Последние лет, наверное, пятнадцать, а может уже и больше, светодиоды и светодиодные лампы повально у всех на слуху, но знать слово «светодиод» и (более-менее) представлять, как он работает – не одно и то же.
В отличие от ламп накаливания, светодиоды – это полупроводниковые приборы, разновидность диодов. Только одна из разновидностей, а их очень много. Для всех них точно также действует закон Ома, но также принципиально важно направление протекания тока (вот почему в предыдущем абзаце мы ввели понятия «переменки» и «постоянки», без этого было никак). Дело в том, что диод – это простейший полупроводник, который пропускает ток только в одну сторону, следовательно, для него существует полярность.
Две основные характеристики диодов – это максимальный ток, который может пропустить через себя в прямом включении (в сторону проводимости) и максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать в обратном включении.
Действие диода наглядно можно показать на следующем примере. Существует практика включать в подъездах лампы накаливания через диод для увеличения ее срока службы. Диод отсекает половину синусоиды (половину периода), переменный ток превращается в постоянный пульсирующий с частотой пульсации 50 герц, а мощность уменьшается в два раза. Лампа при этом сильно мерцает, но в подъезде это не имеет значения, зато живет она долго и счастливо.
Светодиоды отличаются от простых диодов тем, что при прохождении тока через них в прямом направлении они излучают свет (причем не обязательно видимый, в пультах дистанционного управления, например, используются инфракрасные светодиоды).
Мы уже знаем, что диоды вообще, а значит и светодиоды в частности, характеризуется максимальным током, которое они могут выдерживать без разрушения, но сам диод в прямом включении сопротивления почти не имеет (в первом приближении будем считать, что его сопротивление близко нулю, более точное определение выходит за рамки данной статьи). Следовательно, ток нужно ограничивать.
Каким образом? Ответ заключается в том, с чего мы начали: подавать на светодиоды правильное значение напряжения в правильной полярности, чтобы через светодиодные сборки с их добавочными резисторами протекал правильный ток. И вот здесь нам не обойтись без блока питания.
Несколько слов о блоках питания
Поскольку сопротивление светодиодов в прямом включении очень мало, эти приборы по определению являются низковольтными. Это их достоинство и недостаток одновременно. С одной стороны, это обстоятельство делают светодиоды идеальным выбором при питании от аккумулятора, с другой – нам нужен блок питания, чтобы напряжение электросети превратить в те же 12 вольт постоянного тока и зажечь свет, питаясь от 220 (230).
И тут вы, наверное, спросите, а как же светодиодные лампочки с цоколями E14, E27, потолочные светодиодные светильники и многие другие изделия на основе светодиодов, которые втыкаются в 220 напрямую?
Ответ очень прост – блоки питания там конечно есть, встроенные в корпус и, в большинстве своем, весьма посредственного качества, как и сама конструкция в целом (никто не хочет случайно сделать вечную лампу). По-другому эти встроенные блоки питания еще называются светодиодными драйверами. Также важно, что драйвера, как правило, не имеют гальванической развязки от сети в отличие от полноценных гальванически развязанных блоков питания, которые продаем мы.
Гальваническая развязка обеспечивает отсутствие электрических соединения любых из выходов блока питания, включая его массу (корпус), с проводами питающей электросети. Энергия передается через электромагнитную индукцию основного трансформатора блока питания. Это необходимо для обеспечения безопасности людей, работающих в дорожных условиях, где очень легко случайно перебить какой-нибудь из проводов в составе светосигнальной гирлянды.
Блоки питания делятся на трансформаторные и импульсные.
Трансформаторные – это те, в основе которых лежит обыкновенный электрический «железный» трансформатор, рассчитанный на частоту 50 герц, у которого, по меньшей мере, одна первичная и одна вторичная обмотка (часто их бывает намного больше, и все они связаны между собой коэффициент трансформации, то есть отношением витков).
Импульсные блоки – высокочастотные. В них сетевое напряжение сначала выпрямляется диодами и сглаживается емкостью, затем преобразуется в высокочастотное переменное, которое подается на высокочастотный трансформатор. Основное достоинство передачи энергии на высокой частоте – это большая удельная мощность при малых габаритах. Помимо силовой части схемы, в любом импульсном блоке питания вы найдете кучу электроники, которая всем этим управляет.
Самые очевидные характеристики любого блока питания – это его выходное напряжение и ток, вместе образующие, как вы уже понимаете, мощность. Обычно импульсные блоки питания имеют систему саморегуляции, которая благодаря наличию обратной связи с выхода на схему управления позволяет поддерживать выходное напряжение на одном уровне с минимальной погрешностью во всем диапазоне нагрузок – от режима холостого хода до полной нагрузки.
Выходное напряжение также не зависит от температуры и дрейфа входного напряжения, что очень удобно и правильно. Но, несмотря на отсутствие просадки выходного напряжения при полной нагрузки, хорошим тоном будет использовать блок с запасом мощности хотя бы процентов 30, но лучше в полтора-два раза. Это очень сильно увеличивает срок службы блока, так как он работает в очень легком режиме.
Наличие электронной схемы управления позволяет реализовать множество фишек и лайфхаков, например, блок питания можно доработать, научив его автоматически включать и выключать фонари в зависимости от времени суток или автоматически изменять их яркость. Но это требует определенных познаний в области электроники, а также умения работать паяльником и, к сожалению, выходит далеко за рамки данной статьи. Все-таки она адресована тем, кто до прочтения сегодняшнего материала знал об электричестве только то, что оно больно бьется…
Говоря о блоках питания, также может иметь значения КПД блока (хотя это более актуально для мощных блоков под 1000 ватт и больше), диапазон допустимых входных напряжений, наличие пассивного/активного корректора мощности, наличие защит и возможность регулировок, общая продуманность схемотехники, качество сборки в принципе и многое другое. Автор надеется когда-нибудь написать про все это тоже. Также он надеется, что после публикации этой статьи вопросов «а зачем мне вот эта коробка в довесок?» станет немного меньше…