- В этой статье хочу разобрать устройство и работу электронной схемы обычного, недорогого светодиодного светильника, продолговатой формы, питаемого от сетевого напряжения 230 вольт и имеющего мощность 27 ватт. Данная конструкция LED светильника имеет некоторые специфические особенности, о которых хотелось бы вам рассказать. И в целом, понимая общий принцип действия подобных схем светодиодных светильников становится намного легче их ремонтировать или дорабатывать под свои нужны. Изображение вида светильника можно увидеть ниже.
Ну, особо заострять внимание на конкретной форме светильника не вижу особого смысла. Можно лишь сказать, что длина светильника равна 61 см, ширина 7,5 см, высота 2,4 см. Основание сделано из алюминиевого профиля имеющего пазы, в которые вставляются три длинных светодиодных полоски (каждая по 52 см, и шириной 0,8 см). Такое основание способствует хорошему охлаждению LED полосок. При работе со своей мощностью в 27 Ватт основание светильника может нагреться где-то до 40°C. В одном из боков светильника (внутри) располагается плата импульсного источника питания, дроссельного типа.
Стоит заметить, что изначально на плате планировалось сделать три независимых друг от друга драйвера питания. Поскольку в светодиодном светильнике содержатся три одинаковые LED полоски, то и каждая светодиодная полоса должна была запитываться от своего импульсного драйвера. Но, производитель решил сэкономить на деталях и на плате поставил только два драйвера. Одни, из которых питает одну светодиодную полоску, а другой драйвер питает две других LED полосы, соединенных последовательно друг за другом. И даже при такой работе второй драйвер вполне справляется со своей задачей (питание сразу двух полосок) без перегрузки.
Сами LED полоски имеют некоторые особенности, а именно. Как я уже выше написал, длина одной полосы равна 52 см. Одна LED полоса содержит по 48 светодиодов. При работе падение напряжение на каждой из таких полосок равно 78 вольт. Падение напряжение на каждом светодиоде равно 3,25 вольт. Подключение светодиодов последовательное. Следовательно, если разделить 78 вольт (напряжение на одной полосе) на 3,25 вольт (напряжение на одном светодиоде), то мы получим 24 светодиода. А это значит, что если у нас на каждой полосе имеется по 48 светодиодов, а падение напряжение 78 вольт соответствует количеству только 24 штуки – следовательно у нас есть две параллельно соединенных группы, каждая из которых содержит по 24 LED. Схема соединения светодиодов в каждой из полос изображена ниже.
Как известно, при последовательном соединении светодиодов суммируется напряжение каждого элемента. А при параллельном соединении суммируется ток. Одна группа светодиодов (соединенных последовательно и питаемая от 78 вольт) потребляет силу тока, равную 61 мА. Следовательно две параллельно соединенных группы светодиодов уже будут потреблять 122 мА. То есть, каждая из имеющихся трех LED полосок питается от постоянного напряжения 78 вольт и потребляет ток 0,122 ампера. Итоговая мощность каждой такой полосы равна 9,5 Вт. Ну, и в сумме три полосы уже дают мощность около 28 Вт (чуть больше заявленной в 27 Вт).
Поскольку я ранее написал, что производитель немного сэкономил на деталях и поставил только два драйвера питания, то один из них питает сразу две последовательно соединенных светодиодных полосы. Это значит, что один драйвер питания, работающий только с одной полосой на своем выходе имеет напряжение 78 вольта. Второй, такой же, драйвер, работающий сразу с двумя полосками, на своем выходе выдает уже удвоенное напряжение, равное 156 вольт. При этом сила тока, как на выходе первого драйвера, так и на выходе второго одинаковая, равная 122 мА.
Со светодиодными полосками и их подключением разобрались. Теперь давайте перейдем к разбору самой схемы импульсного драйвера питания. Как я уже сказал, схемотехнически они полностью одинаковые. Разве что первый драйвер, работающий только с одной LED полосой, после диодного моста содержит сглаживающий конденсатор емкостью 6,8 мкф, а второй драйвер, работающий с двумя полосами, содержит конденсатор на 8,2 мкф. Во всем остальном импульсные драйвера с дросселем полностью идентичны.
Для новичков стоит сказать, что драйвера питания для светодиодных ламп и светильников имеют 4 основных разновидности. Первый вариант (который сейчас практически не используется, в силу своих значительных недостатков) это схемы с гасящими конденсаторами, ограничивающих переменных ток. Вторым вариантом драйверов питания LED являются схемы с линейными стабилизаторами тока. Они имеют малый КПД. Третий вариант и четвертый в своей основе содержит схожую схемотехнику. И это импульсные преобразователи на дросселе, стабилизирующие постоянный ток питания LED. Третий вариант, это чистый вид этой схемотехники, а четвертый вид, это добавление в эту схему узла корректора мощности. В моем светильнике драйвер питания LED собран именно по третьему варианту, то есть это импульсный преобразователь с дросселем. Такие драйвера наиболее применяемые. Они считаются отличным вариантом питания LED освещения. Принципиальная схема подобных драйверов питания LED представлена ниже.
Работа этой схемы достаточно проста. На входе схемы имеется обычный выпрямительный диодный мост (состоящий из четырех диодов VD1-VD4), на выходе которого стоит сглаживающий конденсатор С1. То есть, диодный мост входное переменное напряжение 230 вольт выпрямляет, а электролитический конденсатор его сглаживает. Когда конденсатор разряжен, то при подаче на него напряжения в начальный момент возникает достаточно большой пусковой ток. Способный легко вывести из строя впереди стоящий диодный мост. Чтобы снизить величину пускового тока начального заряда конденсатора C1 на входе перед мостом стоит токоограничительный резистор R1. Он также еще выполняет функцию предохранителя.
На конденсаторе C1 при работе мы имеем напряжение порядка 324 вольта. Это амплитудное значение сетевого напряжения. То есть, 230 вольт – это действующее значение, а после выпрямления и сглаживания оно увеличивается в 1,41 раза. И именно это напряжение в 324 вольта является рабочим для схемы драйвера питания, собранного на микросхеме BP2866A. Это обычный широтно импульсный регулятор, стабилизирующий ток на своем выходе. Чтобы было проще воспринимать и разбирать схему импульсного драйвера питания с дросселем ниже приведу еще один вариант этой схемы.
По сути ШИМ микросхема внутри себя имеет ключ, собранный на полевом МОП транзисторе с изолированным затвором. Вывод 7 это исток транзистора, а выводы 5 и 6 это сток полевика. Затвор управляется внутренней схемой микросхемы. Также имеется обратная связь по току, позволяющая микросхеме оценивать величину выходного тока и при его увеличении больше нормы притормаживать работу ШИМ регулятора. Итак, у нас имеется нагрузка в виде полоски светодиодов LED1-LED2. Последовательно нагрузке включена катушка дросселя L1. Когда полевой транзистор VT1 резко открывается, и через канал сток-исток может свободно протекать ток, то этот ток (изначально равный нулю) постепенно линейно увеличивающийся. Он начинает идти по пути через нагрузку, катушку дросселя, открытый канал сток-исток полевого транзистора и резистор R2. Резистор R2 является датчиком тока для микросхемы, именно он дает знать ШИМ регулятору, когда нужно закрывать полевой транзистор. При этом также происходит заряд конденсатора C2, стоящим параллельно нагрузке LED. Этот конденсатор сглаживает пульсации, что уменьшает мерцание светодиодной полоски.
Для новичков стоит заметить, что для питания светодиодов важна стабилизация именно тока. Поскольку даже при очень малом изменении напряжения на светодиоде ток при этом может изменяться резко. Когда же мы задаем определенный порог тока для светодиода, что стабилизируется ШИМ регулятором драйвера, то мы гарантируем его номинальную работу без возможной перегрузки и последующего выхода из строя. Итак, когда ток на светодиодах уже достиг допустимого порогового значения, микросхема ШИМ регулятора закрывает полевой транзистор VT1. Как известно, ток в катушке не может резко упасть до нуля, поскольку его поддерживает ранее запасенная энергия (магнитная) в сердечнике катушки дросселя. Ток линейно начинает уменьшаться. При этом сам дроссель является источником тока. И в этом состоянии (при закрытом ключе VT1) напряжение на катушке меняет свою полярность. При этом плюс от катушки свободно проходит через диод VD5 и идет на подзарядку конденсатора C2 и поддержания питания нагрузки (LED полоски). А минус от катушки идет сразу на нагрузку.
Как только ток в нагрузке уменьшается ниже допустимого, ШИМ регулятор снова открывает полевой транзистор и цикл повторяется. Причем шириной импульса, а следовательно длительностью открытого и закрытого состояния полевого транзистора, можно влиять на величину выходного тока. Если нагрузка требует большего тока для себя, то ШИМ регулятор автоматически будет увеличивать ширину импульса, поступающего на затвор полевика. Изменяя величину номинала сопротивления R2 можно изменять силу тока на выходе схемы. Если мы это сопротивление увеличим в два раза, то и ток на выходе уменьшится вдвое. Резистором R3 можно управлять включением и выключением ШИМ регулятора, в том случае если это нужно. Если напряжение на этом резисторе будет менее 0,3 вольта, то микросхема будет находится в выключенном состоянии, и канал исток-сток будет закрыт.
Чем еще хорош импульсный драйвер LED со стабилизацией тока – это то, что выходное рабочее напряжение может изменяться в широких пределах. То есть, при последовательном соединении светодиодов в LED полоске их напряжение будет суммироваться. Сила тока же при таком соединении будет оставаться одной и той же. Следовательно, когда мы ШИМ регулятором стабилизировали ток нагрузки, то падение напряжения будет зависеть от количества последовательно соединенных LED элементов. И при этом один и тот же драйвер питания LED может быть использован для разного количества последовательно подключаемых к нему светодиодов. Хотя все же есть пределы по их количеству, а значит и по напряжению. Но этот диапазон все равно достаточно большой.
Видео по теме данной статьи (как работает схема импульсного светодиодного драйвера с дросселем на примере ШИМ микросхемы BP2688A, описание принципа действия) можно посмотреть тут - https://dzen.ru/video/watch/622c321a8085b7034fa1a625
