Світлодіоди для свого харчування вимагають застосування пристроїв, які будуть стабілізувати струм, що проходить через них. У разі індикаторних та інших малопотужних світлодіодів можна обійтися резисторами. Їх нескладний розрахунок можна ще спростити, скориставшись "Калькулятором світлодіодів" .
Для використання потужних світлодіодів не обійтися без використання токостабілізірующіх пристроїв - драйверів. Правильні драйвера мають дуже високий ККД - до 90-95%. Крім того, вони забезпечують стабільний струм і при зміні напруги джерела живлення. А це може бути актуально, якщо світлодіод харчується, наприклад, від акумуляторів. Найпростіші обмежувачі струму - резистори - забезпечити це не можуть за своєю природою.
Трохи ознайомитися з теорією лінійних та імпульсних стабілізаторів струму можна в статті "Драйвера для світлодіодів" .
Готовий драйвер, звичайно, можна купити. Але набагато цікавіше зробити його своїми руками. Для цього будуть потрібні базові навички читання електричних схем і володіння паяльником. Розглянемо кілька простих схем саморобних драйверів для потужних світлодіодів.
Простий драйвер. Зібраний на макетке, живить могутній Cree MT-G2
Дуже проста схема лінійного драйвера для світлодіода. Q1 - N-канальний польовий транзистор достатньої потужності. Підійде, наприклад, IRFZ48 або IRF530. Q2 - біполярний npn-транзистор. Я використовував 2N3004, можна взяти будь-який схожий. Резистор R2 - резистор потужністю 0.5-2Вт, який буде визначати силу струму драйвера. Опір R2 2.2Ом забезпечує струм в 200-300мА. Вхідна напруга не повинно бути дуже великим - бажано не перевищувати 12-15В. Драйвер лінійний, тому ККД драйвера буде визначатися відношенням VLED / VIN, де VLED - падіння напруги на світлодіоді, а VIN - вхідна напруга. Чим більше буде різниця між вхідною напругою і падінням на світлодіоді і чим більше буде струм драйвера, тим сильніше буде грітися транзистор Q1 і резистор R2. Проте, VIN має бути більше VLED на, як мінімум, 1-2В.
Для тестів я зібрав схему на макетної платі і живити потужний світлодіод CREE MT-G2 . Напруга джерела живлення - 9В, падіння напруги на світлодіоді - 6В. Драйвер заробив відразу. І навіть з таким невеликим струмом (240мА) мосфети розсіює 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, що зовсім не мало.
Схема дуже проста і навіть в готовому пристрої може бути зібрана навісним монтажем.
Схема наступного саморобного драйвера також гранично проста. Вона передбачає використання мікросхеми понижуючого перетворювача напруги LM317. Дана мікросхема може бути використана як стабілізатор струму.
Ще більш простий драйвер на мікросхемі LM317
Вхідна напруга може бути до 37В, воно повинно бути як мінімум на 3В вище падіння напруги на світлодіоді. Опір резистора R1 розраховується за формулою R1 = 1.2 / I, де I - необхідна сила струму. Струм не повинен перевищувати 1.5А. Але при такому струмі резистор R1 повинен бути здатний розсіяти 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Мікросхема LM317 також буде сильно грітися і без радіатора не обійтися. Драйвер також лінійний, тому для того, щоб ККД був максимальним, різниця VIN і VLED повинна бути якомога менше. Оскільки схема дуже проста, вона також може бути зібрана навісним монтажем.
На тій же макетної платі була зібрана схема з двома одноватний резистори опором 2.2 Ом. Сила струму вийшла менше розрахункової, оскільки контакти в макетке не ідеальні і додають опору.
Наступний драйвер є імпульсним знижувальним. Зібраний він на мікросхемі QX5241 .
Драйвер для потужних світлодіодів на мікросхемі QX5241
Схема також проста, але складається з трохи більшої кількості деталей і тут вже без виготовлення друкованої плати не обійтися. Крім того сама мікросхема QX5241 виконана в досить дрібному корпусі SOT23-6 і вимагає уваги при пайку.
Вхідна напруга не повинна перевищувати 36В, максимальний струм стабілізації - 3А. Вхідний конденсатор С1 може бути будь-яким - електролітичним, керамічним або танталові. Його ємність - до 100мкФ, максимальна робоча напруга - не менше ніж в 2 рази більше, ніж вхідний. Конденсатор С2 керамічний. Конденсатор С3 - керамічний, ємність 10мкФ, напруга - не менше ніж в 2 рази більше, ніж вхідний. Резистор R1 повинен мати потужність не менше ніж 1 Вт. Його опір розраховується за формулою R1 = 0.2 / I, де I - необхідний струм драйвера. Резистор R2 - будь опором 20-100кОм. Діод Шотткі D1 повинен з запасом витримувати зворотне напруга - не менше ніж в 2 рази за значенням більше вхідного. І розрахований повинен бути на струм не менше необхідного струму драйвера. Один з найважливіших елементів схеми - польовий транзистор Q1. Це повинен бути N-канальний польовика з мінімально можливим опором у відкритому стані, безумовно, він повинен з запасом витримувати вхідну напругу і потрібну силу струму. Хороший варіант - польові транзистори SI4178, IRF7201 і ін. Дросель L1 повинен мати індуктивність 20-40мкГн і максимальний робочий струм не менше необхідного струму драйвера.
Кількість деталей цього драйвера зовсім невелике, всі вони мають компактний розмір. В результаті може вийти досить мініатюрний і, разом з тим, потужний драйвер. Це імпульсний драйвер, його ККД суттєво вище, ніж у лінійних драйверів. Проте, рекомендується підбирати вхідна напруга всього на 2-3В більше, ніж падіння напруги на світлодіодах. Драйвер цікавий ще й тим, що вихід 2 (DIM) мікросхеми QX5241 може бути використаний для діммірованія - регулювання сили струму драйвера і, відповідно, яскравості світіння світлодіода. Для цього на цей вихід потрібно подавати імпульси (ШІМ) з частотою до 20КГц. З цим зможе справитися будь-який відповідний мікроконтролер. В результаті може вийти драйвер з декількома режимами роботи.
Готові вироби для живлення потужних світлодіодів можна подивитися тут .
Існує величезна кількість принципових схем стабілізаторів струму, які можуть бути використані як драйвера для потужних світлодіодів. Проводиться також незліченна кількість спеціалізованих мікросхем, на базі яких можна збирати драйвера самої різної складності - все обмежується тільки Вашим бажанням і потребами. Ми розглянули тільки найпростіші саморобні драйвера. Читайте також статтю, в якій розглядається схема драйвера для світлодіода від мережі в 220В .