Светодиодная лампа своими руками: как и из чего сделать

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Нестабильность тока в сети 220 вольт и отличие в характеристиках приводит к деградации материала и сгоранию светодиода. Чтобы избежать этого, ставят драйвер.

Он преобразует электроток:

задает ему амплитуду;
выпрямляет – делает его постоянным;
подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Теория питания светодиодных ламп от 220 в

Лед-лампа, лента под потолком или подсветка в современном телевизоре являются совокупностью нескольких мощных небольших светодиодов, размещенных в пространстве нужным образом.

Для замены 60 W лампочки (по яркости свечения) понадобится около дюжины недорогих полупроводниковых приборов.

Если каждый из них способен пропускать ток в 1 А при напряжении 3,3 V, то в осветительную сеть их включить нельзя – сразу сгорят. Можно воспользоваться делителем из резисторов, но на них будет рассеиваться большая мощность. Поэтому КПД светильника будет небольшим.

Для снижения напряжения и преобразования тока в постоянный применяют драйверы. Внутри этих устройств могут быть различные стабилизаторы тока, емкостно-резистивные делители и т. д.

В схему могут входить транзисторы, микросхемы, конденсаторы и т. д. Такие преобразователи меняют напряжение и обеспечивают подачу нужного количества тока каждому элементу.

Схемы на резисторах

Данная схема вполне по силам даже начинающим мастерам. Чтобы собрать устройство на её основе, необходимо купить 2 резистора по 12к, а также пару цепей с одинаковым количеством последовательно припаянных чипов с учетом полярности. Одну полосу диодов со стороны (R2) подсоединяют анодом, а другую (R1) – катодом. Устройства, которые собраны по данной схеме, отличаются мягким светом, поскольку в момент включения светодиоды зажигаются поочередно.

Рис.5 – резистор для светодиодной лампы.

Благодаря этому эффекту невооруженный глаз практически не видит пульсации. Такая лампочка лучше всего подходит для настольного светильника. Чтобы получить оптимальное освещение, рекомендуется приобретать ленты с 20-40 диодами. Если их будет меньше, это даст незначительный световой поток. Но чем больше элементов, тем сложнее работа в техническом плане.

Разновидности светодиодных драйверов

Есть несколько типов преобразователей для полупроводниковых источников света. Основные типы – линейный и импульсный. Каждый из них создается для своих целей и имеет свои нюансы.

Линейный

Этот тип применяют часто. Его сборка, при наличии всех деталей, может длиться 5-10 минут. Наладка ему почти не нужна – он начинает работать сразу.

В схеме присутствует линейный стабилизатор тока, который можно представить как переменный резистор, управляемый электронной схемой.

При подаче входного напряжения оно идет на регулирующий элемент и затем на схему (КТ) контроля тока. После этого оно появляется на выходе, к которому подсоединена нагрузка. Узел КТ проверяет ток и в зависимости от этого меняет сопротивление регулирующего элемента.

Недостаток подобного устройства – низкий КПД.

Импульсный

В основе этого типа драйвера лежит другой принцип. Регулирующим элементом здесь выступают ключи с трансформатором. При подаче напряжения на обмотках начинает запасаться энергия (в магнитном поле). Ток постепенно возрастает.

Как только он достигнет нужной величины, произойдет переключение ключей. Запасенная энергия пойдет в цепь, и ток начнет уменьшаться. По достижении минимального значения вновь сработают ключи и процесс повторится.

Схемы светодиодных ламп

Перед тем как начинать сборку светодиодной лампы, нужно выбрать одну из возможных схем. Существует несколько вариантов, все они имеют свои преимущества и недостатки. Также всё зависит от цели изготовления светильника. Одна из самых распространённых схем включает в себя диодный мост и 4 светодиода.

Светодиодный элемент

Если в доме есть сломанный LED светильник, с него можно взять недостающие детали. Но прежде чем переставить какие-либо элементы, необходимо проверить их на корректность работы, используя аккумулятор на 12В. Вышедшие из строя детали следует изъять. Для этого нужно взять паяльник и распаять контакты, убрав сгоревшие диоды.

Рис.3 – готовая площадка с LED-элементами.

Не стоит забывать о соблюдении чередования катодов и диодов, крепящихся последовательно. Если проводится замена 2-3 чипов, их можно припаять на те же участки, где стояли сгоревшие чипы. Далее в ряд устанавливается около 10 диодов с соблюдением полярности. Также нужно проследить, чтобы спаянные концы не прикасались друг к другу. В противном случае при включении это приведет к короткому замыканию.

Схема преобразователя с диодным мостом

Как уже говорилось выше, схема включает в себя 4 светодиода, подключающихся разнонаправленно. Именно поэтому мост может трансформировать ток 220В в пульсирующий. Подобное происходит в процессе перехода по 2 чипам синусоидных волн.

Рис.4 – схема с диодным мостом.

Полярность утрачивается за счет их изменения. В процессе сборки к выходу с плюсом перед мостом нужно подключить конденсатор. Еще один должен находиться позади моста. Он будет выполнять сглаживающую функцию при перепадах напряжения.

Схемы для более мягкого свечения

Если перед мастером стоит задача избавиться от мерцания, которое свойственно практически всем светодиодным лампочкам, в схему нужно включить несколько дополнительных элементов. В целом в неё должны входить конденсаторы, резисторы и диодный мост.

Для защиты лампы от скачков напряжения в сети в начало схемы устанавливается резистор на 100 Ом, после стоит конденсатор на 400 нФ, далее монтируется мост, за ним резистор. Последними в цепь включают светодиоды.

Принцип работы устройства

Основная работа драйвера – создание на выходе заданного значения тока и его поддержание. Любая схема подобного типа состоит из нескольких частей:

сетевого фильтра, защищающего сеть от помех;
конденсаторно-резисторного (RC) или трансформаторного узла для снижения напряжения;
диодного моста для выпрямления;
стабилизатора тока.

Устройство с RC фильтром действует так:

Конденсатор в сети переменного тока выполняет функции емкостного сопротивления. Вместе с мостом он образует делитель напряжения и уменьшает его до нужного предела. Резистор в его цепи служит для самозарядки.
Сниженное напряжение поступает на стабилизатор тока, а с него – на светодиоды.

Трансформаторный узел представляет собой устройство ключевого или другого типа, управляемое генератором. Он может быть выполнен на специализированных микросхемах, высоковольтных ключевых транзисторах, простых элементах или на ШИМ контроллере.

Такой драйвер работает следующим образом:

при подаче питания мост выпрямляет его, и оно идет на ключи, на которых с помощью обмоток создаются противофазные напряжения;
одновременно с ними включается генератор, который вырабатывает импульсы и запускает драйвер;
ключи, включаясь попеременно, обеспечивают бесперебойную работу устройства через цепь обратной связи;
на выходной обмотке возникает переменное напряжение, выпрямляемое мостом или 1-2 диодами вместе с электролитическими конденсаторами;
далее в цепи стоит стабилизатор тока, к которому подключают светодиоды.

Характеристики и отличия от блоков питания led ленты

Нельзя применить вместо преобразователя простой БП, рассчитанный на те же напряжение и ток. Хотя оба устройства (драйвер и блок led ленты) выполняют почти одну и ту же функцию – существенные различия есть.

Простой БП преобразует напряжение и выдает постоянный ток. Элементы ленты, подключаемые к нему, состоят из светодиода и резисторов. Таких узлов в ленте может быть много.

Управлять свечением полупроводника трудно, т. к. оно зависит от изменения величины тока, а он в данном узле постоянный. Для увеличения или изменения яркости в светодиодной ленте придется одновременно регулировать все резисторы, а это нереально.

Драйвер является стабилизатором тока. Светодиоды подключены к нему последовательно. Поскольку в любой стабилизатор можно вставить регулирующий элемент, то яркость полупроводников получится свободно менять. Для этого следует лишь поднять или опустить общую величину силы тока.

Сборочный процесс

В первую очередь люминесцентную лампу надо разобрать. Нас в этой конструкции интересует цоколь с отражателем. Именно здесь расположены все необходимые детали, которые объединены в электрическую схему, включающую лампу. Разбирать ее надо аккуратно, не повредив тех самых деталей.

Обратите внимание, что сама схема КЛЛ для светодиодного светильника не подходит. Поэтому ее надо разобрать. Из цоколя нам пригодится предохранитель, его вытаскивать их схемы нет необходимости. Далее, пригодится и диод, кстати, его марка 1N4007. В новую схему придется добавить любой электролит, главное, чтобы его напряжение не было ниже 50 вольт, а емкость не меньше 100 мкФ. И еще одна деталь пригодиться – это конденсатор емкостью 1 мкФ напряжением 630 вольт.

Конечно, понадобятся сами светодиоды. Их можно взять из светодиодной ленты, которая разрезается на участки, включающих в себя по три светодиода. Такой отрезок питается от напряжения 12 вольт. В общем, понадобиться четыре отрезка светодиодной ленты.

На рисунке ниже показана схема сборки всех деталей.

Чтобы они в самом цоколе не болтались, необходимо их прикрепить, используя любой клеевой состав. Лучше чтобы это был супер-клей. А вот под куски светодиодной ленты нужно соорудить каркас. В принципе, это может быть любой легко гнущийся плотный материал. Идеально, если это не будет металл или любой другая токопроводящая конструкция.

Опытные мастера для таких дел используют пенокартон, потому что он легко поддается обработке. Его необходимо свернуть в трубочку так, чтобы диаметр наращиваемой конструкции был чуть меньше диаметра цоколя. Это делается для того, чтобы пенокартон вошел в цоколь, где его также приклеивают.

Обратите внимание, что самодельная светодиодная лампа на 220 вольт – это цоколь и основа под куски светодиодной ленты. То есть, получается так, что отрезки ленты будут приклеены к пенокортону снаружи. Это и будет светящаяся часть самой лампы.

На схеме выше четко видно, что отрезки ленты соединены последовательно. Но в конструкции они будут располагаться одна над другой. Кстати, увеличить число отрезков (уровней) можно без проблем. Просто придется подбирать конденсатор и электролит под мощность всего светильника, увеличивая емкость.

Изготовление драйвера для светодиодов своими руками

Если в наличии пользователя есть несколько полупроводниковых кристаллов или линейка подсветки из старого телевизора, он может самостоятельно сделать источник тока для них.

Для этого следует приобрести приборы и детали или выпаять радиоэлементы из старой аппаратуры. Часто КПД устройств, сделанных своими руками, намного выше, чем у промышленных образцов.

Материалы и инструменты для работы

Для самодельного простого драйвера потребуются:

конденсаторы: простой 0,27 мкф на 400 V и 2 электролитических 500×16 V и 100×16 V;
резистор 500 кОм на 0,5 W;
4 диода или готовый мост на 220 V;
микросхема LM317;
паяльник мощностью 20-40 Вт;
флюс и припой (желательно типа ПОС);
пассатижи, кусачки, плоскогубцы;.
многожильные изолированные проводники из меди сечением 0,35-1 мм²;
трубка термоусадочная;
мультиметр или тестер;
изолента;
плата для распайки элементов.

Схемы простого драйвера для светодиода 1 Вт и мощного

Классический преобразователь представляет собой сочетание электронного делителя напряжения и микросхемы-стабилизатора. Первый узел состоит из 2 элементов (конденсатора 0,27 мкф и резистора 500 кОм), соединенных параллельно, к которым последовательно подключен мост из диодов, выдерживающих входное напряжение.

Для сглаживания пульсаций устанавливают 2 «электролита». Первый из них 500×16 V паяют сразу после моста. Затем монтируют стабилизатор тока. За ним второй конденсатор 100×16 V.

В качестве стабилизатора часто применяют микросхему L7812, но это не совсем правильное решение. Она является линейным устройством, регулирующим напряжение, и при изменении тока может сгореть.

Схема подключения

Лучше воспользоваться микросхемами LM317, LM338 или LM350, у которых есть защита от КЗ и перегрева. Питать их можно любым напряжением 5-35 V. К драйверу можно подсоединить 5-10 светодиодов.

Схема подключения проста:

плюс делителя идет на вход микросхемы (1 вывод);
общий провод через анод светодиода идет на минус радиодетали (среднюю ножку);
туда же через резистор, ограничивающий ток, подключен выход LM317 (3 контакт).

Установив вместо последнего элемента регулируемое сопротивление, можно изменять силу тока, т. е. яркость светодиодов в некоторых пределах.

Если нужно соорудить мощный прожектор, то драйвер придется модифицировать:

необходимо поднять питающее напряжение до 24 V;
установить стабилизатор с наибольшим током, а из предложенных микросхем только LM338 может выдавать 5А.

Ввиду большой силы тока следует установить ее на радиатор.

Как собрать и настроить драйвер?

В простом преобразователе для светодиодов мало элементов. Драйвер можно собрать на специальной плате, куске фанеры или провести навесной монтаж.

Устройство не требует наладки, если взять все указанные детали. Главное – правильно рассчитать резистор, ограничивающий ток.

Какие материалы потребуются для изготовления

Для сборки лампочки нужно купить следующие элементы конструкции:

корпус;
светодиоды (по отдельности или установленные на ленту);
выпрямительные диоды или диодный мост;
предохранители (если есть сгоревшая ненужная лампа, их можно снять с неё);
конденсатор. Емкость и напряжение должно соответствовать количеству чипов и электросхеме;
если придётся изготавливать каркас для установки чипов, необходимо приобрести теплоустойчивый материал, который не проводит ток. Металл не подойдёт, поэтому лучше купить плотный картон или прочный пластик.

Из инструментов для работы понадобятся плоскогубцы, паяльник, ножницы, держатель и пинцет. Также потребуются жидкие гвозди или клей для монтажа светодиодов в случае использования картона.

Нюансы драйвера без стабилизатора тока

Многие пользователи совсем не ставят микросхему или другой подобный узел. Но отсутствие трансформатора приводит к пульсации напряжения и тока.

Яркость светодиодов при этом тоже меняется. Частично проблему решает конденсатор, установленный после моста. Если стабилизатор не установлен, то минимальная величина пульсации составит 2-5 V.

Вариант c микросхемой позволит избавиться от проблемы. Поэтому драйвер, смонтированный своими руками, по степени пульсации не уступит зарубежным аналогам.

Выбор корпуса для лампы

С корпусом следует определиться еще до того, как выбрать схему. В данном случае можно воспользоваться несколькими вариантами:

цоколь от лампы накаливания;
самостоятельно изготовленное приспособление;
использование корпуса от галогеновой или энергосберегающей лампы.

Мастера предпочитают последний вариант, так как он самый простой.

Корпус энергосберегающей лампы

Изготавливать корпус для светодиодной лампы, сделанной своими руками, рекомендуется только в том случае, если у мастера достаточно опыта. В большинстве случаев берется часть конструкции от энергосберегающей лампы или накаливания. Перегоревшую лампочку следует разобрать и достать преобразовательную плату. Схема устанавливается одним из следующих способов:

Спрятать в цоколь. Подойдет крышка от пластиковой бутылки.
Поместить диоды в отверстия, проделанные под колбой в крышке.
Расположить схемы внутри цоколя. Этот вариант отличается повышенными характеристиками теплообмена. Здесь чипы подключены через уже имеющиеся отверстия.

Для размещения чипов достаточно вырезать круг из плотного картона или пластика. Если выполнить работу аккуратно, устройство будет иметь эстетичный внешний вид.

Цоколь с лампы накаливания

Некоторые мастера выбирают для установки схемы цоколь от лампы накаливания, так как он отличается важным преимуществом: после сборки у мастера не возникнет сложностей с закручиванием лампочки в патрон, что обеспечит теплообмен.

Рис.9 – цоколь лампы накаливания.

Цоколю от лампы накаливания свойственны и свои минусы. В готовом виде конструкция не будет иметь красивый внешний вид, также не удастся сделать качественную изоляцию.