и управления, снижающие напряжение и выпрямляющие ток.

Устройство такой платы оказывает серьезное влияние на срок эксплуатации лампы. В некоторых моделях перед диодным мостом устанавливается лишь резистор, а в некоторых случаях недобросовестные производители обходятся без него. В результате, лампы дают очень яркое свечение, но очень быстро сгорают из-за отсутствия стабилизирующих устройств. Поэтому качественные светильники непременно оборудуются стабилизаторами, например, балластными трансформаторами. В наиболее распространенных управляющих схемах используются сглаживающие фильтры, в состав которых входит конденсатор и резистор. В наиболее дорогих моделях в блоках управления и питания используются микросхемы.

Каждый отдельно взятый светодиод излучает довольно слабый свет. Поэтому для достижения нужного светового эффекта, группируется необходимое количество элементов. С этой целью используется плата, изготовленная из диэлектрического материала, с нанесенными токопроводящими дорожками. Примерно такие же платы применяются в других электронных устройствах.

Светодиодная плата является еще и понижающим трансформатором. С этой целью все элементы включаются последовательно в общую цепь, и сетевое напряжение равномерно распределяется между ними. Единственным существенным недостатком такой схемы является обрыв всей цепочки в случае перегорания хотя-бы одного светодиода.

Защиту всей лампы от попадания влаги, пыли и других негативных воздействий обеспечивает прозрачный колпак. Некоторые свойства колпака позволяют усилить общее свечение. Дело в том что его внутренняя сторона покрыта слоем люминофора, который начинает светиться под действием энергии квантов. Поэтому снаружи поверхность колпака выглядит матовой. Люминофор обладает более широкий спектр излучения, в несколько раз превышающий аналогичный показатель у светодиодов. В результате, излучение становится сравнимо с естественным солнечным светом. Без такого покрытия светодиоды оказывают раздражающее действие на глаза, вызывая усталость и болевые ощущения.

Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.

В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.

Электрическая схема

После подключения к источнику энергии ток с патрона переходит в цоколь. К цоколю припаяны провода, через которые происходит подача электроэнергии на драйвер. После преобразования ток подается на плату с диодами. Схема драйвера светодиодной лампы на 220 вольт может отличаться в зависимости от производителя.

Драйвер led-лампы на 220 В может быть:

• без стабилизации;
• со стабилизацией напряжения;
• со стабилизацией тока.

Самый простой первого типа. Второй тип скорее блок питания, а не то, что называется драйвером. Настоящий полноценный драйвер стабилизирует ток.

Особая разновидность – компактные автономные светильники, которые можно установить стационарно и перемещать. При наличии подключения к сети светодиод работает от нее, параллельно заряжается аккумулятор. В момент, когда сетевое напряжение отключается, схема переключается на работу освещения от АКБ. Изменение режима осуществляется при помощи выключателя, размещенного на корпусе.

Схемы с конденсаторами для снижения напряжения

Блоки питания без стабилизации используют некоторые китайские производители. Принцип работы основан на снижении напряжения на входе при помощи конденсатора. Лампа работает исправно, если в сети напряжение относительно стабильное.

На входе (кроме гасящего конденсатора) стоят резисторы. Ток поступает на диодный мост (выпрямляется), далее – на еще один конденсатор, потом – через резистор на последовательную цепочку светодиодов.

По строению такой драйвер вовсе не драйвер. При скачках напряжения светильник мигает, при повышении напряжения сгорает. Нормально такой источник света может работать только при отсутствии «скачков» в электросети. Есть 2 плюса – такие лампы стоят дешево и просто ремонтируются.

Принцип действия электрической схемы блока питания со стабилизацией напряжения достаточно простой. Конденсатор на входе снижает вольтаж до 20 В, потом ток поступает на диодный мост для выпрямления, после сглаживания вторым конденсатором переходит на стабилизатор, сглаживается третьим конденсатором, через резистор поступает на последовательную цепочку светодиодов.

Как работает светодиодная лампа

Источником света в светодиодной лампе является светоизолирующий диод, состоящий из полупроводникового кристалла, имеющего два вывода (катод и анод) и оптической системы. Далее по тексту будет использована аббревиатура СД или LED.

При прохождении электрического тока через полупроводник в прямом направлении, носители заряда (электроны и дырки) осуществляют рекомбинацию. В результате этого происходит оптическое излучение фотонов (из-за перехода электронов на другой энергетический уровень).

Также в лампе находится драйвер (специальная микросхема), который обеспечивает питание светодиода. Радиатор (система охлаждения) собирает и выводит излишнее тепло. Рассеиватель минимизирует потери света.

Схематическое изображение светодиода

Выпускаемые светодиодные лампочки на 220В могут отличаться между собой внешним дизайном, но принцип внутреннего устройства сохраняется для всех моделей.

Излучение света в лампах выполняется светодиодами, число и размеры кристаллов которых может варьироваться в зависимости от мощности и возможностей охлаждения. Их цветовой спектр задается веществом, входящим в структуру каждого кристаллика.

Чтобы добраться до пускового драйвера, необходимо аккуратно снять защитную «юбочку» лампы. Под ней откроется печатная плата либо монтажная сборка из соединенных между собой радиоэлементов.

На входе драйвера расположен диодный мост, подключенный к электрическому цоколю лампы, контактирующему с патроном. Благодаря ему переменное питающее напряжение выпрямляется в постоянное, поступает на плату и через нее подается к светодиодам.

Чтобы лучше рассеять излучаемый поток и защитить кристаллы от прикосновений, а также избежать их контакта с посторонними предметами, снаружи устанавливается рассеивающее защитное стекло (прозрачная пластмассовая колба). Поэтому своим внешним видом они очень напоминают традиционные источники света.

Для вкручивания лампочки в патрон их цоколи выполняют стандартных размеров Е14, Е27, Е40 и т.д. Это позволяет использовать лед лампы в домашней сети, не прибегая к каким либо изменениям в электропроводке.

Виды светодиодов

Диоды различают по форм-фактору, яркости свечения, типу луча света, мощности, габаритам. Но классифицировать их по таким признакам неудобно, поскольку модификаций может быть множество. Поэтому светодиоды подразделяют на классы:

1. Индикаторные;
2. Осветительные.

Индикаторные используются для цветовой подсветки, акцентирования и индикации. Светодиоды этой группы отличаются умеренной яркостью свечения, незначительной мощностью — не более 0,2 Вт. Применяются для подсветки приборных панелей, дисплеев, электроприборов.

Индикаторный тип светодиодов.

Осветительные LED-источники служат для производства светодиодных лампочек, работающих от сети 220 В. Они подходят для потолочных и настенных светильников, автомобильных фар, настольных ламп и фонарей. Их отличительная особенность — внушительная мощность (до десятков ватт). Мощный световой поток позволяет использовать такие изделия при освещении внутренних помещений, территорий.

Именно осветительные светодиоды ставят в лампочки на 220 В. Их выпускают в двух цветовых температурах (преимущественно) — холодный и теплый белый. Дополняют ударостойким корпусом для поверхностного монтажа, а также делят на подвиды.

Типы осветительных светодиодов 

К основным типам относят:

• слаботочные повышенной яркости SMD-диоды (модули или кластеры могут дополняться линзой для увеличения угла рассеивания) — характеристики светового потока зависят от количества использованных в модуле светодиодов;
• COB-кластеры (линейное, круглое или квадратное исполнение, отличаются большим количеством кристаллов) — широко применяются для производства уличных осветительных приборов: фонарей, прожекторов;
• Filаmеnt (стержень из большого числа LED-кристаллов, в длину может достигать 20 см) — используются для изготовления лампочек, имитирующих лампы накаливания, подходят для производственных помещений;
• OLED-светодиоды (имеют дисплейный тип, органическое тонкопленочное строение) — инновационные источники света, используются в дизайнерских люстрах, декоративных светильниках.

Органические OLED-светодиоды

Несмотря на технологические различия между типами светодиодов, их функционирование основывается на общем принципе работы излучающего кристалла — преобразование электрической энергии в световой поток. Сами кристаллы изготавливают из полупроводников с заданными параметрами проводимости.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64. 106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Напряжение питания светодиодов

Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии.

Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр.

Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе.

В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но, с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов.

Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта. В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт.

Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.

Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет.

В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору. Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода.

Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.

Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.

В отсутствии регулируемого блока питания можно запитать светодиод «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.

Как сделать светильник своими руками: подробные инструкции

Теперь рассмотрим самые популярные варианты изготовления светильников на основе светодиодных элементов. Разберем подробно, как своими руками сделать их корпус, и какие материалы лучше использовать для настольных и настенных ламп, а также декоративных приборов освещения и некоторых других моделей.

Настольный

Для изготовления своими руками настольного светильника в первую очередь потребуется модернизировать уже имеющий прибор освещения. Для этого нужно:

1. Извлечь родной патрон.
2. В качестве базы взять цоколь от вышеописанной экономной лампочки и поместить в него, соединяя по схеме, драйвер с гасящим конденсатором.
3. В качестве корпуса для светодиодных элементов можно использовать, к примеру, колпачок от дезодоранта подходящего размера.
4. По всей его площади просверливаются/пробиваются отверстия подходящего диаметра под 5-миллиметровые диоды (всего около 50-60).
5. К остатку цоколя от экономной лампочки корпус прикрепляется на небольшие саморезы к круглому пластиковому основанию диаметром как у колпачка. При этом сама основа крепится на небольшие уголки-подиумы также на крепежные элементы.
6. После фиксации и сбора светильник просто вкручивается вместо обычной лампы накаливания в плафон для настольника.

Настенный

Настенный светодиодный светильник может применяться в различных помещениях – ванной и санузле, на кухне и в детской, гостиной и прихожей, коридоре. Процедура изготовления его в форме круглого плафона своими руками выглядит следующим образом:

1. Прежде всего необходимо подобрать основание под монтаж диодов. Оно должно быть соразмерно рассеивателю. Например, можно вырезать дно от пластикового строительного ведра.
2. Рассчитав необходимое количество диодов (в среднем 100-120), необходимо строго по разметке равномерно проделать отверстия.
3. На обратной стороне основания закрепляется драйвер, при необходимости несколько штук.
4. Основание с диодами и драйверами обязательно фиксируется к базе плафона на саморезы. Для этого по середине необходимо установить пластиковый или металлический подиум.
5. Собранный прибор закрепляется на стену и закрывается рассеивателем.

Такой светильник с некоторой модернизацией можно приспособить не только для настенного, но и потолочного монтажа.

Декоративный

Светодиодные ленты представлены на рынке в достаточно широком разнообразии – по мощности, световой температуре, цветовым оттенкам и прочих параметрам. Самоделка на их основе не представляет ничего сложно, по крайней мере, сделать из них плафон для украшения намного проще, чем светильник с драйвером по вышеописанной схеме.

При этом оформление его корпуса и рассеивателя будет ограничиваться лишь рамками фантазии самого изготовителя. К светодиодной ленте потребуется блок питания, а также модуль управления, если планируется варьировать характеристики ее работы по цвету, световому потоку, интенсивности, времени.

Разновидности схем

Драйвер нужен для стабилизации напряжения и собирается с использованием схем на конденсаторах и трансформаторах. Второй вариант является более экономичным, а первый необходим для создания мощного светильника. Кроме этого существует еще одна разновидность схем – инверторные. Они используются на производстве диммируемых ламп и большом количестве чипов.

Импульсные драйвера

Если сравнивать с линейным драйвером, где используется конденсатор, импульсный отличается эффективной защитой от нестабильности в сети. Чтобы в деталях рассмотреть пример импульсной схемы диодной лампы, используем модель CPC9909. Эффективность этого изделия достигает 98%, поэтому её без преувеличения можно считать одной из самых экономичных и энергосберегающих.

Драйвер «CPC9909».

Схема подключения BP3122

Устройство можно подключать к высокому напряжению (550 В) благодаря встроенному драйверу со стабилизатором. Это упростило схему и снизило стоимость устройства.

Подключение с импульсным драйвером используется для активации освещения в случае аварии, и подойдет в качестве примера повышающих преобразователей. Дома на базе модели драйвера CPC9909 можно собрать светильник, который будет запитан от батарей или драйвера, но мощность при этом не превысит 25 В.

Диммируемые драйверы

С помощью диммируемого драйвера яркость светодиодной лампы можно регулировать, что позволит установить в каждой из комнат необходимый уровень освещения, снижать яркость света днем. Устройства используются, чтобы подчеркнуть некоторые предметы интерьера.

Схема подключения с диммером.

На производстве используют две разновидности диммируемых драйверов. У каждого есть плюсы и минусы. Одни работают на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Диммер устанавливают между диодами и блоком питания. Схема запитывается импульсами разной продолжительности. Наглядный пример ШИМ-регулировки — бегущая строка.

Вторая разновидность диммируемых драйверов влияет на источник питания. Они широко используются для изделий с возможностью стабилизации тока. Регулировка может повлиять на оттенок освещения. Если это белые чипы, при понижении силы тока они начнут светиться желтым светом, при увеличении синим.

Конденсаторные

Конденсаторную схему можно считать одной из самых продаваемых, она часто встречается в бытовых светильниках.

Схема с конденсатором.

Конденсатор C1 необходим, чтобы защитить устройство от помех в сети. С4 сгладит пульсации. При подаче тока резисторы R3-R2 ограничат его и предохранят схему от короткого замыкания. Элемент VD1 преобразовывает переменное напряжение. Когда подача тока прекратится, конденсатор разрядится через резистор R4. Но элементы R2-R3 используют далеко не все производители LED-светильников.

Светильник с диммером.

Чтобы проверить работоспособность конденсатора, используется мультиметр. Схема имеет несколько минусов:

• достичь высокой яркости свечения не получится, понадобятся более ёмкие конденсаторы;
• существует риск перегрева чипов из-за нестабильности подачи тока;
• нет гальванической развязки, возможен удар током. При разборке лампочки нельзя трогать токоведущие элементы голыми руками.

Несмотря на минусы, у схемы много преимуществ, лампы хорошо продаются. Это простота сборки, низкие цены и широта диапазона напряжения на выходе. Даже мастера со скромным опытом могут пробовать изготовить изделие самостоятельно. Для этого часть деталей можно снять со старых телевизоров или приемников.

Ремонт LED лампы серии «LLB» E27 6 Вт 128-1

Конструкция лампы идеально подходит для ремонта. Корпус легко разбирается.

Следует одной рукой держать цоколь, а второй повернуть защитный плафон против часовой стрелки.

Под корпусом расположено пять прямоугольных плат, на которые впаяны светодиоды. Прямоугольник припаян к круглой плате, на которой расположена схема драйвера.

Чтоб получить доступ к LED выводам, нужно снять одну из крышек. Для облегчения работы лучше снять плату, находящуюся в точках подачи напряжения драйвера. На фото видно, что эта стенка параллельна корпусу конденсатора и отдалена от него на максимальное расстояние.

Чтоб снять плату, необходимо прогреть места пайки паяльником. Затем, для ее снятия прогреваем пайку на круглой плате и она отсоединяется.

Доступ для проверки поломок открыт. Драйвер выполнен по простой схеме. Проверка его выпрямительных диодов, а так же всех светодиодов (в этой лампе их 128) не показала проблему.

Когда я осматривал места пайки, обнаружил, что они отсутствуют в некоторых точках. Эти места были пропаяны, кроме этого я соединил печатные дорожки плат по углам.

Когда вы смотрите на свет, то эти дорожки хорошо видны и можно легко определить, где какая дорожка.

Прежде чем собрать лампу, нужно было ее проверить. Для этого на плате была установлена перемычка, двумя временными проводами выпаянная часть лампы была подключена к источнику питания.

Лампа засветилась. Осталось впаять плату на прежнее место и собрать лампу.