В статье приведены схемы сетевых драйверов для питания цепочек светодиодных излучателей с ограничением по предельному напряжению на этих цепочках, в том числе со стабилизацией тока через цепочки светодиодов.

Схема драйвера для светодиоднов

Устройства, предназначенные для питания светодиодных излучателей (светодиодных цепочек) от сети переменного тока, зачастую называемые драйверами для питания светодиодных устройств (LED drivers), предназначены для обеспечения надежной работы этих источников оптического излучения.

Единичный элемент светодиодной цепочки – светодиод имеет вольт-амперную характеристику, характерную для обычных полупроводниковых диодов, отличаясь от последним повышенным падением напряжения на р-п переходе.

Соответственно, светодиод обладает и некоторыми свойствами стабилитрона – с повышением напряжения на светодиоде ток через него повышается по нелинейному закону, возрастая экспоненциально при приращении напряжения.

При повышении тока через светодиод растет и излучаемый им световой поток, растет и выделяемая на полупроводниковом переходе мощность, разогревая его. Перегрев полупроводникового перехода вызывает деградацию его свойств, приводя в итоге к повреждению светодиода.

Надежная работа светодиода обеспечивается постоянством протекающего через него тока. Этот ток рекомендуется поддерживать на рекомендованном в описании на каждый конкретный светодиод уровне. На рис. 1 -3 показаны варианты схем, предназначенных для питания светодиодов, точнее, светодиодных цепочек.

На рис. 1 приведена схема сетевого LED-драйвера с ограничителем выходного напряжения на тиристоре. Для гашения избыточного напряжения и одновременного ограничения предельного тока нагрузки использован конденсатор С1. Резистор R1 предназначен для быстрого разряда конденсатора при отключении устройства от сети. Резистор R2 ограничивает зарядный ток конденсатора при включении устройства в сеть. Для выпрямления переменного напряжения использован мостовой выпрямитель на диодах VD1 – VD4.

Пульсации выпрямленного напряжения на выходе мостового выпрямителя имеют частоту 100 Гц. Тиристор VS1 в сочетании с высоковольтным стабилитроном VD6 ограничивает предельное напряжение на выходе выпрямителя. При превышении напряжения на стабилитроне выше напряжения пробоя открывается тиристор VS1, обеспечивая короткое замыкание на выходе выпрямителя. Отметим, что такое короткое замыкание совершенно безопасно как для гасящего конденсатора С1, так и для выпрямителя на диодах VD1-VD4.

Импульсы напряжения допробойного уровня через диод VD5 поступают на электролитический конденсатор С2 и подключенную ему параллельно светодиодную цепочку HL1. Диод VD5 препятствует разряду конденсатора С2 в моменты, когда открывается тиристор VS1. Конденсатор С2 предназначен для поддержания постоянного напряжения на светодиодной цепочке, которая, в свою очередь, выполняет роль автостабилизатора (аналога высоковольтного стабилитрона).

Одновременно конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения на светодиодной цепочке, т.к. уровень этих пульсаций обратно пропорционален емкости этого конденсатора. Величина емкости конденсатора С1 ограничивает максимальный ток нагрузки – чем больше емкость этого конденсатора, тем на больший ток должны быть рассчитаны светодиоды.

Для номинала конденсатора С1, рис. 1, ток через светодиоды HL1 составляет примерно равен 20 мА. Светодиодный LED-драйвер с ограничителем выходного напряжения и генератором стабильного тока нагрузки (рис.2) отличается способом и видим включения элемента ограничения максимального напряжения на выходе выпрямителя.

Для обеспечения стабильного тока через нагрузку (светодиоды HL1) на уровне 20 мА использован генератор стабильного тока на микросхеме DA1 LM317. Величина стабилизируемого тока определяется из выражения:

Разумеется, этот ток не может превышать значение тока, ограничиваемого емкостью конденсатора С1. Еще одна из схем LED-драйвера с сетевым питанием на основе барьерно-резистивного элемента – баристора [1,2] с генератором стабильного тока нагрузки приведена на рис.3. Баристор на элементах VT1, VT2, R3-R6, С2 пропускает на выход импульсы, напряжение которых не превышает 20 В. Уровень этого напряжения задается потенциометром R4.

Конденсатор С3 сглаживает пульсации напряжения на выходе баристора. Максимальный ток нагрузки определяется емкостью гасящего конденсатора С1 (в данном случае 1 мкф) и равен примерно 70 мА. В качестве нагрузки использованы три идентичные ветви, состоящие из цепочек светодиодов с индивидуальными генераторами стабильного тока.

Количество светодиодов в каждой из светодиодных цепочек задается величиной падения напряжения на этих цепочках, которое не должно превышать напряжения на выходах светодиодных драйверов – для первых двух схем 135 В, для последней – 20 В. При избыточном количестве светодиодов в цепочке ток через них и яркость свечения соответственно будет ниже ожидаемых значений.

Напомним, что падение напряжения на цепочке светодиодов определяется произведением количества светодиодов в цепочке на значение падения напряжения на отдельно взятом светодиоде для расчетного значения тока через него, обычно равного или меньшего рекомендованному в описании на светодиод.