Питание светодиодных лент
Светодиодная лента – это один из наиболее популярных источников светодиодного освещения. Светодиодная лента конструктивно состоит из множества SMD-светодиодов поверхностного типа, которые расположены на гибком основании. Данное основание служит также проводником электрической энергии. Каким образом светодиодная лента подключается к бытовой сети? В данной статье рассмотрим вопрос о том, как происходит питание светодиодных лент.
Как правило, светодиодные ленты рассчитаны на номинальное напряжение 12 вольт. Каждый элемент ленты рассчитаны на 4 вольта, соответственно в светодиодной ленте каждые три светодиода соединяются последовательно, потому что при последовательном соединении напряжение питания нескольких элементов равно сумме напряжений каждого из элементов. При параллельном соединении напряжение равно на всех соединенных элементов. Поэтому все элементы светодиодной ленты соединяются параллельно по три штуки. То есть каждые три элемента ленты получают по 12 вольт.
Исходя из этого принципа, на светодиодной ленте изображаются отметки, по которым можно произвести разрез ленты. Если произвести разрез ленты в другом участке, то есть там, где нет специального обозначения, лента работать не будет, так как не будет получать питание.
Бывают также случаи, когда на приобретенной ленте отсутствует метки, указывающие о возможности разреза в том или ином месте. В данном случае, руководствуясь вышеуказанным принципом питания светодиодов ленты, отрезайте часть ленты, количество элементов на которой кратно трем.
Например, можно отрезать участок светодиодной ленты, на котором расположено 24 элементов. В данном случае на ленте находится восемь параллельно соединенных групп, каждая из которых состоит из трех элементов.
Бывают случаи, когда в светодиодных лентах применяют светодиоды, которые рассчитаны на 3 вольта. В данном случае принцип питания элементов ленты отличается от вышеуказанного способа количеством элементов, соединенных последовательно. То есть в данной ленте соединены параллельно несколько групп по четыре элемента.
Питание светодиодной ленты осуществляется от специальных блоков питания. Существует огромное количество различных типов блоков питания, которые отличаются номинальной мощностью и конструктивным исполнением. То есть при выборе блока питания для питания светодиодной ленты необходимо учитывать номинальную потребляемую мощность ленты.
В зависимости от мощности блока питания, к нему может быть подключено несколько светодиодных лент. Можно также использовать несколько блоков питания для каждой ленты. Все зависит от потребляемой мощности лент.
Для питания одноцветной светодиодной ленты достаточно блока питания. Если вы приобрели RGB ленту, то для ее питания вам понадобится не только блок питания, но и контроллер. В данном случае контроллер выполняет функции регулировки степени освещения, а также управления цветами ленты.
Если возникла необходимость подключения нескольких светодиодных лент, то мощности одного блока питания и контроллера не хватит, так как RGB ленты комплектуются довольно мощными светодиодами. Можно использовать более мощный блок питания или включить два в параллельную работу, но контроллер может не выдержать большого тока нагрузки. Поэтому на один контроллер рекомендуется подключать не более одной светодиодной ленты.
Как подключить несколько светодиодных RGB лент?
Для этой цели существует такое устройство, как RGB усилитель сигнала. Данный усилитель получает питание от отдельного блока питания. Возможно также подключение усилителя и контроллера к одному блоку питания, но в данном случае необходимо использовать блок питания довольно внушительных размеров. RGB усилитель принимает сигнал с одной ленты и передает его на другую ленту. При этом сохраняется синхронность изменения цветов и яркости обоих светодиодных лент.
О том, как правильно выбрать светодиодную ленту читайте здесь — Советы по выбору светодиодной ленты, а блок питания здесь — Блоки питания для светодиодных лент.
Источник
Схемотехника блоков питания для светодиодных лент и не только
Светодиоды заменяют таким типы источников света, такие как люминесцентные лампы и лампы накаливания. Практически в каждом доме уже есть светодиодные лампы, они потребляют гораздо меньше двух своих предшественников (до 10 раз меньше чем лампы накаливания и от 2 до 5 раз меньше, чем КЛЛ или энергосберегающие люминесцентные лампы). В ситуациях, когда необходим длинный источник света, или нужно организовать подсветку сложной формы в ход идёт светодиодная лента.
Led лента идеальна для целого ряда ситуаций, главное её преимущество перед отдельными светодиодами и светодиодными матрицами являются источники питания. Их легче найти в продаже почти в любом магазине электротоваров, в отличие от драйверов для мощных светодиодов, к тому же подбор блока питания осуществляется только по потребляемой мощности, т.к. подавляющее большинство светодиодных лент имеют напряжение питания в 12 Вольт.
В то время как для мощных светодиодов и модулей при выборе источника питания нужно искать именно источник тока с требуемой мощностью и номинальным током, т.е. учитывать 2 параметра, что усложняет подбор.
В этой статье рассмотрены типовые схемы блоков питания и их узлы, а также советы по их ремонту для начинающих радиолюбителей и электриков.
Содержание статьи
Типы и требования к источникам питания для светодиодных лент и 12 В led ламп
Основное требование к источнику питания как для светодиодов, так и для светодиодных лент – качественная стабилизация напряжения/тока, вне зависимости от скачков сетевого напряжения, а также низкие выходные пульсации.
По типу исполнения блоки питания для LED продукции различают:
Герметичные. Они сложнее в ремонте, корпус не всегда поддаётся аккуратной разборке, а внутри и вовсе может быть залит герметиком или компаундом.
Негерметичные, для применения в помещении. Лучше поддаются ремонту, т.к. плата изымается после откручивания нескольких винтов.
По типу охлаждения:
Пассивное воздушное. Блок питания охлаждается за счёт естественной конвекции воздуха через перфорацию его корпуса. Недостаток – невозможность достигнуть высоких мощностей сохранив массогабаритные показатели;
Активное воздушное. Блок питания охлаждается с помощью кулера (небольшого вентилятора, как устанавливают на системных блоках ПК). Такой тип охлаждения позволяет достичь большей мощности при аналогичных размерах с пассивным блоком питания.
Схемы блоков питания для светодиодных лент
Стоит понимать, что нет в электронике такого понятия как «блок питания для светодиодной ленты», в принципе к любому устройству подойдёт любой блок питания с подходящим напряжением и током большим чем потребляемый прибором. Это значит, что информация описанная ниже применима к практически любым блокам питания.
Однако в обиходе проще говорить о блоке питания по его предназначению для конкретного устройства.
Общая структура импульсного блока питания
Для питания светодиодных лент и другой техники последние десятилетия применяются импульсные блоки питания (ИБП). Они отличаются от трансформаторных тем, что работают не на частоте питающего напряжения (50 Гц), а на высоких частотах (десятки и сотни килогерц).
Поэтому для его работы нужен генератор высокой частоты, в дешевых и рассчитанных на малые токи (единицы ампер) блоках питания часто встречается автогенераторная схема, она применяется в:
электронных балластах для люминесцентных ламп;
зарядных устройствах для мобильного телефона;
дешевых ИБП для светодиодных лент (10-20 вт) и других устройствах.
Схему подобного блока питания можно увидеть на рисунке (для увеличения нажмите на картинку):
Его структура следующая:
1. Голубым цветом выделен диодный мост, стоящий на входе блока питания он выпрямляет входное переменное напряжение, для питания следующих узлов постоянным напряжением величиной 220*1.41=310 В. В случае поломки – проверьте наличие и величину напряжения ДО моста и ПОСЛЕ него, если оно отсутствует – потребуется замена диодов или моста, если он собран в отельном корпусе.
На схеме не указан, но по линии 220 В может присутствовать предохранитель или низкоомный резистор, прежде чем приступать к ремонту проверьте его целостность.
2. Коричневым обведен фильтр пульсаций, его главным элементом является C4 – электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от того, насколько сэкономил производитель, обычно до 220 мкФ на 400 Вольт. L1 – фильтр пульсаций и электромагнитных помех, которые возникают при работе импульсного блока питания. В большинстве дешевых блоков питания он отсутствует.
Частая проблема фильтра – высыхание, взрыв или вздутие электролитического конденсатора, приводит к некачественной работе всего импульсного блока питания в целом или его полной неработоспособности. Заменить его можно таким же и большей ёмкости, но подходящим по размеру.
3. Зеленым цветом выделена силовая часть VT1 силовой транзистор, в данном случае полевой, но может быть и биполярный. T1 – импульсный трансформатор с тремя обмотками: первичной, вторичной и базовой.
Третья обмотка необходима для генерации высокочастотных колебаний – если интересен принцип работы автогенераторного блока питания лучше прочитать книги Моина, Зиновьева и другие учебники по источникам питания импульсного типа.
Импульсные трансформаторы гораздо меньше по габаритам, чем сетевые, опять же из-за работы на высоких частотах и выполнены не из железа, а из феррита. Чаще всего выходит из строя силовой ключ.
Прозвоните транзистор мультиметром в режиме проверки диодов, и вы сразу обнаружите его пробой или обрыв. Остальные элементы – это обвязка этого узла, по отдельности редко выходит из строя, в основном вслед за силовым транзистором. Однако всегда стоит убедиться в соответствии номинальным значениям резисторов и конденсаторов.
Диоды в обвязке трансформатора VD7 и VD5 выполняют роль снаббера защищая цепи от всплесков противо-ЭДС, в моменты переключения транзистора. Являются тоже довольно нагруженным и ответственным узлом.
4. Красным цветом выделена цепочка обратной связи по напряжению на базе регулируемого стабилитрона TL431 и их аналогов (любые буквы в обозначении с цифрами «431»). Дополнительная информация про TL431: Легендарные аналоговые микросхемы
В состав ОС включена оптопара U1, с её помощью в силовую часть автогенератора поступает сигнал с выхода и поддерживается стабильное выходное напряжение. В выходной части может отсутствовать напряжение из-за обрыва диода VD8, часто это сборка Шоттки, подлежит замене. Также часто вызывает проблемы вздутый электролитический конденсатор C10.
Как вы видите всё работает с гораздо меньшим количеством элементов, надёжность соответствующая…
Подборка материалов про виды, устройство и схемы светодиодных лент:
Ремонт светодиодных лент:
Более дорогие блоки питания
Схемы, которые вы увидите ниже часто встречаются в блоках питания для светодиодных лент, DVD-проигрывателей, магнитол и других маломощных устройств (десятки Ватт).
Прежде чем перейти к рассмотрению популярных схем, ознакомьтесь со структурой импульсного блока питания с ШИМ-контроллером.
Верхняя часть схемы отвечает за фильтрацию, выпрямление и сглаживание пульсаций сетевого напряжения 220, по сути аналогична как в предыдущем типе, так и в последующих.
Самое интересное – это блок ШИМ, сердце любого достойного блока питания. ШИМ-контроллер – это устройство управляющие коэффициентом заполнения импульсов выходного сигнала на основании уставки, определенной пользователем или обратной связи по току или напряжению. ШИМ может управлять как мощностью нагрузки с помощью полевого (биполярного, IGBT) ключа, так и полупроводниковым управляемым ключом в составе преобразователя с трансформатором или дросселем.
Изменяя ширину импульсов при заданной частоте – вы изменяете и действующее значение напряжение, сохраняя при этом амплитудное, вы можете проинтегрировать его с помощью C- и LC-цепей для устранения пульсаций. Такой метод называется Широтно-Импульсное Моделирование, то есть моделирование сигнала за счёт ширины импульсов (скважности/коэффициента заполнения) при постоянной их частоте.
На английском языке это звучит, как PWM-controller, или Pulse-Width Modulation controller.
На рисунке изображен биполярный ШИМ. Прямоугольные сигналы – это сигналы управления на транзисторах с контроллера, пунктиром изображена форма напряжения в нагрузке этих ключей – действующее напряжение.
Более качественные блоки питания малой средней мощности часто построены на интегральных ШИМ-котроллерах со встроенным силовым ключом. Преимущества перед автогенераторной схемой:
Рабочая частота преобразователя не зависит ни от нагрузки, ни от напряжения питания;
Более качественная стабилизация выходных параметров;
Возможность более простой и надежной настройки рабочей частоты на этапе проектирования и модернизации блока .
Ниже будут расположены несколько типовых схем блоков питания (для увеличения нажмите на картинку):
Здесь RM6203 – и контроллер и ключ в одном корпусе.
В этой схеме используется внешний MOSFET ключ.
То же самое, но на другой микросхеме.
Обратная связь осуществляется с помощью резистора, иногда оптопары подключенной к входу с названием Sense (датчик) или Feedback (обратная связь). Ремонт таких блоков питания в общем аналогичен. Если все элементы исправны, и напряжение питания поступает на микросхему (ножка Vdd или Vcc), значит дело скорее всего в ней, более точно можно определить с помощью осциллографа просмотрев сигналы на выходе (ножка drain, gate).
Практически всегда заменить такой контроллер можно любым аналогом с подобной структурой, для этого нужно сверить datasheet на тот, что установлен на плате и тот, что у вас в наличии и впаять, соблюдая распиновку, как это изображено на следующих фотографиях.
Или вот схематически изображена замена подобных микросхем.
Мощные и дорогие блоки питания
Блоки питания для светодиодных лент, а также некоторые блоки питания для ноутбуков выполняются на ШИМ-контроллере UC3842.
Схема более сложная и надежная. Основным силовым компонентом является транзистор Q2 и трансформатор. При ремонте нужно проверить фильтрующие электролитические конденсаторы, силовой ключ, диоды Шоттки в выходных цепях и выходные LC-фильтры, напряжения питания микросхемы, в остальном методы диагностики аналогичны (смотрите также — Как проверить микросхему).
Однако более подробная и точная диагностика возможна лишь с использованием осциллографа, в противном случае – проверьте короткие замыкания платы, пайку элементов и обрывы дороже. Может помочь замена подозрительных узлов на заведомо рабочие.
Более совершенные модели источников питания для светодиодных лент выполнены на практически легендарной микросхеме TL494 (любые буквы с цифрами «494») или её аналоге KA7500. Кстати на этих же контроллерах построено большинство компьютерных блоков питания AT и ATX.
Вот типовая схема блока питания на этом ШИМ-контроллере (нажмите на схему):
Такие блоки питания отличаются высокой надёжностью и стабильностью работы.
Краткий алгоритм проверки:
1. Запитываем микросхему согласно распиновки от внешнего источника питания 12-15 вольт (12 ножка – плюс, а на 7 ножку – минус).
2. На 14 ножки должно появиться напряжение 5 Вольт, которое будет оставаться стабильным при изменении питания, если оно «плавает» — микросхему под замену.
3. На 5 выводе должно быть пилообразное напряжение «увидеть» его можно только с помощью осциллографа. Если его нет или форма искажена – проверяем соответствие номинальным значениям времязадающей RC-цепи, которая подключена к 5 и 6 выводам, если нет – на схеме это R39 и C35, их под замену, если после этого ничего не изменилось – микросхема вышла из строя.
4. На выходах 8 и 11 должны быть прямоугольные импульсы, но их может не быть из-за конкретной схемы реализации обратной связи (выводы 1-2 и 15-16). Если выключить и подключить 220 В, на какое-то время они там появятся и блок снова уйдёт в защиту – это признак исправной микросхемы.
5. Проверить ШИМ можно закоротив 4 и 7 ножку, ширина импульсов увеличится, а закоротив 4 на 14 ножки – импульсы исчезнут. Если у вас получились другие результаты – проблема в МС.
Это наиболее краткая проверка данного ШИМ-контроллера, о ремонте блоков питания на их основе есть целая книга «Импульсные блоки питания для IBM PC» .
Хоть и посвящена она компьютерным блоками питания, но там много полезной информации для любого радиолюбителя.
Вывод
Схемотехника блоков питания для светодиодных лент аналогична любым блокам питания с подобными характеристиками, довольно хорошо поддаётся ремонту, модернизации и перестройки на необходимые напряжения, разумеется, в разумных пределах.
Смотрите также у нас на сайте:
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:
Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;
Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;
Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.
Starter box для первых экспериментов в подарок!
После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.
Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.
Источник