Com triar un controlador de llum LED: tipus, finalitat + característiques de connexió

Les làmpades LED s'han generalitzat, com a resultat de la qual cosa ha començat la producció activa de fonts d'alimentació secundàries.El controlador de la làmpada LED és capaç de mantenir de manera estable els valors actuals especificats a la sortida del dispositiu, estabilitzant la tensió que passa per la cadena de díodes.

Us explicarem tot sobre els tipus i principis de funcionament d'un dispositiu de conversió de corrent per fer funcionar una bombeta de díode. El nostre article ofereix pautes per triar un controlador i recomanacions útils. Els electricistes domèstics independents trobaran esquemes de connexió provats a la pràctica.

Finalitat i àmbit d'ús

Els cristalls de díode consisteixen en dos semiconductors: ànode (més) i càtode (menys), que són els responsables de la transformació dels senyals elèctrics. Una àrea té conductivitat de tipus P, la segona - N. Quan es connecta una font d'alimentació, el corrent fluirà per aquests elements.

A causa d'aquesta polaritat, els electrons de la zona de tipus P es dirigeixen a la zona de tipus N, i viceversa, es carreguen des del punt N a la punta a P. No obstant això, cada secció de la regió té els seus propis límits, anomenats unions P-N. En aquests llocs, les partícules es troben i s'absorbeixen o es recombinen mútuament.

Un díode és un element semiconductor i només té una unió p-n. Per aquest motiu, la característica principal que determina la brillantor de la seva resplendor no és el voltatge, sinó el corrent

Durant les transicions P-N, la tensió disminueix en un cert nombre de volts, sempre igual per a cada element del circuit. Tenint en compte aquests valors, el controlador estabilitza el corrent d'entrada i produeix un valor constant a la sortida.

Quina potència es requereix i quins valors de pèrdues durant el pas P-N s'indiquen al passaport del dispositiu LED. Per tant, quan triar una bombeta de díode cal tenir en compte els paràmetres de la font d'alimentació, el rang de la qual ha de ser suficient per compensar la pèrdua d'energia.

Perquè els LED d'alta potència funcionin durant el temps especificat a les característiques, cal un dispositiu estabilitzador: un controlador. El cos del mecanisme electrònic sempre mostra la seva tensió de sortida

Per equipar els dispositius d'il·luminació s'utilitzen fonts d'alimentació amb tensions de 10 a 36 V.

Els equips poden ser de diversos tipus:

• fars de cotxes, bicicletes, motos, etc.;
• petits fanals portàtils o de carrer;
• tires led, cintes, llums de sostre i mòduls.

Tanmateix per LED de baixa potència, i també en el cas d'utilitzar tensió constant, es permet no utilitzar controladors. En canvi, s'afegeix una resistència al circuit, també alimentada des d'una xarxa de 220 V.

Principi de funcionament de la font d'alimentació

Anem a esbrinar quines són les diferències entre una font de tensió i una font d'alimentació. Com a exemple, considereu el diagrama que es mostra a continuació.

En connectar una resistència de 40 ohms a una font d'alimentació de 12 V, hi passarà un corrent de 300 mA (figura A). Quan es connecta una segona resistència en paral·lel al circuit, el valor actual serà de 600 mA (B). Tanmateix, la tensió es mantindrà sense canvis.

Tot i connectar dues resistències a la font d'alimentació, la segona crearà una tensió constant a la sortida, perquè en condicions ideals no està subjecta a la càrrega.

Ara mirem com canvien els valors si les resistències estan connectades a la font d'alimentació del circuit. De la mateixa manera, introduïm un reòstat de 40 ohms amb un controlador de 300 mA. Aquest últim li crea una tensió de 12 V (circuit B).

Si el circuit està format per dues resistències, el valor actual no canvia i la tensió serà de 6 V (G).

El controlador, a diferència de la font de tensió, manté els paràmetres de corrent especificats a la sortida, però la potència de tensió pot variar

En extreure conclusions, podem dir que un convertidor d'alta qualitat subministra la càrrega amb el corrent nominal fins i tot quan la tensió cau. En conseqüència, els cristalls de díode amb 2 V o 3 V i un corrent de 300 mA es cremaran igual de brillants amb una tensió reduïda.

Característiques distintives del convertidor

Un dels indicadors més importants és la potència transmesa sota càrrega. No sobrecarregueu el dispositiu i intenteu obtenir els millors resultats possibles.

L'ús incorrecte contribueix a la ràpida fallada no només del mecanisme de visualització, sinó també dels xips LED.

Els principals factors que influeixen en el treball inclouen:

• elements constitutius utilitzats en el procés de muntatge;
• grau de protecció (IP);
• valors mínims i màxims a l'entrada i la sortida;
• fabricant.

Els models moderns de convertidors es produeixen a partir de microcircuits i utilitzen la tecnologia de conversió d'amplada de pols (PWM).

Durant el funcionament de la font d'alimentació, s'ha introduït un mètode de modulació d'amplada de pols per regular la tensió de sortida, mentre que es manté el mateix tipus de corrent a la sortida que a l'entrada.

Aquests dispositius es caracteritzen per un alt grau de protecció contra curtcircuits, sobrecàrregues de xarxa i també tenen una major eficiència.

Regles per seleccionar un convertidor de corrent

Per comprar un convertidor de llum LED, hauríeu d'estudiar la clau característiques del dispositiu. Val la pena confiar en la tensió de sortida, el corrent nominal i la potència de sortida.

Alimentació LED

Analitzem inicialment la tensió de sortida, que està subjecta a diversos factors:

• el valor de les pèrdues de tensió a les unions P-N dels cristalls;
• nombre de díodes lleugers a la cadena;
• esquema de connexió.

Els paràmetres del corrent nominal es poden determinar segons les característiques del consumidor, és a dir, la potència dels elements LED i el grau de la seva brillantor.

Aquest indicador afectarà el corrent consumit pels cristalls, el rang del qual varia en funció de la brillantor requerida. La tasca del convertidor és proporcionar a aquests elements la quantitat d'energia necessària.

El valor de la tensió de sortida ha de ser superior o idèntic a la quantitat total d'energia gastada en cada bloc del circuit elèctric

La potència del dispositiu depèn de la força de cada element LED, del seu color i quantitat.

Per calcular l'energia consumida, utilitzeu la fórmula següent:

P_H =P_LED *N,

On

• P_LED - càrrega elèctrica creada per un díode,
• N és el nombre de cristalls de la cadena.

Els indicadors obtinguts no han de ser inferiors a la potència del conductor. Ara cal determinar el valor nominal requerit.

Potència màxima del dispositiu

També s'ha de tenir en compte que per garantir un funcionament estable del convertidor, els seus valors nominals han de superar el valor P obtingut en un 20-30%._H.

Així la fórmula pren la forma:

P_màx ≥ (1,2..1,3) * P_H,

on P_màx - Potència nominal de la font d'alimentació.

A més de la potència i el nombre de consumidors a la placa, la força de càrrega també està subjecta als factors de color del consumidor. Amb la mateixa intensitat, segons l'ombra, tenen diferents caigudes de tensió.

El controlador de la làmpada LED ha de subministrar la quantitat de corrent necessària per garantir la màxima brillantor. En seleccionar un dispositiu, el comprador ha de recordar que la potència ha de ser superior a la que utilitzen tots els LED

Prenguem, per exemple, els LED de l'empresa nord-americana Cree de la línia XP-E en vermell.

Les seves característiques són les següents:

• caiguda de tensió 1,9-2,4 V;
• corrent 350 mA;
• consum mitjà d'energia 750 mW.

Un analògic verd amb el mateix corrent tindrà indicadors completament diferents: les pèrdues a les unions P-N són de 3,3-3,9 V i la potència és d'1,25 W.

En conseqüència, podem extreure conclusions: un controlador de 10 W s'utilitza per alimentar dotze cristalls vermells o vuit verds.

Diagrama de connexió LED

L'elecció del controlador s'ha de fer després de determinar el diagrama de connexió dels consumidors LED. Si primer compreu díodes lleugers i després seleccioneu un convertidor per a ells, aquest procés anirà acompanyat de moltes dificultats.

Per trobar un dispositiu que garanteixi el funcionament exactament d'aquest nombre de consumidors amb un diagrama de connexió determinat, hauràs de dedicar molt de temps.

Posem un exemple amb sis consumidors. La seva pèrdua de tensió és de 3 V, el consum de corrent és de 300 mA. Per connectar-los, podeu utilitzar un dels mètodes, i en cada cas individual els paràmetres necessaris de la font d'alimentació seran diferents.

El desavantatge dels díodes alterns és la necessitat d'una font d'alimentació de major tensió si hi ha molts cristalls al circuit

En el nostre cas, quan es connecta en sèrie, es requereix una unitat de 18 V amb un corrent de 300 mA. El principal avantatge d'aquest mètode és que la mateixa potència passa per tota la línia i, per tant, tots els díodes cremen amb la mateixa brillantor.

El desavantatge de la col·locació paral·lela dels consumidors és la diferència en la brillantor de cada cadena. Aquest fenomen negatiu es produeix a causa de la dispersió dels paràmetres del díode a causa de les diferències entre el corrent que passa per cada línia

Si s'utilitza la col·locació en paral·lel, n'hi ha prou amb utilitzar un convertidor de 9 V, però, el corrent consumit es duplicarà en comparació amb el mètode anterior.

El mètode de disposició seqüencial de dos díodes no es pot utilitzar amb un canvi en el nombre de cristalls inclosos al grup: 3 o més. Aquestes restriccions es deuen al fet que pot passar massa corrent a través d'un element, i això crea la probabilitat de fallada de tot el circuit.

Si s'utilitza un mètode seqüencial amb la formació de parells de dos LED, s'utilitza un controlador amb un rendiment similar al del cas anterior. En aquest cas, la brillantor de la il·luminació serà uniforme.

No obstant això, fins i tot aquí hi ha alguns matisos negatius: quan es subministra energia al grup, a causa de la variació de les característiques, un dels LED pot obrir-se més ràpidament que el segon i, en conseqüència, passarà un corrent el doble del valor nominal.

Molts tipus Leds per il·luminació de la llar estan dissenyats per a salts a curt termini, però aquest mètode és menys popular.

Tipus de controladors per tipus de dispositiu

Els dispositius que converteixen l'alimentació de 220 V als indicadors necessaris per als LED es divideixen convencionalment en tres categories: electrònics; basat en condensadors; regulable.

El mercat d'accessoris d'il·luminació està representat per una gran varietat de models de controladors, principalment de fabricants xinesos. I malgrat el rang de preu baix, podeu triar una opció molt decent d'aquests dispositius. Tanmateix, heu de parar atenció a la targeta de garantia, perquè... No tots els productes presentats són de qualitat acceptable.

Vista electrònica del dispositiu

Idealment, el convertidor electrònic hauria d'estar equipat amb un transistor. La seva funció és descarregar el microcircuit de control. Per eliminar o suavitzar la ondulació tant com sigui possible, es munta un condensador a la sortida.

Aquest tipus de dispositiu pertany a la categoria cara, però és capaç d'estabilitzar el corrent fins a 750 mA, que els mecanismes de llast no són capaços.

Els controladors més nous s'instal·len principalment en bombetes amb un endoll E27. Una excepció a la regla són els productes Gauss GU5.3. Estan equipats amb un convertidor sense transformador. Tanmateix, el grau de pulsació en ells arriba a diversos centenars de Hz

La pulsació no és l'únic inconvenient dels convertidors. La segona es pot anomenar interferència electromagnètica en el rang d'alta freqüència (HF). Per tant, si altres aparells elèctrics estan connectats a l'endoll connectat al llum, per exemple, una ràdio, podeu esperar interferències en rebre freqüències FM digitals, televisió, encaminador, etc.

El dispositiu opcional d'un dispositiu de qualitat ha de tenir dos condensadors: un és electrolític per suavitzar les ondulacions, l'altre és ceràmic per reduir la RF.Tanmateix, aquesta combinació es pot trobar rarament, sobretot quan es parla de productes xinesos.

Aquells que tinguin conceptes generals en aquests circuits elèctrics poden seleccionar de manera independent els paràmetres de sortida del convertidor electrònic canviant el valor de les resistències.

A causa de la seva alta eficiència (fins al 95%), aquests mecanismes són adequats per a dispositius potents utilitzats en diversos camps, per exemple, per a l'ajust de cotxes, il·luminació pública i fonts LED domèstiques.

Font d'alimentació basada en condensadors

Ara passem als dispositius menys populars: els basats en condensadors. Gairebé tots els circuits de làmpades LED de baix cost que utilitzen aquest tipus de controlador tenen característiques similars.

No obstant això, a causa de modificacions del fabricant, pateixen canvis, per exemple, l'eliminació d'algun element del circuit. Especialment sovint aquesta part és un dels condensadors, un de suavització.

A causa de l'ompliment incontrolat del mercat amb productes barats i de baixa qualitat, els usuaris poden "sentir" una pulsació cent per cent a les làmpades. Fins i tot sense aprofundir en el seu disseny, podem dir que l'element suavitzant s'ha eliminat del circuit

Aquests mecanismes només tenen dos avantatges: estan disponibles per a l'autoassemblatge i la seva eficiència és igual al cent per cent, ja que les pèrdues només es produiran a les unions i resistències p-n.

Hi ha el mateix nombre d'aspectes negatius: baixa seguretat elèctrica i alt grau de pulsació. El segon inconvenient és al voltant dels 100 Hz i es forma com a resultat de la rectificació de la tensió alterna. GOST especifica una norma de pulsació admissible del 10 al 20%, depenent de la finalitat de l'habitació on s'instal·la el dispositiu d'il·luminació.

L'única manera de mitigar aquest inconvenient és seleccionar un condensador amb la qualificació correcta. Tanmateix, no hauríeu de comptar amb eliminar completament el problema: aquesta solució només pot suavitzar la intensitat de les ràfegues.

Convertidors de corrent regulables

Controladors de dimmer per bombetes LED regulables permet canviar els indicadors de corrent entrant i sortint, alhora que redueix o augmenta el grau de brillantor de la llum emesa pels díodes.

Hi ha dos mètodes de connexió:

• el primer implica un arrencada suau;
• el segon és l'impuls.

Considereu el principi de funcionament dels controladors regulables basats en el xip CPC9909, utilitzat com a dispositiu de regulació per a circuits LED, inclosos els d'alta brillantor.

Esquema de connexió estàndard del CPC9909 amb font d'alimentació de 220 V. Segons les instruccions esquemàtiques, és possible controlar un o més consumidors potents

Durant un arrencada suau, el microcircuit amb el controlador garanteix l'encesa gradual dels díodes amb una brillantor creixent. Aquest procés implica dues resistències connectades al pin LD, dissenyades per realitzar la tasca d'atenuació suau. Així s'aconsegueix una tasca important: allargar la vida útil dels elements LED.

La mateixa sortida també proporciona regulació analògica: la resistència de 2,2 kOhm es substitueix per una analògica variable més potent: 5,1 kOhm. D'aquesta manera, s'aconsegueix un canvi suau en el potencial de sortida.

L'ús del segon mètode consisteix a subministrar polsos rectangulars a la sortida de baixa freqüència del PWMD. En aquest cas, s'utilitza un microcontrolador o un generador de polsos, que necessàriament estan separats per un optoacoblador.

Amb o sense habitatge?

Els conductors estan disponibles amb o sense habitatge.La primera opció és la més habitual i més cara. Aquests dispositius estan protegits de la humitat i les partícules de pols.

Els dispositius del segon tipus s'utilitzen per a la instal·lació oculta i, per tant, són econòmics.

Tots els dispositius presentats es poden alimentar des d'una xarxa de 12 V o 220 V. Malgrat que els models de marc obert es beneficien de preu, es queden molt enrere en termes de seguretat i fiabilitat del mecanisme.

Cadascun d'ells difereix en la temperatura permesa durant el funcionament; això també s'ha de tenir en compte a l'hora de seleccionar.

Circuit de conductor clàssic

Per muntar de manera independent una font d'alimentació LED, tractarem el dispositiu de tipus pols més senzill que no tingui aïllament galvànic. El principal avantatge d'aquest tipus de circuit és la connexió senzilla i el funcionament fiable.

El circuit convertidor de 220 V es presenta com una font d'alimentació commutada. Durant el muntatge, s'han d'observar totes les normes de seguretat elèctrica, ja que no hi ha límits de sortida de corrent

L'esquema d'aquest mecanisme es compon de tres àrees principals en cascada:

1. Separador capacitiu de tensió.
2. Rectificador.
3. Protectors contra sobretensions.

La primera secció és la resistència proporcionada al corrent altern al condensador C1 amb una resistència. Aquest últim només és necessari per a l'autocàrrega de l'element inert. No afecta el funcionament del circuit.

El valor nominal de la resistència pot estar en el rang de 100 kOhm-1 Mohm, amb una potència de 0,5-1 W. El condensador ha de ser electrolític i el seu valor de tensió d'amplitud efectiva és de 400-500 V

Quan la tensió de mitja ona generada travessa el condensador, el corrent flueix fins que les plaques estan completament carregades. Com més petita sigui la capacitat del mecanisme, menys temps trigarà a carregar-lo completament.

Per exemple, un dispositiu amb un volum de 0,3-0,4 μF es carrega durant 1/10 del període de mitja ona, és a dir, només una desena part de la tensió de pas passarà per aquesta secció.

El procés de redreçat en aquesta secció es realitza segons l'esquema de Graetz. El pont de díodes es selecciona en funció del corrent nominal i la tensió inversa. En aquest cas, l'últim valor no hauria de ser inferior a 600 V

La segona etapa és un dispositiu elèctric que converteix (rectifica) el corrent altern en corrent pulsatori. Aquest procés s'anomena d'ona completa. Com que una part de la mitja ona ha estat suavitzada per un condensador, la sortida d'aquesta secció tindrà un corrent continu de 20-25 V.

Com que la font d'alimentació LED no ha de superar els 12 V, s'ha d'utilitzar un element estabilitzador per al circuit. Per a això, s'introdueix un filtre capacitiu. Per exemple, podeu utilitzar el model L7812

La tercera etapa funciona sobre la base d'un filtre estabilitzador suavitzat: un condensador electrolític. L'elecció dels seus paràmetres capacitius depèn de la força de càrrega.

Com que el circuit muntat reprodueix el seu funcionament immediatament, no podeu tocar els cables nus, ja que el corrent conduït arriba a desenes d'amperes: primer s'aïllen les línies.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Totes les dificultats que pot trobar un radioaficionat a l'hora de seleccionar un convertidor per a làmpades LED potents es descriuen en detall al vídeo:

Característiques clau de la connexió independent d'un dispositiu convertidor a un circuit elèctric:

Instruccions pas a pas que descriuen el procés de muntatge d'un controlador LED amb les vostres pròpies mans mitjançant mitjans improvisats:

Malgrat les desenes de milers d'hores de funcionament ininterromput de les làmpades LED declarades pel fabricant, hi ha molts factors que redueixen significativament aquests indicadors.

Els controladors estan dissenyats per suavitzar tots els salts de corrent en el sistema elèctric. La seva selecció o autoassemblatge s'ha de plantejar de manera responsable després de calcular tots els paràmetres necessaris.

Expliqueu-nos com heu seleccionat el controlador per a la bombeta LED. Comparteix els teus arguments i maneres d'estabilitzar el subministrament de tensió a un dispositiu d'il·luminació de díode. Deixeu comentaris al bloc següent, feu preguntes, publiqueu fotografies sobre el tema de l'article.