Драйвер для светодиодных прожекторов своими руками

Как сделать простой драйвер для светодиодов с питанием от 220 В своими руками

Светодиоды по сравнению с традиционными лампочками накала эффективны, экономны и долговечны, однако при этом очень дороги, поэтому есть смысл изготовить их своими руками, но при этом для питания их от сети 220 В понадобится специальный драйвер. Поэтому рассмотрим, как самостоятельно изготовить этот модуль, что вообще он собой представляет и зачем нужен, каковы его особенности и принцип действия, как выглядит его схема, какие компоненты в ней применяются и каковы нюансы варианта без стабилизатора тока.

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него. Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Обратите внимание! Величина напряжения на выходе из драйвера напрямую определяет способ и тип подключаемого светодиода. Если питание лампы идет от бытовой сети, параметр этого модуля должен быть на 220 В. Это нужно учитывать при покупке компонентов для светильника и стабилизатора, изготавливаемого своими руками.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок – трансформатор.

При изготовлении преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило, представляет собой набор пространственно расположенных в определенной композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт). Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80 Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке, а также стабилизаторы.

Изготовление драйвера светодиодов на 220В своими руками

Для изготовления самодельного драйвера своими руками потребуются радиодетали для создания трех взаимодействующих сегментов:

1. Делитель напряжения, основанный на емкостном сопротивлении.
2. Мост из диодов.
3. Стабилизатор.

Кроме того, понадобятся следующие инструменты, приборы и расходники:

1. Паяльная станция мощностью около 30 Вт.
2. Нейтральный флюс.
3. Припой оловянно-свинцового состава.
4. Пассатижи для загиба выводов.
5. Кусачки для отреза проводки.
6. Многожильные медные проводники в изоляции сечением от 0,35 до 1 мм 2 .
7. Прибор для контрольного измерения (мультиметр).
8. Изолента/трубка термоусадочная.
9. Монтажная макетная плата на базе текстолита.

Внимание! Рассматриваемый вариант импульсного драйвера на 220 В для светодиода, изготавливаемого из своих средств, не имеет ограничения по производимому току. Поэтому обращаться с ним во включенном состоянии нужно крайне осторожно. На выходе сила тока может достигать 10 А – соприкосновение руками с оголенной проводкой может привести к мощному электроудару.

Инструкция по сборке драйвера своими руками

Инструкция по изготовлению своими руками драйвера светодиода с питанием от 220 В включает следующие действия:

1. Подготавливается макетная плата необходимого размера.
2. Сначала припаиваются крупные компоненты цепи.
3. Затем поочередно в соответствии со схемой монтируются мелкие элементы – резисторы, диоды, конденсаторы.
4. В последнюю очередь устанавливаются транзисторы и переменный резистор.
5. Распределение компонентов должно быть таким, чтобы расстояние между ними было как можно меньше.
6. Соединение диодов происходит с учетом полярности (для транзисторов – по распиновке).
7. По завершении сборки схему нужно подключить и провести замеры мультиметром.

Создание драйвера для светильника из светодиодов для подключения их к питанию на 220 В доступно своими руками любому желающему, имеющему опыт работы с радиокомпонентами. В ходе сборки не потребуется особых оборудования и материалов – все инструменты и детали можно приобрести в специализированных магазинах. К тому же, при правильном подходе и качественных составляющих собранная схема обеспечит стабильность и долговечность прибору освещения не хуже покупного аналога.

Схема

Предложенная ниже схема драйвера представляет собой совокупность трех последовательно взаимодействующих между собой каскадов:

1. Первая область отвечает за понижение амплитуды напряжения. В основе лежит емкостный керамический конденсатор (500 вольт) с резистором для самозарядки первого. Его номинал может варьироваться в широких пределах – от 100 до 1000 кОм и от 500 до 1000 мВт. Принцип действия его основан на том, что он пропускает ток до полной зарядки обкладок. При емкости в 0,3 мкФ это время составит всего десятую часть период полуволны 220 В – то есть всего 1/10 поступающего напряжения.
2. Второй сегмент выполняет роль выпрямления тока из переменного в постоянный. Это цепь диодных полярно соединенных элементов. В данной цепи на выходе его номинал составит порядка 24 В (с учетом деления в предыдущем блоке).
3. Заключительный элемент сглаживает и стабилизирует электроток. Для цели сглаживания применяется параллельно подключенный конденсатор электролитической модификации (емкость определяется мощностью нагрузки). Стабилизатором напряжения в предложенной схеме выступает модуль L7812.

Конденсатор в сочетании с диодным мостиком выполняет задачу делителя напряжения, поэтому если входное напряжение будет меняться, соответственно иное значение его получится и на выходе.

Компоненты

Для сборки своими руками предложенной выше схемы драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220В, потребуется следующий набор радиокомпонентов:

1. Светодиоды 12 штук с параметрами – 3,3 вольта 1 ватт (для сборки своими руками лэд-лампы питанием от 220 В).
2. Конденсатор керамического типа – 0,3 мкФ, 500 вольт – 1 штука.
3. Резисторный модуль – от 0,5 до 1 Ом и 0,5-1 Вт – 1 экземпляр.
4. Четыре диода по 100 В каждый.
5. Пара конденсаторов электролитического типа на 16 вольт 100 и 330 мкФ.
6. 12-вольтовый стабилизатор напряжения модели L7812, либо его аналог.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

Рассмотрим схему подключения драйвера без блока стабилизатора. Как известно, отсутствие трансформатора в подобном приборе приводит к пульсации напряжения и, соответственно, яркости свечения светодиодов. Лишь частично эту проблему устраняет идущий после диодного мостика конденсатор. Однако пульсировать амплитуда все же будет – в рамках 2-3 вольт.

Вариант со стабилизатором на 12 вольт решают эту задачу полностью, поэтому и смонтированный своими руками такой драйвер по степени пульсации амплитуды напряжения не будет уступать покупным дорогим аналогам.

Рекомендация! При необходимости создания мощного прожектора на базе светодиодов с питанием от 220 В драйвер придется несколько модифицировать. В частности, в выходной сегмент лучше установить стабилизатор на 24 вольта, так как параметры тока у L7812 равны 1,2 ампера, что ограничивает светильник в рамках 10 ватт. Поэтому лучше выбрать стабилизирующий модуль на 5 А, однако ввиду его большого нагрева потребуется монтировать его на радиатор.

Основные выводы

Даже самый простой светодиод, если его питание происходит от 220 В переменного тока, требует для стабильности работы драйвер. Его основное значение – стабилизация, выпрямление тока и снижение напряжения. Изготовлен ли он своими руками, или куплен в магазине, его характеризуют три основных параметра:

1. Номинальный ток.
2. Мощность.
3. Напряжение на выходе.

Драйвер для питания светодиодов от 220 В состоит из трех взаимодействующих каскадов – емкостного делителя напряжения, диодного выпрямляющего мостика и стабилизатора. Для монтажа подобного прибора своими руками потребуется запастись необходимыми радиокомпонентами и набором инструментов, купить которые можно в любом специализированном магазине. В ходе сборки устройства нужно строго придерживаться предложенной схемы и инструкции.

Если у вас есть опыт создания своими руками аналогичного драйвера или иной его модификации для светодиода с питанием от сети 220 В, обязательно напишите об этом в комментариях.

Источник

ДРАЙВЕР ПРОЖЕКТОРА ДЛЯ ФОТОСЪЁМКИ

Всё началось с того, что нужен был простой в использовании небольшой прожектор, чтобы фотографировать различные объекты, поэтому был он собран с белыми светодиодами. Поскольку он предназначен для использования в качестве вспомогательного источника света, то должен иметь возможность изменять цветовую температуру. Для этого проекта использовались белые светодиоды мощностью 10 Вт от Sharp.

Мощность светодиодной лампы может считаться слишком малой для фотографического света, но она имеет достаточный световой поток для небольших объектов благодаря своей высокой светоотдаче и направленности. Это также позволяет использовать её в любом месте без источника питания переменного тока, с небольшой автономной батареей.

Цветовая температура

Интенсивность излучения черного тела и его спектральное распределение зависят от температуры этого тела. Излучение черного тела при высокой температуре воспринимается глазом, и его цвет меняется в зависимости от температуры. Цвет обычно выглядит красным, оранжевым, желтым, белым и сине-белым при повышении температуры.

Температура тела, соответствующая световому цвету излучения, называется цветовой температурой. На рисунке 1 показано излучение черного тела при различных температурах в видимом свете. Обратите внимание, что интенсивность излучения резко меняется в зависимости от температуры, приведенной к той же мощности в области графика.

Чтобы излучать белый свет при произвольной цветовой температуре, берут компонентный свет на основе светодиода RGB. Но светодиод RGB не используется для обычного освещения из-за его плохого CRI (индекса цветопередачи).

Индекс цветопередачи нужен для объяснения способности источника света воспроизводить цвета различных объектов по сравнению с идеальным источником света, таким как солнечный свет и лампа накаливания, поскольку индекс цветопередачи составляет 100. Например, типичные значения 15-50 для паров ртути в таких лампах, 60-85 для люминесцентной лампы и 90-95 для металлогалогенной лампы с высоким индексом цветопередачи. Для фотографического освещения необходим CRI до 90.

На рисунке 2 показан белый свет, представляющий собой смесь трех цветовых компонентов: красного, зеленого и синего. Спектр не является непрерывным. Это означает, что цвет в спектральной яме не может быть воспроизведен. В результате некоторые цветные объекты будут казаться более темными или несколько другого цвета. Чтобы добиться высокого CRI только за счет излучения светодиода, потребуется 5-7 цветов, чтобы заполнить яму в спектре. Но с другой стороны, узкоспектральный свет имеет высокую чистоту цвета, поэтому светодиод RGB идеально подходит для отображения и световых эффектов.

Чтобы изменить только цветовую температуру белого света, необязательно воспроизводить все цвета. Это можно сделать несколькими белыми светодиодами с разной цветовой температурой. Белый светодиод для общего освещения основан на темно-синем светодиоде и люминофоре. Люминофор возбуждается синим светом и излучает широкий спектр света, как показано на рисунке 3. Это пример спектров, наблюдаемых через спектрометр. Эти цветовые температуры, показанные в технических характеристиках, определяются тем, что цвет света соответствует излучению черного тела, а не цвету, объясняющему температуру источника света.

Поскольку белый светодиод также работает на принципе люминесценции, спектр излучения далек от излучения черного тела, а индекс цветопередачи первых белых светодиодов был довольно низким. Однако CRI продолжает улучшаться, и некоторые типы белых светодиодов достигают показателя цветопередачи 90.

В этом проекте используются два белых светодиода, CRI = 87, с разной цветовой температурой. Цветовая температура регулируется соотношением тока светодиодов. Это своего рода коктейльная лампа, но в отличие от обычной, она предназначена для изменения цветовой температуры, а не для улучшения CRI.

Схема светодиодного драйвера

Напряжение мощного белого светодиода (тут 20 В) выше, чем напряжение питания, поэтому L1 и Q1 образуют повышающий преобразователь. Управление SMPS выполняется микроконтроллером. Q2 — это двойной МОП-транзистор для управления соотношением управляющего тока двух светодиодов в комплементарной ШИМ. Поскольку это фото-свет, который должен иметь постоянную мощность, ток возбуждения обнаруживается и контролируется в замкнутом контуре. Резистор R1 предназначен для ограничения пикового тока катушки индуктивности, R2 — для определения тока возбуждения для управления обратной связью.

Белые светодиоды установлены на небольшом радиаторе. Размер радиатора с естественной конвекцией недостаточен для рассеивания тепла от светодиода мощностью 10 Вт, поэтому к нему прикреплен охлаждающий вентилятор, создающий принудительный поток воздуха. Светодиоды защищены акриловой панелью, прикрепленной перед ними. Печатная плата установлена за радиатором.

Программное обеспечение

Управление SMPS — это основной процесс. Два светодиода, 2700K и 6500K по цветовой температуре, управляются дополнительным ШИМ-выходом без перекрытия таймера 1. Соотношение смешивания двух LED изменяется с помощью кнопки WARM / COOL, и настройка сохраняется в EEPROM памяти.

Микроконтроллер также контролирует входное и выходное напряжение. Если обнаруживается низкий заряд батареи ( = 25), он переходит в состояние отключения. Скачать архив с файлами проекта.

Источник