Проблемы питания силовых светодиодов

Сейчас получили распространение разнообразные осветительные устройства, построенные на основе светодиодов. Действительно, светодиод обладает высоким КПД в смысле высокой светоотдачи при небольшом расходе энергии. Однако подключение светодиода к источнику питания сопряжено с некоторыми сложностями. Причина этому в том, что светодиод хорошо работает при строго определенном напряжении питания. Увеличение напряжения на несколько процентов приводит к росту тока в разы, нагреву и выгоранию светодиода. При пониженном напряжении светодиод просто не вырабатывает достаточно света.

Дешевые светодиодные фонари содержат батарейку и несколько светодиодов, соединенных так, чтобы их рабочее напряжение соответствовало напряжению батареи. Но по мере разряда батареи напряжение несколько снижается, и фонарик перестает работать. Такие фонари расходуют батарею на менее чем 30% ее реальной емкости, что сводит на нет энергоэкономию светодиода.

В других устройствах используется резистор последовательно со светодиодами. Так светодиоды работают получше, но на резисторе выделяется дополнительная мощность, соизмеримая с мощностью светодиодов. Кроме того, чем больше сопротивление резистора, тем лучше работают светодиоды, но тем больше потери.

Идеально питать светодиод от источника тока. Источник тока должен отдавать в нагрузку (цепочку светодиодов) заданный ток, вне зависимости от напряжения источника питания.

Кстати, у светодиодов довольно большой разброс рабочих напряжений, так что включать светодиоды параллельно не рекомендуется. При параллельном включении нормально будет работать только один светодиод, остальные будут светить с сильно меньшей интенсивностью.

Источник непрерывного действия питания для светодиодов

Приведенная схема позволяет изготовить небольшой светильник в автомобиль. Она питается напряжением 12.5 - 18 вольт, отдает в нагрузку (на светодиоды) стабильно 30 мА.

Микросхема D1 - интегральный последовательный стабилизатор напряжения на 3 вольта с низким падением напряжения. КР1158ЕН3.

Резистор R1 - 100 Ом.

Конденсатор C1 - 0.1 мкФ в соответствии с рекомендациями производителя микросхемы.

Светодиоды - три штуки 3 В, 30 мА, соединенные последовательно. 

Простой импульсный источник питания для светодиода

Если есть необходимость питать несколько светодиодов от низковольтного источника и серьезные требования по энергоэффективности, то лучше применять импульсную схему.

Приведенная схема используется мной для питания трех светодиодов по три вольта 30 мА от батарейки Крона. Получился простой и безопасный аналог керосиновой лампы. Устройство не коптит и не опасно с точки зрения пожара, а светит, на мой не подкованный взгляд ничуть не хуже.

Сила тока, формируемого схемой зависит от напряжения, но с учетом того, что в процессе разряда напряжение на батарейке меняется на 10 - 15%, яркость тоже меняется на 10 - 15%, что я считаю приемлемым.

Схема разработана на основе блокинг генератора. Пожалуйста, ознакомьтесь с принципом его работы.

Резистор R2 - 150 Ом, Конденсатор C1 - 1 мкФ не полярный

Резистор R1 - 1 кОм

R1, R2, C1 необходимо подбирать для получения нужной частоты и длительности импульсов. У меня импульсы следуют с частотой 3 кГц. Длительность импульсов 100 мкс. На такой режим работы рассчитана катушка индуктивности.

Подбором резистора R1 добиваемся нужного тока через светодиоды.

Диод VD1 - маломощный детекторный, например, КД510

Диод VD2 - HER208. Можно использовать более низковольтные, рассчитанные на ток до 100 мА.

Конденсатор C2 - электролитический 1000 мкФ 16 вольт.

Трансформатор - намотан на сердечнике Ш10х10 из феррита M2000HM с зазором 0.05. Обмотка 1 - содержит 30 витков провода 0.1 мм (можно и тоньше). Обмотка 2 - 30 витков провода 0.25 мм.

Транзисторы VT1, VT2 - КТ503 с любыми буквенными индексами.

Стабилитрон VD3 - 22 вольта 1 Вт

Транзистор VT2 и стабилитрон VD3 предназначены для защиты схемы в случае обрыва светодиода. В принципе их можно не ставить, но тогда в случае прекращения тока через светодиоды, вся схема будет выгорать, так как напряжение на выходе, а значит, на транзисторе VT1 быстро превысит допустимые значения. Если же схема защиты собрана, то в случае превышения напряжения на транзисторе VT1 свыше 22 вольт, генерация прекратится, и схема перейдет в режим ожидания.

Наладка устройства производится следующим образом. Сначала вместо светодиодов подключается резистор на 300 Ом. На нем должно сформироваться напряжение 9 вольт. Добиваемся этого подбором резистора R1. Теперь можно включать светодиоды.

Источник тока реализован по классической обратноходовой схеме. Когда транзистор открыт в катушке индуктивности накапливается энергия. Накопленная энергия пропорциональна напряжению, приложенному к катушке. Когда транзистор закрывается, напряжение на катушке меняет знак, и накопленная энергия заряжает конденсатор C2. От конденсатора питаются светодиоды. Энергия, рассеиваемая светодиодами, пропорциональна току через них. Таким образом, в равновесном состоянии ток через светодиоды линейно зависит от напряжения питания, что нам и надо.