Переделка импульсного блока питания LED с целью получения регулировки яркости светодиодной ленты от 0 до максимума « ЭлектроХобби
В этой статье предлагаю рассмотреть вариант создания источника питания для светодиодной ленты из ИБП для LED, который позволит нам плавно регулировать яркость свечения светодиодной ленты от 0 до максимума ее свечения.
Для новичков стоит сказать, что для питания светодиодных лент обычно используются специально предназначенные для этого импульсные блоки питания (ИБП), которые проще и дешевле приобрести уже готовыми, чем собирать их своими руками. Такие ИБП для LED в основном различаются по величине выходного напряжения и мощности. Хотя от фирмы производителя также многое зависит – в первую очередь качество изготовления такого ИБП. В этой статье я буду рассматривать самый простой и доступный импульсный блок питания для светодиодных лент в перфорированном корпусе. Именно они наиболее распространены и используют для питания LED лент.
Но не все так просто! Подобные ИБП уже изначально имеют возможность регулировать величину своего выходного напряжения, за счет чего можно изменять и яркость свечения светодиодной ленты. Но диапазон этой регулировки не большой. В среднем напряжение может регулироваться в большую и меньшую сторону 2–3 вольта. То есть, если взять например блок питания на 12 вольт, то его регулировкой можно изменять выходное напряжение где-то в пределах от 9 до 15 вольт. Хотя в разный ИБП этот диапазон также разный. В то время самая обычная, недорогая светодиодная лента только начинает зажигаться от напряжения 7 вольт. Следовательно, чтобы у нас была возможность делать плавную регулировку яркости свечения светодиодной ленты от 0 до максимума мы должны обеспечить диапазон напряжения от 7 до 12 вольт.
Давайте разберем такой пример – допустим нам нужно осуществить освещение своего рабочего стола, используя при этом обычную светодиодную ленту.
Причем яркость этой ленты должна плавно регулироваться от 0 до максимума. Исходя из своего личного опыта для одноместного рабочего стола вполне хватит общей мощности светодиодной ленты в 20 Вт. Я для себя брал самую обычную LED ленту с такими характеристиками:
— питание 12 вольт,
— количество светодиодов 60 штук на метр,
— светодиоды smd 2835,
— мощность 4,8 Вт на метр,
— температура свечения 6500-7500 К,
— белого цвета свечения.
Как правило эти ленты продаются в бобине по 5 метров. Общая мощность этой бобины 24 Вт. Еще одна вещь, которую я сделал, это немного уменьшил рабочую мощность этого пятиметрового куска светодиодной ленты. А именно, поскольку лента рассчитана на работу с напряжением 12 вольт, при этом она выдает свое максимальное свечение, потребляя определенный номинальный ток. Но, как известно, особенно дешевые, LED ленты даже при своей номинальной работе со временем начинают постепенно терять свою изначальную яркость свечения. Чтобы свести это явление к минимуму можно немного снизить рабочее напряжение, тем самым снизив ток. Хоть при этом немного и уменьшится общая яркость ленты, но зато мы сделаем для нее более щадящий режим работы. Тем самым значительно увеличив ее срок службы без потери яркости свечения, что происходит со временем. Для этого я снизил рабочее напряжение блока питания до 11,7 вольт. При этом 5 метров ленты мне начали выдавать не все 24 ватта, а только 20, которых мне более чем было достаточно.
А теперь давайте перейдем к вопросу, как именно можно сделать на покупном блоке питания для LED нужный нам регулируемый диапазон выходного напряжения от 7 до 12 вольт. Также стоит добавить, что такой вариант регулировки яркости свечения светодиодной ленты (доработка самого ИБП) наиболее оптимален. Оптимален как с точки зрения отсутствия дополнительных схем и модулей (к примеру понижающий DC-DC преобразователь), так и с точки зрения максимально возможного КПД (опять же энергия не растрачивается на дополнительные схемы). Примером для переделки будет импульсный блок питания для LED в перфорируемом корпусе, мощностью 36 Вт, выходным напряжением 12 вольт и максимальным током до 3 ампер.
У разных фирм производителей с виду одинаковые блоки питания могут иметь различную схемотехнику. Некоторые ИБП могут собираться на транзисторах, без использования ШИМ микросхем. Другие блоки питания собираются именно на базе ШИМ регуляторов. Если вам попался импульсник, в котором отсутствует ШИМ микросхема, или при ее наличии данная микросхема не имеет дополнительного питания, идущего от дополнительной обмотки трансформатора, то переделка блока питания будет минимальной. Для этого нам достаточно просто подобрать нужные резисторы на делителе напряжения, что стоят на управляемом стабилитроне TL431.
Для новичков поясню. Практически во всех импульсных блоках питания для регулировки и стабилизации выходного напряжения используется обратная связь между выходом блока питания и его управляющей частью, которая делает раскачку дросселя, трансформатора. Эта обратная связь представлена такими частями – делитель напряжения, линейный стабилизатор напряжения (собранный на регулируемом стабилитроне TL431) и оптопара (он же оптрон). Делитель напряжения задает, какое напряжение будет стабилизироваться на управляемом стабилитроне TL431. А этот стабилитрон соединен со светодиодом оптопары, которая при своем срабатывании посылает сигнал управляющей части блока питания, притормаживая ее работу.
То есть, величина выходного напряжения зависит от того, как будет настроен делитель напряжения, а точнее, какая пропорциональность сопротивлений будет на этом самом делителе напряжения. И для изменения диапазона выходного напряжения ИБП нам достаточно вместо имеющихся резисторов поставить подстроечные, после чего просто ими подобрать этот самый нужный диапазон выходного напряжения (а именно от 7 до 12 вольт). Вся переделка сводится к подбору нужных резисторов, и все. А делать это нужно так. После того как мы разобрали свой ИБП, находим резисторы делителя напряжения. После этого выпаиваем одну ножку каждого резистора и измеряем имеющееся сопротивления этих резисторов. Одну ножку нужно выпаивать, чтобы не ошибиться с номиналом этого резистора (сопротивление может быть другим из-за соединения с другими цепями схемы). После этого в место каждого резистора ставим подстроечный резистор с номиналом пусть в два раза больше, чем было. Но при этом на каждом подстоечнике выставляем именно то сопротивление, что у нас есть на рабочих, ранее нами выпаянных резисторах. После этого включаем ИБП в сеть и медленно начинаем крутить эти резисторы, тем самым подбирая нужный диапазон выходного напряжения. Ну, а когда мы уже подобрали этот диапазон, то в место этих подстроечных резисторов впаиваем в схему ИБП новые резисторы с новым номиналом своего сопротивления.
Если же вам попался импульсный блок питания, где ШИМ микросхема запитывается от дополнительной обмотки трансформатора, имея при этом еще и стартовую цепь своего питания, то тут нужно будет сделать следующее.
В моем случае была ШИМ микросхема типа UC3842, которая частенько применяется в подобных ИБП. В ней есть определенная величина питающего напряжения, при котором эта микросхема отключается (это 10 вольт), и величина напряжения, при котором микросхема запускается (16 вольт). На трансформаторе данного блока питания содержаться две одинаковые (по количеству витков) выходные обмотки. Следовательно, какое напряжение будет на выходе блока питания, такое напряжение будет и на дополнительной обмотке, которая питает саму микросхему. И поскольку имеющаяся ШИМ микросхема отключается при напряжении своего питания ниже 10 вольт, то и выходное напряжение блока питания не может быть ниже 10 вольт (обмотки ведь одинаковые, и напряжение на них одинаковое). Хотя если вам попалась микросхема UC3843, то в ней минимальное рабочее напряжение равно 8,5 вольт. Но все равно нам не получится выжать наши минимальные 7 вольт для LED ленты.
Чтобы это исправить, нам нужно просто немного домотать имеющейся трансформатор. Причем, как правило, у подобных импульсных блоках питания нужная нам обмотка содержится на поверхности трансформатора. И если сделать все аккуратно, то трансформатор после выпаивания с платы даже не придется разбирать. Нужно просто с него снять верхнюю изоляцию и к видимому одному из концов дополнительной обмотки припаять кусок обмоточного провода, домотать, и снова трансформатор поставить на плату. Такие обмотки обычно содержат небольшое количество витков. Например моя обмотка содержала всего 10 витков, при этом она выдавала 12 вольт.
К имеющимся 10 виткам я домотал еще столько же, в итоге получив 20 витков на дополнительной обмотке, что запитывает ШИМ микросхему. То есть, эта обмотка начала выдавать напряжение в два раза больше, чем обмотка, что идет на выход блока питания. Причем у данной микросхемы есть и максимально допустимое напряжение своего питания – это 34 вольта. Когда мы будем на блоке питания выставлять величину выходного напряжения 12 вольт, то дополнительная обмотка, питающая микросхемы (которую мы домотали) будет подавать на микросхему 24 вольта. И эта величина безопасна для микросхемы. Когда же мы на блоке питания снизим выходное напряжение до нужных нам 7 вольт, то дополнительная обмотка будет подавать на микросхему ШИМ 14 вольт. Это больше, чем минимально допустимое напряжение в 10 вольт, при котором ШИМ выключается. Следовательно, мы после доматывания трансформатора вышли с диапазона, при котором микросхема отключается.
В итоге для подобных случаев (когда микросхема запитывается от дополнительной обмотки трансформатора и имеет определенный порог, при котором выключается) нам нужно в ИБП сделать следующие изменения. Первое, это сначала домотать на дополнительную обмотку провод, такое же количество витков, которое уже есть. Тем самым увеличив напряжение питания ШИМ микросхемы в два раза. И что нам позволит уменьшить выходное напряжение до нужных нам 7 вольт без защитного отключения микросхемы ШИМ. Второе, это подобрать новые, подходящие номиналы сопротивлений на делителе напряжения, стоящим на регулируемом стабилитроне TL431. Допустим в моем случае на делителе напряжения изначально были такие резисторы 10 ком и 3 ком (состоящего из одного постоянного резистора на 2 ком и одного подстроечного на 1 ком). А после доработки блока питания номиналы стали такими 6,8 ком и 3,4 ком (состоящий из одного постоянного резистора на 1,4 ком и одного подстроечного на 2 ком).
Так, что если вы хотите переделать свой импульсный блок питания подобным образом, то берите все вышесказанное на заметку.
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Что нужно изменить в импульсном блоке питания под LED для получения плавной регулировки яркости свечения светодиодной ленты
Ссылка для просмотра этого видео на моем канале в Дзене
Ссылка на эту статью в Дзене — https://dzen. ru/a/Y38-xZVS7yGtYF39
Переделка Драйвера Для Светодиодов в Блок Питания. Светодиодный драйвер на 220 в
Широкое распространение светодиодов повлекло за собой массовое производство блоков питания для них. Такие блоки называются драйверами. Основной их особенностью является то, что они способны стабильно поддерживать на выходе заданный ток. Другими словами, драйвер для светодиодов (LED) – это источник тока для их питания.
Поскольку светодиод — это полупроводниковые элементы, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы они гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, — он стабилизирует ток, протекающий через цепь светодиодов.
Возможно использование маломощных светоизлучающих диодов и без драйвера, в этом случае его роль выполняет резистор.
Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»
20 Ватт драйвер светодиодов или Конструкция выходного дня.
Драйвер светодиода из КЛЛ своими руками
- низкая надежность из-за использования дешевых схемных решений;
- отсутствие защиты от перегрева и колебаний в сети;
- высокий уровень радиопомех;
- высокий уровень пульсаций на выходе;
- недолговечность.
Применение
Драйверы применяются как при питании светодиода от сети 220В, так и от источников постоянного напряжения 9-36 В. Первые используются при освещении помещений светодиодными лампами и лентами, вторые чаще встречаются в автомобилях, велосипедных фарах, переносных фонарях и т.д.
Как уже было сказано, драйвер – это источник тока. Его отличия от источника напряжения проиллюстрированы ниже.
Источник напряжения создает на своем выходе некоторое напряжение, в идеале не зависящее от нагрузки.
Например, если подключить к источнику напряжением 12 В резистор 40 Ом, через него пойдет ток 300 мА.
Если подключить параллельно два резистора, суммарный ток составит уже 600 мА при том же напряжении.
Драйвер же поддерживает на своем выходе заданный ток. Напряжение при этом может изменяться.
Драйвер создаст на резисторе падение напряжения 12 В.
Если подключить параллельно два резистора, ток по-прежнему будет 300 мА, а напряжение упадет до 6 В:
Какое освещение Вы предпочитаете
ВстроенноеЛюстра
Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.
Для переделки импульсного преобразователя КЛЛ в драйвер светодиода, достаточно удалить «лишние детали», обведённые красной пунктирной линией. Это цепи запуска лампы.
Повисший в воздухе вывод дросселя L1 подпаять к плюсовой дорожке блока, намотать на него вторичную обмотку, и добавить диодный мост, спаянный из быстродействующих диодов серии HER, FR, UF и им подобных.
Светодиод укрепил на радиаторе, предварительно смазав его термопастой.
Радиатор закрепил проволокой к корпусу преобразователя. Таким образом собрал светодиодную лампу, затратив минимум средств.
В результате несложной переделки КЛЛ, мы получили отличный драйвер для мощного светодиода, Продлили жизнь преобразователя КЛЛ.
Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»
Зарядное устройство из БП светодиодных лент. Припаиваем крокодилы к проводу, и вперед заряжаться Учитывая цену, которую заряжают за китайского дерьмо, лучше сделать свою зарядку из блока питания. Спрашивайте, я на связи!
Ремонт драйвера светильника 36вт
Схема и ее принцип работы
Типичное включение CPC9909 с питанием от сети 220В показано на рисунке. Схема способна управлять одним или несколькими мощными светодиодами или светодиодами типа High Brightness. Схему можно легко собрать своими руками даже в домашних условиях. Готовый драйвер не нуждается в наладке с учетом грамотного выбора внешних элементов и соблюдением правил их монтажа.
За это время катушка индуктивности накапливает энергию, чтобы отдать её в нагрузку во время паузы. Когда транзистор закрывается, энергия дросселя обеспечивает ток нагрузки в цепи: L – D1 – LED – L.
Процесс носит циклический характер, в результате чего ток через светодиод имеет пилообразную форму. Наибольшее и наименьшее значение пилы зависит от индуктивности дросселя и рабочей частоты.
Драйвер для светодиодов: назначение, выбор, подключение, схемы
Таким образом, идеальный драйвер способен обеспечить нагрузке номинальный ток вне зависимости от падения напряжения. То есть светодиод с падением напряжения 2 В и током 300 мА будет гореть так же ярко, как и светодиод напряжением 3 В и током 300 мА.
Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»
Ремонт драйвер для светодиодного светильника 36 ватт Соединять таким образом параллельно 3 и более светодиодов недопустимо, так как при этом через них может пойти слишком большой ток, в результате чего они быстро выйдут из строя. Спрашивайте, я на связи!
ПЕРЕДЕЛКА ЛЮМИНИСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ НА СВЕТОДИОДНУЮ
- VIN. Предназначен для подачи напряжения питания.
- CS. Предназначен для подключения внешнего датчика тока (резистора), с помощью которого задаётся максимальный ток светодиода.
- GND. Общий вывод драйвера.
- GATE. Выход микросхемы. Подает на затвор силового транзистора модулированный сигнал.
- PWMD. Низкочастотный диммирующий вход.
- VDD. Выход для регулирования напряжения питания. В большинстве случаев подключается через конденсатор к общему проводу.
- LD. Предназначен для задания аналогового диммирования.
- RT. Предназначен для подключения время задающего резистора.
Расчет внешних элементов
Частотозадающий резистор
Длительность паузы выставляют внешним резистором RT и определяют по упрощенной формуле:
В свою очередь время паузы связано с коэффициентом заполнения и частотой:
tпаузы=(1-D)/f (с), где D – коэффициент заполнения, который представляет собой отношение времени импульса к периоду.
Рекомендованный производителем диапазон рабочих частот составляет 30-120 кГц. Таким образом, сопротивление RT можно найти так: RT=(tпаузы-0,8)*66000, где значение tпаузы подставляют в микросекундах.
Датчик тока
Номинал сопротивления RS задает амплитудное значение тока через светодиод и рассчитывается по формуле: RS=UCS/(ILED+0.5*IL пульс), где UCS – калиброванное опорное напряжение, равное 0,25В;
IL пульс – величина пульсаций тока нагрузки, которая не должна превышать 30%, то есть 0,3*ILED.
После преобразования формула примет вид: RS=0,25/1.15*ILED (Ом).
Мощность, рассеиваемая датчиком тока, определяется формулой: PS=RS*ILED*D (Вт).
К монтажу принимают резистор с запасом по мощности 1,5-2 раза.
Дроссель
Как известно, ток дросселя не может измениться скачком, нарастая за время импульса и убывая во время паузы. Задача радиолюбителя в том, чтобы подобрать катушку с индуктивностью, обеспечивающей компромисс между качеством выходного сигнала и её габаритами. Для этого вспомним об уровне пульсаций, который не должен превышать 30%. Тогда потребуется индуктивность номиналом:
L=(USLED*tпаузы)/ IL пульс, где ULED – падение напряжения на светодиоде (-ах), взятое из графика ВАХ.
Фильтр питания
Однако, производитель микросхемы настаивает на монтаже конденсаторов С1 и С2 с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), чтобы избежать негативного влияния высокочастотных помех, возникающих при переключении драйвера.
Выпрямитель
Диодный мост выбирают, исходя из максимального прямого тока и обратного напряжения. Для эксплуатации в сети 220В его обратное напряжение должно быть не менее 600В. Расчетная величина прямого тока напрямую зависит от тока нагрузки и определяется как: IAC=(π*ILED)/2√2, А.
Полученное значение необходимо умножить на два для повышения надежности схемы.
Выбор остальных элементов схемы
Конденсатор C3, установленный в цепи питания микросхемы должен быть ёмкостью 0,1 мкФ с низким значением ESR, аналогично C1 и C2. Незадействованные выводы PWMD и LD также через C3 соединяются с общим проводом.
Напряжение, прикладываемое к Q1 и D1, носит импульсный характер, но не более, чем выпрямленное напряжение с учетом емкостного фильтра, то есть 280В. Выбор силовых элементов Q1 и D1 следует производить с запасом, умножая расчетные данные на два.
Предохранитель (fuse) защищает схему от аварийного короткого замыкания и должен длительно выдерживать максимальный ток нагрузки, в том числе импульсные помехи.
Установка терморезистора RTH нужна для ограничения пускового тока драйвера, когда фильтрующий конденсатор разряжен. Своим сопротивлением RTH должен защитить диоды мостового выпрямителя от пробоя в начальные секунды работы.
Импульсный источник питания(SMPS)
Аннотация: Драйвер светодиодов SMPS использует импульсный регулятор для преобразования нерегулируемого постоянного тока в импульсную форму волны. Импульсные источники питания бывают различных топологий, включая понижающий, повышающий, повышающе-понижающий, обратноходовой и т. д. выпрямленной мощности постоянного тока в заданную величину мощности постоянного тока. Драйверы светодиодов SMPS представляют собой наиболее эффективное и технически совершенное решение для управления током светодиодов. Современные светодиодные осветительные приборы, в частности те, которые предназначены для высокотехнологичных приложений, предъявляют высокие требования к способности драйвера эффективно преобразовывать электроэнергию от источника переменного тока в нагрузку постоянного тока с выходной мощностью, соответствующей электрическим характеристикам светодиодов. Несмотря на растущую стоимость и ограничения форм-фактора в конструкции светодиодных светильников, импульсные источники питания по-прежнему являются наиболее предпочтительным типом преобразователей мощности для питания высокопроизводительных светодиодных светильников.
Требования к питанию светодиода
Светодиод представляет собой полупроводниковый диод, который воспринимает только прямое напряжение от положительно заряженного электрода к отрицательно заряженному электроду. Когда диод смещен в прямом направлении, положительные дырки в p-области и отрицательные электроны в n-области рекомбинируют в обедненной зоне (p-n-переход) и испускают свет. Большинство светодиодных светильников получают входную мощность в форме переменного тока от энергосистемы общего пользования. В нагрузке переменного тока напряжение изменяется синусоидально между положительным и отрицательным значением. Когда светодиод подключен к источнику переменного тока напрямую, электрический ток протекает через p-n переход только тогда, когда амплитуда сигнала переменного тока положительна. Это означает, что светодиод будет включаться в течение каждого полупериода формы волны переменного тока и иметь мертвое время, когда он не смещен в прямом направлении. Видимое мерцание будет происходить при частоте 100 Гц (для сети переменного тока с синусоидальной частотой 50 Гц) или при частоте 120 Гц (для сети переменного тока с синусоидальной частотой 60 Гц). Чтобы светодиод давал непрерывный выходной сигнал, к нагрузке светодиода должен быть приложен постоянный прямой ток, который является постоянным током. Светодиод — это низковольтное устройство, которое обычно работает от 1,5 до 4,5 вольт. Поэтому постоянный ток, выпрямленный из переменного напряжения питания, должен регулироваться в соответствии с нагрузкой светодиода.
Как работает драйвер светодиодов SMPS
SMPS обычно представляет собой драйвер светодиодов AC-DC, но получил свое название от импульсного преобразователя постоянного тока, который получает выпрямленное напряжение постоянного тока и выдает регулируемый выход постоянного тока. Драйвер может включать в себя выпрямитель, схему фильтра пульсаций и импульсный стабилизатор. Выпрямитель предназначен для преобразования (двухполупериодного выпрямления) переменного тока в постоянный. Схема фильтра пульсаций, в которой обычно используется конденсатор на выходе выпрямителя, предназначена для сглаживания полугорбов синусоидальной волны, известных как пульсации, в непрерывное напряжение постоянного тока, которое напоминает плавное непрерывное напряжение, доступное от батареи. Выпрямленная мощность постоянного тока подается на импульсный стабилизатор для преобразования постоянного тока в постоянный. Этот импульсный стабилизатор обеспечивает функцию повышения или понижения, обрезая нежелательные пиковые напряжения и поддерживая по существу постоянный выходной сигнал независимо от изменений сопротивления нагрузки и входного напряжения.
Что такое импульсный регулятор
Как упоминалось выше, импульсный регулятор представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный. Этот регулятор напряжения использует один или несколько переключающих элементов для преобразования нерегулируемого постоянного тока в импульсную форму волны, которая затем сглаживается с помощью элемента накопления энергии. Обычно он содержит полупроводниковый переключатель и элемент накопления энергии, который может быть индуктивным, емкостным или их комбинацией. Полупроводниковый переключатель обычно представляет собой переключатель мощности, такой как полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET) или транзистор с биполярным переходом (BJT). Преобразователь постоянного тока в постоянный регулирует свое выходное напряжение, переключая силовой транзистор между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ на высоких частотах. Когда силовой транзистор находится в режиме «ВКЛ», ток в конденсаторе или катушке индуктивности увеличивается, и энергия накапливается. Когда силовой транзистор выключается, эта энергия выделяется в нагрузку.
Частота коммутации или коэффициент заполнения регулируются контроллером с частотно-импульсной (ЧИМ) или широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который отслеживает контур управления с обратной связью и точно настраивает частоту для компенсации изменений выходной нагрузки и входной нагрузки. изменения напряжения. Частота коммутации обычно находится в диапазоне 50-400 кГц, что обеспечивает разумный компромисс между эффективностью (коммутационные потери), размером и стоимостью. Высокая частота переключения устраняет необходимость в большой катушке индуктивности или конденсаторе, но увеличивает коммутационные потери в цепи. С другой стороны, чем ниже частота переключения, тем меньше потери при переключении, однако для этого требуется большая катушка индуктивности или конденсатор.
Топологии SMPS
Импульсные источники питания поставляются с различными вариантами топологии, включая понижающий, повышающий, повышающе-понижающий, обратноходовой, полумостовой, полный мост, прямоходовой преобразователь, двухтактный и т. д. В дополнение к стоимости, эффективности и Учитывая форм-фактор, тип используемой топологии очень часто зависит от характеристик, например, диэлектрической изоляции входа-выхода, фильтрации пульсаций, возможности нескольких выходов, коэффициента мощности, гармоник (шума), возможностей автономной работы, диапазона диммирования, напряжения и токовая нагрузка на силовые полупроводники и входное напряжение на первичную обмотку трансформатора или катушку индуктивности. В зависимости от топологии выход SMPS может регулироваться постоянным током или постоянным напряжением.
Силовой ключ в преобразователе переключающего типа регулируется схемой управления на основе изменений входного напряжения, сопротивления нагрузки и различных внутренних параметров. Таким образом, методы контроля также должны быть рассмотрены. Процессом преобразования мощности импульсного источника питания можно управлять с помощью различных методов, в том числе:
- Непрерывный режим проводимости
- Регулятор напряжения с аналоговым/цифровым компенсатором
- Прерывистый или граничный режим проводимости
- Контроль пикового тока
- Гистерезисное регулирование тока
- Резонансный регулятор
- Постоянный контроль времени включения
Понижающий преобразователь
Понижающий контур представляет собой понижающий преобразователь, который регулирует входное постоянное напряжение до требуемого постоянного напряжения для встроенных регуляторов с выходной мощностью менее 100 Вт (хотя он способен регулировать выходную мощность более одного киловатта). ). Для этого простого типа преобразователя постоянного тока обычно требуется один индуктор и два полупроводниковых переключателя, либо два полевых МОП-транзистора, либо полевой МОП-транзистор и диод. Топология понижающей схемы может быть реализована с использованием ряда методов управления током, включая синхронное переключение, гистерезисное управление, управление пиковым током и управление средним током. Этот тип топологии достаточно эффективен (90–95%) и экономически эффективным. Понижающий преобразователь очень похож на линейный стабилизатор, но предпочтительнее линейного стабилизатора для управления светодиодными светильниками, у которых входное напряжение намного выше выходного. Напряжение нагрузки понижающего драйвера должно быть не менее 85 % от напряжения питания, учитывая, что максимальный рабочий цикл для надежной работы понижающей схемы обычно составляет около 85 %. Регулятор с понижающей топологией обеспечивает наилучшее динамическое управление током светодиода и хорошо справляется с короткими замыканиями на вход и на землю. Топология понижающей схемы не обеспечивает развязки между входной и выходной цепями.
Повышающий
Повышающий преобразователь предназначен для управления выходным напряжением, которое как минимум на 50 % выше входного. В повышающих схемах рабочий цикл менее 50 % может привести к повреждению цепи, вызванному неконтролируемым током. Для повышающего преобразователя на основе катушки индуктивности обычно требуется одна катушка индуктивности, которая должна хранить достаточно энергии для поддержания выходного тока на нагрузке в течение всего периода переключения. Эти повышающие преобразователи управляются схемой контроллера либо в режиме непрерывной проводимости (CCM), либо в режиме прерывистой проводимости (DCM). Во время цикла «ВКЛ» нагрузка отключается от тока индуктора, поэтому часто требуется большой выходной конденсатор для поддержания тока и минимизации электромагнитных помех и пульсаций при переключении светодиодов (поскольку выходной ток имеет импульсную форму). Большой выходной конденсатор и необходимость управления с обратной связью могут усложнить диммирование ШИМ. Топология boost имеет 9Эффективность 0-95% и небольшое количество деталей. Повышающие регуляторы обычно используются для повышающих устройств на уровне платы (т. е. неизолированных) и всегда должны быть снабжены защитой от перенапряжения, чтобы выдерживать разрушительные переходные процессы перенапряжения.
Понижающе-повышающий
Понижающе-повышающий преобразователь создает выходное напряжение, которое может быть выше или ниже напряжения питания. Существует два варианта топологии повышающе-понижающего преобразователя: несимметричный первичный преобразователь индуктивности (SEPIC) и преобразователь Чука. SEPIC представляет собой повышающе-понижающий преобразователь с управляющим переключателем нижнего плеча, общим с повышающим регулятором. Этот преобразователь с одним ключом использует конденсатор для блокировки любой составляющей постоянного тока между входом и выходом и, таким образом, обеспечивает неинвертированную энергию связи на выходе. Для схемы SEPIC требуются две одинаковые катушки индуктивности или катушка индуктивности с двумя обмотками, две обмотки которой намотаны на общий магнитный сердечник для экономии площади схемы. Преобразователь Cuk похож на SEPIC, за исключением того, что он имеет инвертированный выход. Два индуктора, которые работают в режиме непрерывной проводимости, соединены последовательно с входом и выходом, а выходной индуктор схемы SEPIC подключен к земле. Эта конструкция автоматически отфильтровывает высокочастотные сигналы в центральном узле. Топология buck-boost также не обеспечивает изоляцию от сети переменного тока.
Обратный ход
Обратный ход может быть изолированным или неизолированным. Неизолированный обратноходовой регулятор представляет собой преобразователь постоянного тока, в котором используется индуктор с одной обмоткой, который в основном представляет собой повышающе-понижающий преобразователь. Изолированный обратноходовой регулятор использует две или три обмотки силового индуктора для обеспечения гальванической развязки и повышенной безопасности. Цепь обратного хода представляет собой преобразователь с прерывистым режимом проводимости, который накапливает энергию в трансформаторе, в то время как ток нагрузки подается от конденсатора выходного фильтра. Способность обеспечить полную изоляцию между входными и выходными цепями делает обратноходовые драйверы светодиодов предпочтительным выбором для управления светодиодными лампами и светильниками с металлическим корпусом, а также для приложений, где существует риск поражения электрическим током для конечных пользователей. Трансформатор обратного хода также обеспечивает накопление энергии и масштабирование напряжения, что позволяет регулятору легко генерировать несколько выходов с небольшими затратами на дополнительную схему. Третья обмотка, называемая вспомогательной или вспомогательной обмоткой, в трехобмоточном обратноходовом преобразователе используется для питания управляющей ИС. Оптопара обычно используется для реализации обратной связи по выходному напряжению. На практике было доказано, что обратноходовой преобразователь обеспечивает около 90% эффективность.
Зачем использовать импульсные источники питания?
Преимущество драйверов светодиодов SMPS заключается в том, что они расходуют гораздо меньше энергии и работают намного медленнее, чем линейные драйверы светодиодов, которые просто выбрасывают избыточную электроэнергию в виде тепла. В коммутируемом режиме работы полупроводниковый переключатель имеет очень низкое сопротивление во включенном состоянии, и поэтому падение напряжения на его пути питания минимально. Высокая эффективность преобразования мощности делает драйверы светодиодов SMPS особенно привлекательными для приложений с мощным освещением, которые имеют жесткие ограничения по эффективности системы и тепловым нагрузкам. Импульсные источники питания способны обеспечить точное выходное напряжение при различных условиях входного напряжения. Это очень привлекательная функция в эпоху цифрового освещения, поскольку различные приложения управления освещением, такие как настраиваемое белое освещение и смешивание цветов RGB, требуют точной регулировки выходного сигнала. Используя топологии, такие как повышающее и обратноходовое напряжение, драйверы светодиодов SMPS могут работать с широким диапазоном напряжения питания, например. универсальный вход от 100В до 277В.
Недостатки
Импульсный источник питания представляет собой довольно сложную схему, которая обычно включает использование катушек индуктивности (или трансформаторов), переключающих транзисторов, конденсаторов и соответствующей управляющей электроники. Для поддержания стабильного выходного сигнала часто требуется сложная компенсационная схема. Схема также может генерировать большие пульсации тока, которые необходимо сгладить с помощью конденсаторов. Не только общая стоимость и объем светодиодного драйвера резко увеличиваются, сложность схемы может привести к снижению надежности. Электролитические конденсаторы, которые могут высыхать под воздействием тепла, являются основной причиной выхода из строя драйверов светодиодов. Поскольку импульсные источники питания работают в высокочастотном ключевом состоянии, то неизбежно возникает относительно высокий уровень электромагнитных помех (ЭМП). Соответственно, электромагнитная совместимость (ЭМС) конструкции источника питания светодиодов стала дополнительной проблемой, требующей решения.
Проблема запуска светодиодных модулей с преобразователем постоянного тока
Новое в апреле 2020 г.
Структура схемы управления светодиодами
) Драйвер светодиода подключается к светодиоду напрямую, яркость регулируется выходным током драйвера светодиода.— Источник питания светодиодов с постоянным напряжением (CV), обычно 12 В или 24 В, подключается к светодиодным лентам или трубкам, которые имеют резистор или простую схему ограничения тока на плате светодиода. Резистор или ограничитель тока определяет ток и яркость.
— Каскадное подключение блока питания CV и DC-DC преобразователя (DC/DC) и далее к плате светодиодов. Выходной ток контролируется только преобразователем постоянного тока в постоянный.
Для первых двух структур источники питания подключаются к светодиоду без активного преобразования между ними. Выбор источника питания относительно прост, следует выбрать либо правильный ток, либо правильное напряжение. Третья управляющая структура включает в себя активный DC/DC между ними, что может вызвать определенные проблемы с совместимостью. В следующих главах мы рассмотрим рабочий механизм DC/DC и возможные проблемы при выборе блока питания с неправильными характеристиками.
DC/DC Converter
DC/DC преобразователи бывают 3 типов: Buck (понижающее преобразование), Boost (повышающее преобразование) и Buck-boost. Какие бы преобразователи они ни были, большинство из них имеют широкий рабочий диапазон входного напряжения. В пределах этого входного диапазона преобразователь постоянного тока в постоянный преобразует входную мощность в требуемое выходное напряжение и/или ток нагрузки. Если нагрузка фиксирована, входная мощность также будет фиксированной. Поскольку мощность одинакова при высоком входном напряжении, входной ток будет низким, и наоборот. Формула преобразования мощности показана ниже:
Возможная проблема совместимости между источником питания CV и преобразователем постоянного тока
Стандартные светодиодные трубки или прожекторы с постоянным током обычно содержат такие преобразователи внутри. В руководстве по этим продуктам обычно указывается только фиксированное входное напряжение, например. «Вход 24 В постоянного тока». При подаче этого напряжения на лампу она обязательно сработает; однако фактический рабочий диапазон может быть намного шире и ниже этого номинального входного напряжения из-за используемого внутри преобразователя постоянного тока в постоянный.
Рис.1. Track LightingЧтобы лучше объяснить это явление, мы возьмем преобразователь постоянного тока MEAN WELL LDD-350H в качестве примера. LDD-350H представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, обеспечивающий постоянный ток 350 мА на нагрузку. Диапазон входного напряжения составляет 9 ~ 56 В постоянного тока, а диапазон выходного напряжения, связанный с прямым напряжением светодиода, составляет 2 ~ 52 В постоянного тока. Поскольку это понижающий преобразователь, входное напряжение должно быть на 3 В выше, чем выходное напряжение в соответствии со спецификацией. Это означает, что при напряжении светодиода 9 В LDD-350H может работать при любом входном напряжении от 12 до 56 В постоянного тока. Лампа с этим светодиодом и встроенным преобразователем, скорее всего, может указать свое входное напряжение как «вход 24 В постоянного тока», поскольку источники питания 24 В обычно доступны на рынке.
Рис.2. Спецификация LDD-HПри недостаточной информации установщик системы может упустить потенциальную проблему совместимости и столкнуться со сбоями при запуске, такими как мигание, более темный световой поток или просто полное отсутствие света. Проблема связана с переходной характеристикой при включении питания и поведением преобразователя постоянного тока в постоянный. Более подробная информация приведена ниже:
Ситуация 1: Недостаточный ток источника питания CV при низком выходном напряжении
Типичная установка показана на рис.3. Каждый LDD-1000H со светодиодом представляет собой одну светодиодную трубку. Предположим, что светодиод равен 9.В, 1А, 30 таких светодиодных трубок потребляют 270Вт. Если на лампах указан вход 24 В, в этом случае мы можем выбрать, например, HLG-320H-24.
Рис. 3 Источник питания CV с 30 светодиодными трубкамиСпецификация HLG-320H-24 показывает макс. выходная мощность 320,16 Вт, номинальный выходной ток 13,34 А. Судя по всему, использование HLG-320H-24 в системе 24В/270Вт является правильным выбором и даже с разумным запасом. Однако реальная ситуация такова, что LDD-1000H начнет работать при входном напряжении выше 12В. Если источник питания имеет относительно медленное время нарастания постоянного напряжения по сравнению со временем запуска преобразователя постоянного тока, постоянный ток может уже перейти на полную выходную мощность до того, как выходное напряжение источника питания поднимется до нужного уровня. В таких условиях, поскольку входное напряжение низкое, а DC/DC все еще пытается обеспечить полную мощность своей нагрузки, он будет потреблять более высокий входной ток, чем ожидалось, и в конечном итоге достигнет и превысит предел HLG-320H-24. В этом случае выход блока питания может быть снижен до нуля и перезапуститься, что приведет к тому, что лампа начнет мигать, станет тусклее или просто не загорится. Расчет входного тока в зависимости от входного напряжения показан ниже:
Входной ток преобразователя постоянного тока при входном напряжении 24 В
270 Вт=24 В × 11,25 АВходной ток преобразователя постоянного тока при входном напряжении 12 В неидеальные потери мощности, преобразователь постоянного тока требует в два раза больше тока, когда входное напряжение уменьшается вдвое.
Рис. 4 Сравнение входного напряжения и тока постоянного/постоянного тока при одинаковой передаче мощностиРис. 5 HLG-320H Output SpecСитуация 2: выходное напряжение источника питания постоянного тока не находится в рабочем диапазоне
На рис. 6 показан другой пример с LDD-1000H, в этом примере светодиод имеет напряжение 6 В и общий ток 20 А. Поскольку LDD-1000H является понижающим преобразователем, он начнет работать уже при входном напряжении от 6В до 9В. Опять же, если преобразователь DC/DC переходит на полную мощность быстрее, чем источник питания CV, уровень его выходного напряжения повышается. Преобразователь DC/DC попытается работать в режиме низкого входного напряжения и получить более высокий ток от источника питания. В приведенном ниже примере, если DC/DC начнет работать при 9 В, входной ток достигнет точки защиты от перегрузки по току HLG-320H-24. В таком состоянии источник питания перестанет повышать выходное напряжение и останется в режиме постоянного выходного тока. Существует вероятность того, что источник питания и преобразователь постоянного тока могут стабилизироваться в этом ненормальном, но стабильном состоянии. Однако для HLG-320H-24 область постоянного тока составляет 12–24 В, а 9V явно ниже этого диапазона, поэтому блок питания перейдет в режим сбоев. Случайно, после нескольких сбоев, блок питания может, наконец, войти в рабочий диапазон, и лампа в конце концов включится нормально.
Рис. 6 Если DC/DC начнет обеспечивать полную мощность до 9В, HLG-320H перейдет в режим сбоев из-за низкого выходного напряженияРис. 7 HLG-320H-24 Рабочий диапазон по сравнению с рабочим диапазоном преобразователя постоянного тока в постоянный, линейкаНа основе двух тематических исследований можно сказать, что проблемы запуска преобразователя постоянного тока в постоянный в основном связаны с фактическим рабочим диапазоном преобразователя постоянного тока. При низком пусковом напряжении источник питания может не работать в ожидаемых условиях и, таким образом, создавать различные проблемы при запуске.
Решение проблемы запуска
Если у лампы возникают проблемы с запуском, подобные упомянутым выше, вот несколько советов, которые можно попробовать:
— Выбор преобразователя постоянного тока с функцией плавного пуска или отложенного пуска
Преобразователь постоянного тока с плавный пуск постепенно увеличивает выходную мощность до нужного уровня после включения. Это помогает уменьшить пусковой ток преобразователя DC/DC и может предотвратить сбой при запуске от источника питания предыдущей ступени. Задержка пуска не снизит пусковой ток, но, поскольку он потребляет энергию только тогда, когда напряжение питания готово, он также может предотвратить сбой при запуске из-за несоответствия времени настройки.
— Использование функции выключения постоянного тока или диммирования на преобразователе постоянного тока, если доступно.
Включение или отключение диммирования только после того, как источник питания успешно установил правильное выходное напряжение, что также позволяет избежать проблем с запуском. Обычно время настройки источника питания светодиодов составляет менее 0,5 секунды при 230 В переменного тока. Вручную отключите входное питание или отложите выход преобразователя постоянного тока на 0,5 секунды, чтобы избежать проблем с запуском.
Рис. 8 Использование функции выключения диммирования постоянным током на преобразователе DC/DC— Увеличьте номинальный выходной ток источника питания CV
Чем выше выходной ток, тем меньше вероятность возникновения проблемы блокировки питания. Чтобы увеличить выходной ток, можно просто увеличить мощность, например. замена HLG-320H-24 на HLG-480H-24 или изменение выходного напряжения при той же мощности, например. при изменении с HLG-320H-24 (13,34 А) на HLG-320H-12 (22 А), если выбранное напряжение находится в пределах рабочего диапазона преобразователя постоянного тока, можно выбрать источник питания с более низким напряжением.
— Свяжитесь с MEAN WELL для индивидуального решения по питанию
Некоторые блоки питания могут обеспечивать пиковую мощность, а некоторые блоки питания можно модифицировать с более слабой защитой от перегрузки по току, чтобы покрыть временную потребность в токе. После включения средняя мощность должна оставаться в пределах номинальной мощности источника питания.
Сводка
Проблема совместимости тесно связана с системными требованиями и условиями. При возникновении проблем с запуском светодиодной лампы рекомендуется проверить спецификацию светодиода и преобразователя постоянного тока и проконсультироваться с экспертами по энергетике MEAN WELL для получения дополнительных предложений.
Переделка импульсного блока питания в драйвер для светодиода: Переделка импульсного блока питания LED с целью получения регулировки яркости светодиодной ленты от 0 до максимума « ЭлектроХобби