-

Принцип работы LED-драйвера: отличие трансформатора от блока питания диодной ленты

Содержание
  1. Светодиодный драйвер — что это такое
  2. Как работает драйвер
  3. Назначение и принцип работы
  4. Применение
  5. Основные характеристики
  6. Виды
  7. Импульсная стабилизация
  8. Линейный стабилизатор
  9. Особенности китайских драйверов
  10. Диммируемые драйверы для светодиодов
  11. Срок службы
  12. Как подобрать
  13. Электронный вид прибора
  14. Блок питания на основе конденсаторов
  15. С корпусом или без него?
  16. Как рассчитать
  17. Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного
  18. Принцип действия ИИП и его устройство
  19. Достоинства и недостатки импульсных блоков питания
  20. Сильные и слабые стороны импульсных источников
  21. Схемы импульсных блоков питания
  22. Входной фильтр
  23. Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр
  24. Инвертор или блок ключей
  25. Силовой трансформатор
  26. Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор
  27. Схема генератора импульсов регулируемой ширины
  28. Как ремонтировать импульсный блок питания
  29. Импульсный блок питания — наглядные примеры по ремонту
  30. Стоимость
  31. Изготовление драйвера для светодиодов своими руками
  32. Схема драйвера для светодиодов своими руками
  33. Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.

Светодиодный драйвер — что это такое

В прямом переводе слово «водитель» означает «водитель». Таким образом, драйвер любой светодиодной лампы выполняет функцию управления напряжением, подаваемым на устройство, и регулирует параметры освещения.
водитель
Светодиоды — это электрические устройства, способные излучать свет в определенном спектре. Чтобы устройство функционировало должным образом, на него должно подаваться чрезвычайно постоянное напряжение с минимальной пульсацией. Это условие особенно актуально для мощных светодиодов. Даже малейшие падения напряжения могут повредить устройство. Небольшое снижение входного напряжения моментально повлияет на параметры светоотдачи. Превышение установленного значения приводит к перегреву кристалла и его возгоранию без возможности восстановления.

Драйвер действует как стабилизатор входного напряжения. Именно этот компонент отвечает за поддержание требуемых значений тока и за правильную работу источника света. Использование качественных драйверов обеспечивает долгое и безопасное использование устройства.

Как работает драйвер

Драйвер светодиода — это источник постоянного тока, который генерирует выходное напряжение. В идеале он не должен зависеть от нагрузки на водителя. Сеть переменного тока отличается нестабильностью и часто в ней наблюдаются значительные изменения параметров. Стабилизатор должен сглаживать капли и предотвращать их негативное влияние.

Например, подключение резистора 40 Ом к источнику напряжения 12 В может обеспечить стабильный ток 300 мА.
Описание драйвера для блока питания светодиодов
Если два одинаковых резистора на 40 Ом подключены параллельно, выходной ток уже будет 600 мА. Эта схема довольно проста и характерна для более дешевых электроприборов. Он не способен автоматически поддерживать необходимую силу тока и выдерживать максимальные пульсации напряжения.

Назначение и принцип работы

Драйвер светодиода представляет собой электронное устройство, стабилизированный импульсный преобразователь. Функциональное назначение — стабилизация тока, подаваемого на светодиодную лампу. Именно ток, в отличие от источника питания, стабилизирует напряжение. Сегодня блоки питания еще называют драйверами светодиодов, главное условие — стабильные параметры питания постоянного тока.

Блок питания преобразует переменное напряжение 220 В в постоянное напряжение определенной величины. Подходит для питания светодиодных лент, светодиодных лент и отдельных светодиодов, собранных по одному параллельно, когда напряжение на всех элементах постоянно. В этом случае выходное напряжение, указанное на корпусе блока питания, должно соответствовать значению, указанному на светодиодной ленте. Причем заявленный на блоке питания ток должен быть больше тока нагрузки всех светодиодов в сборе.

Пример расчета: 1 метр светодиодной ленты 12 В с плотностью 60 диодов на метр потребляет 0,4 А, 5 метров — 2 А, блок питания должен быть с выходным напряжением 12 В и током более 2 А (подойдет 5 Ампер). Но в этой статье мы специально остановимся на токовых стабилизаторах льда.

Подключение драйвера к светодиодным источникам света

Драйвер обеспечивает равномерное освещение более разветвленных светодиодных структур, где наблюдается различное падение напряжения на светодиодах. Стабилизатор обеспечивает одинаковое значение тока во всех точках, а выходное напряжение изменяется в определенном диапазоне. Мощность сложной светодиодной схемы увеличивается, но как обеспечить полноценное питание?

При переменном токе значительная часть мощности теряется через сглаживающие резисторы сборки, и эффективность снижается. Но с драйвером стабилизатора тока сглаживающие резисторы не нужны, и КПД остается очень высоким.

Используются для питания светодиодного освещения от электросети 220 В в помещениях. Для питания ледовых диодов в автомобилях, велосипедных фарах, фонариках.

Применение

Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220 В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются для освещения помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных огни и так далее

Основные характеристики

Параметры указаны на корпусе ледогенератора:

  1. Номинальная мощность: определяет нагрузку, которая может быть подключена к этому преобразователю, зависит от мощности каждого диода, цвета и количества.
  2. Рабочий ток прямо пропорционален мощности светодиодов и интенсивности их излучения.
  3. Выходное напряжение — зависит от схемы подключения светодиодов и их количества.

Номинальная мощность рассчитывается по формуле:

Pn = PLED * N,

где PLED — мощность диода (часто встречается 0,35 А и 0,7 А),

N — количество диодов в цепи.

Мощность драйвера (указана на корпусе) должна быть на 20-30% выше расчетного значения. Pmax = 1,3 * Pn. Мощность нагрузки зависит от цвета следующим образом:

  • красный диод имеет падение напряжения 1,9–2,4 В при 0,35 А. Средняя мощность 0,75 Вт.
  • зеленый диод имеет падение напряжения 3,3–3,9 В при 0,35 А. Средняя мощность 1,25 Вт.

Драйвер мощностью 10 Вт может питать 13 красных или 8 зеленых светодиодов.

Красный зеленый и синий светодиод

Есть практически все цвета светодиодов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, белый. Значения падения напряжения можно найти в технической документации на диод.

Виды

По принципу действия драйверы питания для светодиодов делятся на две большие группы: линейные и импульсные.

Импульсная стабилизация

Импульсная стабилизация надежна и эффективна при работе с диодами практически любой мощности.
Описание драйвера для блока питания светодиодов
Регулирующий элемент — кнопка, в схему интегрирован накопительный конденсатор. После подачи напряжения нажимается кнопка, заставляющая конденсатор накапливать энергию. Затем кнопка открывается и на осветительное оборудование подается постоянное напряжение с конденсатора. Как только конденсатор разрядится, процедура повторяется.

Повышение напряжения сокращает время зарядки конденсатора. Подача напряжения активируется специальным транзистором или тиристором.

Все происходит автоматически со скоростью около сотен тысяч циклов в секунду. КПД в этом случае часто достигает впечатляющих 95%. Схема эффективна и при использовании мощных светодиодов, поскольку потери энергии при работе незначительны.

Линейный стабилизатор

Другой линейный принцип регулирования тока. Самая простая схема такой схемы представлена ​​на рисунке ниже.
Описание драйвера для блока питания светодиодов
В цепи установлен токоограничивающий резистор. Если напряжение питания изменится, изменение сопротивления резистора позволит вам снова установить желаемое значение тока. Линейный регулятор автоматически контролирует ток, протекающий через светодиод, и при необходимости регулирует его с помощью резисторного переключателя. Процесс очень быстрый и помогает быстро реагировать на малейшие колебания в сети.

Такая схема проста и эффективна, но есть один недостаток — ненужное рассеивание мощности, проходящее через элемент регулирования тока. По этой причине вариант оптимален при использовании с малым рабочим током. Использование мощных диодов может привести к тому, что регулятор будет потреблять больше энергии, чем сама лампа.

Особенности китайских драйверов

Современный рынок предлагает большой выбор драйверов для светодиодных ламп от различных производителей. Большинство из них производится в Китае. Они отличаются доступной стоимостью при достаточно высоких заявленных эксплуатационных характеристиках. Однако в большинстве случаев их фактические характеристики не соответствуют указанным в спецификациях. Например, при заявленных характеристиках 50 Вт устройство проработает на указанной мощности лишь непродолжительное время. После этого индикатор может упасть до 40 Вт или даже 30 Вт. Также в схеме могут отсутствовать конденсаторы и резисторы, расположенные после диодного моста. Это не только снизит качество освещения (посещение будет плохим, возможно мерцание), но и значительно сократит срок службы светодиодов.

Диммируемые драйверы для светодиодов

В состав современных светодиодных драйверов в большинстве случаев входят устройства, регулирующие яркость осветительных приборов. Использование диммируемых устройств позволяет регулировать комфортный уровень освещения в помещении. Кроме того, это экономит срок службы светодиодных фонарей.

Яркость также можно регулировать с помощью внешних диммеров
Яркость также можно регулировать с помощью внешних диммеров

Диммер можно разместить между источником питания и светодиодным осветителем. Такие устройства напрямую управляют энергией, подаваемой на светодиоды. Как правило, это импульсные устройства на основе ШИМ-управления. Они регулируют количество протекающего тока. В некоторых случаях при использовании недорогих светодиодных источников могут наблюдаться такие негативные эффекты, как мерцание.

Второй тип диммерных преобразователей управляет питанием. В принципе, их влияние заключается как в регулировании ШИМ, так и в управлении током, протекающим через устройство. В этом случае можно наблюдать не только изменение яркости, но и цвета светодиодов. Например, белые светодиоды при такой настройке могут излучать желтоватый свет при низкой интенсивности и ярко-синем преувеличении.

Срок службы

Преобразователя мощности хватает на меньший срок службы, чем у светодиодов. Оптика проработает 100 тысяч часов, а работа водителя зависит от условий эксплуатации: скачков напряжения, перепадов температуры, влажности и загруженности. Неполная нагрузка преобразователя с точки зрения мощности вредна, поскольку неиспользованная мощность возвращается в сеть, создавая перегрузку для драйвера.

Продолжительность также зависит от качества:

  • низкое качество — 20 тыс часов (пригодно для использования в бытовых помещениях);
  • среднее качество — 50 тысяч часов;
  • высокое качество из фирменных комплектующих — 70 тыс часов.

Выбор следует делать исходя из окупаемости инвестиций.

Как подобрать

Чтобы выбрать драйвер светодиода, необходимо комплексно рассмотреть характеристики устройства:

  • входное и выходное напряжение;
  • выходной ток;
  • власть;
  • уровень защиты от вредных воздействий.

Для начала определитесь с источником питания. Использует стандартную сеть переменного тока, аккумулятор, источник питания и многое другое. Главное, чтобы входное напряжение было в диапазоне, указанном в паспорте устройства. Ток также должен соответствовать входной сети и подключенной нагрузке.
Описание драйвера для блока питания светодиодов
Производители выпускают устройства с корпусами и без них. Кожухи эффективно защищают от влаги, пыли и негативного воздействия окружающей среды. Однако корпус не требуется для интеграции светильника непосредственно в лампу.

Электронный вид прибора

В идеале электронный преобразователь должен быть оснащен транзистором. Его роль — разряжать управляющую микросхему. Для устранения или максимального сглаживания пульсаций на выходе установлен конденсатор.

Этот тип устройств относится к категории дорогих, но способен стабилизировать ток до 750 мА, на что не способны балластные механизмы.
Электронный драйвер
Последние версии драйверов в основном устанавливаются на лампы накаливания E27. Исключением из правил являются изделия Gauss GU5.3. Они оснащены бестрансформаторным преобразователем. Однако степень пульсации в них достигает нескольких сотен Гц

Пульсация — не единственный недостаток преобразователей. Второй — это высокочастотные электромагнитные помехи (ВЧ). Таким образом, если другие электроприборы, такие как радио, подключены к розетке, подключенной к лампе, вы можете ожидать помех при приеме цифровых FM-частот, телевидения, маршрутизаторов и т.д.

Дополнительное устройство высокого качества должно иметь два конденсатора: один — электролитический, чтобы уменьшить пульсации, другой — керамический, чтобы снизить частоту РЧ. Однако такое сочетание встречается редко, особенно если речь идет о китайских товарах.
Выравнивающий конденсатор
Те, кто имеет общие понятия в подобных схемах подключения, могут самостоятельно подобрать выходные параметры электронного преобразователя, изменив номинал резисторов

Благодаря высокому КПД (до 95%) такие механизмы подходят для мощных устройств, используемых в различных сферах, например, для тюнинга автомобилей, устройств уличного освещения и бытовых светодиодных источников.

Блок питания на основе конденсаторов

Теперь перейдем к не очень популярным устройствам на основе конденсаторов. Практически все схемы светодиодных ламп недорогого образца, в которых используются драйверы этого типа, имеют схожие характеристики.

Однако в связи с модификациями производителя они претерпевают изменения, например, удаление элемента схемы. Особенно часто из этой части служит один из конденсаторов — пескоструйный.
Волнистые лампы
Из-за неконтролируемого наполнения рынка дешевой и некачественной продукцией пользователи могут «чувствовать» 100% пульсацию в лампах. Даже не вникая в их структуру, можно поспорить об удалении выравнивающего элемента из схемы

У таких механизмов всего два преимущества: они доступны для самостоятельной сборки, а их КПД стопроцентный, так как потери будут только на pn переходах и резисторах.

Столько же минусов: низкая электробезопасность и высокая степень пульсации. Второй недостаток — около 100 Гц и образован выпрямлением переменного напряжения. ГОСТ предписывает допустимую пульсацию 10-20% в зависимости от назначения помещения, в котором установлен осветительный прибор.

Единственный способ уменьшить этот недостаток — выбрать конденсатор правильного номинала. Однако не стоит рассчитывать на полное устранение проблемы — такое решение может только снизить интенсивность взрывов.

С корпусом или без него?

Драйверы доступны с корпусом или без него. Первый вариант — самый распространенный и самый дорогой. Такие устройства защищены от влаги и частиц пыли.

Устройства второго типа используются для скрытой установки и, соответственно, стоят недорого.
Драйвер с футляром и без него
Все представленные устройства могут питаться от 12 В или 220 В. Несмотря на то, что модели с открытой рамой растут в цене, они заметно отстают по безопасности и надежности механизма

Каждый из них отличается допустимой температурой при эксплуатации — на это также необходимо обращать внимание при выборе.

Как рассчитать

Для правильной организации электрической схемы важно рассчитать выходные параметры. На основании полученных данных производится подбор конкретной модели.

Расчет начинается с рассмотрения светодиодов в зависимости от их напряжения и тока. Характеристики видны в документах. Например, используются диоды 3.3V с током 300mA. Необходимо создать осветительный прибор, в котором последовательно расположены три светодиода. Рассчитывается падение напряжения в цепи: 3,3 * 3 = 9,9 В. Сила тока в этом случае остается постоянной. Это означает, что пользователю потребуется драйвер с выходным напряжением 9,9 В и током 300 мА.

В частности, такой агрегат найти невозможно, поскольку современные устройства рассчитаны на использование в определенном диапазоне. Сила тока устройства может быть немного ниже, лампа будет менее яркой. Запрещается превышение силы тока, так как такой подход может повредить устройство.

Теперь нужно определить мощность устройства. Ничего страшного, если он превышает требуемый показатель на 10-20%. Мощность рассчитывается по формуле, умножая рабочее напряжение на ток: 9,9 * 0,3 = 2,97 Вт.
Описание драйвера для блока питания светодиодов

Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного


Схема трансформаторного стабилизированного источника питания.

Традиционный «трансформаторный» блок питания построен по следующей схеме: трансформатор — выпрямитель с фильтром — стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема проста и продумана на протяжении многих лет, но у нее есть один существенный недостаток: с увеличением мощности размер и вес растут быстрее.

В первую очередь растут габариты и вес трансформатора. Для увеличения тока необходимо увеличить сечение обмоток, но основной вклад в весогабаритные характеристики дает сердечник. Не вдаваясь в физические детали, можно увидеть, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, с которой происходит преобразование. Чем выше частота, тем меньше ядра, без которого можно обойтись. Недаром электрические сети частотой 400 Гц используются в авиации и судостроении. Многие элементы намного легче и компактнее. Но в быту частоту повыше взять негде. 50 Гц в розетке — это все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строятся по другому принципу. В них выпрямляется переменное напряжение сети, а затем «отсекаются» импульсы более высокой частоты (до нескольких десятков килогерц). Это делает трансформатор маленьким и легким без потери мощности. Это главное, что отличает любой импульсный блок питания от обычного.

Еще один более крупный источник — стабилизатор. В традиционных источниках питания используются линейные стабилизаторы. Они требуют более высокого входного напряжения, и разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, тратится впустую. Это приводит к дальнейшему увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый ненужный запас мощности, а также требует больших и тяжелых радиаторов. В SMPS это происходит по другому принципу. Напряжение стабилизируется изменением ширины импульса. Это позволяет повысить эффективность и не требует отвода такого количества избыточного тепла.

В видео сравнение линейных и импульсных блоков питания.

К недостаткам импульсных устройств можно отнести сложные схемы и повышенные требования к надежности элементов. Эти недостатки устраняются с увеличением мощности. Считается, что трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами подходят на выходные токи до 2,3 ампера, и чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах 10А мы обычно не говорим о трансформаторных блоках питания.

Среди недостатков коммутационных источников также необходимо упомянуть генерацию шумов в электросети и «барахло» выходного напряжения с высокочастотными составляющими.

Принцип действия ИИП и его устройство

Импульсный источник питания — это устройство, которое работает по принципу инвертора, то есть сначала преобразует переменное напряжение в постоянное, а затем снова создает из постоянного напряжения переменное напряжение нужной частоты. В конечном итоге последняя ступень преобразователя по-прежнему основана на выпрямлении напряжения, поскольку большинство устройств по-прежнему работают при пониженном постоянном напряжении. Суть уменьшения габаритов этих блоков питания и преобразователей основана на работе трансформатора. Дело в том, что трансформатор не может работать при постоянном напряжении. Проще говоря, на выходе вторичной обмотки не будет индуцироваться ЭДС (электродвижущая сила), когда к первичной обмотке приложен постоянный ток. Чтобы на вторичной обмотке появилось напряжение, оно должно изменить направление или величину. Этим свойством обладает переменное напряжение, ток в нем меняет направление и величину с частотой 50 Гц. Однако для уменьшения габаритов самого источника питания и, как следствие, трансформатора, лежащего в основе гальванической развязки, необходимо нужно увеличить частоту входного напряжения.

При этом импульсные трансформаторы, в отличие от обычных линейных, имеют ферритовый сердечник магнитопровода, а не стальной из пластин. И даже современные блоки питания, работающие по такому принципу, состоят из:

  1. выпрямитель сетевого напряжения;
  2. генератор импульсов на основе ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или триггера Шмитта;
  3. преобразователь постоянного стабилизированного напряжения.

После выпрямителя сетевого напряжения генератор импульсов использует ШИМ для генерации переменного напряжения с частотой приблизительно 20–80 кГц. Именно такое увеличение с 50 Гц до десятков кГц позволяет значительно уменьшить как габариты, так и массу блока питания. Верхний диапазон может быть выше, однако устройство будет генерировать высокочастотные помехи, которые повлияют на работу радиочастотного оборудования. При выборе ШИМ-стабилизации необходимо учитывать также высшие гармоники токов.

Даже при работе на этих частотах эти импульсные устройства создают высокочастотные помехи. И чем больше их в комнате или закрытом помещении, тем больше радиочастот. Для поглощения этих негативных воздействий и помех на входе в устройство и на его выходе устанавливаются специальные фильтры шумоподавления.

Это наглядный пример современного импульсного блока питания, используемого в персональных компьютерах.

А — входной выпрямитель. Могут использоваться полумостовые и мостовые схемы. Ниже расположен входной фильтр с индуктивностью;

Б — входные сглаживающие конденсаторы достаточно большой емкости. Справа установлен радиатор высоковольтного транзистора;

С — импульсный трансформатор. Справа установлен низковольтный диодный радиатор;

D — катушка выходного фильтра, то есть индуктивность стабилизации группы;

Е — конденсаторы выходного фильтра.

Катушка и большой желтый конденсатор под E являются компонентами дополнительного входного фильтра, установленного непосредственно на разъеме питания, и не являются частью основной печатной платы.

Если радиолюбитель сам изобретает схему, то он должен изучить справочник по радиодетальным. Справочник в данном случае является основным источником информации.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для начала не сразу понятно, почему лучше использовать импульсные, а не линейные выпрямители. Дело не только в размерах и расходе материала. Дело в более стабильных параметрах, обеспечиваемых импульсными приборами. Качество выходного напряжения не зависит от качества сетевого напряжения. Это актуально для наших сетей. Но не только. Это свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и некоторых странах Европы разные. Не кардинально, но напряжение и частота разные. И зарядные устройства работают в каждом из них — это практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того, импульсные устройства имеют высокий КПД, до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, при этом трансформаторы тратят много энергии на непродуктивный нагрев. Кроме того, ИБП дешевле, но в то же время они надежны. Небольшие по размеру они позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но у импульсного блока питания есть серьезные недостатки. Во-первых, они создают высокочастотные помехи. Это вынуждает поставить на вход устройства защиты от перенапряжения. И они тоже не всегда справляются с поставленной задачей. Поэтому некоторые особо требовательные к качеству электроэнергии устройства работают только с линейными блоками питания. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет минимальное ограничение нагрузки. Если подключенное устройство имеет мощность ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнить аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, последние будут иметь следующие преимущества:

  • Уменьшенные габариты и вес благодаря отсутствию понижающего трансформатора низкой частоты и элементов управления, которые требуют отвода тепла через большие радиаторы. Благодаря использованию технологии преобразования высокочастотного сигнала можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньшего размера.
  • Более высокий КПД, поскольку только переходные процессы вызывают большие потери, в то время как в аналоговых схемах постоянно теряется много энергии во время электромагнитного преобразования. Результат говорит сам за себя, повышение КПД до 95-98%.
  • Более низкая стоимость за счет использования менее мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входных напряжений. Этот тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, поэтому допускается подключение к сетям разных стандартов.
  • Надежная защита от коротких замыканий, перегрузок и других аварийных ситуаций.

Наличие ВЧ помех, это следствие работы высокочастотного преобразователя. Этот фактор требует установки шумового фильтра. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на использование устройств этого типа в высокоточном оборудовании.

Особых требований к нагрузке, ее не следует уменьшать или увеличивать. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики выходного напряжения начнут существенно отличаться от стандартных. Как правило, производители (в последнее время также китайские) предвидят такие ситуации и устанавливают в свои продукты адекватную защиту.

Схемы импульсных блоков питания

Чтобы понять, как работает импульсный блок питания, необходимо понимать, что происходит в каждой из его частей. Проще это делать по схемам. Приведем лишь некоторые, так как существует множество вариантов и вариаций. Схема переключения питания содержит пять необходимых блоков плюс обратная связь. Здесь мы поговорим о каждом элементе отдельно, попутно предоставим полную схему ИБП с использованием различных базовых элементов.

Вариант импульсного блока питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярностью

Вариант импульсного блока питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярностью

Входной фильтр

Как мы уже говорили, входной фильтр установлен таким образом, что высокочастотные помехи, создаваемые блоком питания, не попадают в сеть. В простейшей форме это устройство представляет собой индуктивность, подавляющую электромагнитные помехи, и два конденсатора, подключенных параллельно входу и нагрузке.

Более простая схема входного фильтра

Более простая схема входного фильтра

Используются специальные конденсаторы — типа X. Конденсаторы X были специально разработаны для этой цели. Они выдерживают мгновенные скачки напряжения в киловольтах (до 2,5 кВ), тем самым подавляя межфазные помехи (противофазные помехи). Индуктивность представляет собой ферритовый сердечник со спиральными окрашенными медными проводами. Он индуцирует токи, которые нейтрализуют мешающие токи.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, возникающие между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавлены два конденсатора Y-типа (выдерживающие скачки напряжения до 5 кВ). Особая конструкция Y-конденсатора обеспечивает разрыв цепи, а не короткое замыкание в случае отказа.

Оба типа конденсаторов (X и Y), которые устанавливаются во входные фильтры, изготовлены из специальных негорючих материалов, так как они могут нагреваться до очень высоких температур и стать причиной пожара. Именно в этом, а также в конструктивных особенностях кроется причина их дороговизны (по сравнению с обычными).

Схема компенсации всех видов помех

Схема компенсации всех видов помех

Но для правильной работы этой схемы требуется рабочий грунт. Его необходимо подключить к корпусу блока питания. Без заземления на корпус блока питания будет подаваться напряжение примерно 110 В. Ток будет очень небольшим, но контакт будет ощущаться.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как упоминалось выше, выпрямитель предварительно выпрямляет синусоидальную волну. Если установлен диод, он отсекает нижние полуволны (минус.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. При использовании одного диода уровень пульсаций на выходе в два раза выше

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. При использовании диода низкий КПД и большая пульсация выпрямленного напряжения. По этим причинам предпочтительна мостовая схема с четырьмя диодами

В простейшем случае выпрямитель представляет собой диод Шоттки, но также можно использовать диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто используются обычные диоды типа 1N4007, но все же лучше установить все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», поэтому вы можете получить лучшие результаты.

Различные схемы фильтров разной степени сложности

Различные схемы фильтров разной степени сложности

Диод устанавливается в блоки питания для недорогого оборудования. На его выходе напряжение принимает форму положительных полуволн, которые идут с некоторыми интервалами. На выходе диодного моста пульсации намного меньше, поэтому такой выпрямитель устанавливается для устройств, требующих большей мощности. Пульсирующее напряжение с выхода диод / диодного моста подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который создает «зубцы» из полуволн. Здесь мы уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

В следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая — от 10 до 50 кГц. Реализовать эти блоки можно двумя способами: с помощью микросхем, основанных на осцилляторе (генераторе блоков).

Еще одна блок-схема ИИП

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются поочередно, образуя последовательность выходных импульсов. Частота переключения задается генератором. Такие схемы есть сейчас, но большинство из них реализовано на микросхемах.

Пример схемы транзисторного инвертора

Пример схемы транзисторного инвертора

Если есть микросхема, зачем ограждать огород из нескольких десятков частей. Кроме того, требуемый тип микросхемы широко распространен и недорог. Это так называемые ШИМ-контроллеры (TL494, UC384x, DH321, TL431, IR2151, IR2153 и др.). К этим микросхемам нужно всего лишь добавить пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей и получить необходимый инвертор.

Схема SMPS с ШИМ-контроллером для обратноходовых и полумостовых преобразователей

Схема SMPS с ШИМ-контроллером для обратноходовых и полумостовых преобразователей

Контроллер PWM отлично адаптируется к любому типу схемы. Он совместим со схемами обратного хода, полумостового и мостового выпрямителей. Конечно, количество элементов разное, но все они простые и дешевые. В схемах с обратным ходом транзисторы должны быть рассчитаны на напряжение большее, чем подаваемое на входе.

Устройство источника импульсного напряжения с ШИМ и двухтактным контроллером и мостовым выпрямителем

Устройство источника импульсного напряжения с ШИМ и двухтактным контроллером и мостовым выпрямителем

Импульсные источники питания в осветительных приборах, энергосберегающие лампы и светодиоды, электронные балласты для люминесцентных ламп (ЭПРА) построены по полумостовым схемам. Мостовые схемы используются в более мощных агрегатах. Например, при инверторной сварке.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой проверяют параметры входного и выходного напряжения и в случае неисправности просто прекращают свою работу. Поскольку этот компонент обычно самый дорогой в импульсном блоке питания, это очень хорошо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы) получаем исправный агрегат.

Силовой трансформатор

Трансформаторная сборка на блоке питания — одна из самых стабильных. Помимо самого трансформатора, этот блок содержит небольшую группу элементов, которые нейтрализуют всплески тока, возникающие на обмотках трансформатора при изменении полярности. Эта группа называется «демпферная».

Рассматриваемый блок обведен красным, а демпфер - зеленым

Рассматриваемый блок обведен красным, а демпфер — зеленым

Трансформатор — один из самых надежных элементов. У него редко бывают проблемы. Он может быть поврежден из-за отказа инвертора. В этом случае через обмотку протекает слишком сильный ток, который разрушает трансформатор.

Блок-схема силового трансформатора для ИБП

Блок-схема силового трансформатора для ИИП

Все работает следующим образом:

  • В первом цикле импульсного источника питания ключ VT1 (полевой транзистор с наведенным каналом n-типа) открыт. Ток течет по первичной обмотке трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
  • На втором такте ключ замыкается, ток течет во вторичную обмотку через диод VD2.
  • При включении первичной обмотки происходит выброс, вызванный несовершенными деталями. Вот тут-то и пригодится демпфер. Его задача — поглотить этот пик, так как напряжение может быть довольно большим и может повредить транзистор переключателя, что приведет к неработоспособности схемы. Пиковый ток протекает через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через резистор R1 и емкость C2.
  • Потом полярность снова меняется, кнопка BT1 срабатывает.

Номинальные характеристики подбираются исходя из параметров трансформатора. Подборка сложная, поэтому описывать ее нет смысла. И еще: не все схемы имеют демпфер, но его наличие повышает надежность и стабильность импульсного блока питания.

Несколько слов о диодах, используемых в демпферах. Это может быть обычный диод, подобранный исходя из параметров, но схемы с стабилитроном более надежны. Также может быть вариант без резистора и емкости, но с подавителем, переключенным на противоположное (на схеме ниже).

Другой вариант блока силового трансформатора, в котором используется ограничитель (защитный диод) D1

Другой вариант блока силового трансформатора, в котором используется ограничитель (защитный диод) D1

Супрессор — это защитный диод, принцип работы аналогичен стабилитрону, только уравниваются импульсный ток и рассеиваемая мощность. Он может быть асимметричным и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

На этом схему импульсного блока питания можно считать решенной, так как выходной выпрямитель и фильтр устроены по одному принципу. Элементы могут быть разными, но схемы одинаковые. Единственное, что нужно учитывать, — это стабилизация выходных параметров. Это дополнительная деталь, но такой импульсный блок питания более надежен.

В дешевых блоках питания используется самый простой и дешевый способ стабилизации — обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не очень надежный из-за влияния между обмотками, но простой и дешевый.

Простой способ стабилизировать

Простой способ стабилизировать

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения выполнен на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение — это сумма падения напряжения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Стабилизация выхода ИИП с помощью стабилитрона и оптопары

Стабилизация выхода ИИП с помощью стабилитрона и оптопары

Наиболее стабильными выходными индикаторами являются схемы SMPS со стабилизатором TL431.

TL431 — это интегральная схема для трехконтактного регулируемого параллельного регулятора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. Благодаря внешнему делителю TL431 способен стабилизировать напряжение от 2,5 до 36 В при токе до 100 мА.

ИБП, в которых используется микросхема TL431, более сложны, но надежны. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, позволяющий изменять выходное напряжение в небольшом диапазоне. Обычно подстройка составляет не более 20%, иначе схема может быть нестабильной.

Схема со стабильным выходным напряжением

Схема со стабильным выходным напряжением

Если нет необходимости в регулировке выходного напряжения, лучше заменить резистор отсечки на нормальный, так как переменные менее надежны.

Несколько слов о резисторе R20 (см. Схему выше), который находится на выходе. Это так называемый подтягивающий резистор. Как известно, ИИП без нагрузки работать не будет. Таким образом, на выходе ставится резистор, обеспечивающий минимальную нагрузку. Но это решение не идеальное, так как резистор перегревается и иногда сильно. Ставить рядом конденсаторы крайне нежелательно, иначе они тоже перегреются. А в качестве выходного сопротивления следует использовать высокоточные резисторы, так как они мало меняют свои параметры при нагреве (блок выдает стабильное напряжение даже при длительной работе).

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Симметричные биполярные импульсы регулируемой длительности позволяют получить генератор импульсов по схеме рис. 1. Устройство может быть использовано в схемах автоматического регулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (K561LE5 / K561 LAT) собран генератор прямоугольных импульсов с скважностью 2.

Симметрия генерируемых импульсов достигается регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необходимости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Компараторы напряжения смонтированы на элементах ДА1.1, ДА1.3 (К561КТЗ); на DA1.2, DA1.4 — ключи выхода. На входы ключей компаратора DA1.1, DA1.3 прямоугольные импульсы поступают в противофазе через RC-образные диодные цепи (R3, C2, VD2 и R6 ,, VD5.

Заряд конденсаторов C2, C3 происходит экспоненциально через R3 и R5 соответственно; разрядка — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе C2 или C3 достигает порога переключения компараторов DA1.1 или DA1.3 соответственно, они включаются, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы DA1.2 и DA1 .4 переключаются подключены к положительному полюсу источника питания.
Поскольку переключатели включены в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой между импульсами, что исключает возможность протекания тока через переключатели DA1.2 и DA1.4 и преобразовательные транзисторы, управляемые их, если в цепи переключения питания используется генератор биполярных импульсов.

Равномерная регулировка длительности импульса осуществляется одновременной подачей пускового (начального) напряжения на входы компараторов (конденсаторы С2, С3) от потенциометра R5 через диодно-резистивные цепи VD3, R7 и VD4, R8. Уровень ограничения управляющего напряжения (максимальная ширина выходных импульсов) устанавливается подбором резистора R4.
Нагрузочный резистор можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и конденсаторов Ca, Cb. Импульсы от генератора также могут быть отправлены на транзисторный усилитель мощности.
При использовании генератора биполярных импульсов в схеме импульсного источника питания необходимо включить в резистивный делитель R4, R5 регулирующий элемент: полевой транзистор, фотодиодную оптопару и т.д., что позволяет автоматически регулировать длительность импульса генерируется, когда ток нагрузки уменьшается / увеличивается, таким образом регулируя выходную мощность преобразователя.
В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Как ремонтировать импульсный блок питания

По представленной выше принципиальной схеме импульсного блока питания приступим непосредственно к рассмотрению самого ремонта.

Импульсный блок питания — наглядные примеры по ремонту

Импульсный источник питания-2
Ремонт импульсного блока питания с несколькими напряжениями

Неисправность заключалась в отсутствии необходимых напряжений в выходном тракте ИИП. Например, у блока питания в первичной цепи было одновременно два вышедших из строя конденсатора, но эти конденсаторы оказались «беременными»)).

Импульсный источник питания-3
Во втором отказался работать ШИМ-контроллер

При первом визуальном осмотре все конденсаторы выглядели вполне нормально, но, как позже выяснилось, их сопротивление на клеммах было очень высоким. К тому же внутреннее сопротивление ESR емкости (на фото под цифрой 2, обведено красным) было в несколько раз выше номинального.

Этот конденсатор был установлен в дополнительном трубопроводе ШИМ-регулятора, поэтому он не подал признаков жизни. Активировать импульсный источник питания можно было только после установки нового конденсатора.

Стоимость

Купить импульсный блок питания можно по цене от 2000 до 15000 рублей. Стоимость будет зависеть от технических характеристик устройства. Прочтите инструкцию, как проводить электросчетчик на этой странице.

Изготовление драйвера для светодиодов своими руками

Иллюстрация Описание работы
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру Для облегчения работы можно взять от мобильного телефона старый блок питания.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру Устройство фактически является стабилизатором напряжения и включает в себя практически все радиодетали, необходимые для подключения нескольких светодиодов мощностью в один ватт.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру необходимо убрать из схемы ограничительный резистор, предохраняющий телефон от подачи чрезмерного напряжения. В данном случае это резистор 5K, расположенный на выходном канале.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру Вместо статического резистора нужно припаять подстроечный резистор. На первых порах желательно установить те же 5 кОм. В процессе настройки напряжение можно поднять до желаемого уровня.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру К выходному каналу подключены последовательно 3 светодиода. При мощности 1 Вт общая потребляемая мощность на выходе составляет 3 Вт.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру При необходимости снимите с карты входные контакты.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру На их место устанавливаются кабели от силового кабеля 220 В.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру Рекомендуется впаять резистор на 1 Ом в космос. Его функция заключается в увеличении диапазона затухания светодиодов.
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру После монтажа проверяется работоспособность всей системы. (Светодиоды все еще не горят)
Светодиодный драйвер: все, что нужно знать домашнему мастеру Поворачивая резистор подстроечного резистора, получаем свечение светодиодов.

Внимание! При проверке доработанного устройства нужно обращать пристальное внимание, можно получить поражение электрическим током до 450В

Схема драйвера для светодиодов своими руками

Чтобы сделать обыкновенный драйвер для светодиода своими руками, вам понадобится 2 транзистора и 2 резистора. Стабилизация протекающего через диод тока производится мощным n-канальным полевым транзистором VT2. Резистор R2 устанавливает максимальный ток, подаваемый на светодиод, действует как датчик тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Схема самостоятельной сборки драйвера светодиода

По мере увеличения тока, проходящего через VT2, напряжение на R2 уменьшается, и транзистор VT1 открывается, уменьшая напряжение на затворе VT2. Значение тока на диоде уменьшается, а выходной ток стабилизируется. Возможно питание схемы от блока питания 12В и 0,5А.

Входное напряжение должно быть как минимум на 1-2 В выше падения напряжения на диоде. Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и напряжения питания. Транзистор VT2 рассчитан на ток не менее 500 мА: IRFЯ48, IRFZ44N, IRF530. VT1 — биполярный npn-транзистор малой мощности: BC547, 2N3904, 2N2222, 2N5088 мощностью 0,125-0,25Вт, сопротивлением 100VΩ. Установка может производиться без платы, так как количество компонентов невелико.

Установка драйвера для светодиода без карты

Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.

Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Однако безымянную продукцию из Китая лучше не покупать. Хотя иногда встречаются достойные внимания экземпляры, что в остальном явление редкое. Есть много фальшивых светильников. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. В случае выхода из строя эти источники тока могут дать импульс и сжечь светодиодную ленту.

Однако рынок в основном занят китайской продукцией. Российские поставщики малоизвестны. Из них вы можете ответить на продукцию компаний Argos, Triton LED, Arlight, Irbis, Rubicon. Большинство моделей могут работать даже в экстремальных условиях.

Из зарубежных можно смело выбирать текущие источники Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.

Драйвер Helvar за рулем.

Драйвером управляет Mean Well.

Управляемый драйвер DEUS.

Водитель вел «Ирбис».

Главный драйвер MOSO.

Из китайцев можно доверять MOSO. Могут появиться новые бренды, производящие конкурентоспособные устройства.

Хорошие рекомендации есть у Texas Instruments (США) и Rubicon (Япония, не путать с Rubicon Russia. Это разные бренды). Но пока они дорогие.

Оцените статью
Блог про освещение