Драйвер для светодиодов: принцип работы

Драйвер для светодиодов: принцип работы

• 09 февраля 2017 13:27:39
• Отзывы :
• Просмотров: 43582
• 

В этой статье мы расскажем чем отличается драйвер для светодиодов от блока питания, какой принцип работы в основе стандартных драйверов, а также в чем преимущества и недостатки каждого из этих элементов питания.

Отличия блока питания от драйвера для светодиодов

Блок питания , просто даже судя по его названию, это отдельный функциональный элемент какой-либо цепи, отвечающий за подачу питания на те или иные приборы. Блок питания может иметь различные показатели мощности, напряжения и силы тока, выдаваемых на выходе. И именно напряжение является фактически основным параметром. В свою очередь драйвер для питания светодиодов выполняет фактически ту же функцию, но основным отличием является то, что драйвер отвечает за стабильную силу выдаваемого тока. В случае со светодиодами это достаточно важный момент. Так как оба эти элемента, и блок питания и драйвер, выполняют схожую функцию, их достаточно часто путают. Как раз в маркетинговых целях и было придумано отдельное название «драйвер», чтобы максимально разграничить эти два устройства.

В силу того, что большинство электроприборов работает от 220 В и подключаются к стандартной розетке, мы не привыкли задумываться о потребляемом токе. В случае же с подключением светодиодов, светодиодных лент и прочей подобной осветительной техники — это фактически самый важный параметр.

Блок питания

Рассмотрим отличия в работе блоков питания и драйвера для светодиодов на простом примере. Блок питания, как мы выяснили, отвечает за стабильное выходное напряжение. Значит, если к блоку питания с выходным напряжением 12 В подключить, например, одну лампу 12 вольт 5 ватт, то она потребует 0,42 А тока (5 / 12 = 0,42 А). Если подключить 2 такие лампы, то блок питания вынужден будет для обеспечения 12 вольт для каждой лампы, выдать ток в два раза больший. И так далее. Если неправильно рассчитать нагрузку на блок питания, он будет продолжать работать и выдавать стабильное напряжение, но со временем это может привести к его перегреву, выходу из строя, а может быть и к пожару.

Драйвер для светодиодов

С драйвером для светодиодов все несколько иначе. В его задачи входит вывод в цепь стабильного тока и что бы вы ни подключили к драйверу, ток не будет больше, чем тот, на который рассчитан драйвер. Например, у вас есть драйвер с параметрами мощности 3 ватта и тока 300 мА. Соответственно, напряжение, которое он сможет выдать равняется 10 вольтам (3 / 0,3 = 10). Такой драйвер сможет контролировать работу любого количества светодиодов, суммарное напряжение которых не превышает 10 вольт, а заявленный рабочий ток составляет 300 мА. Если подключить к нему диоды с рабочим током 700 мА, они все равно будут получать не более 300 мА.

Это помогает обезопасить светодиоды от перегрева, обеспечить более стабильную их работу, а как следствие, значительно увеличивает срок их службы.

Основные виды драйверов

В продаже на сегодняшний день вы можете найти два вида драйверов. Одни из них рассчитаны на любое количество светодиодов (главное, чтобы суммарная мощность их не превышала заявленной). Другие служат для подключения строгого определенного количества диодов. Именно этот момент стоит учитывать при выборе конкретного драйвера.

Также драйверы можно разделить по типу их конструкции и принципу работы. Существуют драйверы на основе резистора, конденсаторной схемы, микросхемы LM317, микросхемы HV9910, драйверы с низковольтным входом и сетевые драйверы. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки, свой КПД и особенности подключения.

Выбор и покупка драйвера для светодиодов

Для того, чтобы обеспечить качественное подключение светодиодов, а также гарантировать их полную совместимость с драйвером и долговечность работы, Вам необходимо приобретать диоды и драйвер строго в связке, подбирая их максимально совместимыми друг к другу. Также при выборе драйвера обязательно стоит учитывать условия, в которых он будет работать и конкретные задачи, которые будут выполнять светодиоды, подключенные к нему.

Стоит заметить, что приобретая драйвер для светодиодов и сами диоды, многие покупатели ошибочно воспринимают максимальный заявленный уровень тока как рабочий. Например, если рабочий ток светодиодов 350 мА, то это максимальный показатель. Следовательно, в качестве источника питания стоит использовать драйвер с током 300-330 мА. Работа на повышенном токе, возможно, и не спровоцирует выход светодиодов из строя, но может значительно сократить срок их службы.

Что такое стабилизация по току и напряжению

Основное различие между блоком питания и драйвером — это один из параметров электрического тока (напряжение или сила тока), который остается неизменным, в то время как другой параметр может изменяться в зависимости от подключенной нагрузки. Соответственно выделяют два вида такой стабилизации. Стабилизация по силе тока/по току — при подключении различных по мощности устройств, сила тока на выходе такого источника питания будет оставаться одной и той же, а напряжение меняться. Стабилизация по напряжению — в этом случае при подключении устройств разной мощности к источнику питания, напряжение на его выходе будет оставаться неизменным, а сила тока будет иметь плавающие значения. У различных приборов могут быть свои требования к параметрам тока, поэтому и источники питания различаются по принципу работы.

Управляющий ток драйвер светодиода

В прошлой статье я подробно разбирал возможности дешевого светодиодного драйвера на QH7938. Настала пора применить эти драйвера в деле. Очередной раз решил переделать управление светодиодной настольной лампой.

Что хотелось бы реализовать

1. Управление яркостью лампы
2. Локальное управление с одной клавиши
3. Удаленное управление от пульта управления светом в комнате (315МГц)

Выбор компонентов

Контроллер ATMEGA328P (можно взять любую Ардуину) с приемником 315МГц

Изготовление и сборка

Светодиодный драйвер дорабатываем, как было описано в этой статье.

Резистор на входе диммера подбираем опытным путем таким образом, чтобы ток драйвера при необходимом количестве светодиодов менялся от 0-600мА.

Собираем контроллер управления

Собираем все это в коробочке

Программирование контроллера

Управление у меня происходит с двух точек — универсального пульта управления светом в комнате и отдельной клавишей, находящейся под рукой.

Вариант 1. С регулировкой яркости

При кратковременном нажатии на клавишу пульта происходит включение отключение лампы

Длительное нажатие приводит к плавному уменьшению яркости

Следующее длительное касание — к увеличению. И так далее.

Вариант 2. Переключение тремя режимами яркости

Вариант с плавным диммированием показался мне избыточным. Поэтому я разработал другой вариант скетча:

При кратковременном нажатии на клавишу пульта происходит включение отключение лампы

При длительном нажатии последовательно включается один из трех режимов яркости

Теперь я могу паять за столом при ярком освещении, а кот помедитировать при ночном освещении.

И светом можно управлять не вставая с кровати )))

13 комментариев на «Управление светодиодным драйвером при помощи контроллера»

А зачем в схеме симистор, если выключить драйвер можно просто притянув dim к земле?

Alexey :

В принципе можно и так. В выходной цепи ток получается нулевой, только на микросхему питание подается мизерное.
Жаль, от него нельзя запитать ардуинку, чтобю второй БП не ставить

А кнопка на стене где на схеме?

Alexey :

Там же все без проводов. Зачем она на принципиальной схеме?

Добрый день, скажите, а вам не попадались такие же драйвера, но ват на 35-40 (6-15х3W светодиодов)

Alexey :

Доброго времени суток я ищу человека который мог бы спроектировать блок управления светодиодами если есть кто занимается такой работой буду рад сотрудничеству пишите sever5850@yandex.ru или звоните 89262225850 Павел
Нам требуется управление по вай-фай и через телефон если можете предложить ещё какие-нибудь варианты готов рассмотреть

Всем привет. На интересный сайт забрел. Тут как раз и спрошу совета.

Есть вот такая микросхема http://www.linear.com/product/LT3952 и другие модели от этого производителя. Ьуду делать драйвера на их основе.
В принципе основное из даташит понятно. Но есть вопросы по некоторым заявленным параметрам:
1. PMOS Switch Driver for PWM and Output Disconnect — это что значит?
2. LED Short-Circuit Protection and SHORTLEDFlag защита от КЗ?
3. Adjustable Frequency: 200kHzto 3MHz,
Synchronizable to an External Clock — мы за счет этого яркость ругулируем? Меняем частоту модуляции.
4. В каком направлении копать чтоб управлять данным драйвером с помощью блютуз или вайфай с планшета? По идее нужен просто управляемый по блютуз или вайфай потенциометр?
5. http://ali.pub/tinfb вот такой 100Вт потянет же по идее такой драйвер? заявлено 60V и 4A , но я так понял 4А явно не при 60В, хотя мне надо 3.5А при 34В

Что в общем скажете по такой микросхеме, серьезная штука или больше маркетинга?

Хочу фонарь сделать на мощном светодиоде, и туманки в машине.

В видео на оф сайте часто употребляют что при использовании данного драйвера можно избавиться от фликкера, я так понял это мерцание при работе драйвера не на полную мощность по причине воздействия модуляции?

Я правильно понимаю, что можно применить аналогичные радиомодули на другую частоту, скажем 433 МГц?

Alexey :

Да. Причем 433 будет более правильно. 315 — частота для США

Так и представляешь, как приходят специально обученные люди с частотомером и спрашивают: «А почему у вас, товарищ, частота не наша, пройдемте разберемся.»
Так что лучше не рисковать)))

Alexey :

Делать им больше нечего, ходить по квартирам и искать маломощные устройства. )))
Но лучше, конечно, 433 использовать

Я бы использовал 315, или даже лучше как-то сдвинуть частоту чтобы какой-нибудь хулиган не перехватил и потом не стал баловаться включая -выключая свет 🙂

Тестирование электроники лазерного гравировального станка с ЧПУ.

Перед установкой всей электроники на место, рекомендую поэтапно все проверить, чтобы не искать возникшую проблему уже на станке. Можно допустить ошибку в настройке электроники или в механике, что при проверке установленной электроники приведет к ряду трудностей в определении причины сбоев в работе ЧПУ станка.

Для начала, устанавливаем CNC shield v3 на Arduino UNO. Перед установкой драйверов необходимо установить перемычки деления шага. Что это такое, и для чего нужно деление шага, читайте в статье про драйвер A4988: «Драйвер шагового двигателя A4988». Я устанавливаю деление шага ½, потому что при увеличении деления шага падает мощность двигателя, а также у меня получается 400 шагов на мм, — этого вполне достаточно для лазерного гравера.

Расчет деления шага.

Как же рассчитать деление шага, и сколько шагов получится для совершения перемещения на 1 мм? Количество шагов сделанных шаговым двигателем, для совершения перемещения станка на 1 мм, зависит от характеристик шагового двигателя, от передачи (винтовая или ременная), какое деление шага настроено (для разных драйверов деление шага настраивается по разному, и количество отличается). В моем случае, получаются следующие параметры:

• Шаговый двигатель 17HS4401 совершает 200 шагов на 1 оборот вала. (Из характеристик двигателя).
• Шпилька с метрической резьбой М6 перемещается на 1 мм. за оборот (табличное значение).
• Делениешага установил ½.

Количество шагов на 1 мм рассчитываем по формуле:

H = Sh*M/D где,

• Н – количество шагов для перемещения на 1 мм.
• Sh – количество шагов шагового двигателя для совершения 1 оборота,
• М – перемещение при вращении ходового винта на 1 оборот.
• D – установленное деление шага.

Н = 200*1/0,5 = 400 шагов для перемещения на 1 мм.

Данные параметры нам пригодятся при настройке GRBL, которые будем настраивать в следующей статье.

Установка драйверов A4988 и настройка ограничивающего тока.

После установки деления шага, устанавливаем драйвер A4988 в разъёмы с надписью X и Y.

Дальше, нам нужно рассчитать ограничение тока драйвера A4988, для этого нужно знать параметры двигателя и номинал резисторов, установленных на драйвер A4988.Это два черных прямоугольника на плате драйвера, обычно подписаны R050 или R100.

В моем случае, номинал резисторов R100, что означает 100 Ом. Ток двигателя 17HS4401 — 1,7А.

Расчет ограничивающего тока драйвера шагового двигателя A4988.

Vref = Imax * 8 * (RS)

• Imax — ток двигателя;
• RS — сопротивление резистора. В моем случае, RS = 0,100.

Для 17HS4401 Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.

В связи с тем, что рабочий ток двигателя равен 70% от тока удержания, то полученное значение нам нужно умножить на 0,7. В противном случае, двигатели, в режиме удержания, будут сильно греться.

Для 17HS4401 Vref ист. = 1,36*0,7 = 0,952 В.

Настраиваем ток шагового двигателя.

Для этого возьмём мультиметр, и один контакт подключим к контакту GND, а второй на переменный резистор драйвера. Поворачивая потенциометр на драйвере, подбираем нужное напряжение. На мультиметре у меня показания в мВ, поэтому такое большое значение.

Аналогично настраиваем ограничивающий ток для второго драйвера.

Внимание! Не забудьте установить радиатор охлаждения на драйвер шагового двигателя, в противном случае, драйвер будет перегреваться.

Подключение шагового двигателя и светодиода, вместо лазера.

Как писал выше, лучше лишний раз проверить все на столе, чтобы убедиться в работоспособности электроники в холостом режиме. А в связи с тем, что световое излучение от лазерного модуля опасно для зрения , работоспособность TTL сигнала лучше проверить на обычном светодиоде.

Для начала подключаем светодиод. Так как у меня лазер 450 nm, он синего свечения, и светодиод на макетную плату установил синего цвета.

Не забудьте про то, что в Arduino UNO нужно загрузить прошивку GRBL 1.1. Скачать прошивку можно внизу статьи. Подробно, как загрузить прошивку в Arduino, рассмотрим в следующей статье.

Схема подключения светодиода к CNC shield v3.

Сейчас, отправляя команду в монитор порта M3 S1 , мы можем включить светодиод минимальной мощности. Данную команду я использую для определения положения лазера при установке заготовки.

Затем, можно отправить команду M3 S255 ,и вы увидите, что светодиод светит ярче. Это означает, что все работает отлично. Если у вас что-то не получается, не переживайте, в следующей статье разберем, почему светодиод может не работать.

С работой лазера определились. Сейчас нужно проверить работу шаговых двигателей. Подключаем шаговые двигатели к CNC shield v3, как показано на схеме ниже.

Схема подключения шаговых двигателей к CNC shield v3.

На схеме у меня подключено 3 драйвера шагового двигателя A4988. По сути, должно стоять всего 2. В изображении CNC shield v3, которое я использую при рисовании схемы, сделано с 3 драйверами, и изменить изображение нельзя, поэтому на драйвер, установленный на ось Z, не обращайте внимания.

Сейчас можно проверить работоспособность шаговых двигателей. Для этого будем использовать программу LaserGRBL, скачать которую вы можете внизу статьи, в разделе материалы для скачивания.

Дальше, подключаем Arduino к компьютеру. Выбираем порт, к которому подключена Arduino UNO. Затем, в программе нажимаем на панель управления, в левом нижнем углу, на стрелки влево или вправо. У вас должен вращаться шаговый двигатель, подключённый к оси X. При нажатии стрелок вверх и вниз, должен вращаться двигатель, подключенный к оси Y.

Если у вас не получилось воспользоваться программой LaserGRBL, вы можете отправить, по очереди, следующие команды в монитор порта:

• G1 X50 F4000
• G1 Y50 F4000
• G1 X0 F4000
• G1 Y0 F4000

При удержании вала, двигатель не должен останавливаться сразу. Для остановки вала нужно приложить усилие. Если ваш шаговый двигатель сразу останавливается, то нужно проверить настройку ограничивающего тока, правильность установки драйверов. При необходимости, поменять драйвера местами. Бывают случаи глюков драйверов, и при простой их смене местами, всё начинает работать нормально.

Расчет мощности рассеивания

В любом из вариантов при выборе электрического сопротивления цепи следует устанавливать несколько меньший ток, чтобы продлить срок службы светодиода. Чтобы предотвратить повреждение нагревом, изделие применяют в рекомендованном температурном диапазоне. Для Epistar 1W HP – от -40°C до +80°C. При необходимости – применяют монтаж на специализированном радиаторе «звезда». Это дополнение увеличивает эффективную площадь рассеивания тепла.

Для точного подбора оценивают рассеиваемую мощность резистора: P = I2 * R = (0,35)2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 Вт. Запас по этому параметру делают не менее 20-25%. Номинала 1 Вт недостаточно, поэтому выбирают следующий номинал в стандартном ряду – 2Вт.

Экономичность собранной схемы проверяют отношением Uc/Uи = 2,35/5 = 0,47 (47%). Итоговый результат показывает, что более половины электроэнергии в данном случае используется впустую. На самом деле показатель еще хуже, так как не вся мощность потребления расходуется светодиодом на излучение в видимой части спектра. Значительная часть – электромагнитные волны ИК диапазона.

Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты

В качестве примера приведу схему ШИМ контроллера для RGB светодиодной ленты на ардуино. В ней используется трёхканальный ШИМ для управления тремя цветами ленты. Ниже будет ссылка на готовое устройство, собранное на этой схеме управления.

ШИМ контроллер RGB ленты на ардуино

Соединяется всё вот так:

В схеме я добавил ещё кнопку, она нам поможет в будущем переключать цвета и регулировать яркость.

Вот простой код, позволяющий засветить ленту различными цветами. Чтобы изменить цвет подставьте цифры в значения для R, G и B из комментария ниже.

Управление двигателем при помощи Arduino:

Для работы скетча установите микрошаг 1/4, что соответствует 800 тактов на 1 оборот. Микрошаг устанавливается DIP-переключателями драйвера согласно таблице на его корпусе.

Скетч постоянно повторяет 4 действия:

• Поворот вала на 2 полных оборота в одну сторону.
• Остановка двигателя на 5 секунд с удержанием вала.
• Поворот вала на 2 полных оборота в другую сторону.
• Остановка двигателя на 5 секунд с освобождением вала.

• Движение вала на 2 оборота в одну сторону:
  Перед началом движения вала мы разрешаем работу двигателя (установив 0 на выводе ENA) и выбираем направление движения (установив 0 или 1 на вывод DIR), далее выполняем движение подачей импульсов на вывод PUL в теле цикла for. Каждый импульс поворачивает ротор на угол одного микрошага. Микрошаг установлен DIP-переключателями в положение 800 тактов на полный оборот. Код цикла выполняется 1600 раз, значит вал повернётся на 2 оборота.
• Остановка вала с удержанием:
  Двигатель не вращается, если на вывод PUL не поступают импульсы. Значит обычная задержка на 5000 мс приведёт к остановке двигателя на 5 секунд. Так как работа двигателя была разрешена (на выводе ENA ранее был установлен 0), то через обмотки двигателя будет протекать ток удержания вала.
• Движение вала на 2 оборота в другую сторону:
  Направление движения вала определяется логическим уровнем на выводе DIR. Ранее на нём был установлен 0, значит теперь нужно установить 1. Далее подачей импульсов на вывод PUL мы заставляем вращаться вал, но теперь в другую сторону.
• Остановка вала без удержания:
  В предыдущий раз мы останавливали двигатель прекращая подавать импульсы на вывод PUL, но не запрещали работу двигателя, в результате через его обмотки протекал ток удержания вала. Теперь мы запретим работу двигателя установив на выводе ENA уровень логической 1, что приведёт к исчезновению токов в обмотках двигателя. Теперь в течении 5 секунд, двигатель будет не только остановлен, но и его вал можно свободно вращать руками.

Управление шаговым двигателем по прерываниям от 2 таймера Arduino:

Данный скетч выполняет те же действия что и предыдущий. Но подача импульсов на вывод PUL осуществляется не в цикле основного кода, а по прерываниям от таймера.

Как только переменной step присваивается число отличное от 0, то на драйвер начинают поступать импульсы. Значение step убывает с каждым поданным импульсом, пока не достигнет 0, что приведёт к остановке вала двигателя. Частота подачи импульсов в Гц указывается функцией funcSetTimer2().

В данном скетче мы ждём завершение вращения вала проверяя значение step в цикле while, вместо этого можно выполнять другие действия, например, опрашивать концевики, датчики, измерять пройденное расстояние и т.д.