Драйвер выпрямитель что это
Практически каждый, кто имел дело со сверхъяркими светодиодами, знает, что питать их нужно через специальное устройство – драйвер. На сегодняшний день наиболее распространенными являются драйверы, работающие по двум принципам – линейной и импульсной стабилизации. Чем они отличаются и какой из них лучше?
Зачем светодиоду драйвер?
Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо познакомиться с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) светодиода.
Из графика видно, что при постепенном увеличении напряжения ток через светодиод вначале не течет вообще. При достижении определенного значения Uнач появляется ток, и прибор начинает светиться тем ярче, чем выше напряжение. При достижении Uном ток достигнет паспортного значения Iном, а светодиод засветится в полную силу.
Такой режим будет соблюдаться до тех пор, пока напряжение не достигнет значения Uмакс. При дальнейшем его увеличении кривая ВАХ резко поднимается вверх – ток быстро выходит за предельно допустимое значение и полупроводник сгорает. Таким образом, для того, чтобы прибор не вышел из строя и вместе с тем имел максимальную светоотдачу необходимо точно поддерживать режим, при котором ток и напряжение имеют номинальное значение. Для этого, казалось бы, можно обойтись обычным стабилизатором напряжения, поскольку ток напрямую зависит от напряжения.
Но тут появляется новая проблема – ВАХ светодиода не постоянна и зависит от температуры кристалла. Чем выше температура, тем кривая ВАХ сильнее сдвигается влево и становится круче. Но Uном и Uмакс у всех светодиодов находятся практически рядом – окно обычно составляет десятые вольта. Стоит кристаллу чуть прогреться, как граница Uмакс сдвинется влево, полупроводник выйдет из режима.
Из графика видно, что после прогрева кристалла для поддержания номинального тока нужно уменьшить напряжение, но оно стабилизировано и ток стал критическим.
Из-за этого кристалл нагреется еще сильнее, сопротивление перехода снова упадет, ток повысится. Повышение тока в свою очередь вызовет еще больший нагрев кристалла. Начнется лавинообразный процесс, который закончится тепловым пробоем. По сути, прибор сожжет сам себя.
Таким образом, обычной стабилизацией напряжения вопрос не решить – необходимо стабилизировать ток и держать его на уровне Iном. Для этого и служит драйвер, который, по сути, является стабилизатором тока. Вполне очевидно, что характеристики драйвера, в частности, ток стабилизации, должны совпадать с характеристиками светодиода, которые указаны в паспорте.
Примечательно, что в паспорте указывается не рабочее напряжение светодиода, а его рабочий ток, и теперь это понятно.
Драйверы – какие бывают и чем отличаются
Как было указано выше, драйверы, питающие светодиоды, могут быть двух типов – линейные и импульсные. И те, и другие выполняют одну и ту же задачу – стабилизируют ток, протекающий через светодиод, на заданном уровне. Но принцип стабилизации у них существенно отличается.
Линейные
По сути, такой стабилизатор представляет собой переменный резистор, но движком управляет не рука человека, а электронная схема.
При подаче на вход схемы напряжения Uвх, оно проходит через регулирующий элемент РЭ, схему контроля тока КТ и подается на выход, к которому подключена нагрузка. Узел КТ контролирует ток и в зависимости от его величины изменяет сопротивление РЭ. Ток мал – сопротивление РЭ уменьшается, велик – увеличивается. В результате на нагрузке поддерживается тот ток, на который настроен конкретный КТ.
Регулируется, конечно, не ток, а напряжение на нагрузке, но именно от его величины зависит величина тока.
Стабилизатор, работающий по такому принципу прост в построении, достаточно надежен, при необходимости легко ремонтируется. Стоит он недорого и имеет хорошие массогабаритные показатели. Кроме того, подобная схема осуществляет безобрывную регулировку тока и не создает импульсных помех в цепях питания.
Но есть у этого принципа и существенный недостаток – низкий КПД. Линейный стабилизатор по своей сути - регулируемый делитель напряжения. Нужная часть Uвх подается на нагрузку, остальное бесполезно рассеивается на регулирующем элементе, роль которого обычно выполняет транзистор того или иного типа. Что касается КПД, то его несложно рассчитать, воспользовавшись простой формулой:
КПД = Uвых/Uвх
Импульсные
Принцип работы стабилизаторов этого типа в корне отличается от принципа линейной стабилизации.
Здесь регулирующим элементом является ключ К, а схема дополнена дросселем L и диодом. При замыкании ключа дроссель начинает запасать энергию в магнитном поле, а ток через него постепенно возрастает. Диод в это время заперт и в процессе не участвует.
Как только ток достигнет заданной величины, токовый контроллер КТ разомкнет ключ. Откроется диод и дроссель начнет возвращать запасенную энергию в цепь. Постепенно ток начнет уменьшаться и как только он достигнет критически низкого значения, КТ снова замкнет ключ К. Процесс повторится.
Очевидно, что на регулирующем элементе, работающем в ключевом режиме, будет рассеиваться намного меньшая мощность, чем при работе в режиме линейной стабилизации. Именно поэтому, стабилизаторы, работающие по этому принципу, имеют высокий КПД, который при правильно подобранных элементах может достигать 98% даже при больших токах коммутации. При этом регулирующему элементу не понадобится громоздкий радиатор, что существенно улучшит массогабаритные показатели.
Впрочем, улучшит не существенно, так как место радиатора займет дроссель. Он несколько меньше радиатора, но при больших токах коммутации может иметь достаточно большие размеры.
Что касается недостатков, то есть и они. Схема, работающая по такому принципу, много сложнее схемы с линейной стабилизацией и, естественно, стоят дороже. Но самое главное - регулирующий элемент, работающий в ключевом режиме, создает высокочастотные (до мегагерц) помехи, распространяющиеся как по цепям питания, так и в виде радиоволнового излучения. Подобные помехи могут мешать работе радиоприемной, звукоусилительной и другой чувствительной аппаратуры.
Какой драйвер лучше?
Исходя из вышесказанного однозначно ответить на этот вопрос сложно. Линейная схема стабилизации тока оправдывает себя лишь при работе с малыми (до 100 мА) токами или небольшой разницей между входным и выходным напряжениями. Исключение может составлять лишь случай, когда необходимо полное отсутствие помех – в звукозаписывающих студиях, больницах с чувствительным оборудованием и пр.
Импульсные драйвера, хотя и имеют свои недостатки, в большинстве случаев все же предпочтительнее линейных. Именно поэтому на сегодняшний день они практически вытеснили приборы линейного типа, оставив им лишь узкую строго ограниченную нишу.
2) транзистор в составе системы должен иметь возможность прямого управления от логической низковольтной части системы, обычно измеряемого относительно общей шины. Таким образом, напряжение низковольтной части должно иметь смещение относительно источника питания высоковольтной части системы, которое, в свою очередь, часто является двуполярным;
3) мощность, потребляемая схемой управления затвором, не должна существенно влиять на общую производительность системы коммутации.
Основной задачей драйвера для обеспечения указанных выше требований является преобразование уровней напряжения и согласование низковольтной части системы управления, имеющей, как правило, однополярное питание, и высоковольтной части, к которой часто приложено двуполярное напряжение с высоким потенциалом.
Второй задачей, решаемой с помощью специализированных драйверов, является обеспечение высоких значений токов затвора, переключающих силовые транзисторы. Дело в том, что высоковольтные силовые ключи, как правило, имеют значительные паразитные емкости, способные накапливать большие заряды в области затвора. Для полноценного переключения таких транзисторов этот заряд необходимо рассосать или накачать, что и обеспечивается с помощью больших выходных токов драйвера.
Кроме того, драйверы силовых ключей, в отличие от простых преобразователей уровня, снабжены множественными механизмами защиты как самого драйвера, так и управляемых ключей, что позволяет выполнять формирование выходных управляющих сигналов согласно определенным алгоритмам, чтобы предотвратить выход системы из строя в аварийной ситуации.
Интегральные драйверы, производимые компанией International Rectifier, предоставляют широкий набор функций, необходимых для управления силовыми MOSFET- или IGBT-ключами.
Типы драйверов компании IR
В зависимости от функциональной насыщенности и выполняемых функций, изделия компании International Rectifier можно разделить на несколько типов:
- драйверы нижнего и драйверы верхнего ключа;
- драйверы, совмещающие управление верхним и нижним ключом;
- полумостовые драйверы;
- трехфазные драйверы.
Познакомимся подробнее с типами драйверов и особенностями их применения.
В зависимости от базового включения силового транзистора в систему, он является верхним или нижним ключом. На рисунке 1 представлена схема, в которой силовой транзистор является верхним ключом. Если нагрузка включена между плюсом силовой шины и стоком силового транзистора, подключенного истоком к общей шине, то в такой схеме транзистор будет являться силовым нижним ключом.
Рис. 1. Пример схемы включения силового транзистора в качестве верхнего ключа
Компания International Rectifier выпускает такие драйверы в одноканальном и двуканальном исполнении, с различными значениями выходных токов (до 4 А) и вариантами конфигураций инвертированных входов. Перечень доступных микросхем представлен в таблице 1.
Таблица 1. Микросхемы драйверов верхнего/нижнего ключей
Следует отметить, что любой драйвер верхнего ключа может быть использован в качестве драйвера нижнего ключа, если применение доступных драйверов нижнего ключа не может обеспечить требуемых рабочих характеристик системы.
Драйверы полумостов
Механизм встроенного временного промежутка Dead-Time обеспечивает гарантированное закрытие одного силового ключа до момента начала открытия ключа в противоположном плече. Гарантией надежного закрытия противоположного транзистора является встроенная схема, контролирующая состояние ключей, и наличие схемы задержки, формирующей промежуток времени, в течение которого закрыты оба транзистора в плечах полумоста.
Большинство драйверов обоих типов имеет структуру, представленную на рисунке 2 на примере структурной схемы драйвера IRS2110.
Рис. 2. Внутренняя структурная схема драйвера IRS2110
Рис. 3. Типовые схемы включения полумостовых драйверов: без Dead-Time (а) и с Dead-Time (б)
Номенклатура полумостовых драйверов в портфеле IR очень широка. В следующих сводных таблицах 2 и 3 приводится информация о микросхемах, представляющих наибольший интерес для пользователя.
Таблица 2. Полумостовые драйверы без встроенной функции Dead-Time
Таблица 3. Полноценные полумостовые драйверы (с Dead-Time)
Трехфазные драйверы
Для управления электродвигателями часто применяются трехфазные системы электропривода. Естественно, такую систему управления силовыми транзисторами можно реализовать с помощью трех полумостовых драйверов. Но, при всей своей очевидности, данное решение получается довольно габаритным, различие значений некоторых параметров драйверов разных фаз может приводить к «перекосам» системы, снижению эффективности управления и понижению общего КПД системы.
Поэтому компания IR предлагает готовые решения данной задачи, реализованные в виде трехфазных драйверов. Наиболее интересным примером такого драйвера является микросхема IRS26302D, представленная на рисунке 4. Драйвер имеет семь выходных каналов, управляемых независимыми входами. Шесть каналов используются для построения самого трехфазного моста, а седьмой канал может применяться для реализации корректора коэффициента мощности (ККМ) или системы защиты и рекуперации.
Рис. 4. Типовая схема включения семиканального трехфазного драйвера
Естественно, одной этой микросхемой семейство трехфазных драйверов, производимых компанией IR, не исчерпывается. Более полный перечень микросхем с указанием их ключевых параметров приводится в таблице 4.
Таблица 4. Трехфазные драйверы и их ключевые параметры
Драйверы измерения тока
При использовании вышеуказанных интегральных драйверов остается открытым вопрос о контроле тока, потребляемого нагрузкой. Если интегральная микросхема драйвера имеет функцию контроля тока, то, как правило, она просто сообщает о возникновении неисправности, используя дополнительный выход сигнализации об ошибке, никак не расшифровывая причину ее возникновения. Одной из причин аварийной ситуации может быть перегрузка по току выходного каскада.
Для контроля тока, потребляемого нагрузкой, компания International Rectifier выпускает интегральные микросхемы, позволяющие реализовать данную функцию. На рисунке 5 приведены схемы контроля тока, потребляемого нагрузкой, на микросхеме, совмещенной с драйвером (а), и специализированной микросхеме измерения тока (б).
Рис. 5. Примеры включения драйверов, контролирующих ток в нагрузке
Расчет параметров цепи вольтодобавки (bootstrap)
Для стабильной работы любой коммутационной схемы важен правильный выбор необходимых элементов обвязки. Для драйверов верхнего плеча и любого типа драйверов полумостов одной из важнейших внешних цепей является цепь вольтодобавки, элементами которой являются диод и конденсатор. Эти два элемента обеспечивают разность напряжения «затвор-исток», необходимую для гарантированного открывания внешнего выходного транзистора. Расположенные локально развязывающие конденсаторы на силовых и слаботочных шинах питания позволяют в значительной степени уменьшить уровень излучаемых помех, компенсируя индуктивность проводников.
Выбор номинального рабочего напряжения конденсатора вольтодобавки Cboot должен основываться на максимальном значении напряжения питания микросхемы Vcc. Емкость конденсатора выбирается, исходя из следующих параметров:
- требуемое напряжение для управления транзистором;
- максимальный сквозной ток IQBS для схем управления верхним ключом;
- токи цепей смещения в пределах драйвера;
- ток утечки «затвор-исток» IQBS транзистора;
- ток утечки самого конденсатора вольтодобавки.
Последнее условие актуально только для электролитических конденсаторов. При использовании конденсаторов других типов им можно пренебречь. Поэтому неэлектролитические конденсаторы более предпочтительны для применения в цепи вольтодобавки.
Минимальная емкость компенсационного конденсатора может быть вычислена по следующей формуле:
[1]
Диод вольтодобавки должен выдерживать максимальное напряжение, существующее на силовой шине. Например, такая ситуация возникает, когда верхний ключ открыт, и к диоду оказывается приложено все напряжение шины. Значение прямого тока через диод зависит от частоты переключения силового ключа, то есть, от частоты заряда затворной емкости. Например, для транзистора IRF450, работающего на частоте 100 кГц, ток через диод составит примерно 12 мА.
Ток утечки при повышенной температуре для этого диода является важным критерием в приложениях, где конденсатор должен поддерживать заряд в течение длительного времени. Поэтому необходимо, чтобы этот диод быстро восстанавливался с целью уменьшения заряда, попадающего обратно в цепь питания с конденсатора вольтодобавки.
Борьба с отрицательными выбросами в цепи Vs
При работе с мощной индуктивной нагрузкой (мощные электродвигатели), а также при недостаточно грамотной трассировке выходного каскада мощных систем, на выходе системы можно столкнуться с высокоамплитудными выбросами обратной полярности. Описанная ситуация продемонстрирована на рисунке 6.
Рис. 6. Появление на выходе выброса обратной полярности
Почему возникает такая ситуация и чем она может быть опасна? Рассмотрим случай работы системы на индуктивную нагрузку: когда открыт верхний ключ, через нагрузку протекает некоторый ток. При закрытии верхнего ключа вплоть до момента открытия нижнего (Dead-Time) ток в индуктивную нагрузку продолжает течь через диод нижнего транзистора, т.к. ток через индуктивность не может скачком упасть до нуля. Исток нижнего транзистора подключен к общей шине «земля», а поскольку ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим, то получается, что выброс напряжения на линии Vs имеет обратную полярность (эпюра напряжения на линии Vs приведена на рисунке 6). Этот обратный выброс через внутреннюю структуру драйвера начинает перезаряжать емкости микросхемы, что может привести к ложному отпиранию верхнего ключа. А исходя из алгоритма управления, по прошествии интервала времени Dead-Time будет открыт нижний транзистор. В этом случае возникнет сквозной ток через оба плеча системы, что наверняка приведет к выходу системы из строя, а возможно, и к возгоранию элементов устройства. Опасность выбросов отрицательного напряжения значительно возрастает с увеличением площади кристалла силового транзистора и повышением плотности тока, коммутируемого транзистором в течение короткого времени.
Интегральные микросхемы-драйверы компании International Rectifier гарантированно выдерживают отрицательные выбросы на шине Vs как минимум, до -5 В относительно общего провода. В случае, если выброс превышает указанное значение, выход управления верхнего ключа временно блокируется в текущем состоянии. Оставаясь в пределах максимально допустимых значений для Vs, эта ситуация не вызывает повреждений интегральной микросхемы, тем не менее, выходной буферный каскад не будет реагировать на изменения входного сигнала до тех пор, пока отрицательный выброс не завершится.
Для оценки устойчивости схемотехнического решения к таким экстремальным ситуациям, как короткое замыкание нагрузки или перегрузка по току (в обоих случаях отношение di/dt ® max), необходимо отслеживать поведение сигналов в двух точках:
Измерения следует проводить непосредственно на выводах микросхемы драйвера для того, чтобы были отражены все параметры соединений, включая паразитные воздействия линий связи и взаимного размещения, как указано на рисунке 7.
Рис. 7. Точки измерения критических параметров сигнала при возникновении отрицательных выбросов на шине Vs
Следующие мероприятия позволяют гарантировать стабильную работу системы, несмотря на воздействия импульсных помех.
1. Минимизация паразитных влияний:
а) использование коротких проводников максимально возможной толщины между ключами и драйвером, без петель и отклонений;
в) снижение индуктивности выводов электрорадиоэлементов за счет снижения высоты расположения их корпусов над поверхностью печатной платы;
г) размещение обоих ключей локализовано в «силовой» части в непосредственной близости от драйвера для максимального сокращения длины трасс.
2. Снижение воздействий на управляющую микросхему драйвера:
а) соединения цепей Vs и COM рекомендуется выполнять так, как изображено на рисунке 8;
Рис. 8. Рекомендуемая топология соединений драйвера и силовых ключей
б) минимизация паразитных параметров цепей управления затворами транзисторов путем использования коротких трасс типа «точка-точка»;
в) следует размещать управляющую микросхему драйвера как можно ближе к силовым ключам с целью минимизации длины трасс.
3. Улучшение развязки:
а) увеличение емкости конденсатора вольтодобавки до величины более 0,47 мкФ наряду с использованием как минимум одного конденсатора с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС). Это уменьшит степень перезарядки конденсатора в результате значительного повышения Vs при выбросе напряжения;
б) использование второго конденсатора с низким ЭПС в качестве фильтрующего в цепях Vs и COM. Так как этот конденсатор будет обеспечивать поддержку обоих выходных буферов и перезарядку конденсатора Сboot, то его емкость должна быть как минимум в 10 раз больше емкости конденсатора вольтодобавки;
в) если требуется включение резистора последовательно с диодом вольтодобавки, то необходимо убедиться, что напряжение шины VB не будет опускаться ниже значения общего провода COM, особенно в момент включения и максимальных значений частоты и скважности.
Следование приведенным рекомендациям позволяет значительно сократить уровень помех, возникающих в результате отрицательных выбросов напряжения. Однако, если уровень выбросов остается достаточно велик, то может оказаться необходимым снижение скорости нарастания выходного напряжения dV/dt.
Рис. 9. Область безопасной работы драйверов IR при появлении выбросов обратной полярности
Устойчивость к выбросам отрицательного напряжения является определяющим фактором при выборе управляющей микросхемы драйвера.
Заключение
Как следует из статьи, выбор драйвера для коммутации силовых MOSFET или IGBT не является трудной задачей. Достаточно определить требуемые энергетические показатели разрабатываемой системы и выбрать ее топологию. Следование указаниям по схемотехнике и топологии, приводимым в документации на микросхему и рекомендациях по применению, избавит от проблем, возникающих при работе системы. Современные интегральные драйверы компании International Rectifier 5-го поколения имеют защитные цепи и не подвержены выходу из строя при возникновении кратковременных выбросов отрицательного напряжения.
Широкая номенклатура изделий International Rectifier и их высокое качество позволяют построить надежную силовую систему любого уровня сложности с минимальными затратами как на этапе проектирования схемотехники, так и на этапе изготовления конечного устройства.
Собственно говоря, идея написания данной статьи появилась по результатам одной дискуссии к статье " DC-DC преобразователи в до-полупроводниковую эпоху. Вибропреобразователи и синхронное выпрямление. " Эта дискуссия касалась синхронного выпрямления.
Мой оппонент завил, что синхронные выпрямители в простых схемах не работают. При попытке разобраться, почему он так считает, чего то конкретного добиться не удалось. Но стало понятно, что он тесно связывает синхронное выпрямление с DC-DC преобразователями. Напрямую.
В конечном итоге, оппонент привел ссылку вот эту , и повторил в своем ответе дословно часть текста из этой ссылки. Но это опять таки жестко связано с преобразователями, современными.
Именно его мнения, собственного, добиться, увы, так и не получилось. Я не скажу, что мой оппонент не прав в общем и целом. Но эта дискуссия еще раз показывает, что не редко люди, за современными терминами и понятиями, не видят лежащих в их основах процессов. Они оперируют шаблонными понятиями и стандартными решениями, которые видят в учебниках, документации на микросхемы, книгах и статьях в интернете.
Поэтому я решил попробовать объяснить суть синхронного выпрямления буквально на пальцах, без формул, расчетов, математики. В статье не будет анализа эффективности. Но будет описание процессов, с наглядной иллюстрацией.
Основное заблуждение моего оппонента заключалось именно в том, что он не рассматривал синхронные выпрямителя именно как выпрямители, в отрыве от преобразователей. Поэтому старая схема, еще 1947 года, которая действительно реализовывала принцип синхронного выпрямления, пусть и крайне упрощенный, вызвала у него неприятие. Как минимум, терминологическое.
И в сегодняшней статье я не буду вообще говорить о преобразователях, ни о прямоходовых, ни обратноходовых. Только о выпрямителях.
Идея синхронного выпрямления, пусть и не в таком явном виде, родилась довольно давно. Задолго до появления DC-DC преобразователей, с которыми сегодня синхронные выпрямители почти всегда связывают. По самой простой и прагматичной причине - необходимость повышения эффективности выпрямителей.
Классический выпрямитель на диодах
Темы выпрямителей я уже касался,в прошлом году, в статье " Выпрямитель, что может быть проще? Часть первая, описательно теоретическая ". Поэтому сегодня рассмотрю, более подробно, только некоторые моменты, которые нам нужны.
На реальных диодах, не важно, полупроводниковых или ламповых, падает некоторое не нулевое напряжение при протекании прямого тока. А это ведет к рассеиванию на них тем большей мощности, чем больше ток нагрузки. При прочих равных условиях.
Давайте посмотрим на двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, который сегодня будет у нас основным подопытным.
Многие довольно часто путают блоки питания и драйвера, подключая светодиоды и светодиодные ленты не от тех источников что нужно.
Рассмотрим подробнее в чем их отличия и когда нужно применять тот или иной источник питания. Но для начала кратко разберемся в типах блоков питания.
Сегодня уже довольно редко можно встретить применение трансформаторного БП. Схема их сборки и работы довольно проста и понятна.
Самый главный элемент здесь, безусловно трансформатор. В домашних условиях он преобразует напряжение 220В в напряжение 12 или 24В. То есть, идет прямое преобразование одного напряжения в другое.
Частота сети при этом, привычные нам всем 50 Герц.
У такой схемы 3 главных достоинства:
Однако есть здесь и недостатки, которые заставили разработчиков задуматься и придумать что-то более современное.
- во-первых это большой вес и приличные габариты
- как следствие первого недостатка - большой расход металла на сборку всей конструкции
- ну и ухудшает все дело низкий косинус фи и низкий КПД
Именно поэтому и были изобретены импульсные источники питания. Здесь уже несколько иной принцип работы.
Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.
Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача - создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.
Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.
Третий элемент в схеме - импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие - это маленькие габаритные размеры.
Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.
Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.
Преимущества импульсных блоков:
- маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе
- напряжение питания можно подавать в большом разбросе
- при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи
Есть и недостатки:
- если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования
Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.
Почему же для светодиодов нельзя применять простой БП, и для чего нужен именно драйвер?
Драйвер - это устройство похожее на блок питания.
Однако, как только в него подключаешь нагрузку, он заставляет стабилизироваться на одном уровне не напряжение, а ток!Светодиоды "питаются" электрическим током. Также у них есть такая характеристика, как падение напряжения.
Если вы видите на светодиоде надпись 10мА и 2,7В, то это означает, что максимально допустимый ток для него 10мА, не более.
При протекании тока такой величины, на светодиоде потеряется 2,7 Вольт. Именно потеряется, а не требуется для работы. Добьетесь стабилизации тока и светодиод будет работать долго и ярко.
Более того, светодиод - это полупроводник. И сопротивление этого полупроводника зависит от напряжения, которое на него подано. Изменяется сопротивление по графику - вольтамперной характеристике.
Если на нее посмотреть, то становится видно, даже если вы не намного увеличите или уменьшите напряжение, это резко, в разы изменит величину тока.
Причем зависимость не прямо пропорциональная.
Однако у всех светодиодов уникальные параметры и характеристики. При одном и том же напряжении они могут "кушать" разный ток.
Мало того, эти параметры еще способны меняться при изменении окружающей температуры.А температурный диапазон работы светодиодных светильников очень большой.
Например, зимой на улице может быть -30 градусов, а летом уже все +40. И это в одном и том же месте.
Работать они конечно будут, но в каком режиме светоотдачи и насколько долго неизвестно. Заканчивается такая работа всегда одинаково - выгоранием светодиода.
Кстати, при превышении температуры световой поток у светодиодных светильников всегда падает, даже у тех, которые подключены через драйвер. У некачественных экземпляров световой поток падает очень сильно, стоит им поработать около часа и нагреться.
Поэтому каждому светильнику после запуска, нужно дать время, чтобы он вышел на свой рабочий режим и световой поток стабилизировался. Его изменение должно быть не более 10% от начального.Многие недобросовестные производители хитрят и измеряют эти параметры сразу после включения, когда поток еще максимальный.
А уже эту последовательную цепочку подключают к драйверу. Данные цепочки можно комбинировать различными способами. Создавать последовательно-параллельные или гибридные схемы.
Безусловно и у драйверов есть свои неоспоримые недостатки:
- во-первых они рассчитаны только на определенный ток и мощность
А это значит, что для каждого драйвера каждый раз придется подбирать определенное количество светодиодов. Если один из них случайно выйдет из строя в процессе работы, то драйвер весь ток запустит на оставшиеся.
Что приведет к их перегреву и последующему выгоранию. То есть потеря одного светодиода влечет за собой поломку всей цепочки.
Бывают и универсальные модели драйверов, для них не важно количество светодиодов, главное чтобы их общая мощность не превышала допустимую. Но они гораздо дороже.
Простые блоки питания можно использовать для разных нужд, везде где необходимы 12В и более, например для систем видеонаблюдения.
Основное же предназначение драйверов - это светодиоды.
А есть бездрайверные заводские светильники? Есть. Не так давно на рынке появилось немало таких Led светильников и прожекторов.
Однако энергоэффективность у них не очень высокая, на уровне обычных люминесцентных ламп. И как он поведет себя при возможных перепадах параметров в наших сетях, большой вопрос.
Отдельный вопрос это светодиодные ленты. Для них вовсе не нужны драйвера, и как известно они подключаются от привычных нам блоков питания 12-36 Вольт.
Казалось бы в чем подвох? Там же тоже стоят светодиоды.
А дело в том, что драйвер уже автоматически присутствует в самой ленте.
Все вы видели на светодиодных лентах впаянные сопротивления (резисторы).
Они как раз таки и отвечают за ограничение тока до номинальной величины. Одно сопротивление устанавливается на три последовательно подключенных светодиода.
Такие участки ленты, рассчитанные на напряжение 12 Вольт называют кластерами. Эти отдельные кластеры на всем протяжении ленты подключены между собой в параллель.
И именно благодаря такому параллельному соединению, на все светодиоды подается одинаковое напряжение 12В. Благодаря кластеризации при монтаже низковольтной ленты, ее спокойно можно отрезать на мелкие кусочки, состоящие минимум из 3-х светодиодов.
Казалось бы, решение найдено и где здесь недостаток? А главный недостаток такого устройства - эти резисторы не проделывают никакой полезной работы.
Они лишь дополнительно нагревают окружающее пространство и сам светодиод возле него. Именно поэтому светодиодные ленты не светят так ярко, как нам хотелось бы. Вследствие чего, их используют лишь как дополнительный свет интерьера.
Сравните 60-70 люмен/ватт у светодиодных лент, против 120-140 лм/вт у светильников и решений на основе драйверов.
Возникает вопрос, а можно ли найти ленту без сопротивлений и подключить к ней драйвер отдельно? Да, такие устройства например применяют в светодиодных панелях.
Их часто монтируют в подвесном потолке и не только. Применяются они без сопротивлений. Еще их называют токовыми светодиодными линейками.
Именно токовыми. Здесь все отдельные участки линеек подключаются последовательно на один драйвер. И все прекрасно работает.
Читайте также: