Como escolher um driver de lâmpada LED: tipos, finalidade + recursos de conexão

As lâmpadas LED tornaram-se difundidas, como resultado do início da produção ativa de fontes de alimentação secundárias.O driver da lâmpada LED é capaz de manter de forma estável os valores de corrente especificados na saída do dispositivo, estabilizando a tensão que passa pelo circuito de diodos.

Contaremos tudo sobre os tipos e princípios de funcionamento de um dispositivo de conversão de corrente para operar uma lâmpada de diodo. Nosso artigo fornece diretrizes para a escolha de um driver e recomendações úteis. Eletricistas domésticos independentes encontrarão diagramas de conexão comprovados na prática.

Finalidade e escopo de uso

Os cristais de diodo consistem em dois semicondutores - ânodo (mais) e cátodo (menos), que são responsáveis ​​pela transformação dos sinais elétricos. Uma área tem condutividade do tipo P, a segunda – N. Quando uma fonte de energia é conectada, a corrente fluirá através desses elementos.

Devido a esta polaridade, os elétrons da zona do tipo P correm para a zona do tipo N e vice-versa, as cargas do ponto N correm para P. No entanto, cada seção da região tem seus próprios limites, chamados junções PN. Nestes locais, as partículas se encontram e são mutuamente absorvidas ou recombinadas.

Um diodo é um elemento semicondutor e possui apenas uma junção pn. Por esse motivo, a principal característica que determina o brilho de seu brilho não é a tensão, mas a corrente

Durante as transições PN, a tensão diminui em um certo número de volts, sempre o mesmo para cada elemento do circuito. Levando em consideração esses valores, o driver estabiliza a corrente de entrada e produz um valor constante na saída.

Qual potência é necessária e quais valores de perdas durante a passagem P-N estão indicados no passaporte do dispositivo LED. Portanto, quando escolhendo uma lâmpada de diodo é necessário levar em consideração os parâmetros da fonte de alimentação, cujo alcance deve ser suficiente para compensar a energia perdida.

Para que os LEDs de alta potência funcionem pelo tempo especificado nas características, é necessário um dispositivo estabilizador - um driver. O corpo do mecanismo eletrônico sempre mostra sua tensão de saída

Fontes de alimentação com tensões de 10 a 36 V são utilizadas para equipar dispositivos de iluminação.

Os equipamentos podem ser de vários tipos:

• faróis de carros, bicicletas, motocicletas, etc.;
• pequenas lâmpadas portáteis ou de rua;
• tiras de led, fitas, luzes do teto e módulos.

Contudo para LEDs de baixa potência, e também no caso de utilização de tensão constante, é permitido não utilizar drivers. Em vez disso, um resistor é adicionado ao circuito, também alimentado por uma rede de 220 V.

Princípio de funcionamento da fonte de alimentação

Vamos descobrir quais são as diferenças entre uma fonte de tensão e uma fonte de alimentação. Como exemplo, considere o diagrama mostrado abaixo.

Ao conectar um resistor de 40 ohms a uma fonte de alimentação de 12 V, uma corrente de 300 mA fluirá através dele (Figura A). Quando um segundo resistor é conectado em paralelo ao circuito, o valor da corrente será de 600 mA (B). No entanto, a tensão permanecerá inalterada.

Apesar de conectar dois resistores à fonte de alimentação, o segundo criará uma tensão constante na saída, pois em condições ideais não está sujeito à carga

Agora vamos ver como os valores mudam se os resistores estiverem conectados à fonte de alimentação do circuito. Da mesma forma, apresentamos um reostato de 40 Ohm com driver de 300 mA. Este último cria uma tensão de 12 V (circuito B).

Se o circuito for composto por dois resistores, o valor da corrente permanece inalterado e a tensão será de 6 V (G).

O driver, ao contrário da fonte de tensão, mantém os parâmetros de corrente especificados na saída, mas a potência da tensão pode variar

Tirando conclusões, podemos dizer que um conversor de alta qualidade fornece à carga a corrente nominal mesmo quando a tensão cai. Conseqüentemente, cristais de diodo com 2 V ou 3 V e uma corrente de 300 mA queimarão com igual intensidade com uma tensão reduzida.

Características distintivas do conversor

Um dos indicadores mais importantes é a potência transmitida sob carga. Não sobrecarregue o aparelho e tente obter os melhores resultados possíveis.

O uso incorreto contribui para a falha rápida não apenas do mecanismo de visualização, mas também dos chips de LED.

Os principais fatores que influenciam o trabalho incluem:

• elementos constituintes utilizados no processo de montagem;
• grau de proteção (IP);
• valores mínimo e máximo na entrada e saída;
• fabricante.

Modelos modernos de conversores são produzidos com base em microcircuitos e usam tecnologia de conversão de largura de pulso (PWM).

Durante a operação da fonte de alimentação, um método de modulação por largura de pulso foi introduzido para regular a tensão de saída, enquanto o mesmo tipo de corrente é mantido na saída e na entrada

Tais dispositivos são caracterizados por um alto grau de proteção contra curtos-circuitos, sobrecargas de rede e também possuem maior eficiência.

Regras para selecionar um conversor de corrente

Para adquirir um conversor de lâmpada LED, você deve estudar a chave características do dispositivo. Vale a pena confiar na tensão de saída, corrente nominal e potência de saída.

Potência LED

Analisemos inicialmente a tensão de saída, que está sujeita a vários fatores:

• o valor das perdas de tensão nas junções PN dos cristais;
• número de diodos de luz no circuito;
• Diagrama de conexão.

Os parâmetros da corrente nominal podem ser determinados pelas características do consumidor, nomeadamente a potência dos elementos LED e o grau do seu brilho.

Este indicador afetará a corrente consumida pelos cristais, cujo alcance varia de acordo com o brilho necessário. A tarefa do conversor é fornecer a esses elementos a quantidade necessária de energia.

O valor da tensão de saída deve ser maior ou idêntico à quantidade total de energia gasta em cada bloco do circuito elétrico

A potência do dispositivo depende da potência de cada elemento LED, sua cor e quantidade.

Para calcular a energia consumida, use a seguinte fórmula:

P_H =P_LIDERADO *N,

Onde

• P_LIDERADO – carga elétrica criada por um diodo,
• N é o número de cristais na cadeia.

Os indicadores obtidos não devem ser inferiores à potência do driver. Agora é necessário determinar o valor nominal requerido.

Potência máxima do dispositivo

Deve-se também levar em consideração que para garantir o funcionamento estável do conversor, seus valores nominais devem exceder o valor P obtido em 20-30%._H.

Assim a fórmula assume a forma:

P_máx. ≥ (1,2..1,3)*P_H,

onde P_máx. — potência nominal da fonte de alimentação.

Além da potência e do número de consumidores na placa, a resistência da carga também está sujeita aos fatores de cor do consumidor. Com a mesma corrente, dependendo da tonalidade, apresentam diferentes quedas de tensão.

O driver da lâmpada LED deve fornecer a quantidade de corrente necessária para garantir o brilho máximo. Ao selecionar um dispositivo, o comprador deve lembrar que a potência deve ser maior do que todos os LEDs utilizam

Vejamos, por exemplo, os LEDs da empresa americana Cree da linha XP-E na cor vermelha.

Suas características são as seguintes:

• queda de tensão 1,9-2,4 V;
• corrente 350 mA;
• consumo médio de energia 750 mW.

Um análogo verde na mesma corrente terá indicadores completamente diferentes: as perdas nas junções PN são 3,3-3,9 V e a potência é 1,25 W.

Assim, podemos tirar conclusões: um driver de 10 W é usado para alimentar doze cristais vermelhos ou oito verdes.

Diagrama de conexão de LED

A escolha do driver deve ser feita após determinar o diagrama de conexão dos consumidores de LED. Se você primeiro comprar diodos de luz e depois selecionar um conversor para eles, esse processo será acompanhado de muitas dificuldades.

Para encontrar um dispositivo que garanta o funcionamento exatamente desse número de consumidores com um determinado diagrama de conexão, será necessário gastar muito tempo.

Vamos dar um exemplo com seis consumidores. A perda de tensão é de 3 V, o consumo de corrente é de 300 mA. Para conectá-los, você pode usar um dos métodos e, em cada caso individual, os parâmetros necessários da fonte de alimentação serão diferentes.

A desvantagem dos diodos alternados é a necessidade de uma fonte de alimentação de maior tensão se houver muitos cristais no circuito

No nosso caso, quando conectado em série, é necessária uma unidade de 18 V com corrente de 300 mA. A principal vantagem deste método é que a mesma energia passa por toda a linha e, consequentemente, todos os diodos queimam com brilho idêntico.

A desvantagem da colocação paralela dos consumidores é a diferença no brilho de cada cadeia. Este fenômeno negativo ocorre devido à dispersão dos parâmetros do diodo devido às diferenças entre a corrente que passa por cada linha

Se for utilizada colocação em paralelo, basta utilizar um conversor de 9 V, porém a corrente consumida será duplicada em relação ao método anterior.

O método de arranjo sequencial de dois diodos não pode ser utilizado com alteração no número de cristais incluídos no grupo - 3 ou mais. Tais restrições se devem ao fato de que muita corrente pode passar por um elemento, e isso cria a probabilidade de falha de todo o circuito.

Caso seja utilizado um método sequencial com a formação de pares de dois LEDs, utiliza-se um driver com desempenho semelhante ao do caso anterior. Neste caso, o brilho da iluminação será uniforme.

Porém, mesmo aqui existem algumas nuances negativas: quando a energia é fornecida ao grupo, devido à variação nas características, um dos LEDs pode abrir mais rápido que o segundo e, consequentemente, uma corrente com o dobro do valor nominal fluirá por ele.

Muitos tipos LEDs para iluminação doméstica são projetados para saltos de curto prazo, mas esse método é menos popular.

Tipos de drivers por tipo de dispositivo

Dispositivos que convertem energia de 220 V nos indicadores necessários para LEDs são convencionalmente divididos em três categorias: eletrônicos; baseado em capacitores; regulável.

O mercado de acessórios de iluminação é representado por uma grande variedade de modelos de drivers, principalmente de fabricantes chineses. E apesar da faixa de preço baixo, você pode escolher uma opção muito decente desses dispositivos. Porém, você deve ficar atento ao cartão de garantia, pois... Nem todos os produtos apresentados são de qualidade aceitável.

Visão eletrônica do dispositivo

Idealmente, o conversor eletrônico deve ser equipado com um transistor. Sua função é descarregar o microcircuito de controle. Para eliminar ou suavizar ao máximo a ondulação, um capacitor é montado na saída.

Esse tipo de dispositivo pertence à categoria cara, mas é capaz de estabilizar correntes de até 750 mA, o que os mecanismos de lastro não são capazes.

Os drivers mais recentes são instalados principalmente em lâmpadas com soquete E27. Uma exceção à regra são os produtos Gauss GU5.3. Eles estão equipados com um conversor sem transformador. No entanto, o grau de pulsação neles atinge várias centenas de Hz.

A pulsação não é a única desvantagem dos conversores. A segunda pode ser chamada de interferência eletromagnética na faixa de alta frequência (HF). Portanto, se outros aparelhos elétricos, como um rádio, estiverem conectados à tomada conectada à lâmpada, você poderá esperar interferência ao receber frequências FM digitais, televisão, roteador, etc.

O dispositivo opcional de um dispositivo de qualidade deve ter dois capacitores: um é eletrolítico para suavizar as ondulações, o outro é cerâmico para reduzir a RF.No entanto, tal combinação raramente é encontrada, especialmente quando se trata de produtos chineses.

Aqueles que possuem conceitos gerais em tais circuitos elétricos podem selecionar independentemente os parâmetros de saída do conversor eletrônico alterando o valor dos resistores

Devido à sua alta eficiência (até 95%), tais mecanismos são adequados para dispositivos potentes utilizados em diversas áreas, por exemplo, para tuning de automóveis, iluminação pública e fontes domésticas de LED.

Fonte de alimentação baseada em capacitor

Agora vamos passar para dispositivos menos populares - aqueles baseados em capacitores. Quase todos os circuitos de lâmpadas LED de baixo custo que utilizam esse tipo de driver possuem características semelhantes.

Porém, devido a modificações do fabricante, eles sofrem alterações, por exemplo, a retirada de algum elemento do circuito. Especialmente frequentemente esta parte é um dos capacitores - um de suavização.

Devido ao preenchimento descontrolado do mercado com produtos baratos e de baixa qualidade, os usuários podem “sentir” cem por cento de pulsação nas lâmpadas. Mesmo sem nos aprofundarmos em seu design, podemos dizer que o elemento de suavização foi retirado do circuito

Tais mecanismos apresentam apenas duas vantagens: estão disponíveis para automontagem e sua eficiência é igual a cem por cento, pois as perdas ocorrerão apenas nas junções e resistências p-n.

Há o mesmo número de aspectos negativos: baixa segurança elétrica e alto grau de pulsação. A segunda desvantagem fica em torno de 100 Hz e é formada como resultado da retificação da tensão alternada. GOST especifica a norma de pulsação permitida de 10 a 20%, dependendo da finalidade da sala onde o dispositivo de iluminação está instalado.

A única maneira de mitigar esta desvantagem é selecionar um capacitor com a classificação correta. No entanto, você não deve contar com a eliminação completa do problema - tal solução só pode suavizar a intensidade das rajadas.

Conversores de corrente reguláveis

Drivers de dimmer para lâmpadas LED reguláveis permitem alterar os indicadores de corrente de entrada e saída, reduzindo ou aumentando o grau de brilho da luz emitida pelos diodos.

Existem dois métodos de conexão:

• o primeiro envolve um arranque suave;
• o segundo é o impulso.

Considere o princípio de funcionamento dos drivers reguláveis ​​baseados no chip CPC9909, usado como dispositivo regulador para circuitos de LED, inclusive aqueles com alto brilho.

Diagrama de conexão padrão do CPC9909 com fonte de alimentação 220 V. De acordo com as instruções esquemáticas é possível controlar um ou mais consumidores potentes

Durante uma partida suave, o microcircuito com driver garante a ligação gradual dos diodos com brilho crescente. Este processo envolve dois resistores conectados ao pino LD, projetados para realizar a tarefa de dimerização suave. É assim que uma tarefa importante é alcançada – prolongar a vida útil dos elementos LED.

A mesma saída também fornece regulação analógica - o resistor de 2,2 kOhm é substituído por um analógico variável mais potente - 5,1 kOhm. Desta forma, consegue-se uma mudança suave no potencial de produção.

O uso do segundo método envolve o fornecimento de pulsos retangulares à saída de baixa frequência do PWMD. Neste caso, é utilizado um microcontrolador ou um gerador de pulsos, que são necessariamente separados por um optoacoplador.

Com ou sem moradia?

Os drivers estão disponíveis com ou sem caixa.A primeira opção é a mais comum e mais cara. Esses dispositivos são protegidos contra umidade e partículas de poeira.

Dispositivos do segundo tipo são usados ​​​​para instalação oculta e, portanto, são baratos.

Todos os dispositivos apresentados podem ser alimentados por uma rede de 12 V ou 220 V. Apesar de os modelos de estrutura aberta se beneficiarem no preço, eles ficam significativamente atrás em termos de segurança e confiabilidade do mecanismo

Cada um deles difere na temperatura permitida durante a operação - isso também deve ser levado em consideração na seleção.

Circuito de driver clássico

Para montar de forma independente uma fonte de alimentação LED, trataremos do dispositivo tipo pulso mais simples que não possui isolamento galvânico. A principal vantagem deste tipo de circuito é a conexão simples e a operação confiável.

O circuito conversor de 220 V é apresentado como uma fonte de alimentação chaveada. Durante a montagem, todas as normas de segurança elétrica devem ser observadas, pois não há limites de saída de corrente

O esquema de tal mecanismo é composto por três áreas principais em cascata:

1. Separador de tensão capacitivo.
2. Retificador.
3. Protetores contra surtos.

A primeira seção é a resistência fornecida à corrente alternada no capacitor C1 com um resistor. Este último é necessário apenas para o autocarregamento do elemento inerte. Não afeta o funcionamento do circuito.

O valor nominal do resistor pode estar na faixa de 100 kOhm-1 Mohm, com potência de 0,5-1 W. O capacitor deve ser eletrolítico e seu valor de tensão de amplitude efetiva é 400-500 V

Quando a tensão de meia onda gerada passa pelo capacitor, a corrente flui até que as placas estejam totalmente carregadas. Quanto menor for a capacidade do mecanismo, menos tempo levará para carregá-lo totalmente.

Por exemplo, um dispositivo com volume de 0,3-0,4 μF é carregado durante 1/10 do período de meia onda, ou seja, apenas um décimo da tensão de passagem passará por esta seção.

O processo de endireitamento nesta seção é realizado de acordo com o esquema Graetz. A ponte de diodos é selecionada com base na corrente nominal e na tensão reversa. Neste caso, o último valor não deve ser inferior a 600 V

O segundo estágio é um dispositivo elétrico que converte (retifica) corrente alternada em corrente pulsante. Este processo é chamado de onda completa. Como uma parte da meia onda foi suavizada por um capacitor, a saída desta seção terá uma corrente CC de 20-25 V.

Como a alimentação do LED não deve ultrapassar 12 V, um elemento estabilizador deve ser utilizado para o circuito. Para este propósito, é introduzido um filtro capacitivo. Por exemplo, você pode usar o modelo L7812

O terceiro estágio opera com base em um filtro estabilizador de suavização - um capacitor eletrolítico. A escolha de seus parâmetros capacitivos depende da resistência da carga.

Como o circuito montado reproduz seu funcionamento imediatamente, não é possível tocar nos fios desencapados, pois a corrente conduzida chega a dezenas de amperes - as linhas são primeiro isoladas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Todas as dificuldades que um radioamador pode encontrar ao escolher um conversor para potentes lâmpadas LED são descritas detalhadamente no vídeo:

Principais recursos para conectar de forma independente um dispositivo conversor a um circuito elétrico:

Instruções passo a passo que descrevem o processo de montagem de um driver de LED com suas próprias mãos usando meios improvisados:

Apesar das dezenas de milhares de horas de operação ininterrupta das lâmpadas LED declaradas pelo fabricante, muitos são os fatores que reduzem significativamente esses indicadores.

Os drivers são projetados para suavizar todos os saltos de corrente no sistema elétrico. Sua seleção ou automontagem deve ser abordada com responsabilidade após cálculo de todos os parâmetros necessários.

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