Главная » Источники питания » Схема простого светодиодного драйвера от 230 В. Описание и расчет

Схема простого светодиодного драйвера от 230 В. Описание и расчет

Светодиод (светоизлучающий диод) — это специальный тип диода, который используется в качестве оптоэлектронного устройства. Он проводит ток при прямом смещении, как обычный диод с pn переходом. Однако у этого устройства есть особенность, которая заключается в способности излучать энергию в видимом диапазоне (видимый свет) электромагнитного излучения.

Главная проблема при использовании светодиода состоит в том, что для его питания необходим постоянный ток. Но основной источник  питания у нас в быту – электросеть с переменным напряжением. Таким образом, чтобы преобразовать источник переменного тока в необходимый для светодиода постоянный ток, нам нужен преобразователь AC/DC.

Наиболее удобный и часто используемый способ сделать это — использовать понижающий трансформатор. Но для питания таких нагрузок, как светодиод, этот способ будет слишком дорогим и не эффективным.

Принцип работы светодиодного драйвера 230В

Упомянув все вышеперечисленные факторы, давайте разработаем простую и экономичную схему питания светодиода от бытовой электросети (230 вольт).

Особенностью светодиодного драйвера является то, что он бестрансформаторный. Здесь главным компонентом является разделительный конденсатор, который снижает ток до приемлемой величины.  После чего напряжение выпрямляется полноволновым мостовым выпрямителем, стабилизируется при помощи мощного стабилитрона и только после этого подается на светодиод

Компоненты, необходимые для светодиодного драйвера

  • Резистор 390 кОм
  • Резистор 10 Ом
  • Резистор 22 кОм
  • Резистор 10 кОм
  • Мостовой выпрямитель
  • Пленочный конденсатор 2,2 мкФ 400В
  • Электролитический конденсатор 4,7 мкФ / 400В
  • Электролитический конденсатор 47 мкФ / 25 В
  • Стабилитрон 4,7 В
  • Светодиод  5 мм

Принципиальная схема светодиодного драйвера  с питанием 230 В

Схема простого светодиодного драйвера от 230 В. Описание и расчет

Сначала, по схеме первым идет конденсатор номиналом 2,2 мкФ, который одним выводом подключен к одной из линий сети. Здесь следует отметить, что номинальное напряжение выбранного конденсатора должно быть больше, чем напряжение сети,  поэтому мы взяли конденсатор с напряжением 400 В (объясним это далее).

Параллельно этому конденсатору подключен резистор сопротивлением 390 кОм. Назначение этого резистора – разрядить конденсатор после отключения питания (для безопасности).

Помимо этого между мостовым выпрямителем и другой линией сети включен резистор сопротивлением 10 Ом, который работает как предохранитель. После этого резистора у нас идет двухполупериодный мостовой выпрямитель, способный выдерживать ток до 1,5 ампер. Для фильтрации пульсаций, к выходу выпрямителя параллельно подключен конденсатор емкостью 4,7 мкФ с напряжением не менее 400 В.

Чтобы получить стабилизированное напряжение после выпрямителя, мы параллельно подключили стабилитрон. В схеме использован стабилитрон на напряжение 4,7 В (IN4732A). Кроме того, чтобы ограничить ток,  протекающий через стабилитрон, последовательно с ним подключен резистор 22 кОм. В результате всего этого постоянный ток подается на светодиод после фильтрацией с помощью конденсатора 47 мкФ.

Работа светодиодного драйвера на 230 В

Ключевыми компонентами схемы являются: разделительный конденсатор, стабилитрон и резистор, который ограничивает ток стабилитрона.

  1. Конденсатор номиналом 2,2 мкФ в цепи переменного тока работает как резистор, поэтому он снижает ток от сети. Для расчета величины тока нам нужно знать реактивное сопротивление этого конденсатора. Формула расчета емкостного сопротивления конденсатора:

XC  = (1 / 2πFC)

Подставляя наши значения  C = 2,2 мкФ и F = 50 Гц в формулу, получаем:

ХC  = 1 / 2*3,14*50*0,0000022 = 1447,59 Ом

Таким образом, из закона Ома следует:

I = V / R = 230В / 1447,59 Ом = 158 мА

  1. Конденсатор (4,7 мкФ), используемый для фильтрации выходного сигнала выпрямителя. Здесь важно подобрать соответствующее номинальное напряжение данного конденсатора. Входной сигнал на мостовом выпрямителе составляет 230 В. Следовательно, максимальное (амплитудное) напряжение можно рассчитать как:

Vmax = V x √2 = 230 x 1,414 = 325,26 вольт

Таким образом, мы нам нужен фильтрующий конденсатор с номинальным напряжением не менее 400 вольт.

  1. Стабилитрон (4,7 В). Постоянное напряжение на выходе выпрямления составляет около 305 вольт. Чтобы сделать его пригодным для питания светодиода, используется стабилитрон. Здесь мы используем стабилитрон на напряжение 4,7 Вольт. Кроме того, для стабилитрона необходимо учитывать три основных момента: последовательно подключенный с ним резистор, его номинальная мощность и номинальная мощность самого стабилитрона.

a) Резистор ограничивает величину тока, протекающего через стабилитрон. Формула, расчета сопротивления токоограничивающего резистора:

RS = VIN — VZ / (IL + IZ)

Здесь:

VIN  — входное напряжение на стабилитроне = 305 вольт.

VZ — напряжение стабилитрона = 4,7 В.

IL — ток нагрузки, т. е. ток, проходящий через светодиод = 5 мА.

IZ — ток стабилитрона = 10 мА.

Подставив все значения, получим RS = 20020 Ом.

b) Вычислим теперь номинальную мощность RS. Это важно рассчитать, потому что это говорит о количестве энергии, которую резистор может рассеять. Номинальная мощность:

 PR = (VIN — VZ ) 2 / RS = (305-4,7) * 2 / 20020 = 4,5 Вт

c) Точно так же мы должны рассчитать номинальную мощность стабилитрона. Номинальная мощность стабилитрона:

 PZ = ((VIN — VZ ) * VZ ) / RS = ((305-4,7) * 4,7) / 20020 = 0,07 Вт

Теперь давайте обсудим несколько преимуществ, недостатков и ограничений данной схемы.

Преимущества

Используя вышеуказанную схему, мы можем управлять светодиодами напрямую от электросети. Схема проста и рентабельна, так как это бестрансформаторный драйвер. Для однофазного питания, как правило, в домашних условиях, эта схема подходит лучше всего.

Ограничения

Эта схема не является безопасной, так как здесь непосредственно используется сетевое питание 230 В переменного тока без гальванической развязки!

Применение

Может использоваться для систем домашнего освещения. При необходимости схему также можно использовать в качестве индикатора.

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*