Драйвер для мощных светодиодов своими руками

Микросхема LM3406 представляет собой импульсный понижающий драйвер мощного светодиода.

• Выходной ток до 1.5 Ампер
• Встроенный полевой транзистор, который способствует увеличению КПД и уменьшению количества внешних компонентов
• Поддерживает цифровую (ШИМ) и аналоговую регулировку яркости
• Защита от перегрева
• Может работать без конденсатора на выходе
• Широкий диапазон питающих напряжений — от 6 до 40В

Схему драйвера светодиода я взял типовую из даташита, только добавил некоторые мелочи:

• Разъем питания
• Нулевые резисторы по входу и выходу
• Светодиодный индикатор питания
• Защиту ножки обратной связи
• Диод для защиты от обрыва в цепи светодиодов

Замечу, что в даташите есть несколько схем, я выбрал схему с защитой от обрыва в нагрузке. Схема получилась вот такая:

В качестве индуктивности использовано желто-красное кольцо из распыленного железа, снятое со старой материнской платы.

Родную обмотку снимаем, наматываем новую обмотку, порядка 20 витков медным проводом диаметром 0.5 мм. Я намотал проводом от витой пары.

Либо ставим готовую индуктивность 22 мкГн, способную протащить через себя ток не менее 1А. Плата выполнена из двустороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм. На обратной стороне платы оставлен слой меди для более быстрого распределения тепла по плате.

Обратная сторона платы драйвера:

На брюшке микросхемы расположен теплоотводящий контакт, который обязательно должен быть припаян к медному полигону на плате, для должного охлаждения микросхемы. При перегреве микросхемы сработает температурная защита. В совокупности с защитой от обрыва нагрузки, при правильном питании микросхемы, "убить" её практически нереально.

Выходной ток драйвера задаётся резистором, подключенным между выводом "CS" и землёй. Ток рассчитывается по формуле:

Ток_драйвера_Ампер = 0,2 / Сопротивление_резистора_Ом

Я составил резистор из трёх параллельно соединённых резисторов по 1 Ом. Общее сопротивление получившегося резистора — примерно 0,333 Ом.

0,2 / 0,333 Ом = 0,6 А

Выходной ток драйвера равен 0,6 Ампер.

В качестве нагрузки подключим к драйверу 2 светодиода CREE XP-G, соединённых последовательно:

На вход драйвера подадим 12 Вольт

Ну и напоследок, табличка с результатами КПД:

Напряжение падения на светодиодах,

Ток через светодиоды,

Мощность на светодиодах,

11,88 0,34 4,0392 6,08 0,6 3,648 90,3 19,90 0,205 4,0795 6,08 0,6 3,648 89,4

Когда я собирал данный светодиодный драйвер 2 года назад, КПД был выше. Скорее всего, причина в использованной индуктивности. Но так как меня устраивает КПД 90%, то переделывать индуктивность не буду.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
DA1	LED драйвер	1	Поиск в Utsource	В блокнот
VD1	Диод Шоттки		1	SMD	Поиск в Utsource	В блокнот
VD2	Диод Шоттки		1	SMD	Поиск в Utsource	В блокнот
C1, C5, C8	Конденсатор	0.1 мкФ 35В	3	SMD 1206	Поиск в Utsource	В блокнот
C2, C4	Конденсатор электролитический	470 мкФ 35В	2	Поиск в Utsource	В блокнот
C3, C7	Конденсатор	0.1 мкФ 35В	2	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
C6	Конденсатор	1 мкФ 35В	1	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
R1, R4	Резистор	перемычка (0)	2	SMD1206	Поиск в Utsource	В блокнот
R2	Резистор		1	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
R3	Резистор		1	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
R5, R8, R9	Резистор		3	SMD1206	Поиск в Utsource	В блокнот
R6	Резистор		1	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
R7	Резистор		1	SMD1206	Поиск в Utsource	В блокнот
R10	Резистор		1	SMD0805	Поиск в Utsource	В блокнот
L1	Катушка индуктивности	10 мкГн	1	любая, на ток не менее 1,5 А	Поиск в Utsource	В блокнот
HL1	Светодиод	любой	1	SMD0603	Поиск в Utsource	В блокнот
Добавить все

Прикрепленные файлы:

• Плата LM3406 Zlodey [SL6].lay6 (44 Кб)
• Сердечники из распылённого железа в импульсных источниках питания.pdf (2209 Кб)

Оценить статью

• Техническая грамотность

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 2 чел.

Комментарии (13) | Я собрал ( 0 ) | Подписаться

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

В общем собрал схему. Поэкспериментировал и несколько раз перечитал даташит. Комментарии к тому что сделал автор статьи.
1. На авторской схеме явно излишние С1, С5, С8. Как сама микросхема толерантна к высокочастотным помехам, так и LED диоды.
2. Ставить 0 Ом резисторы в качестве предохранителя — КРАЙНЕ спорное решение.
3. На схеме автора номинал С3 = 0,1мкФ. В даташите латинским по белому указано что он болжен быть 22нФ. Но это не криминально. Я пробовал и так и эдак. Результат одинаковый.
4. Номинал С4 сильно завышен. Если драйвер будет использоваться БЕЗ диммирования, то это не криминально. Если с ШИМ диммированием, то при включении на минимальной яркости диод загорается только через ПОЛ МИНУТЫ!! То есть лампа не загорается пока не зарядятся эти 470мкФ. Сам производитель на своей эвалюэйшен боард там поставил танталовый 2,2мкФ
5. Если будуте использовать ШИМ диммирование, то номинал резистора R6 должен быть от 4,7кОм до 10кОм, но уж никак не 100 Ом. Это ВАЖНО, так как ток там не должен быть превышать 70мкА.

Но это все критика. А вот "респекты и уважухи":
1. Из всего многообразия вариантов схемы в даташите, данный вариант самый безопасный и тяжелоубиваемый. Согласен с выбором автора.
2. Очень правильный вариант разводки платы. Тепло нужно отводить. С другой стороны, у меня 13,2В и 0,24А на выходе не нагрели чип даже на пару градусов. На ощуп!

Замечания о самом чипе.
Цена. Стоимость чипа 160 рублей (2,5$). Что самое интересное у Чипа и Дипа цена = цене у быстрого Али. Ценник конский. С учетом всей обвязки, конечный ценник запросто перевалит за 500р (7,7$)
На этом фоне PT4115 выглядит ЗНАЧИТЕЛЬНО интересней. Сам чип у бастрого Али стоит 10рублей. А из обвязки нужны только доиод, резистор и индуктивность.

Так же у данного чипа несколько ограничено применение. Фонарики. Авто. Настольные лампы.
Для светильника на потолок гораздо интересней HV9910, так как на потолке не важна гальваническая развязка с 220В, а данный чип на вход принимает до 400В.

Спасибо за здравую критику.
0,1 мкФ здесь всёже нужны (у нас здесь частота не 50 Гц).
С остальными пунктами согласен.

Добавлю, что PT4115 при токе 1А имеет КПД примерно 80% или меньше.
LM3406 при токе 1А кпд выше 90%.
Также есть вариант использовать LM3406HV при питающем напряжении до 75 вольт. Если требуется зажечь большую гирлянду из светодиодов. PT4115 так не умеет.

Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись "Калькулятором светодиодов".

Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД — до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока — резисторы — обеспечить это не могут по своей природе.

Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье "Драйвера для светодиодов".

Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.

Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2

Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением V_LED / V_IN, где V_LED – падение напряжения на светодиоде, а V_IN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, V_IN должно быть больше V_LED на, как минимум, 1-2В.

Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2. Напряжение источника питания — 9В, падение напряжения на светодиоде — 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.

Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.

Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.

Еще более простой драйвер на микросхеме LM317

Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1.5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница V_IN и V_LED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.

На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.

Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241.

Драйвер для мощных светодиодов на микросхеме QX5241

Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.

Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 — любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.

Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.

Готовые изделия для питания мощных светодиодов можно посмотреть здесь.

Существует огромное количество принципиальных схем стабилизаторов тока, которые могут быть использованы как драйвера для мощных светодиодов. Производится также бесчисленное количество специализированных микросхем, на базе которых можно собирать драйвера самой разной сложности – все ограничивается только Вашим желанием и потребностями. Мы рассмотрели только самые простые самодельные драйвера. Читайте также статью, в которой рассматривается схема драйвера для светодиода от сети в 220В.

Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать драйвер для светодиодов своими руками.

Как сделать драйвер для светодиодов

В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.

Необходимые материалы и инструменты

Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:

• Паяльник мощностью 25-40 Вт. Можно использовать и большей мощности, но при этом возрастает опасность перегрева элементов и выхода их из строя. Лучше всего использовать паяльник с керамическим нагревателем и необгораемым жалом, т.к. обычное медное жало довольно быстро окисляется, и его приходится чистить.
• Флюс для пайки (канифоль, глицерин, ФКЭТ, и т.д.). Желательно использовать именно нейтральный флюс, — в отличие от активных флюсов (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк и др.), он со временем не окисляет контакты и менее токсичен. Вне зависимости от используемого флюса после сборки устройства его лучше отмыть с помощью спирта. Для активных флюсов эта процедура является обязательной, для нейтральных — в меньшей степени.
• Припой. Наиболее распространенным является легкоплавкий оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Бессвинцовые припои менее вредны при вдыхании паров во время пайки, но обладают более высокой температурой плавления при меньшей текучести и склонностью к деградации шва со временем.
• Небольшие плоскогубцы для сгибания выводов.
• Кусачки или бокорезы для обкусывания длинных концов выводов и проводов.
• Монтажные провода в изоляции. Лучше всего подойдут многожильные медные провода сечением от 0.35 до 1 мм2.
• Мультиметр для контроля напряжения в узловых точках.
• Изолента или термоусадочная трубка.
• Небольшая макетная плата из стеклотекстолита. Достаточно будет платы размерами 60х40 мм.

Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

R=1,2/I

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом радиаторе. Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Схема мощного драйвера с входом ШИМ

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера

• Напряжение питания: 5 — 24 В, постоянное;
• Выходной ток: до 1 А, регулируемый;
• Выходная мощность: до 18 Вт;
• Защита от КЗ по выходу;
• Возможность управления яркостью при помощи внешнего ШИМ сигнала (интересно будет почитать, как регулировать яркость светодиодной ленты через диммер).

Принцип действия

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

• 350 мА (LED мощностью 1 Вт): R2=10K, R11 отключен,
• 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 подключен, номинал 1 Ом,
• 1А (5Вт): R2=2,7K, R11 подключен, номинал 1 Ом.

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Заключение

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.