Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 0

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

Схемы электронного

В зависимости от типа конкретной лампочки элементы ЭПРА могут иметь различную реализацию, как по электронной начинке, так и по встраиваемости. Ниже будут рассмотрены несколько вариантов для приборов с различной мощностью и конструкцией.

Схема ЭПРА для ламп дневного света с мощностью 36 Вт

В зависимости от применяемых электронных деталей по типу и техническим показателям у балластников электрическая схема может существенно отличаться, однако выполняемые ими функции будут такими же.

На приведенном выше рисунке в схеме используются такие элементы:

  • диоды VD4–VD7 предназначены для выпрямления тока;
  • конденсатор С1 предназначен для фильтрации тока, проходящего через систему диодов 4-7;
  • конденсатор С4 начинает зарядку после подачи напряжения;
  • динистор CD1 пробивается в момент достижения напряжением показателя 30 В;
  • транзистор T2 открывается после пробития 1 динистора;
  • трансформатор TR1 и транзисторы T1, T2 запускаются в результате активации на них автогенератора;
  • генератор, дроссель L1 и последовательные конденсаторы С2, С3 на частоте примерно 45–50 кГц начинают резонировать;
  • конденсатор С3 включает лампу после достижения на нем пусковой величины заряда.

Схема ЭПРА на базе диодного моста для ЛДС с мощностью 36 Вт

В приведенной схеме есть одна особенность – колебательный контур встраивается в конструкцию самого осветительного прибора, что обеспечивает резонанс прибора до момента появления в колбе разряда.

Таким образом, частью контура будет выступать нить накала лампы, что в момент появления разряда в газовой среде сопровождается изменением в колебательном контуре соответствующих параметров. Это выводит его с резонанса, что сопровождается снижением до рабочего уровня напряжения.

Схема ЭПРА для ЛДС с мощностью 18 Вт

Лампы, которые оснащены Е27 и Е14 цоколем сегодня получили наибольшее распространение среди потребителей. В этом приборе балласт встраивается прямо в конструкции устройства. Выше приведена соответствующая схема.

Схема ЭПРА на базе диодного моста для ЛДС с мощностью 18 Вт

Необходимо учитывать особенность строения автогенератора, в основу которого входит пара транзисторов.

Из повышающей обмотки, обозначенной на схеме 1-1 трансформатора Тр, поступает питание. Частями последовательного колебательного контура выступает дроссель L1 и конденсатор С2, резонансная частота которого от генерируемой автогенератором существенно отличается. Приведенная выше схема используется для настольных осветительных приборов бюджетного класса.

Схема ЭПРА в более дорогих устройствах для ЛДС с мощностью 21 Вт

Необходимо отметить, что более простые схемы балласта, которые применяются для осветительных приборов типа ЛДС, не смогут гарантировать длительную эксплуатацию лампы, поскольку подвергаются большим нагрузкам.

У дорогих изделий такой контур обеспечивает стабильное функционирование на протяжении всего эксплуатационного срока, поскольку все используемые элементы соответствуют более серьезным техническим требованиям.

Для чего нужен балласт?

Ток в газовом разряде растет лавинообразно, что приводит к резкому падению сопротивления. Для того чтобы электроды люминесцентной лампы не вышли из строя от перегрева, последовательно включается дополнительная нагрузка, ограничивающая величину тока, так называемый балластник. Иногда для его обозначения употребляют термин дроссель.

Используются два вида балластников: электромагнитный и электронный. Электромагнитный балласт имеет классическую, трансформаторную комплектацию: медный провод, металлические пластины. В электронных балластниках (electronic ballast) применяются электронные компоненты: диоды, динисторы, транзисторы, микросхемы.

Лампы накаливания

Для первоначального поджига (пуска) разряда в лампе в электромагнитных устройствах дополнительно используется пусковое устройство – стартер. В электронном варианте балластника эта функция реализована в рамках единой электрической схемы. Устройство получается легким, компактным и объединяется единым термином – электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Массовое применение ЭПРА для люминесцентных ламп обусловлено следующими достоинствами:

  • эти аппараты компактны, имеют небольшой вес;
  • лампы включаются быстро, но при этом плавно;
  • отсутствие мерцания и шума от вибрации, поскольку ЭПРА работает на высокой частоте (десятки кГц) в отличие от электромагнитных, работающих от сетевого напряжения с частотой 50 Гц;
  • снижением тепловых потерь;
  • электронный балласт для люминесцентных ламп имеет значение коэффициента мощности до 0,95;
  • наличие нескольких, проверенных видов защиты, которые повышают безопасность использования и продлевают срок службы.

Ремонт ЭПРА

В случае отсутствия возможности быстрой замены вышедшего из строя ЭПРА можно попытаться отремонтировать балластник самостоятельно. Для этого выбираем следующую последовательность действий для устранения неисправности:

  • для начала проверяется целостность предохранителя. Эта поломка часто встречается из-за перегрузки (перенапряжения) в сети 220 вольт;
  • далее производится визуальный осмотр электронных компонентов: диодов, резисторов, транзисторов, конденсаторов, трансформаторов, дросселей;
  • в случае обнаружения характерного почернения детали или платы ремонт производится с помощью замены на исправный элемент. Как проверить своими руками неисправный диод или транзистор, имея в наличии обычный мультиметр, хорошо известно любому пользователю с техническим образованием;
  • может оказаться, что стоимость деталей для замены будет выше или сопоставима со стоимостью нового ЭПРА. В таком случае лучше не тратить время на ремонт, а подобрать близкую по параметрам замену.

Почему лампы мерцают?

Следующий фактор, который влияет на самочувствие – это коэффициент пульсаций светового потока. Чтобы понять, что это такое и от чего он зависит нужно рассмотреть форму напряжения в электросети.

Качество света и его пульсация зависят от источника питания, от которого они работают. Источники света, которые работают от постоянного напряжения, например светодиодные лампы на 12 вольт, не мерцают. Давайте рассмотрим мерцание и вред светодиодных ламп для глаз, причины их возникновения и способы устранения.

Из розетки мы получаем переменное напряжение с действующим значением 220В и 310В амплитудным, что вы можете видеть на верхнем графике (а).

Поскольку светодиоды питаются постоянным током, а не переменным – нужно его выпрямить. В корпусе светодиодной лампы размещена электронная схема с одно- или двухполупериодным выпрямителем, после которого напряжение становится однополярным. Оно постоянное по знаку, но не по величине, т.е. пульсирующим от 0 до 310 вольт, график посередине (б).

Такие лампы пульсируют с частотой 100 герц или 100 раз в секунду, в такт с пульсациями напряжения. Вред для глаз светодиодных ламп зависит от их качества, об этом далее.

Пульсируют ли светодиоды?

В светодиодных лампах используются драйвера со стабилизацией тока по величине (дорого), или сглаживающие фильтры (дешево). Напряжение становится постоянным и стабилизированным, если использованы емкостные фильтры.

Если производитель не сэкономил на драйвере – стабильным становится значение тока. Это лучший вариант как для уменьшения пульсации, так и для срока службы LED.

На фото ниже показано как выглядят пульсации взглядом камеры. Вы можете не замечать пульсации, поскольку органы зрения стремятся адаптировать картинку для восприятия. Мозг же эти пульсации прекрасно усваивает, что и вызывает усталость и другие побочные явления.

Лампы с большими пульсациями не стоит устанавливать дома, они годятся разве что для освещения коридора, кладовой, подъездов и хозяйственных помещений. Любые помещения, где вы не выполняете никакой зрительной работы и не находитесь долго.

Вред от светодиодных ламп низкого ценового сегмента вызван в первую очередь пульсациями. Не экономьте на освещении, LED с нормальным драйвером стоит всего на 50-100 рублей дороже, чем самые дешевые китайские аналоги.

Другие источники света и их пульсации

Лампы накаливания не мерцают потому, что работают от переменного тока и нить накала не успевает остыть когда величина напряжения пересекает нулевую отметку. Люминесцентные трубчатые лампы мерцают, если подключены по старой «дроссельной» схем. Отличить её можно по характерному гулу дросселя во время работы. На фото ниже изображены пульсации растрового светильника, как их видит камера телефона.

Современнее КЛЛ и ЛЛ не гудят и не мерцают только потому, что в их схеме используется импульсный блок питания высокой частоты. Такой источник питания называется ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура или устройство).

Выбор ленты

Определив место установки, производят выбор самой световой ленты. В своей основе она — множество светодиодов, соединенных между собой и расположенных на длинной пластичной поверхности. Потребление всей полоски и ее элементов рассчитано под определенную мощность, которая указывается на ее упаковке. Обычные параметры питания составляют 12 или 220 В. Вторые, в своей основе, вариация первых, только они оснащаются идущим в комплекте преобразующим блоком. Соответственно, если его нет, придется дополнительно решить вопрос с энергопитанием. В таком случае можно кроме трансформатора воспользоваться аккумуляторной сборкой с подзарядкой, присоединив ее к питанию светодиодной полосы. Кроме перечисленных, изредка встречается лента на 24 В. Для нее также придется приобретать отдельный блок питания.

Основной характеристикой всегда считается яркость световой полосы. Она непосредственно зависит от количества диодов на метр и их типа. Наибольшее распространение получили полупроводниковые элементы с маркировкой SMD 2825, 3528, 5050, 5730 и 5060. Разница между ними только в яркости, а значит, их требуется меньше на 1 м светодиодной полосы. Среднее количество элементов такого отрезка находится в пределах от 30 до 60 штук. Соответственно, потребление каждого метра может достигать 14.4 W, что необходимо учесть при выборе характеристик блока питания.

Средняя длина светодиодных полос на торговых площадках составляет от 0.5 м до 100 м. Ленту можно делить, подключая контакты каждой части к блоку питания. Единственным ограничением служат места, где можно производить разъем линии. Они обозначены на ленте полосками, пунктиром или специальными рисками. Связанно это с устройством светодиодной ленты. Обычно внутренняя схема полосы состоит из множества звеньев, каждое из которых — несколько последовательно соединенных светодиодов (обычно три) с ограничивающим ток резистором. Каждый такой блок присоединен параллельно к следующему в ленте. Разрез можно выполнять только в месте перехода одного звена цепи в другой.

Цвет, выдаваемый диодами, может быть любым, включая варианты с изменяемым спектром при помощи ручного регулятора. Основные цвета, получившие наибольшее распространение — красный, желтый, белый, синий и зеленый. При использовании в помещениях, с датчиком движения для светодиодной ленты, наиболее подойдет белый или желтый спектр излучения.

Выбор питающей системы зависит от доступности подключения общей сети. Если место слишком неудобное для протяжки проводов питания, то может использоваться светодиодная лента на батарейках с датчиком движения. Сенсор зачастую, в таких случаях, уже идет в комплекте и находится на корпусе блока, в котором размещены аккумуляторы.

Лучшие производители электромагнитных аппаратов

По статистике лучшее электромагнитное устройств у известного бренда E.Next. Это неудивительно, данная компания выпускает высококлассные модули, отличающиеся своей надежностью и долговечностью. Продукция выполнена в соответствии со строгими требованиями, которые причисляются к товарам данного класса. На всю линейку товаров компания E.Next предоставляет гарантию, а также предлагает своим клиентам качественное обслуживание. Клиент может обратиться в один из множества call-центров и задать вопрос сотрудникам технической поддержки.

Какого производителя вы предпочитаете?

E.NextPhilips

Европейская компания Philips не уступает своим коллегам по производству электромагнитных балластов. Изделия данной торговой марки считаются одними из самых надежных и эффективных на рынке. Поэтому выбрать необходимую модель для лампы накаливания не составит труда.

Схема балласта и доработка

В качестве примера у меня была китайская лампа «кукуруза» E27 42 х 5630 LED 10Вт. Проблема этой лампы (кроме типичных) заключалась в том светодиоды оказались склонны перегорать при включении. Рассмотрим схему

Синим обозначены мои изменения.

Работа балластного конденсатора в нормальном режиме похожа на работу ограничивающего резистора. Но в момент включения ситуация может быть иная — незаряженный конденсатор моментально представляет собой резистор с сопротивлением равным ESR конденсатора. Это сопротивление для пленочного конденсатора C1 такой емкости может быть порядка 0.15 Ом, в то же время ESR сглаживающего электролитического конденсатора C2 может быть более 1 Ом. Это автоматически означает, что большая часть сетевого напряжения (в коротком промежутке времени конечно) уходит на цепочку светодиодов и создает бросок тока. Этот бросок тем выше, чем ближе к амплитудному значению переменное напряжение сети в момент включения.

Для борьбы с этим пагубным явлением я предлагаю дополнить выходной фильтр резистором Rf и конденсатором Cf, получив П-фильтр CRC. Выбор деталей очень прост — емкость конденсатора Cf не менее ёмкости балластного C1, сопротивление резистора Rf — больше ESR добавленного конденсатора Cf, но такой, чтобы мощность на нем не была велика. Так мы получим своеобразный делитель импульсного напряжения Rf — ESR Cf. Так же я добавил небольшой резистор Rx на вход для улучшения его импульсных свойств. Таким образом входной импульс амплитудой до 310в пройдёт 2 делителя: (провода, Rx, диоды, C1) — C2 и далее Rf — Cf. В итоге его амплитуда не должна существенно превышать рабочего напряжения светодиодов. Следует отметить, что резисторы, в особенности, Rx, работают в режиме высоких пиковых токов — некоторые экземпляры на 0.25Вт легко перегорают при включении схемы в «неудачный» момент. 

Желающие могут попробовать уменьшить мерцание на основе этой схемы. Для этого предлагаю увеличить емкость Cf до C2,а резистор заменить индуктивностью, получив гораздо более эффективный фильтр CLC. Но учитывая малую частоту, индуктивность, всего скорее, должна быть не менее 10мГн и быть рассчитана на рабочий ток. Я, учитывать тесный корпус решил не заниматься этим.

При желании повысить надежность в момент включения, можно увеличить Rx до 5-15 Ом, используя резистор мощностью от 0.5 Вт, либо , что еще лучше, использовать NTC термистор подобного сопротивления. Также можно установить стабилитрон ZD1 (лучше TVS) с напряжение чуть выше рабочего для гирлянды — так можно защитить «особо нежные» светодиоды от перегрузок. Кроме того, при установке TVS, напряжение на конденсаторе Cf будет ограничено и можно будет несколько снизить его рабочее напряжение. 

В моем случае светодиоды были соединены в последовательную гирлянду из 21 групп по 2 диода параллельно. На 7ми гетинаксовых платах размещено по 3 группы (6 светодиодов). Рабочее напряжение гирлянды около 60 — 65 в, ток — 100 ма (50 ма на диод). Соответственно мощность — чуть более 6 вт. Светодиоды, соответственно, выгорали парами.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации