Балластный драйвер для светодиодных ламп и светильников

Как правильно построить схему драйвера для светодиода при запи­тывании его от сети? Онлайн калькулятор по расчёту элементов балластного преобразователя

Светодиодная лампа постепенно, но уверенно приходит на смену люминесцентной лампе, которая сама, казалось бы, ещё совсем недавно заместила собой повсеместно употребляемую "лампочку Ильича".

К основным преимуществам светодиодных источников света относятся: высокая экономичность, моментальный выход на рабочий режим, отсутствие содержания паров ртути, а также излучения ультрафиолета после выгорания люминофора внутри колбы.

Довольно часто драйверы для питания светодиодов от сети базируются на использовании специализированных микросхем и импульсных трансформаторов.

Однако значительно более простые и дешёвые балластные драйверы также имеют у производителей заслуженную популярность и, похоже, пока не собираются сдавать своих позиций.

Для примера на Рис.1 приведены схемы двух фабричных драйверов для линейки последовательно включённых светодиодов. Подобные схемы, как правило, практически идентичны, за исключением, разве что некоторых нюансов.

Рис.1 Схемы сетевых драйверов для светодиодных ламп, продаваемых на Алиэкспресс

Драйверы для светодиодных ламп, изготавливаемых нашими китайскими коллегами, не являются образцом показательной безупречности. Они зачастую выдают ток более высокий, чем необходимо для используемого типа светодиодов, что неизбежно приводит к сокращению срока службы изделия. Однако главным их недостатком является коэффициент пульсаций освещённости, который, как правило, превышает 40% и даже близко не укладывается в требования СНиП (от 10 до 20% в зависимости от предназначения помещения).

Так что давайте изобразим немного откорректированную схему балластного драйвера для питания светодиодов, а также онлайн калькулятор для корректного расчёта номиналов его элементов.

Рис.2 Схема сетевого балластного драйвера для светодиодных ламп и светильников

Конденсатор С1 для переменного тока представляет собой реактивное и не потребляющее энергию сопротивление Хс, величина которого определяется по формуле: X_C = 1 / (2πFC), где F – частота сети (50 Гц), а С – ёмкость конден­сатора С1. Именно величина ёмкости этого конденсатора (при соответствующем выборе номиналов резисторов) оказывает основное влияние на ток, протекающий через светодиоды.

Резистор R1 предназначен для разрядки конденсатора С1 после отключения драйвера от сети, а R2 – для ограничения импульсного броска тока при включении. Этот резистор повышает надёжность драйвера, так как в начальный момент подачи напряжения конденсаторы представляют собой практически КЗ, и токи через диоды выпрямительного моста могут превысить допустимые значения. Номинал резистора R2 оптимально выбрать исходя из величины: R2 ≈ 0,025X_C1.
Такого же номинала выберем и резистор R4, предназначенный для снижения пульсаций напряжения на светодиодах. От этих резисторов также зависит ток, протекающий через светодиоды, однако при таких относительно низких номиналах их влияние будет несущественным.

Для достижения приемлемого по требованиям СНиП коэффициента пульсаций, номинал ёмкости конденсатора С2 необходимо выбрать, исходя из соотношения: C2 = 20*C1.

В разнообразных источниках приводится одна и та же формула, определяющая ток через линейку светодиодов в зависимости от номиналов элементов драйвера: I_Led = (220 - U_Led) / X_C1.
Эта формула верна исключительно при отсутствии сглаживающего конденсатора С2, однако в случае его наличия, даёт приемлемую точность исключительно при низких величинах U_Led, в то время как при U_Led > 100 В, погрешность расчёта может превышать 50%.
Поэтому приведём откорректированную формулу, лишённую этого недостатка, а заодно учитывающую влияние резисторов R2 и R4: I_Led ≈ (220 - U_Led/1.41) / (X_C1 + R2 + R4).

А теперь обещанный онлайн калькулятор:

Расчёт сетевого (220 вольт) бестрансформаторного драйвера для светодиодов

U_Led – это сумма падений напряжений на каждом из светодиодов при заданном токе.
I_Led – это ток, который не должен превышать, а ещё лучше – быть процентов на 15...20 меньше, чем максимально допустимый постоянный ток, приведённый в характеристиках светодиода.

Суммарное напряжение на светодиодах ULed (В)
Ток через светодиоды ILed (мА)
Ёмкость конденсатора С1 (МкФ)
Сопротивление резисторов R2 и R4 (Ом)
Мощность, рассеиваемая на R2 и R4 (Вт)
Ёмкость конденсатора С2 (МкФ)

Все конденсаторы и выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на напряжение – не менее 400 вольт.