Hogya válasszuk ki a LED-lámpa meghajtóját: típusok, rendeltetés + bekötési jellemzők

A LED-lámpatestek tömeges elterjedést nyertek, aminek következtében megindult a másodlagos tápegységek aktív gyártása. A LED-lámpa meghajtója képes stabilan tartani a készülék kimenetén a beállított áramértékeket, stabilizálva a diódák során áthaladó feszültséget.

Bemutatjuk az áramátalakító készülék típusait és működési elveit a dióda izzó működéséhez. Az általunk javasolt cikkben iránymutatást adunk a meghajtó kiválasztásához, hasznos ajánlásokkal. Az önálló otthoni villanyszerelők nálunk megtalálják a gyakorlatban bevált bekötési sémákat.

Rendeltetés és alkalmazási terület

A diódakristályok két félvezetőből állnak – anódból (plusz) és katódból (mínusz) –, amelyek felelősek az elektromos jelek átalakításáért. Az egyik réteg P-típusú, a másik N-típusú vezetőképességgel rendelkezik. Ha tápegységet csatlakoztatunk, áram fog folyni ezeken az elemeken keresztül.

Ennek a polaritásnak köszönhetően a P-típusú zónából az elektronok az N-típusú zónába áramlanak, és fordítva, az N pontból a töltések a P felé áramlanak. Azonban a régió minden szakaszának megvannak a saját határai, amelyeket P-N átmeneteknek nevezünk. Ezeken a területeken a részecskék találkoznak, és kölcsönösen elnyelődnek vagy rekombinálódnak.

A dióda félvezető elem, és csak egy p-n átmenettel rendelkezik. Emiatt a fényerősség mértékét meghatározó fő jellemző nem a feszültség, hanem az áram.

A P-N átmenetek során a feszültség egy meghatározott voltszámmal csökken, amely minden áramköri elem esetében azonos. Ezen értékek figyelembevételével a meghajtó stabilizálja a bemeneti áram értékeit, és a kimeneten állandó értéket hoz létre.

Milyen teljesítményre van szükség és milyen veszteségértékek lépnek fel a P-N áthaladás során, az a LED-eszköz adatlapján van feltüntetve. Ezért a dióda izzó kiválasztásakor figyelembe kell venni a tápegység paramétereit, amelyek tartományának elegendőnek kell lennie az elvesztett energia kompenzálásához.

Ahhoz, hogy a nagy teljesítményű LED-ek a specifikációkban megadott ideig működjenek, szükség van egy stabilizáló eszközre – vezérlőre. Az elektronikus mechanizmus házán mindig feltüntetik a kimeneti feszültségét.

A 10–36 V feszültségű tápegységeket világítóberendezések felszereléséhez használják.

A berendezések sokféle típusúak lehetnek:

• autók, kerékpárok, motorkerékpárok fényszórói stb.;
• kisméretű hordozható vagy utcai lámpák;
• LED-szalagok, szalagok, mennyezeti lámpák és modulok.

Azonban kis teljesítményű LED-ek esetében, valamint egyenfeszültség használata esetén a vezérlők elhagyhatók. Helyettük egy ellenállást iktatnak be az áramkörbe, amely szintén 220 V-os hálózatról táplálkozik.

A tápegység működési elve

Nézzük meg, mi a különbség a feszültségforrás és a tápegység között. Példaként tekintsük az alábbi ábrát.

Ha egy 40 ohmos ellenállást csatlakoztatunk egy 12 V-os tápegységhez, azon 300 mA áram fog átfolyni (A ábra). Ha párhuzamosan egy második ellenállást is beiktatunk az áramkörbe, az áramerősség 600 mA lesz (B ábra). A feszültség azonban változatlan marad.

Annak ellenére, hogy két ellenállást csatlakoztatunk a tápegységhez, a második a kimeneten változatlan feszültséget fog létrehozni, mivel ideális körülmények között nem függ a terheléstől.

Most nézzük meg, hogyan változnak az értékek, ha az áramkörben ellenállásokat csatlakoztatunk a vezérlőhöz. Hasonló módon vezessünk be egy 40 ohmos reosztátot egy 300 mA-es vezérlővel. Ez utóbbi 12 V feszültséget hoz létre rajta (C ábra).

Ha az áramkör két ellenállásból áll, az áramerősség változatlan, a feszültség pedig 6 V lesz (D ábra).

A vezérlő a feszültségforrással ellentétben a kimeneten az előírt áramparamétereket tartja fenn, azonban a feszültség értéke változhat.

Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy egy jó minőségű átalakító a terhelésre a névleges áramot szállítja még feszültségesés esetén is. Ennek megfelelően a 2 V-os vagy 3 V-os diódakristályok 300 mA-es árammal ugyanolyan fényesen fognak világítani csökkentett feszültség mellett.

Az átalakító jellemző tulajdonságai

Az egyik legfontosabb mutató a terhelés alatt átadott teljesítmény. A készüléket nem szabad túlterhelni és megpróbálni a lehető legnagyobb eredményeket elérni.

A helytelen használat hozzájárul nemcsak a vezérlő, hanem a LED-chipek gyors meghibásodásához.

A működést befolyásoló fő tényezők a következők:

• az összeszerelés során használt alkatrészek;
• a védettségi fokozat (IP);
• a bemeneti és kimeneti minimális és maximális értékek;
• a gyártó.

A modern átalakítók mikrocsipek alapján készülnek és szélesség-modulációs (PWM) technológiát alkalmaznak.

A tápegység működése során a kimenő feszültség szabályozására impulzusszélesség-modulációs eljárást vezettek be, és a kimeneten a bemenetével azonos áramnem marad.

A készülékeket a rövidzárlatok és a hálózati túlterhelések elleni magas fokú védelem jellemzi, valamint magas hatásfokkal rendelkeznek.

Az áramátalakító kiválasztásának szabályai

LED-lámpa átalakító vásárlásához tanulmányozza a készülék fő jellemzőit. A kiválasztásnál a kimenő feszültségre, a névleges áramra és a leadott teljesítményre érdemes támaszkodni.

A fénykibocsátó diódák teljesítménye

Először vizsgáljuk meg a kimenő feszültséget, amelyet több tényező határoz meg:

• a kristályok P-N átmenetein fellépő feszültségveszteség értéke;
• a sorba kapcsolt LED-ek száma;
• a bekötési séma.

A névleges áram paraméterei a fogyasztó jellemzői alapján határozhatók meg, nevezetesen a LED-ek teljesítménye és fényerősségük mértéke alapján.

Ez a mutató befolyásolja a kristályok által fogyasztott áramot, amelynek tartománya a szükséges fényerősség függvényében változik. Az átalakító feladata, hogy ezeket az elemeket a szükséges energiamennyiséggel lássa el.

A kimenő feszültség értékének nagyobbnak vagy azonosnak kell lennie az elektromos kapcsolási rajz egyes blokkjain elhasznált energia teljes összegével.

A készülék teljesítménye az egyes LED-ek erősségétől, színétől és számától függ.

A felhasznált energia kiszámításához a következő képletet használják:

P_H = P_LED * N,

Ahol

• P_LED – az egy dióda által létrehozott elektromos terhelés,
• N – a láncban lévő kristályok száma.

A kapott értékek nem lehetnek kisebbek a meghajtó teljesítményénél. Most meg kell határozni a szükséges névleges értéket.

A készülék maximális teljesítménye

Figyelembe kell venni azt a tényt is, hogy az átalakító stabil működésének biztosítása érdekében a névleges értékeknek 20-30%-kal meg kell haladniuk a kapott P_H értéket.

Így a képlet a következő alakot ölti:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

ahol P_max a tápegység névleges teljesítménye.

A fogyasztók teljesítményén és számán kívül a terhelés erőssége a fogyasztó színtényezőitől is függ. Azonos áram mellett, az árnyalattól függően, eltérő feszültségesés-értékekkel rendelkeznek.

A LED-lámpa meghajtójának olyan árammennyiséget kell leadnia, amely a maximális fényerő biztosításához szükséges. A készülék kiválasztásakor a vásárlónak emlékeznie kell arra, hogy a teljesítménynek nagyobbnak kell lennie, mint amennyit az összes LED felhasznál.

Vegyünk például egy amerikai Cree cég XP-E sorozatú piros színű LED-jeit.

A jellemzőik a következőképpen alakulnak:

• feszültségesés 1,9-2,4 V;
• áramerősség 350 mA;
• átlagos teljesítményfelvétel 750 mW.

A zöld szín analóg azonos áram mellett teljesen más paraméterekkel rendelkezik: a P-N átmeneteken 3,3–3,9 V feszültségesés, a teljesítmény 1,25 W.

Ennek megfelelően levonhatjuk a következtetéseket: a 10 W-os meghajtó tizenkét vörös kristály vagy nyolc zöld kristály táplálására szolgál.

A LED-ek bekötési rajza

A meghajtó kiválasztását a LED-fogyasztók bekötési sémájának meghatározása után kell elvégezni. Ha először a fénykibocsátó diódákat vásárolja meg, és csak utána választja hozzájuk az átalakítót, ez a folyamat rengeteg nehézséggel jár.

Az olyan eszköz megtalálása, amely adott bekötési séma mellett pontosan ekkora számú fogyasztó működését biztosítja, jelentős időt vehet igénybe.

Hozzunk egy példát hat fogyasztóval. Náluk a feszültségesés 3 V, a fogyasztott áram 300 mA. Csatlakoztatásukhoz több módszer közül választhatunk, és az egyes esetekben a tápegység szükséges paraméterei eltérőek lesznek.

A diódák egymás utáni elrendezésének hátránya, hogy nagy feszültségű tápegységre van szükség, ha az áramkörben sok kristály található.

A mi esetünkben soros kapcsolásnál egy 18 V-os, 300 mA áramerősségű tápegységre van szükség. Ennek a módszernek a fő előnye, hogy az egész vonalon ugyanaz az áramerősség folyik, így minden dióda egyforma fényerővel világít.

A fogyasztók párhuzamos elrendezésének hátránya az egyes láncok fényerejének különbözősége. Ez a negatív jelenség a diódák paramétereinek szórásából adódik, ami az egyes ágakon átfolyó áram közötti eltérések miatt jelentkezik.

Ha párhuzamos elrendezést alkalmaz, elegendő egy 9 V-os átalakító, azonban a felvett áram értéke megduplázódik az előző módszerhez képest.

A kettesével soros elrendezés módszere nem alkalmazható a csoportba tartozó kristályok számának 3-ra vagy többre való cseréjével. Az ilyen korlátozások azzal függnek össze, hogy egy elemen túl nagy áram folyhat át, ami az egész áramkör meghibásodásának valószínűségét növeli.

Ha a kettesével soros módszert alkalmazzák, az előző esethez hasonló paraméterekkel rendelkező meghajtót használnak. Ekkor a megvilágítás fényereje már egyenletes lesz.

Azonban itt sem maradtak el a negatívumok: a csoport áram alá helyezésekor a jellemzők szórása miatt az egyik LED gyorsabban nyithat ki, mint a másik, így azon keresztül folyik az áram, amely kétszeresen meghaladja a névleges értéket.

Sok típusa az otthoni világításhoz való LED-eknek alkalmas az ilyen rövid távú ugrásokra, de ez a módszer kevésbé keresett.

A meghajtók típusai a készülék típusa szerint

A 220 V-os tápfeszültséget a LED-ek számára szükséges értékekre átalakító eszközök feltételesen három kategóriába sorolhatók: elektronikusak, kondenzátor alapúak és dimmelhetőek.

A világítástechnikai kiegészítők piacán a meghajtómodellek széles választéka található, többnyire kínai gyártóktól. Bár az árkategória alacsony, ezek közül az eszközök közül is választható teljesen elfogadható változat. Mindazonáltal érdemes figyelni a garancialevélre, mivel nem minden bemutatott termék rendelkezik elfogadható minőséggel.

A készülék elektronikus típusa

Ideális esetben az elektronikus átalakítónak tranzisztorral kell rendelkeznie. Szerepe a szabályozó mikrochip tehermentesítése. A hullámzás kiküszöbölése vagy maximális simítása érdekében a kimenetre kondenzátort szerelnek.

Az ilyen típusú eszköz a drága kategóriába tartozik, azonban képes stabilizálni az áramerősséget akár 750 mA-ig, amire a ballasztmechanizmusok nem képesek.

A legújabb meghajtókat többnyire E27-es foglalattal rendelkező izzókba szerelik. Kivételt képeznek a Gauss GU5,3 termékek. Ezek transzformátor nélküli átalakítóval vannak felszerelve. A hullámzás mértéke azonban elérheti a több száz Hz-et.

A hullámzás nem az átalakítók egyetlen hátránya. Másodikként említhető a nagyfrekvenciás (HF) tartomány elektromágneses zavarai. Ha például a lámpatesttel összekötött konnektorba más elektromos készülékeket, például rádiót csatlakoztatnak, akkor zavarok várhatók a digitális FM-frekvenciák, a televízió, a router stb. vételénél.

A minőségi készülék opcionális felépítésében két kondenzátornak kell lennie: egy elektrolitkondenzátornak a hullámzás simítására, és egy kerámiakondenzátornak a HF csökkentésére. Az ilyen kombináció azonban ritkán fordul elő, különösen a kínai termékek esetében.

Akiknek van alapvető ismeretük az ilyen elektromos kapcsolásokban, saját maguk is kiválaszthatják az elektronikus átalakító kimeneti paramétereit az ellenállások értékének megváltoztatásával.

A magas hatásfok (akár 95%) miatt az ilyen mechanizmusok alkalmasak nagy teljesítményű eszközökhöz, amelyeket különböző területeken használnak, például autók tuningolásához, kültéri világítóberendezésekhez, valamint háztartási LED-forrásokhoz.

Kondenzátor alapú tápegység

Most áttérünk a kevésbé népszerű eszközökre – a kondenzátor alapúakra. Gyakorlatilag az összes olcsóbb LED-lámpa kapcsolása, ahol ilyen típusú meghajtókat alkalmaznak, hasonló jellemzőkkel rendelkezik.

A gyártó módosításai következtében azonban változásokon mennek keresztül, például egy áramköri elem eltávolításával. Különösen gyakran ez az alkatrész az egyik kondenzátor – a simító kondenzátor.

A piac olcsó és rossz minőségű termékekkel való ellenőrizetlen feltöltése miatt a felhasználók százszázalékos pulzálást érezhetnek a lámpákban. Anélkül, hogy mélyebben belemerülnénk a szerkezetükbe, kijelenthető, hogy a simító elem eltávolításra került az áramkörből.

Az ilyen mechanizmusoknak csak két előnye van: saját kezűleg összeszerelhetők, és hatásfokuk százszázalékosnak tekinthető, mivel a veszteség csak a p-n átmeneteken és az ellenállásokon keletkezik.

Ugyanennyi hátránya is van: alacsony elektromos biztonság és magas fokú pulzálás. A második hátrány körülbelül 100 Hz, és a váltakozó feszültség egyenirányítása következtében jön létre. A GOST előírja a megengedett pulzálás mértékét 10-20% között, attól függően, hogy milyen célú helyiségben van a világítóberendezés.

Az egyetlen mód ennek a hiányosságnak a csillapítására a megfelelő névleges értékű kondenzátor kiválasztása. Azonban nem érdemes a probléma teljes megszűnésére számítani – ez a megoldás csak a kiugrások intenzitását simíthatja.

Fényerőszabályozható áramátalakítók

A dimmelhető LED-izzókhoz való fényerőszabályzó meghajtók lehetővé teszik a bemenő és kimenő áramértékek megváltoztatását, ezáltal a diódák által kibocsátott fény fényereje csökken vagy nő.

Két csatlakoztatási módszer létezik:

• az első a fokozatos indítást feltételezi;
• a második az impulzusos.

Vizsgáljuk meg a dimmelhető meghajtók működési elvét a CPC9909 mikrochip alapján, amelyet szabályozó készülékként használnak LED-áramkörökhöz, beleértve a nagy fényerejűeket is.

A CPC9909 szabványos bekapcsolási rajza 220 V-os táplálással. A kapcsolási utasítások szerint lehetőség van egy vagy több nagy teljesítményű fogyasztó vezérlésére.

Fokozatos indításkor a meghajtóval ellátott mikrochip biztosítja a diódák fokozatos bekapcsolását növekvő fényerővel. Ehhez a folyamathoz két ellenállást használnak, amelyek az LD kivezetéshez vannak csatlakoztatva, amely a fokozatos fényerőszabályozás feladatára szolgál. Így valósul meg egy fontos feladat – a LED-ek élettartamának meghosszabbítása.

Ugyanez a kivezetés biztosítja az analóg szabályozást is – a 2,2 kΩ-os ellenállást egy erősebb változtatható analógra, 5,1 kΩ-ra cserélik. Így érhető el a kimeneti potenciál fokozatos változása.

A második módszer alkalmazása négyszögimpulzusok adását feltételezi a PWMD alacsony frekvenciájú kivezetésre. Ehhez vagy mikrokontrollert, vagy impulzusgenerátort használnak, amelyeket optocsatolóval kell elválasztani.

Házzal vagy anélkül?

A meghajtók házzal vagy anélkül készülnek. Az első változat a legelterjedtebb és drágább. Az ilyen eszközök védettek a nedvesség és a porszemcsék behatolása ellen.

A második típusú szerelvényeket rejtett szerelésnél alkalmazzák, és ennek megfelelően olcsóságuk jellemző.

Az összes bemutatott készülék táplálása történhet 12 V vagy 220 V hálózatról. Bár a ház nélküli modellek árelőnnyel rendelkeznek, jelentősen elmaradnak a biztonság és a mechanizmus megbízhatósága terén.

Mindegyikük eltér a megengedett üzemi hőmérsékletben – erre is figyelni kell a kiválasztásnál.

A meghajtó klasszikus kapcsolási rajza

A LED tápegység saját összeszereléséhez ismerkedjünk meg a legegyszerűbb, galvanikus leválasztás nélküli impulzus típusú eszközzel. Az ilyen kapcsolások fő előnye az egyszerű csatlakoztatás és a megbízható működés.

A 220 V-os átalakító kapcsolási rajza impulzus tápegységként van bemutatva. Az összeszerelés során be kell tartani az összes elektromos biztonsági előírást, mivel itt nincs korlátozás az áramleadás tekintetében.

Az ilyen mechanizmus kapcsolási rajza három alapvető kaszkád területből áll:

1. Feszültségosztó kapacitív ellenálláson.
2. Egyenirányító.
3. Feszültségstabilizátorok.

Az első szakasz a váltakozó árammal szembeni ellenállás a C1 kondenzátoron és az ellenálláson. Az utóbbi kizárólag a tehetetlen elem öntöltéséhez szükséges. Nincs hatással a kapcsolás működésére.

Az ellenállás névleges értéke 100 kΩ és 1 MΩ között lehet, 0,5-1 W teljesítménnyel. A kondenzátornak elektrolitikusnak kell lennie, effektív csúcsfeszültsége pedig 400-500 V

Amikor a kialakult feszültség félhullám áthalad a kondenzátoron, addig folyik az áram, amíg a fegyverzetek teljesen fel nem töltődnek. Minél kisebb a mechanizmus kapacitása, annál kevesebb időt vesz igénybe a teljes feltöltés.

Például egy 0,3-0,4 µF kapacitású készülék a félhullám periódusának 1/10-e alatt töltődik fel, vagyis a feszültségnek csak a tizede halad át ezen a szakaszon.

Az egyenirányítás folyamata ezen a szakaszon Graetz-kapcsolással történik. A diódahidat a névleges áram és a fordított feszültség alapján kell kiválasztani. Ez utóbbi értéke nem lehet kisebb 600 V-nál.

A második kaszkád egy olyan elektromos eszköz, amely a váltakozó áramot pulzáló árammá alakítja (egyenirányítja). Ezt a folyamatot kétfélhullámú egyenirányításnak nevezzük. Mivel a félhullám egyik részét a kondenzátor simította ki, ennek a szakasznak a kimenetén az egyenáram 20-25 V lesz.

Mivel a LED-ek tápfeszültsége nem haladhatja meg a 12 V-ot, az áramkörben stabilizáló elemet kell használni. Ehhez kapacitív szűrőt kell beépíteni. Például alkalmazható az L7812 modell.

A harmadik fokozat simító-stabilizáló szűrőn – elektrolit kondenzátoron – alapul. Kapacitás paramétereinek megválasztása a terhelés nagyságától függ.

Mivel az összeállított áramkör azonnal működésbe lép, nem szabad hozzáérni a szabad vezetékekhez, mert a vezetett áram elérheti a több tíz ampert – előzetesen el kell végezni a vezetékek szigetelését.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A rádióamatőr által a nagy teljesítményű LED-lámpákhoz való átalakító kiválasztásakor tapasztalható nehézségeket a videó részletesen ismerteti:

Az átalakító készülék önálló bekötésének főbb jellemzői az elektromos áramkörbe:

Lépésről lépésre haladó útmutató, amely a LED-meghajtó házilagos összeszerelésének folyamatát ismerteti hozzáférhető alkatrészekből:

Annak ellenére, hogy a gyártó a LED-lámpák több tízezer órás zavartalan működését ígéri, számos tényező jelentősen csökkentheti ezeket a mutatókat.

Az áramrendszer összes áramugrásának kisimítására szolgálnak a meghajtók. Kiválasztásukhoz vagy önálló összeszerelésükhöz felelősségteljesen kell hozzáállni, miután kiszámították az összes szükséges paramétert.

Mesélje el, hogyan választotta ki a meghajtót a LED-izzó működéséhez. Ossza meg érveit és a feszültségellátás stabilizálásának módszereit a diódás világítóberendezéshez. Hagyjon megjegyzéseket az alábbi blokkban, tegyen fel kérdéseket, és töltse fel a cikk témájához kapcsolódó fényképeket.