Светильник светодиодный лента

Понятие и сферы применения

Светодиодные светильники имеют массу преимуществ, но главным недостатком по-прежнему остается чересчур высокая стоимость. Последнее нивелируется низким потреблением электроэнергии и большим рабочим ресурсом, но все же намного дешевле соорудить собственный осветительный прибор, отдельно купив дешевые гибкие платы и светодиоды. Стоимость одного погонного метра светодиодной ленты составляет около 100–250 рублей.

Если желаете сэкономить, то покупайте ленту в бухтах по 10 м, тщательно выбирая необходимый класс светодиодов. Используются данные устройство во всех сферах жизнедеятельности, на объектах, где требуется искусственное освещение.

По сравнению с лампами накаливания у гибких источников света на led-диодах огромное количество преимуществ:

• высокая экономичность;
• продолжительный срок эксплуатации;
• доступность;
• возможность выбора форм;
• безопасность;
• гибкость.

Области применения светодиодной ленты безграничны. Она используется в качестве подсветки для аквариума, потолка, мебели и других предметов интерьера, рабочих зон, витрин (чаще все-таки неоновые ленты). Перечислить все возможные варианты нереально. Здесь главное – научиться правильно выбирать светодиодную ленту в зависимости от конкретной задачи, ориентируясь на технико-эксплуатационные характеристики.

Применение разноцветной гибкой платы на натяжных потолках обусловлено глянцевой поверхностью, отлично отражающей падающие световые лучи, что позволяет добиться интересных эффектов — от визуального увеличения комнаты до создания незабываемой романтической обстановки. Сделать это при помощи классической люстры или точечных светильников гораздо сложнее.

Вообще светодиодная лента — самый универсальный источник света. Из нее можно создавать неповторимые рисунки и формы, а для ее самостоятельного изготовления используются едва ли не любые материалы. Наиболее распространенными считаются приборы из пластика и поливинилхлорида.

Виды и параметры

Для самостоятельного изготовления светодиодного светильника нужно как следует изучить широкий модельный ряд диодов, представленный как бюджетными, так и элитными аналогами.

Наиболее востребованными считаются недорогие диодные конструкции следующих серий:

1. SMD 3528 — диоды располагаются плотно друг другу, при этом на один погонный метр может быть как 60, так и 240 штук. Их количество влияет на мощность прибора (5–16 Вт) и световой поток (5–9 лм).
2. SMD 2835 Premium — одна из лучших лент бюджетного исполнения, характеризующаяся более высокой яркостью по сравнению с остальными типами. На один погонный метр приходится 60–120 led-диодов, при этом отрезки могут нарезаться длиной по 5 см (около трех диодов). Идеальное решение для украшения и подсветки небольших предметов интерьера или создания точечного освещения. Величина светового потока насчитывает 20–23 лм.
3. SMD 3014 схожа с предыдущей моделью. На одном погонном метре может быть от 60 до 120 полупроводников. В зависимости от их числа мощность составляет 36/72 Вт, световой поток — 6/11 лм.

Из светодиодных лент, оснащенных более мощными полупроводниками, выделим следующие модели:

1. SMD 5050 — на один погонный метр приходится 30–120 светодиодов. Мощность варьируется от 7,2 до 25 Вт, световой поток — 50–60 лм.
2. SMD 5630 и SMD 5730 — схожие серии, характеризующиеся повышенной мощностью, продолжительной эксплуатацией и яркостью 50–60 лм. Чаще всего эксплуатируются в светодиодных светильниках.

Помимо классических моделей уже изобретены более современные и неординарные конструкции:

• высоковольтная гибкая плата, предназначенная для прямого подключения к сети на 220 В;
• низковольтные решения на 12 или 24 В, в электрическую цепь которых подключают выпрямитель;
• модели с влагозащитным корпусом.

Светодиодная лента продается в бухтах по 5–10 м, но при необходимости обычными ножницами может быть разрезана на отрезки необходимой длины. Если возникла необходимость в монтаже ленты на большую поверхность, то помните общее для всех правило: на каждые 15 пог. м нужно устанавливать один блок питания.

Высоковольтные платы не имеют каких-либо ограничений по метражу и реализуются в бухтах по 100 м. Обычно нарезка выполняется по длине 50 или 100 см.

Экземпляры с повышенной защитой от влаги конструктивно идентичны обычным платам. Разница связана с наличием защитного силиконового покрытия, обеспечивающего определенную защиту от проникновения пыли и влаги:

• IP44 — хорошая защита от попадания пыли и грязи;
• IP65 — защита от пыли и влаги с сохранением высокой эластичности в условиях низких температур;
• IP67 — защитное покрытие выполнено в форме прочной силиконовой трубки;
• IP68 — повышенная защита в виде двухслойной силиконовой трубки со специальным наполнителем.

Изделия с классом защиты IP67 и IP68 используются для качественной подсветки аквариумов, бассейнов и других искусственных водоемов. При этом глубина погружения не должна превышать 1 м. Если на упаковке указан класс IP33, то такое устройство выпускается без силиконовой защиты.

Подготовка материалов и деталей

Прежде чем приступать к работе, подсчитайте требуемое число светодиодов, их яркость и мощность используемого адаптера. В зависимости от предназначения светильника длина платы будет составлять:

• ночник, подсветка для выключателя или розетки — небольшой отрезок с тремя диодами;
• аквариум — отрезок, равный длине стенки или периметру емкости;
• освещение грядки — несколько частей, длина которых соответствует протяженности грядки;
• подсветка для компьютерной клавиатуры — в соответствии с длиной периферийного оборудования;
• при замене люминесцентной лампы — несколько частей, длина которых соответствует длине лампы.

Яркость свечения ленты, ее размеры и плотность расположенных полупроводников зависят от конкретных условий. Мощность блока, как отмечалось выше, должна равняться общей нагрузке с запасом 10–15%.

Также вам могут пригодиться провода, трубка для термоусадки и изоляции, паяльник, олово, канифоль. Вместо паяльника можно использовать специальные коннекторы. Ни в коем случае не паяйте ленту с помощью кислоты, которая приведет к окислению и разрушению проводников или короткому замыканию.

В случае применения платы в качестве подсветки для аквариума воспользуйтесь прозрачной трубкой, а для повышения влагозащиты используйте силиконовый герметик.

Сборка светильника

Тщательно продумав конструкцию светильника, собрав нужные инструменты и материалы, можно приступить к его изготовлению. В некоторых случаях весь процесс заключается в банальном приклеивании платы к какому-либо основанию — например, к клавиатуре. В других ситуациях может потребоваться частичная или полная переделка источника света.

При установке такого светильника нужно учитывать несколько дополнительных факторов:

1. Блок питания, используемый для понижения напряжения, следует разместить на максимально близком расстоянии к диодам. С увеличением протяженности проводки возрастают потери напряжения, что приведет к снижению уровня освещения.
2. При размещении на металлическом основании между лентой и светодиодами нужно проложить слой изоляции.
3. Если лента подключается к промышленной сети 220 В через конденсатор, то обязательно следует покрыть ее силиконовым герметиком. Желательно в два слоя.

Важно! Лента, подключаемая через блок питания, характеризуется повышенной электрической и пожарной безопасностью, чего не скажешь о п. 3 из предыдущего списка. Работы с такой платой следует выполнять при полном отключении напряжения.

Особенности и этапы выполнения монтажных работ

Для создания необычного светильника из диодной ленты подойдут самые разные предметы — от стандартного цоколя лампы накаливания до корпуса люминесцентного источника света.

Подобные процедуры сопровождаются многочисленными требованиями, главные из которых:

1. При подключении самодельного прибора нужно использовать многожильную проводку. Один конец оборудуется наконечником с сечением 0,75 мм и коммутируется с контроллером, а другой припаивается к концам светодиодной платы. Для повышения фиксации следует применить термоусадочные трубки.
2. Если устройство монтируется на навесные потолки, то желательно использовать самоклеющуюся ленту. Перед поклейкой предварительно очистите и обезжирьте поверхность потолка, дав ей как следует просохнуть. Снимать защитную пленку на тыльной стороне гибкой платы нужно непосредственно перед монтажом. Малейшая грязь или пыль, осевшая на клеевом слое, приведет к ухудшению адгезии. Негативно на адгезии сказывается и наличие влаги. Если лента устанавливается в помещении с повышенной влажностью, то обязательно следует наладить проветривание. На улице подобные действия нужно выполнять исключительно в сухую погоду.
3. При расстоянии свыше 7 м между блоком питания и самодельной лентой нужно увеличить сечение провода.

Подключение адаптера выполняется с соблюдением полярности и клемм:

• для одноцветных лент технология максимально проста — «плюс» спаивается с «плюсом», а «минус» — с «минусом»;
• для разноцветных лент присуща своя маркировка — V+ (напряжение), R, G, B для переключения цвета (к контроллеру).

Дополнительно разноцветные светодиодные платы оснащаются диммерами, предназначенными для изменения яркости и смены цвета свечения. В комплекте с ними идет пульт для дистанционного управления. Низковольтное оборудование на 12 или 24 В — идеальное решение для дома или квартиры, высоковольтные гибкие платы — для организации уличного освещения.

Соблюдая ряд технических рекомендаций и правил безопасности, вы с легкостью сможете создать необычную подсветку предметов интерьера, аквариума, бассейна, потолка и т. д. Стоимость светильников, изготовленных по этому принципу своими руками, гораздо ниже заводских led-приборов.

При любой работе, а также во время отдыха нужен хороший свет. Можно приобрести светильник, но иногда это стоит недешево. В магазине вместо готового светильника можно приобрести светодиодную ленту. Она стоит относительно недорого и режется на куски любой длины. Если поместить ее в корпус или закрепить другим способом, то получится самодельный светильник со светодиодной лентой. Такую лампу можно взять с собой в палатку на рыбалку. В походных условиях светодиодный светильник подключается к автомобильному аккумулятору.

Виды и параметры светодиодных лент

Варианты расцветок светодиодной ленты

Светодиодные ленты выпускаются разного исполнения по типу защищенности. Они могут быть разной яркости и различного цвета, который определяется цветовой температурой – от теплого белого (2700К) до холодного (6800К), а также цветные или способные менять свой цвет – ленты RGB. Это дает возможность подобрать тип устройства для конкретных целей.

Устройство светодиодной ленты

Светодиодная лента – это гибкая пластиковая полоска с нанесенными на ней токопроводящими полосками. Две расположены по краям и к ним производится подключение. Остальные соединяют светодиоды и резисторы между собой. Они расположены группами – три светодиода, соединенных последовательно, и резистор, служащий для ограничения тока, протекающего через них.

Параметры светодиодной ленты

Саму полоску можно разрезать на участки, кратные трем светодиодам. В этих местах есть отметки, указывающие место реза и контактные площадки, к которым припаиваются или подключаются с помощью коннекторов провода.

Светодиоды могут быть покрыты слоем силикона с одной или двух сторон. Это определяет степень защиты от внешних воздействий. С обратной стороны на полосу нанесен клеящий слой, как на двухстороннем скотче. С его помощью светодиоды крепятся к основанию.

Самое распространенное напряжение питания — постоянное, 12В. Встречаются конструкции, рассчитанные на подключение к напряжению 24В и более высокое, но это малораспространенные конструкции.

Типы применяемых светодиодов

Светодиоды и резисторы в ленте используются серии SMD, без выводов. Светодиоды при производстве используются различного размера, который определяет маркировку ленты — 5050 и 3528. Эти цифры показывают размер светодиода в десятых долях миллиметра

Наглядное отличие 5050 и 3528Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Чем больше размер, тем выше яркость и потребляемые ток и мощность. Она зависит также от количества светодиодов на метр длины.

Соответственно, маркировка ленты SMD 5050 с плотностью 60 светодиодов означает, что на метр длины установлены 60 светодиодов SMD 5050.

Контроллеры, блоки питания для светодиодных лент

контроллер и блок питания

Так как светодиодная лента рассчитана на постоянное напряжение 12В, то для подключения необходим блок питания или контроллер.

Важно! При включении светодиодной ленты в сеть 220 вольт, она мгновенно перегорит!

Блоки питания производятся разной мощности и формы. От маломощных, похожих на зарядные устройства от планшета до мощных конструкций в металлическом корпусе со встроенными кулерами.

Мощность блока питания светодиодных лент

Некоторые блоки питания оснащаются диммерами и пультами дистанционного управления. Для лент RGB необходим RGB-контроллер, позволяющий управлять цветом.

Есть модели с управлением по WiFi, с цветомузыкальными эффектами, например, ARILUX® AL-LC01.

Если нет в наличии специального блока, то можно использовать:

• Любой трансформатор с выходным напряжением 12В. К выходу необходимо подключить диодный мост и сглаживающий конденсатор.
• Блок питания компьютера как в самом компьютере, так и отдельно.
• Если нужны 3-6 светодиодов, то для ограничения тока можно использовать конденсатор, а также диодный мост и конденсатор, сглаживающий пульсации свечения. Такая схема применяется в светодиодных лампах, устанавливаемых вместо ламп накаливания. Емкость конденсатора можно вычислить с помощью онлайн-калькулятора.
• Сделать из платы неисправной энергосберегающей лампы.
• Соединить последовательно 20 кусочков светодиодной ленты и подключить через диодный мост и сглаживающий конденсатор в сеть 220В.

создание светильника своими руками

Перед началом работы нужно определить необходимое количество и яркость светодиодной полоски, а также мощность блока питания.

Прежде всего, нужно определить длину. Для светильников, используемых в разных местах нужны:

• ночник и подсветка выключателей и розеток – отрезок в три светодиода;
• аквариумная подсветка – по длине стенки;
• подсветка грядки с рассадой – несколько кусков, длиной, равной длине грядок;
• компьютерная клавиатура – по длине клавиатуры;
• для замены люминесцентной лампы необходимо несколько кусков, длиной, равной длине лампы.

Яркость ленты, размер и плотность светодиодов определяется исходя из конкретных условий.

Мощность блока питания должна быть не меньше мощности светодиодного светильника, а, желательно, на 20% больше. Это необходимо для более надежной работы блока.

Кроме того, понадобятся провода, термоусадочная трубка для изолирования места подключения, паяльник с оловом и канифолью или коннектор для подключения.

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос эксперту Внимание! Паять ленту кислотой нельзя! Пары кислоты окисляют и разрушают провода, а также могут привести к короткому замыканию.

Если светильник будет использоваться в аквариуме для внутренней подсветки, то понадобиться прозрачная трубка и силиконовый герметик для обеспечения герметичности конструкции.

сборка светодиодной лампы

После разработки конструкции будущего светильника и подготовки всех инструментов и материалов собирается сам светильник.

Иногда весь процесс сборки заключается в наклеивании ленты на основание, например, при подсветке клавиатуры, находящейся на выдвижной полке под столом.

В других случаях необходимо светильник необходимо изготовить или переделать существующий.

Монтаж и подключение светильника из светодиодной ленты имеет ряд особенностей:

• Блок питания должен располагаться как можно ближе к светодиодам. Чем длиннее провода, тем больше потери напряжения в них, что приводит к потерям яркости светильника.
• Желательно изолировать светодиоды от основания, если оно металлическое.
• При подключении устройства прямо от сети 220В (через конденсатор) использовать только ленту, покрытую силиконом с двух сторон.

Осторожно! На такой ленте присутствует высокое напряжение, поэтому все манипуляции с ней производятся в отключенном состоянии.

Что делать, если нет готовой светодиодной ленты

Если нет готовой светодиодной ленты, то ее можно сделать самостоятельно.

Для этого необходимое количество светодиодов необходимо соединить последовательно, и подключить к ним токоограничивающее сопротивление. Собрать такую конструкцию можно на полоске гетинакса или текстолита, где для монтажа светодиодов сверлятся отверстия. Такое устройство можно собрать на любое необходимое напряжение и количество светодиодов.

создание светодиодной ленты самостоятельно

При использовании светодиодов серии SMD, они устанавливаются на печатной плате, имеющей форму полосы.

Светильник из светодиодной ленты сделать своими руками несложно, и такая самоделка может заменить дорогую покупную лампу.

Предыдущая Светодиодная лентаКак светодиодная лента подключается к компьютеру

Немного об основах схемотехники светодиодных ламп

Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.

Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.
Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.

К слову, о белых светодиодахПонятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:

Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее .
Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.

ВАХ белого светодиода.
Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.
Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.
Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.
Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.
Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.

1. Конденсаторный балласт

Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:
Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.
Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000 ~ 11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).

Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.
Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.

Лирическое отступление»Микрофарад» сокращется именно как «мкФ». Я останавливаюсь на этом потому, что достаточно часто вижу людей, пишущих в этом контексте «мФ», в то время как последнее — сокращение от «миллифарад», то есть 1000 мкФ. По-английски «микрофарад», опять же, пишется отнюдь не как «mkF», но, напротив, «uF». Это потому, что буква «u» напоминает букву «μ» с оторванным хвостиком.
Итак, 1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF, и никак иначе!
Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!
Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.

2. Бестрансформаторная понижающая топология

Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).
Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.
В живой природе такое включение можно наблюдать на примере

ZXLD1474иливариантавключенияZXSC310(которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).
Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.
Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).
На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.
Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.

3. Обратноходовый преобразователь

Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временные параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.

Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.
Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.
Лирическое отступлениеОбратноходовый преобразователь называется так потому, что изначально подобный метод применялся для получения высокого напряжения в телевизорах на основе электронно-лучевых трубок. Источник высокого напряжения был схемотехнически объединен со схемой горизонтальной развертки, и импульс высокого напряжения получался во время обратного хода электронного луча.

Немного о пульсациях

Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.
Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что иявляется причинойухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).

Лада 2112 Dvinuyn ›
Бортжурнал ›
Плавное затухание светодиодов

Для плавного затухания светодиодов мне потребовалось:
1. Конденсатор 2.200 мкФ 16 V (можно 25 V) .
2. Диод IN 4007 или 4001.
В зависимости от емкости конденсатора, мы можем увеличить или сократить время плавного затухания, чем больше емкость конденсатора, тем дольше диоды будут гаснуть.
Собираем по очень простой схеме:

Чтобы определить полярность конденсатора, нужно найти синюю полоску на его корпусе, значит с этой стороны «-» клемма конденсатора и, соответственно, противоположная «+».
Спаял
Заизолировал
Пробовал подключить 2 конденсатора.
Готовый вариант
Как только спаял по схеме, подключил к подсветке багажника, там установлена светодиодная лента 40 см и диодная лампочка. В итоге, конденсатор не дружит со светодиодной лентой, так как только 3 диода из всей ленты плавно гаснут, а остальные быстро. Пробовал подключение к ДХО так там также! половина диодов плавно гаснут, половина быстро. Хотя пробовал на маленьком отрезке светодиодной ленты и было все норм. Кстати, со светодиодными лампочками плавное затухание работает как надо. Попробую подключить конденсаторы к подсветке номера.
О

С лампочками плавное затухание работает, а со светодиодами нет. Может кто-нибудь знает другую схему подключения?