Kaip pasirinkti šviesos diodų lempos tvarkyklę: rūšys, paskirtis + prijungimo ypatumai

LED šviestuvai paplito masiškai, dėl ko prasidėjo aktyvi antrinių maitinimo šaltinių gamyba. LED lempos tvarkyklė gali stabiliai palaikyti nustatytas srovės vertes įrenginio išėjime, stabilizuodama įtampą, kuri praeina per diodų grandinę.

Mes papasakosime viską apie srovės keitimo įrenginio tipus ir veikimo principus, reikalingus diodinei lemputei veikti. Mūsų siūlomame straipsnyje pateikiami tvarkyklės pasirinkimo orientyrai, naudingi patarimai. Savarankiški namų elektrikai pas mus ras praktikoje patikrintas prijungimo schemas.

Paskirtis ir naudojimo sritis

Diodiniai kristalai susideda iš dviejų puslaidininkių – anodo (pliuso) ir katodo (minus), kurie atsako už elektrinių signalų transformaciją. Viena sritis turi P tipo laidumą, kita – N. Prijungus maitinimo šaltinį, per šiuos elementus tekės srovė.

Dėl tokios poliarizacijos elektronai iš P tipo zonos juda į N tipo zoną, ir atvirkščiai, krūviai iš N taško juda į P. Tačiau kiekvienas srities skyrius turi savo ribas, vadinamas P-N sandūromis. Šiose srityse dalelės susitinka ir abipusiškai sugeriamos arba rekombinuojamos.

Diodas priklauso puslaidininkiniams elementams ir turi tik vieną p-n sandūrą. Dėl šios priežasties pagrindinė charakteristika, lemianti švytėjimo ryškumo laipsnį, yra ne įtampa, o srovė.

P-N sandūrų metu įtampa sumažėja tam tikru voltų skaičiumi, visada vienodu kiekvienam grandinės elementui. Atsižvelgdama į šias vertes, tvarkyklė stabilizuoja įeinančios srovės rodiklius ir sukuria pastovią vertę išėjime.

Kokia reikalinga galia ir kokios nuostolių vertės P-N praėjimo metu nurodomos LED prietaiso pase. Todėl renkantis diodinę lemputę būtina atsižvelgti į maitinimo bloko parametrus, kurių diapazonas turi būti pakankamas prarastai energijai kompensuoti.

Kad galingi šviesos diodai atitiktų nurodytą specifikacijose laiką, reikalingas stabilizuojantis įrenginys – tvarkyklė. Ant elektroninio mechanizmo korpuso visada rodoma jo išėjimo įtampa.

10–36 V įtampos maitinimo blokai naudojami apšvietimo prietaisams aprūpinti.

Technika gali būti įvairių rūšių:

• automobilių, dviračių, motociklų žibintai ir pan.;
• maži nešiojami ar lauko žibintai;
• šviesos diodų linijos, juostos, lubų lemputės ir moduliai.

Tačiau mažos galios šviesos diodams, taip pat naudojant pastovią įtampą, tvarkyklių galima nenaudoti. Vietoj jų į grandinę įtraukiamas rezistorius, taip pat maitinamas iš 220 V tinklo.

Maitinimo bloko veikimo principas

Išsiaiškinkime, kuo skiriasi įtampos šaltinis ir maitinimo blokas. Kaip pavyzdį panagrinėkime toliau pavaizduotą schemą.

Prijungus prie 12 V maitinimo šaltinio 40 omų rezistorių, per jį tekės 300 mA srovė (A paveikslas). Lygiagrečiai į grandinę įjungus antrą rezistorių, srovės vertė bus 600 mA (B). Tačiau įtampa išliks nepakitusi.

Nepaisant dviejų rezistorių prijungimo prie maitinimo šaltinio, antrasis išėjime sukurs pastovią įtampą, nes idealiomis sąlygomis jis nepriklauso nuo apkrovos.

Dabar panagrinėkime, kaip pasikeis vertės, jei grandinėje rezistoriai bus prijungti prie maitinimo bloko. Analogiškai įvedame 40 omų reostatą su 300 mA tvarkykle. Pastaroji sukuria jame 12 V įtampą (C schema).

Jei grandinė sudaryta iš dviejų rezistorių, srovės dydis yra nepakitęs, o įtampa bus 6 V (D).

Tvarkyklė, skirtingai nei įtampos šaltinis, palaiko nustatytus srovės parametrus išėjime, tačiau įtampos galia gali keistis.

Apibendrinant galima teigti, kad kokybiškas keitiklis tiekia apkrovai vardinę srovę net ir nukritus įtampai. Atitinkamai, 2 V arba 3 V diodų kristalai su 300 mA srove degs vienodai ryškiai esant sumažintai įtampai.

Keitiklio skiriamosios charakteristikos

Vienas svarbiausių rodiklių – perduodama galia esant apkrovai. Įrenginio negalima perkrauti ir bandyti gauti maksimalius įmanomus rezultatus.

Netinkamas naudojimas prisideda prie greito gedimo ne tik apžvalgos mechanizmo, bet ir LED lustų.

Pagrindiniai veiksniai, įtakojantys darbą, yra:

• surinkimo procese naudojami komponentai;
• apsaugos laipsnis (IP);
• minimalios ir maksimalios įėjimo ir išėjimo vertės;
• gamintojas.

Šiuolaikiniai keitiklių modeliai gaminami mikroschemų pagrindu ir naudoja impulsų pločio moduliavimo (PWM) technologiją.

Maitinimo bloko veikimo metu, reguliuojant išėjimo įtampos dydį, yra taikomas impulsų pločio moduliavimo metodas, o išėjime išlieka tokia pati srovės rūšis kaip ir įėjime.

Tokie įrenginiai pasižymi aukštu apsaugos laipsniu nuo trumpųjų jungimų, tinklo perkrovų, taip pat turi padidintą naudingumo koeficientą.

Srovės keitiklio parinkimo taisyklės

Norint įsigyti LED lempos keitiklį, būtina išnagrinėti pagrindines prietaiso charakteristikas. Reikėtų remtis išėjimo įtampa, vardine srove ir išduodama galia.

Šviesos diodų galia

Pirmiausia panagrinėkime išėjimo įtampą, kurią lemia keli veiksniai:

• įtampos nuostolių vertė P-N kristalų perėjimuose;
• šviesos diodų skaičius grandinėje;
• prijungimo schema.

Vardinės srovės parametrus galima nustatyti pagal vartotojo savybes, būtent LED elementų galią ir jų ryškumo laipsnį.

Šis rodiklis turės įtakos kristalų suvartojamai srovei, kurios diapazonas kinta priklausomai nuo reikiamo ryškumo. Keitiklio užduotis – tiekti šiems elementams reikiamą energijos kiekį.

Išėjimo įtampos vertė turi būti didesnė arba lygi bendrai sunaudotos energijos sumai kiekviename elektros grandinės bloke.

Prietaiso galia priklauso nuo kiekvieno LED elemento srovės, jų spalvos ir kiekio.

Sunaudojamos energijos apskaičiavimui naudojama tokia formulė:

P_H = P_LED * N,

Kur

• P_LED – elektros apkrova, kurią sukuria vienas diodas,
• N – kristalų skaičius grandinėje.

Gauti rodikliai neturi būti mažesni už tvarkyklės galią. Dabar būtina nustatyti reikiamą vardinę vertę.

Maksimali prietaiso galia

Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad norint užtikrinti stabilų keitiklio darbą, jo vardiniai rodikliai turi viršyti gautą P_H reikšmę 20–30 %.

Taigi formulė įgauna tokią formą:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

kur P_max – maitinimo bloko vardinė galia.

Be galios ir vartotojų skaičiaus plokštėje, apkrovos stiprumas taip pat priklauso nuo vartotojo spalvinių veiksnių. Esant vienodai srovei, priklausomai nuo atspalvio, jie turi skirtingus įtampos kritimo rodiklius.

LED lempos tvarkyklė turi tiekti tokį srovės kiekį, kuris reikalingas maksimaliam ryškumui užtikrinti. Rinkdamasis prietaisą, pirkėjas turėtų atsiminti, kad galia turi būti didesnė, nei naudoja visi šviesos diodai.

Paimkime, pavyzdžiui, JAV firmos Cree šviesos diodus iš XP-E serijos raudonos spalvos.

Jų charakteristikos atrodo taip:

• įtampos kritimas 1,9–2,4 V;
• srovė 350 mA;
• vidutinė suvartojama galia 750 mW.

Žalios spalvos analogas, esant tokiai pačiai srovei, turės visiškai kitus rodiklius: nuostoliai P-N sandūrose 3,3-3,9 V, o galia 1,25 W.

Atitinkamai galima padaryti išvadas: 10 W galios tvarkyklė naudojama dvylikai raudonų kristalų arba aštuoniems žaliems maitinti.

LED prijungimo schema

Tvarkyklės pasirinkimas turėtų būti atliekamas nustačius LED vartotojų prijungimo schemą. Jei pirmiausia įsigysite šviesos diodus, o vėliau jiems parinksite keitiklį, šį procesą lydės daugybė sunkumų.

Norint rasti įrenginį, užtikrinantį būtent tokio skaičiaus vartotojų veikimą pagal nurodytą prijungimo schemą, teks sugaišti nemažai laiko.

Pateiksime pavyzdį su šešiais vartotojais. Jų įtampos nuostoliai yra 3 V, suvartojama srovė 300 mA. Jiems prijungti galima naudoti vieną iš metodų, o kiekvienu atveju reikalingi maitinimo bloko parametrai skirsis.

Nuosekliojo diodų išdėstymo trūkumas yra poreikis maitinimo blokui su didesne įtampa, jei grandinėje bus daug kristalų.

Mūsų atveju nuosekliai prijungiant reikalingas 18 V blokas su 300 mA srove. Pagrindinis tokio būdo pliusas yra tas, kad per visą liniją eina vienoda srovė, todėl visi diodai dega vienodu ryškumu.

Lygiagretaus vartotojų išdėstymo trūkumas yra kiekvienos grandinės švytėjimo ryškumo skirtumas. Toks neigiamas reiškinys atsiranda dėl diodų parametrų sklaidos dėl srovės, einančios per kiekvieną liniją, skirtumų.

Jei taikomas lygiagretus išdėstymas, pakanka naudoti 9 V keitiklį, tačiau sunaudojamos srovės vertė bus padvigubinta, palyginti su ankstesniu metodu.

Nuosekliojo išdėstymo po du diodus metodas negali būti taikomas keičiant į grupę įeinančių kristalų skaičių – 3 ir daugiau. Tokie apribojimai susiję su tuo, kad per vieną elementą gali tekėti per didelė srovė, o tai sukuria visos grandinės gedimo tikimybę.

Jei naudojamas nuoseklus metodas su poromis po du šviesos diodus, naudojama tvarkyklė su analogiškais rodikliais, kaip ir ankstesniu atveju. Tuomet apšvietimo ryškumas jau bus vienodas.

Tačiau ir čia neapsieita be neigiamų niuansų: tiekiant maitinimą grupei, dėl charakteristikų sklaidos vienas iš šviesos diodų gali atsidaryti greičiau nei antrasis, atitinkamai per jį ir tekės srovė, dvigubai viršijanti vardinę vertę.

Daugelis LED lempų, skirtų namų apšvietimui tipų yra suprojektuoti tokiems trumpalaikiams šuoliams, tačiau toks metodas yra mažiau paklausus.

Tvarkyklių rūšys pagal įrenginio tipą

Prietaisai, konvertuojantys 220 V maitinimą į reikiamus parametrus šviesos diodams, sąlygiškai skirstomi į tris kategorijas: elektroniniai; kondensatoriniai; reguliuojamo ryškumo.

Apšvietimo technikos aksesuarų rinka siūlo platų vairuotojų modelių asortimentą, daugiausia Kinijos gamintojų. Ir nepaisant žemos kainos, iš šių prietaisų galima pasirinkti gana vertą variantą. Tačiau reikia atkreipti dėmesį į garantinį taloną, nes ne visi pateikti gaminiai turi priimtiną kokybę.

Elektroninis prietaiso tipas

Idealiu atveju elektroninis keitiklis turėtų būti aprūpintas tranzistoriumi. Jo vaidmuo yra atlikti reguliavimo mikroschemos iškrovimą. Siekiant pašalinti arba kiek įmanoma išlyginti pulsaciją, išėjime montuojamas kondensatorius.

Tokio tipo įrenginys priklauso brangiai kategorijai, tačiau jis gali stabilizuoti srovę iki 750 mA, ko balastiniai mechanizmai negali.

Pačius naujausius vairuotojus dažniausiai montuoja ant lempučių su E27 lizdu. Išimtis – Gauss GU5,3 gaminiai. Jie aprūpinti keitikliu be transformatoriaus. Tačiau pulsacijos lygis juose siekia kelis šimtus Hz.

Pulsacija nėra vienintelis keitiklių trūkumas. Antruoju galima įvardinti aukšto dažnio (AD) diapazono elektromagnetinius trikdžius. Taigi, jei į kištukinį lizdą, susietą su šviestuvu, bus prijungti kiti elektros prietaisai, pavyzdžiui, radijas – galima tikėtis trikdžių priimant skaitmeninius FM dažnius, televiziją, maršrutizatorių ir t.t.

Kokybiško prietaiso papildomame įrenginyje turėtų būti du kondensatoriai: vienas – elektrolitinis pulsacijai išlyginti, kitas – keraminis, AD mažinimui. Tačiau tokį derinį galima sutikti retai, ypač kalbant apie Kinijos gaminius.

Tie, kas turi bendrų žinių apie tokias elektros schemas, gali savarankiškai parinkti elektroninio keitiklio išvesties parametrus, keisdami rezistorių nominalą.

Dėl aukšto naudingumo koeficiento (iki 95%) tokie mechanizmai tinka galingiems prietaisams, naudojamiems įvairiose srityse, pavyzdžiui, automobilių tiuninguose, lauko apšvietimo prietaisuose, taip pat buitiniuose LED šaltiniuose.

Maitinimo blokas su kondensatoriais

Dabar pereikime prie ne tokių populiarių įrenginių – kondensatorinių. Beveik visos pigių šviesos diodų lempų schemos, kuriose naudojami tokio tipo vairuotojai, turi panašias charakteristikas.

Tačiau dėl gamintojo pakeitimų jie patiria pakitimų, pavyzdžiui, pašalinamas kuris nors grandinės elementas. Ypač dažnai šia detale yra vienas iš kondensatorių – išlyginamasis.

Dėl nekontroliuojamo rinkos užpildymo pigiomis ir nekokybiškomis prekėmis vartotojai gali „jausti“ lempose 100% pulsaciją. Net nesigilindami į jų sandarą, galima teigti, kad iš grandinės pašalintas išlyginamasis elementas.

Tokie mechanizmai turi tik du pliusus: jie yra prieinami savarankiškam surinkimui, o jų naudingumo koeficientas prilygsta šimtui procentų, nes nuostoliai bus tik p-n sandūrose ir varžose.

Tiek pat neigiamų pusių: mažas elektros saugumas ir aukštas pulsacijos laipsnis. Antrasis trūkumas yra apie 100 Hz ir susidaro dėl kintamosios įtampos lyginimo. GOST nustato leistinos pulsacijos normą 10–20 %, priklausomai nuo patalpos, kurioje sumontuotas šviestuvas, paskirties.

Vienintelis būdas išlyginti šį trūkumą – tinkamos vardinės vertės kondensatoriaus parinkimas. Vis dėlto nereikėtų tikėtis visiško problemos pašalinimo – toks sprendimas gali tik sumažinti viršįtampių intensyvumą.

Dimmable srovės keitikliai

Draiveriai-šviesos reguliatoriai, skirti dimuojamoms LED lemputėms, leidžia keisti įeinančius ir išeinančius srovės rodiklius, o tuo pačiu metu mažėja arba didėja diodų skleidžiamos šviesos ryškumo laipsnis.

Yra du prijungimo būdai:

• pirmasis apima sklandų paleidimą;
• antrasis – impulsinis.

Apsvarstykite reguliuojamų draiverių veikimo principą, pagrįstą CPC9909 mikroschema, naudojama kaip reguliavimo aparatas šviesos diodų grandinėms, įskaitant ir didelio ryškumo.

Standartinės CPC9909 įjungimo su 220 V maitinimu schema. Pagal scheminius nurodymus yra galimybė valdyti vieną ar kelis galingus vartotojus.

Sklandaus paleidimo metu mikroschema su draiveriu užtikrina laipsnišką diodų įjungimą didėjančiu ryškumu. Šiam procesui naudojami du rezistoriai, prijungti prie LD išvado, skirto atlikti sklandaus reguliavimo užduotį. Taip realizuojama svarbi užduotis – prailginti LED elementų eksploatacijos trukmę.

Tas pats išvadas užtikrina ir analoginį reguliavimą – 2,2 kΩ rezistorius pakeičiamas galingesniu kintamu analogu – 5,1 kΩ. Tokiu būdu pasiekiamas sklandus potencialo kitimas išėjime.

Antrojo metodo taikymas apima stačiakampio tipo impulsų tiekimą į žemo dažnio PWMD išvadą. Tuo tarpu naudojamas arba mikrovaldiklis, arba impulsų generatorius, kurie būtinai atskiriami optopora.

Su korpusu ar be jo?

Draiveriai gaminami su korpusu arba be jo. Pirmasis variantas yra labiausiai paplitęs ir brangesnis. Tokie įrenginiai yra apsaugoti nuo drėgmės ir dulkių dalelių patekimo.

Antrojo tipo įrenginiai naudojami atliekant paslėptą montavimą ir atitinkamai išsiskiria pigumu.

Visių pateiktų prietaisų maitinimas gali būti iš 12 V arba 220 V tinklo. Nors bekorpusiai modeliai laimi kaina, jie gerokai atsilieka saugumo ir mechanizmo patikimumo atžvilgiu.

Kiekvienas iš jų skiriasi leistina temperatūra eksploatacijos metu – į tai taip pat reikia atkreipti dėmesį renkantis.

Klasikinė tvarkyklės schema

Norėdami savarankiškai surinkti LED maitinimo bloką, susipažinkime su paprasčiausiu impulsinio tipo įrenginiu, neturinčiu galvaninės atskirties. Pagrindinis tokio tipo schemų privalumas – paprastas prijungimas ir patikimas darbas.

220 V keitiklio schema pateikiama kaip impulsinis maitinimo blokas. Surinkimo metu būtina laikytis visų elektros saugos taisyklių, nes čia nėra srovės atidavimo ribų.

Tokio mechanizmo schema sudaryta iš trijų pagrindinių kaskadinių sričių:

1. Įtampos daliklis ant talpinės varžos.
2. Lyngintuvas.
3. Įtampos stabilizatoriai.

Pirmoji sritis – priešprieša, teikiama kintamajai srovei ant kondensatoriaus C1 su rezistoriumi. Pastarasis reikalingas tik inertinio elemento savarankiškam įkrovimui. Jis neturi įtakos schemos darbui.

Vardinė rezistoriaus vertė gali būti nuo 100 kΩ iki 1 MΩ, o galia – 0,5-1 W. Kondensatorius turi būti elektrolitinis, o jo efektyvi amplitudinė įtampos vertė – 400-500 V

Kai susidariusi įtampos pusbangis praeina per kondensatorių, srovė teka tol, kol plokštelės visiškai įkraunamos. Kuo mažesnė mechanizmo talpa, tuo mažiau laiko bus skirta jo visiškam įkrovimui.

Pavyzdžiui, 0,3-0,4 μF talpos prietaisas įkraunamas per 1/10 pusbangio periodo, t. y. tik dešimtoji praeinančios įtampos dalis praeis per šią sritį.

Lyginimo procesas šioje srityje atliekamas pagal Greto schemą. Diodinis tiltas parenkamas atsižvelgiant į vardinę srovę ir atvirkštinę įtampą. Pastaroji vertė neturi būti mažesnė nei 600 V

Antrasis kaskadas yra elektrinis įrenginys, transformuojantis (lyginantis) kintamąją srovę į pulsuojančią. Toks procesas vadinamas dvipusperiode. Kadangi viena pusbangio dalis buvo išlyginta kondensatoriaus, šios srities išėjime nuolatinė srovė bus lygi 20-25 V.

Kadangi LED maitinimas neturi viršyti 12 V, grandinei reikia naudoti stabilizuojantį elementą. Tam įvedamas talpinis filtras. Pavyzdžiui, galima naudoti modelį L7812

Trečiasis kaskadas veikia išlyginamojo stabilizuojančio filtro – elektrolitinio kondensatoriaus – pagrindu. Jo talpinių parametrų pasirinkimas priklauso nuo apkrovos stiprumo.

Kadangi surinkta grandinė iškart pradeda veikti, negalima liesti plikų laidų, nes praleidžiama srovė siekia dešimtis amperų – prieš tai atliekama linijų izoliacija.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Visi sunkumai, su kuriais gali susidurti radijo mėgėjas, renkantis keitiklį galingoms LED lempoms, išsamiai aprašyti vaizdo siužete:

Pagrindiniai savarankiško keitiklio prijungimo prie elektros grandinės ypatumai:

Žingsnis po žingsnio instrukcija, aprašanti LED tvarkyklės surinkimo savo rankomis procesą iš turimų priemonių:

Nepaisant gamintojo deklaruotų dešimčių tūkstančių valandų nepertraukiamo LED lempų veikimo, yra daug veiksnių, žymiai mažinančių šiuos rodiklius.

Visiems srovės šuoliams elektros sistemoje išlyginti yra skirti tvarkyklės. Jų pasirinkimą ar savarankišką surinkimą reikia vertinti atsakingai, apskaičiavus visus būtinus parametrus.

Papasakokite, kaip rinkote tvarkyklę LED lemputės darbui. Pasidalinkite savo argumentais ir būdais, kaip stabilizuoti įtampos tiekimą diodiniam apšvietimo įrenginiui. Palikite komentarus žemiau esančiame bloke, užduokite klausimus, talpinkite nuotraukas straipsnio tema.