So wählen Sie einen LED-Lampentreiber aus: Typen, Zweck + Anschlussfunktionen

LED-Lampen sind weit verbreitet, wodurch mit der aktiven Produktion von Sekundärstromversorgungen begonnen wurde.Der LED-Lampentreiber ist in der Lage, die angegebenen Stromwerte am Ausgang des Geräts stabil aufrechtzuerhalten und so die durch die Diodenkette fließende Spannung zu stabilisieren.

Wir verraten Ihnen alles über die Arten und Funktionsweise eines Stromwandlers zum Betrieb einer Diodenglühbirne. Unser Artikel bietet Richtlinien für die Auswahl eines Treibers und gibt nützliche Empfehlungen. Unabhängige Hauselektriker finden bei uns praxiserprobte Anschlusspläne.

Zweck und Umfang der Nutzung

Diodenkristalle bestehen aus zwei Halbleitern – Anode (Plus) und Kathode (Minus), die für die Umwandlung elektrischer Signale verantwortlich sind. Ein Bereich hat die Leitfähigkeit vom P-Typ, der zweite vom N-Typ. Wenn eine Stromquelle angeschlossen ist, fließt Strom durch diese Elemente.

Aufgrund dieser Polarität strömen Elektronen aus der P-Zone in die N-Zone und umgekehrt strömen Ladungen vom Punkt N nach P. Allerdings hat jeder Abschnitt der Region seine eigenen Grenzen, die P-N-Übergänge genannt werden. An diesen Stellen treffen Partikel aufeinander und werden gegenseitig absorbiert oder rekombinieren.

Eine Diode ist ein Halbleiterelement und hat nur einen pn-Übergang. Aus diesem Grund ist das Hauptmerkmal, das die Helligkeit ihres Leuchtens bestimmt, nicht die Spannung, sondern der Strom

Bei P-N-Übergängen sinkt die Spannung um eine bestimmte Voltzahl, die für jedes Element der Schaltung immer gleich ist. Unter Berücksichtigung dieser Werte stabilisiert der Treiber den eingehenden Strom und erzeugt am Ausgang einen konstanten Wert.

Welche Leistung benötigt wird und welche Verlustwerte beim P-N-Durchgang sind im Reisepass des LED-Geräts angegeben. Deshalb wann Auswahl einer Diodenglühbirne Es müssen die Parameter der Stromversorgung berücksichtigt werden, deren Reichweite ausreichen muss, um den Energieverlust auszugleichen.

Damit Hochleistungs-LEDs für die in den Eigenschaften angegebene Zeit funktionieren, ist ein Stabilisierungsgerät erforderlich – ein Treiber. Das Gehäuse des elektronischen Mechanismus zeigt immer seine Ausgangsspannung an

Zur Bestückung von Beleuchtungsgeräten werden Netzteile mit Spannungen von 10 bis 36 V verwendet.

Die Ausrüstung kann unterschiedlicher Art sein:

• Scheinwerfer von Autos, Fahrrädern, Motorrädern usw.;
• kleine tragbare oder Straßenlaternen;
• LED-Streifen, Bänder, Deckenleuchten und Module.

Allerdings für Low-Power-LEDs, und auch bei Verwendung einer Konstantspannung ist es zulässig, keine Treiber zu verwenden. Stattdessen wird dem Stromkreis ein Widerstand hinzugefügt, der ebenfalls aus einem 220-V-Netz gespeist wird.

Funktionsprinzip des Netzteils

Lassen Sie uns herausfinden, was die Unterschiede zwischen einer Spannungsquelle und einem Netzteil sind. Betrachten Sie als Beispiel das unten gezeigte Diagramm.

Durch den Anschluss eines 40-Ohm-Widerstands an eine 12-V-Stromquelle fließt ein Strom von 300 mA durch ihn (Abbildung A). Wenn ein zweiter Widerstand parallel zum Stromkreis geschaltet wird, beträgt der Stromwert 600 mA (B). Die Spannung bleibt jedoch unverändert.

Trotz des Anschlusses von zwei Widerständen an die Stromquelle erzeugt der zweite Widerstand eine konstante Spannung am Ausgang, da er unter idealen Bedingungen keiner Last ausgesetzt ist

Schauen wir uns nun an, wie sich die Werte ändern, wenn im Stromkreis Widerstände an die Stromversorgung angeschlossen werden. Ebenso stellen wir einen 40-Ohm-Rheostat mit einem 300-mA-Treiber vor. Letzterer erzeugt daran eine Spannung von 12 V (Kreis B).

Wenn der Stromkreis aus zwei Widerständen besteht, bleibt der Stromwert unverändert und die Spannung beträgt 6 V (G).

Im Gegensatz zur Spannungsquelle behält der Treiber die angegebenen Stromparameter am Ausgang bei, die Spannungsleistung kann jedoch variieren

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein hochwertiger Umrichter die Last auch bei Spannungsabfall mit dem Nennstrom versorgt. Dementsprechend brennen Diodenkristalle mit 2 V oder 3 V und einem Strom von 300 mA bei reduzierter Spannung gleich hell.

Besondere Merkmale des Konverters

Einer der wichtigsten Indikatoren ist die übertragene Leistung unter Last. Überlasten Sie das Gerät nicht und versuchen Sie, die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

Eine unsachgemäße Verwendung trägt zum schnellen Ausfall nicht nur des Sichtmechanismus, sondern auch der LED-Chips bei.

Zu den Hauptfaktoren, die die Arbeit beeinflussen, gehören:

• Bestandteile, die im Montageprozess verwendet werden;
• Schutzart (IP);
• Minimal- und Maximalwerte am Ein- und Ausgang;
• Hersteller.

Moderne Wandlermodelle werden auf Basis von Mikroschaltungen hergestellt und nutzen die Pulsweitenumwandlungstechnologie (PWM).

Während des Betriebs des Netzteils wurde ein Pulsweitenmodulationsverfahren eingeführt, um die Ausgangsspannung zu regeln, wobei am Ausgang der gleiche Strom wie am Eingang aufrechterhalten wird

Solche Geräte zeichnen sich durch einen hohen Schutz gegen Kurzschlüsse und Netzüberlastungen aus und weisen zudem eine erhöhte Effizienz auf.

Regeln für die Auswahl eines Stromwandlers

Um einen LED-Lampenkonverter zu kaufen, sollten Sie den Schlüssel studieren Geräteeigenschaften. Es lohnt sich, sich auf die Ausgangsspannung, den Nennstrom und die Ausgangsleistung zu verlassen.

LED-Leistung

Betrachten wir zunächst die Ausgangsspannung, die von mehreren Faktoren abhängt:

• der Wert der Spannungsverluste an den P-N-Übergängen der Kristalle;
• Anzahl der Leuchtdioden in der Kette;
• Schaltplan.

Die Parameter des Nennstroms können durch die charakteristischen Merkmale des Verbrauchers bestimmt werden, nämlich die Leistung der LED-Elemente und der Grad ihrer Helligkeit.

Dieser Indikator beeinflusst den von den Kristallen verbrauchten Strom, dessen Bereich je nach erforderlicher Helligkeit variiert. Die Aufgabe des Konverters besteht darin, diese Elemente mit der benötigten Energiemenge zu versorgen.

Der Wert der Ausgangsspannung muss größer oder gleich der Gesamtenergiemenge sein, die für jeden Block des Stromkreises aufgewendet wird

Die Leistung des Geräts hängt von der Stärke jedes LED-Elements, seiner Farbe und Menge ab.

Um den Energieverbrauch zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:

P_H =P_LED *N,

Wo

• P_LED – elektrische Last, erzeugt durch eine Diode,
• N ist die Anzahl der Kristalle in der Kette.

Die erhaltenen Indikatoren sollten nicht geringer sein als die Treiberleistung. Nun gilt es, den benötigten Nennwert zu ermitteln.

Maximale Leistung des Geräts

Es sollte auch berücksichtigt werden, dass um einen stabilen Betrieb des Konverters zu gewährleisten, seine Nennwerte den erhaltenen P-Wert um 20-30 % überschreiten müssen._H.

Somit hat die Formel die Form:

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

wo P_max — Nennleistung des Netzteils.

Die Belastungsstärke ist neben der Leistung und Anzahl der Verbraucher auf der Platine auch von den Farbfaktoren des Verbrauchers abhängig. Bei gleichem Strom kommt es je nach Farbton zu unterschiedlichen Spannungsabfällen.

Der Treiber für die LED-Lampe muss die nötige Strommenge liefern, um maximale Helligkeit zu gewährleisten. Bei der Auswahl eines Gerätes muss der Käufer bedenken, dass die Leistung größer sein muss als die, die alle LEDs verbrauchen

Nehmen wir zum Beispiel LEDs der amerikanischen Firma Cree aus der XP-E-Linie in Rot.

Ihre Eigenschaften sind wie folgt:

• Spannungsabfall 1,9-2,4 V;
• Strom 350 mA;
• durchschnittlicher Stromverbrauch 750 mW.

Ein grünes Analogon mit demselben Strom weist völlig andere Indikatoren auf: Die Verluste an P-N-Übergängen betragen 3,3 bis 3,9 V und die Leistung beträgt 1,25 W.

Daraus lässt sich schließen: Ein Treiber mit 10 W Leistung versorgt zwölf rote oder acht grüne Kristalle.

LED-Anschlussplan

Die Auswahl des Treibers sollte nach Festlegung des Anschlussplans für LED-Verbraucher erfolgen. Wenn Sie zunächst Leuchtdioden kaufen und dann einen Konverter dafür auswählen, ist dieser Vorgang mit vielen Schwierigkeiten verbunden.

Um ein Gerät zu finden, das bei einem gegebenen Anschlussplan den Betrieb genau dieser Anzahl von Verbrauchern gewährleistet, muss man viel Zeit aufwenden.

Lassen Sie uns ein Beispiel mit sechs Verbrauchern geben. Ihr Spannungsverlust beträgt 3 V, die Stromaufnahme beträgt 300 mA. Um sie anzuschließen, können Sie eine der Methoden verwenden, wobei die erforderlichen Parameter der Stromversorgung in jedem Einzelfall unterschiedlich sind.

Der Nachteil von Wechseldioden besteht darin, dass bei vielen Quarzen im Stromkreis eine Stromversorgung mit höherer Spannung erforderlich ist

In unserem Fall ist bei Reihenschaltung ein 18-V-Gerät mit einem Strom von 300 mA erforderlich. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass durch die gesamte Leitung die gleiche Leistung fließt und dementsprechend alle Dioden mit gleicher Helligkeit brennen.

Der Nachteil der parallelen Anordnung von Verbrauchern ist der Unterschied in der Helligkeit der einzelnen Ketten. Dieses negative Phänomen tritt aufgrund der Streuung der Diodenparameter aufgrund von Unterschieden zwischen den durch die einzelnen Leitungen fließenden Strömen auf

Bei Parallelschaltung genügt die Verwendung eines 9-V-Wandlers, allerdings verdoppelt sich der verbrauchte Strom im Vergleich zur vorherigen Methode.

Die Methode der sequentiellen Anordnung von zwei Dioden kann nicht verwendet werden, wenn sich die Anzahl der in der Gruppe enthaltenen Kristalle ändert – 3 oder mehr. Solche Einschränkungen sind auf die Tatsache zurückzuführen, dass zu viel Strom durch ein Element fließen kann und dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des gesamten Stromkreises besteht

Wenn ein sequentielles Verfahren mit der Bildung von Paaren aus zwei LEDs verwendet wird, wird ein Treiber mit ähnlicher Leistung wie im vorherigen Fall verwendet. In diesem Fall ist die Helligkeit der Beleuchtung gleichmäßig.

Allerdings gibt es auch hier einige negative Nuancen: Wenn die Gruppe mit Strom versorgt wird, kann sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften eine der LEDs schneller öffnen als die zweite, und dementsprechend fließt ein Strom durch sie, der doppelt so groß ist wie der Nennwert.

Viele Arten LEDs für die Heimbeleuchtung sind für solche kurzfristigen Sprünge konzipiert, diese Methode ist jedoch weniger beliebt.

Treibertypen nach Gerätetyp

Geräte, die 220-V-Strom in die für LEDs erforderlichen Anzeigen umwandeln, werden herkömmlicherweise in drei Kategorien unterteilt: elektronisch; basierend auf Kondensatoren; dimmbar.

Der Markt für Beleuchtungszubehör ist durch eine Vielzahl von Treibermodellen vertreten, hauptsächlich von chinesischen Herstellern. Und trotz der niedrigen Preisklasse können Sie aus diesen Geräten eine sehr gute Option wählen. Allerdings sollten Sie auf die Garantiekarte achten, denn... Nicht alle vorgestellten Produkte sind von akzeptabler Qualität.

Elektronische Ansicht des Geräts

Idealerweise sollte der elektronische Wandler mit einem Transistor ausgestattet sein. Seine Aufgabe besteht darin, den Steuermikroschaltkreis zu entladen. Um die Welligkeit weitestgehend zu eliminieren oder zu glätten, ist am Ausgang ein Kondensator angebracht.

Dieser Gerätetyp gehört zur teuren Kategorie, ist jedoch in der Lage, einen Strom von bis zu 750 mA zu stabilisieren, wozu Vorschaltgeräte nicht in der Lage sind.

Die neuesten Treiber werden hauptsächlich bei Glühbirnen mit E27-Fassung verbaut. Eine Ausnahme von der Regel bilden Gauss GU5.3-Produkte. Sie sind mit einem transformatorlosen Wandler ausgestattet. Allerdings erreicht der Pulsationsgrad in ihnen mehrere hundert Hz

Pulsation ist nicht der einzige Nachteil von Konvertern. Die zweite kann als elektromagnetische Störung im Hochfrequenzbereich (HF) bezeichnet werden. Wenn also andere Elektrogeräte, beispielsweise ein Radio, an die mit der Lampe verbundene Steckdose angeschlossen sind, ist mit Störungen beim Empfang digitaler UKW-Frequenzen, Fernseher, Router usw. zu rechnen.

Das optionale Gerät eines Qualitätsgeräts muss über zwei Kondensatoren verfügen: einer ist elektrolytisch, um Wellen zu glätten, der andere ist keramisch, um HF zu reduzieren.Eine solche Kombination ist jedoch selten anzutreffen, insbesondere wenn es um chinesische Produkte geht.

Wer allgemeine Vorstellungen von solchen Stromkreisen hat, kann die Ausgangsparameter des elektronischen Wandlers durch Ändern des Wertes der Widerstände selbstständig auswählen

Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades (bis zu 95 %) eignen sich solche Mechanismen für leistungsstarke Geräte, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise für Autotuning, Straßenbeleuchtung und Haushalts-LED-Quellen.

Kondensatorbasierte Stromversorgung

Kommen wir nun zu weniger beliebten Geräten – solchen, die auf Kondensatoren basieren. Fast alle kostengünstigen LED-Lampenschaltungen, die diesen Treibertyp verwenden, weisen ähnliche Eigenschaften auf.

Aufgrund von Modifikationen durch den Hersteller unterliegen sie jedoch Änderungen, beispielsweise dem Entfernen einiger Schaltkreiselemente. Besonders häufig handelt es sich bei diesem Teil um einen der Kondensatoren – einen Glättungskondensator.

Aufgrund der unkontrollierten Befüllung des Marktes mit Billig- und minderwertigen Waren können Nutzer ein hundertprozentiges Pulsieren in den Lampen „spüren“. Auch ohne näher auf ihr Design einzugehen, können wir sagen, dass das Glättungselement aus dem Schaltkreis entfernt wurde

Solche Mechanismen haben nur zwei Vorteile: Sie sind für die Selbstorganisation verfügbar und ihre Effizienz beträgt hundert Prozent, da Verluste nur an pn-Übergängen und Widerständen auftreten.

Es gibt ebenso viele negative Aspekte: geringe elektrische Sicherheit und hohe Pulsation. Der zweite Nachteil liegt bei etwa 100 Hz und entsteht durch die Gleichrichtung der Wechselspannung. GOST legt eine Norm für die zulässige Pulsation von 10–20 % fest, abhängig vom Zweck des Raums, in dem das Beleuchtungsgerät installiert ist.

Die einzige Möglichkeit, diesen Nachteil zu mildern, besteht darin, einen Kondensator mit der richtigen Nennleistung auszuwählen. Sie sollten jedoch nicht damit rechnen, das Problem vollständig zu beseitigen – eine solche Lösung kann nur die Intensität der Ausbrüche glätten.

Dimmbare Stromwandler

Dimmertreiber für dimmbare LED-Leuchtmittel ermöglichen es Ihnen, die Eingangs- und Ausgangsstromanzeigen zu ändern und gleichzeitig die Helligkeit des von den Dioden emittierten Lichts zu verringern oder zu erhöhen.

Es gibt zwei Verbindungsmethoden:

• die erste beinhaltet einen sanften Start;
• der zweite ist Impuls.

Betrachten Sie das Funktionsprinzip dimmbarer Treiber auf Basis des CPC9909-Chips, der als Regelgerät für LED-Schaltkreise, auch solche mit hoher Helligkeit, verwendet wird.

Schema des Standardanschlusses des CPC9909 mit 220-V-Stromversorgung. Gemäß der schematischen Anleitung ist es möglich, einen oder mehrere leistungsstarke Verbraucher zu steuern

Bei einem Sanftanlauf sorgt die Mikroschaltung mit dem Treiber für ein allmähliches Einschalten der Dioden mit zunehmender Helligkeit. Bei diesem Vorgang werden zwei Widerstände an den LD-Pin angeschlossen, die die Aufgabe des sanften Dimmens übernehmen sollen. Damit wird eine wichtige Aufgabe gelöst – die Verlängerung der Lebensdauer von LED-Elementen.

Der gleiche Ausgang ermöglicht auch eine analoge Regelung – der 2,2-kOhm-Widerstand wird durch einen leistungsstärkeren variablen Analogwiderstand – 5,1 kOhm – ersetzt. Auf diese Weise wird eine sanfte Änderung des Leistungspotenzials erreicht.

Bei der zweiten Methode werden dem Niederfrequenzausgang des PWMD Rechteckimpulse zugeführt. Dabei kommt entweder ein Mikrocontroller oder ein Impulsgenerator zum Einsatz, die zwingend durch einen Optokoppler getrennt sind.

Mit oder ohne Wohnraum?

Treiber sind mit oder ohne Gehäuse erhältlich.Die erste Option ist die gebräuchlichste und teurere. Solche Geräte sind vor Feuchtigkeit und Staubpartikeln geschützt.

Geräte des zweiten Typs werden für den verdeckten Einbau verwendet und sind dementsprechend kostengünstig.

Alle vorgestellten Geräte können über ein 12-V- oder 220-V-Netz mit Strom versorgt werden. Obwohl Open-Frame-Modelle preislich günstiger sind, hinken sie in puncto Sicherheit und Zuverlässigkeit des Mechanismus deutlich hinterher

Jeder von ihnen unterscheidet sich in der zulässigen Temperatur im Betrieb – auch dies muss bei der Auswahl berücksichtigt werden.

Klassische Fahrerschaltung

Um ein LED-Netzteil selbstständig zusammenzubauen, beschäftigen wir uns mit dem einfachsten Impulsgerät, das keine galvanische Trennung hat. Der Hauptvorteil dieser Schaltungsart ist der einfache Anschluss und der zuverlässige Betrieb.

Die 220-V-Wandlerschaltung wird als Schaltnetzteil dargestellt. Bei der Montage müssen alle elektrischen Sicherheitsregeln beachtet werden, da es keine Begrenzung der Stromabgabe gibt

Das Schema eines solchen Mechanismus besteht aus drei Hauptkaskadenbereichen:

1. Kapazitiver Spannungstrenner.
2. Gleichrichter.
3. Überspannungsschutz.

Der erste Abschnitt ist der Widerstand, der dem Wechselstrom am Kondensator C1 mit einem Widerstand zugeführt wird. Letzteres wird ausschließlich zur Selbstaufladung des inerten Elements benötigt. Der Betrieb der Schaltung wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Der Nennwert des Widerstands kann im Bereich von 100 kOhm-1 Mohm liegen, bei einer Leistung von 0,5-1 W. Der Kondensator muss ein Elektrolytkondensator sein und sein effektiver Spannungsamplitudenwert beträgt 400-500 V

Wenn die erzeugte Halbwellenspannung durch den Kondensator fließt, fließt Strom, bis die Platten vollständig aufgeladen sind. Je kleiner die Kapazität des Mechanismus ist, desto weniger Zeit dauert es, ihn vollständig aufzuladen.

Beispielsweise wird ein Gerät mit einem Volumen von 0,3–0,4 μF während 1/10 der Halbwellenperiode aufgeladen, d. h. nur ein Zehntel der Durchgangsspannung fließt durch diesen Abschnitt.

Der Richtvorgang in diesem Abschnitt erfolgt nach dem Graetz-Schema. Die Diodenbrücke wird anhand des Nennstroms und der Sperrspannung ausgewählt. In diesem Fall sollte der letzte Wert nicht weniger als 600 V betragen

Die zweite Stufe ist ein elektrisches Gerät, das Wechselstrom in pulsierenden Strom umwandelt (gleichrichtet). Dieser Vorgang wird als Vollwelle bezeichnet. Da ein Teil der Halbwelle durch einen Kondensator geglättet wurde, liegt am Ausgang dieses Abschnitts ein Gleichstrom von 20–25 V an.

Da die LED-Stromversorgung 12 V nicht überschreiten sollte, muss für die Schaltung ein Stabilisierungselement verwendet werden. Zu diesem Zweck wird ein kapazitiver Filter eingeführt. Sie können beispielsweise das Modell L7812 verwenden

Die dritte Stufe arbeitet auf Basis eines glättenden Stabilisierungsfilters – eines Elektrolytkondensators. Die Wahl seiner kapazitiven Parameter hängt von der Laststärke ab.

Da der zusammengebaute Stromkreis seinen Betrieb sofort reproduziert, können Sie die blanken Drähte nicht berühren, da der geleitete Strom mehrere zehn Ampere erreicht – die Leitungen werden zunächst isoliert.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Alle Schwierigkeiten, auf die ein Funkamateur bei der Auswahl eines Konverters für leistungsstarke LED-Lampen stoßen kann, werden im Video ausführlich beschrieben:

Hauptmerkmale des unabhängigen Anschlusses eines Konvertergeräts an einen Stromkreis:

Schritt-für-Schritt-Anleitung, die den Prozess des Zusammenbaus eines LED-Treibers mit eigenen Händen mit improvisierten Mitteln beschreibt:

Trotz der vom Hersteller angegebenen Zehntausenden ununterbrochenen Betriebsstunden von LED-Lampen gibt es viele Faktoren, die diese Indikatoren deutlich reduzieren.

Treiber sind so konzipiert, dass sie alle Stromsprünge im elektrischen System ausgleichen. Ihre Auswahl bzw. Selbstmontage muss nach Berechnung aller notwendigen Parameter verantwortungsvoll angegangen werden.

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