Схеми led драйверів і блоків живлення світлодіодних стрічок

Світлодіоди замінюють таким типи джерел світла, такі як люмінесцентні лампи і лампи розжарювання. Практично в кожному будинку вже є світлодіодні лампи, вони споживають набагато менше двох своїх попередників (до 10 раз менше ніж лампи розжарювання і від 2 до 5 разів менше, ніж КЛЛ або енергозберігаючі люмінесцентні лампи). У ситуаціях, коли необхідний довгий джерело світла, або потрібно організувати підсвічування складної форми в хід йде світлодіодна стрічка.

Led стрічка ідеальна для цілого ряду ситуацій, головне її перевага перед окремими світлодіодами і світлодіодними матрицями є джерела живлення. Їх легше знайти в продажу майже в будь-якому магазині електротоварів, на відміну від драйверів для потужних світлодіодів, при цьому добір блоку живлення здійснюється тільки по споживаної потужності, тому що переважна більшість світлодіодних стрічок мають напруга живлення в 12 Вольт.

У той час як для потужних світлодіодів і модулів при виборі джерела живлення потрібно шукати саме джерело струму з необхідною потужністю і номінальним струмом, тобто враховувати 2 параметра, що ускладнює підбір.

У цій статті розглянуті типові схеми блоків живлення і їх вузли, а також поради по їх ремонту для початківців радіоаматорів і електриків.

Типи і вимоги до джерел живлення для світлодіодних стрічок і 12 В led ламп

Основна вимога до джерела живлення як для світлодіодів, так і для світлодіодних стрічок – якісна стабілізація напруги / струму, незалежно від стрибків напруги, а також низькі вихідні пульсації.

За типом виконання блоки живлення для LED продукції розрізняють:

  • Герметичні. Вони складніше в ремонті, корпус не завжди піддається акуратною розбиранні, а всередині і зовсім може бути залитий герметиком або компаундом.

  • Негерметичні, для застосування в приміщенні. Краще піддаються ремонту, тому що плата вилучається після відкручування декількох гвинтів.

За типом охолодження:

  • Пасивне повітряне. Блок живлення охолоджується за рахунок природної конвекції повітря через перфорацію його корпусу. Недолік – неможливість досягти високих потужностей зберігши масогабаритні показники;

  • Активне повітряне. Блок живлення охолоджується за допомогою кулера (невеликого вентилятора, як встановлюють на системних блоках ПК). Такий тип охолодження дозволяє досягти більшої потужності при аналогічних розмірах з пасивним блоком живлення.

Схеми блоків живлення для світлодіодних стрічок

Варто розуміти, що немає в електроніці такого поняття як «блок живлення для світлодіодної стрічки», в принципі до будь-якого пристрою підійде будь-який блок живлення з відповідним напругою і струмом більшим ніж споживаний приладом. Це означає, що інформація описана нижче застосовна до практично будь-яких блоків живлення.

Однак в побуті простіше говорити про блок живлення по його призначенню для конкретного пристрою.

Загальна структура імпульсного блоку живлення

Для живлення світлодіодних стрічок та іншої техніки останні десятиліття застосовуються імпульсні блоки живлення (ІБП). Вони відрізняються від трансформаторних тим, що працюють не на частоті напруги живлення (50 Гц), а на високих частотах (десятки і сотні кілогерц).

Тому для його роботи потрібен генератор високої частоти, в дешевих і розрахованих на малі струми (одиниці ампер) блоках харчування часто зустрічається автогенераторного схема, вона застосовується в:

  • електронних трансформаторах;

  • електронних баласту для люмінесцентних ламп;

  • зарядний пристрій для мобільного телефону;

  • дешевих ДБЖ для світлодіодних стрічок (10-20 Вт) і інших пристроях.

Схему подібного блоку живлення можна побачити на малюнку (для збільшення натисніть на картинку):

Його структура така:

1. Блакитним кольором виділено діодний міст, що стоїть на вході блоку живлення він випрямляє вхідна змінна напруга, для харчування наступних вузлів постійною напругою величиною 220 * 1.41 = 310 В. В разі поломки – перевірте наявність і величину напруги ДО моста і ПІСЛЯ нього, якщо воно відсутня – потрібно заміна діодів або моста, якщо він зібраний в готельному корпусі.

На схемі не вказано, але по лінії 220 В може бути присутнім запобіжник або низькоомний резистор, перш ніж приступати до ремонту перевірте його цілісність.

2. Коричневим обведений фільтр пульсацій, його головним елементом є C4 – електролітичний конденсатор. Його ємність залежить від того, наскільки заощадив виробник, зазвичай до 220 мкФ на 400 Вольт. L1 – фільтр пульсацій і електромагнітних завад, які виникають при роботі імпульсного блоку живлення. У більшості дешевих блоків живлення він відсутній.

Часта проблема фільтра – висихання, вибух або здуття електролітичного конденсатора, призводить до неякісної роботи всього імпульсного блоку живлення в цілому або його повної непрацездатності. Замінити його можна таким же і більшої місткості, але відповідним за розміром.

3. Зеленим кольором виділена силова частина VT1 силовий транзистор, в даному випадку польовий, але може бути і біполярний. T1 – імпульсний трансформатор з трьома обмотками: первинної, вторинної та базової.

Третя обмотка необхідна для генерації високочастотних коливань – якщо цікавий принцип роботи автогенераторного блоку живлення краще прочитати книги моіну, Зінов’єва і інші підручники з джерел живлення імпульсного типу.

Імпульсні трансформатори набагато менше за габаритами, ніж мережеві, знову ж через роботу на високих частотах і виконані не з заліза, а з фериту. Найчастіше виходить з ладу силовий ключ.




Продзвоните транзистор мультиметром в режимі перевірки діодів, і ви відразу виявите його пробою або обрив. Інші елементи – це обв’язування цього вузла, окремо рідко виходить з ладу, в основному слідом за силовим транзистором. Однак завжди варто переконатися у відповідності номінальним значенням резисторів і конденсаторів.

Діоди в обв’язки трансформатора VD7 і VD5 виконують роль снаббера захищаючи ланцюга від сплесків протидії ЕРС, в моменти перемикання транзистора. Є теж досить навантаженим і відповідальним вузлом.

4. Червоним кольором виділена ланцюжок зворотного зв’язку за напругою на базі регульованого стабилитрона TL431 і їх аналогів (будь-які літери в позначенні з цифрами «431»). Додаткова інформація про TL431: Легендарні аналогові мікросхеми

До складу ОС включена оптопара U1, з її допомогою в силову частину автогенератора надходить сигнал з виходу і підтримується стабільна вихідна напруга. У вихідний частині може бути відсутнім напруга через обрив діода VD8, часто це збірка Шотткі, підлягає заміні. Також часто викликає проблеми роздутий електролітичний конденсатор C10.

Як ви бачите все працює з набагато меншою кількістю елементів, надійність відповідна …

Дорожчі і блоки живлення

Схеми, які ви побачите нижче часто зустрічаються в блоках харчування для світлодіодних стрічок, DVD-програвачів, магнітол і інших малопотужних пристроїв (десятки Ватт).

Перш ніж перейти до розгляду популярних схем, ознайомтеся зі структурою імпульсного блоку живлення з ШІМ-контролером.

Верхня частина схеми відповідає за фільтрацію, випрямлення і згладжування пульсацій напруги 220, по суті аналогічна як в попередньому типі, так і в наступних.

Найцікавіше – це блок ШІМ, серце будь-якого гідного блоку живлення. ШІМ-контролер – це пристрій керуючі коефіцієнтом заповнення імпульсів вихідного сигналу на підставі уставки, яку Ви для цього або зворотного зв’язку по струму або напрузі. ШІМ може управляти як потужністю навантаження за допомогою польового (біполярного, IGBT) ключа, так і напівпровідникових керованим ключем в складі перетворювача з трансформатором або дроселем.

Змінюючи ширину імпульсів при заданій частоті – ви змінюєте і діюче значення напруга, зберігаючи при цьому амплітудне, ви можете проинтегрировать його за допомогою C- і LC-ланцюгів для усунення пульсацій. Такий метод називається Широтно-Імпульсна Моделювання, тобто моделювання сигналу за рахунок ширини імпульсів (скважности / коефіцієнта заповнення) при постійній їх частоті.

На англійській мові це звучить, як PWM-controller, або Pulse-Width Modulation controller.

На малюнку зображений біполярний ШІМ. Прямокутні сигнали – це сигнали управління на транзисторах з контролера, пунктиром зображена форма напруги в навантаженні цих ключів – чинне напруга.

Більш якісні блоки живлення малої середньої потужності часто побудовані на інтегральних ШІМ-контролером з вбудованим силовим ключем. Переваги перед автогенераторного схемою:

  • Робоча частота перетворювача не залежить ні від навантаження, ні від напруги живлення;

  • Більш якісна стабілізація вихідних параметрів;

  • Можливість більш простою і надійною настройки робочої частоти на етапі проектування і модернізації блоку

Нижче будуть розташовані кілька типових схем блоків живлення (для збільшення натисніть на картинку):

Тут RM6203 – і контролер і ключ в одному корпусі.

У цій схемі використовується зовнішній MOSFET ключ.

Те ж саме, але на інший мікросхемі.

Зворотній зв’язок здійснюється за допомогою резистора, іноді оптопари підключеної до входу з назвою Sense (датчик) або Feedback (зворотний зв’язок). Ремонт таких блоків живлення в загальному аналогічний. Якщо всі елементи справні, і напруга живлення надходить на мікросхему (ніжка Vdd або Vcc), значить справа швидше за все в ній, більш точно можна визначити за допомогою осцилографа переглянувши сигнали на виході (ніжка drain, gate).

Практично завжди замінити такий контролер можна будь-яким аналогом з подібною структурою, для цього потрібно звірити datasheet на той, що встановлений на платі і той, що у вас в наявності і впаяти, дотримуючись терморегулятори, як це зображено на наступних фотографіях.

Або ось схематично зображено заміна подібних мікросхем.

Потужні і дорогі блоки живлення

Блоки живлення для світлодіодних стрічок, а також деякі блоки живлення для ноутбуків виконуються на ШІМ-контролері UC3842.

Схема більш складна і надійна. Основним силовим компонентом є транзистор Q2 і трансформатор. При ремонті потрібно перевірити фільтруючі електролітичні конденсатори, силовий ключ, діоди Шотткі в вихідних ланцюгах і вихідні LC-фільтри, напруги харчування мікросхеми, в іншому методи діагностики аналогічні.

Однак більш детальна і точна діагностика можлива лише з використанням осцилографа, в іншому випадку – перевірте короткі замикання плати, пайку елементів і обриви дорожче. Може допомогти заміна підозрілих вузлів на свідомо робочі.

Більш досконалі моделі джерел живлення для світлодіодних стрічок виконані на практично легендарної мікросхемі TL494 (будь-які літери з цифрами «494») або її аналогу KA7500. До речі на цих же контролерах побудовано більшість комп’ютерних блоків живлення AT і ATX. 

Ось типова схема блоку живлення на цьому ШІМ-контролері (натисніть на схему):

Такі блоки живлення відрізняються високою надійністю і стабільністю роботи.

Короткий алгоритм перевірки:

1. живиться мікросхему згідно терморегулятори від зовнішнього джерела живлення 12-15 вольт (12 ніжка – плюс, а на 7 ніжку – мінус).

2. На 14 ніжки має з’явитися напруга 5 Вольт, яке буде залишатися стабільним при зміні харчування, якщо воно «плаває» – мікросхему під заміну.

3. На 5 виведення має бути пилкоподібна напруга «побачити» його можна тільки за допомогою осцилографа. Якщо його немає або форма спотворена – перевіряємо відповідність номінальним значенням времязадающей RC-ланцюга, яка підключена до 5 і 6 висновків, якщо немає – на схемі це R39 і C35, їх під заміну, якщо після цього нічого не змінилося – мікросхема вийшла з ладу.

4. На виходах 8 і 11 повинні бути прямокутні імпульси, але їх може не бути через конкретної схеми реалізації зворотного зв’язку (висновки 1-2 і 15-16). Якщо вимкнути і підключити 220 В, на якийсь час вони там з’являться і блок знову піде на захист – це ознака справної мікросхеми.

5. Перевірити ШІМ можна закоротив 4 і 7 ніжку, ширина імпульсів збільшиться, а закоротив 4 на 14 ніжки – імпульси зникнуть. Якщо у вас вийшли інші результати – проблема в МС.

Це найбільш коротка перевірка даного ШІМ-контролера, про ремонт блоків живлення на їх основі є ціла книга «Імпульсні блоки живлення для IBM PC»

Хоч і присвячена вона комп’ютерним блоками харчування, але там багато корисної інформації для будь-якого радіоаматора.

висновок

Схемотехніка блоків живлення для світлодіодних стрічок аналогічна будь-яких блоків живлення з подібними характеристиками, досить добре піддається ремонту, модернізації та перебудови на необхідні напруги, зрозуміло, в розумних межах. 

Олексій Бартош

Дивіться також у нас на сайті: 

Схеми блоків живлення переносних електронних пристроїв

Що таке імпульсний блок живлення і чим він відрізняється від звичайного аналогового

Поради по ремонту імпульсних блоків живлення

Відеозаписи процесу ремонту різної побутової техніки

Ссылка на основную публикацию