в чем разница драйвер и блок питания
В чем отличие блока питания от драйвера и трансформатора?
В связи с переходом большинства потребителей на современное осветительное оборудование все более актуально получение измененного напряжения для их питания. Для этого могут использоваться различные преобразователи. Однако выходные параметры таких устройств, как и принцип их работы имеют некоторые различия. Для понимания принципов разделения в данной статье мы рассмотрим отличие блока питания от драйвера и трансформатора.
Блок питания
Под блоком питания подразумевается довольно обширный спектр электронных приборов, предназначенных для передачи пониженного выпрямленного напряжения от внешней сети к слаботочным потребителям. Как правило, блок питания состоит из понижающего трансформатора, который снижает привычные 220 В до нужного номинала. Затем передается на выпрямительный блок, преобразующий переменное напряжение в постоянное.
Пример работы блока питания приведен на рисунке ниже:
Рис. 1. Принцип работы блока питания
Современные модели содержат дополнительные блоки, повышающие эффективность агрегата, их применяют для питания:
Теоретически блок питания это универсальное устройство, которое может подходить сразу для нескольких целей. Однако на практике существует и узкая специализация, к примеру, компьютерные БП оснащаются системой принудительного охлаждения, поэтому блоки питания без куллера не подойдут для этих целей.
В каждом конкретном случае блок питания подбирается не только по назначению, но и должен учитывать номинал питающего напряжения и мощность запитываемой нагрузки. Напряжение блока питания должно точно соответствовать номиналу питаемого устройства, а мощность должна быть не меньше, желательно даже иметь определенный запас.
Классический блок питания обладает целым рядом преимуществ:
Однако вместе с тем блоки питания имеют большие габариты и вес, что усложняет их эксплуатацию в определенных местах, и относительно низкий КПД, так как значительная часть электрической энергии тратится на потери в стали.
Электронный трансформатор
Принцип действия электронного трансформатора схож с классическим – при подаче переменного напряжения на первичную обмотку, с его вторички снимается тоже переменное напряжение, но уже другого значения. Отличие заключается в том, что пониженное напряжение имеет совсем другую частоту и форму кривой, так как его искусственно создает генератор импульсов.
Пример схемы электронного трансформатора и принцип действия приведен на рисунке ниже:
Как видите, в нем напряжение питания от сети 220 В не подается на обмотки трансформатора, а использует диодный мост в качестве основного преобразователя с переменной электрической величины в постоянную. Затем сигнал подается на выходные транзисторы, выступающие в роли электронного ключа, которые производят генерацию импульсов определенного количества и частоты. Следует отметить, что частота от генератора импульсов может достигать нескольких десятков кГц, но затем подается на импульсный преобразователь, который представлен силовым трансформатором.
Импульсные трансформаторы или, как их еще называют, импульсные БП нашли широкое применение в питании люминесцентных ламп. Однако его расположение по отношению к питаемым приборам освещения должно выполняться в непосредственной близи, чтобы сократить потери, нагрузку в сетевых проводах и нагрев. В сравнении с трансформаторным БП, импульсный имеет ряд весомых преимуществ:
Но наряду с преимуществами импульсный блок имеет и некоторые недостатки. У электронного трансформатора куда более сложная схема, что влечет за собой снижение надежности. Если продешевить с моделью трансформатора, то выходной ток выдаст в сеть много импульсных помех, способных повлиять на работу смежного оборудования.
Драйвер
Применение драйвера вместо трансформаторного блока обусловлено особенностями работы светодиода, как неотъемлемого элемента современного осветительного оборудования. Все дело в том, что любой светодиод является нелинейной нагрузкой, электрические параметры которого меняются в зависимости от условий работы.
Как видите, даже при незначительных колебаниях напряжения произойдет существенное изменение силы тока. Особенно явно такие перепады ощущают мощные светодиоды. Также в работе присутствует температурная зависимость, поэтому от нагревания элемента снижается падение напряжения, а ток при этом возрастает. Такой режим работы крайне негативно сказывается на работе светодиода, из-за чего он быстрее выходит со строя. Подключать его напрямую от сетевого выпрямителя нельзя, для чего и применяются драйверы.
Особенность светодиодного драйвера заключается в том, что он выдает одинаковый ток с выходного фильтра, несмотря на размер, подаваемого на вход напряжения. Конструктивно современные драйверы для подключения светодиодов могут выполняться как на транзисторах, так и на базе микросхемы. Второй вариант приобретает все большую популярность за счет лучших характеристик драйвера, более простого управления параметрами работы.
Ниже приведен пример схемы работы драйвера:
Здесь на вход выпрямителя сетевого напряжения VDS1 поступает переменная величина, далее выпрямленное напряжение в драйвере передается через сглаживающий конденсатор C1 и полуплечо R1 — R2 на микросхему BP9022. Последняя генерирует серию импульсов ШИМ и передает ее через трансформатор на выходной выпрямитель D2 и выходной фильтр R3 — C3, применяемый для стабилизации выходных параметров. Благодаря введению дополнительных резисторов в схему питания микросхемы, такой драйвер может регулировать значение мощности на выходе и управлять интенсивностью светового потока.
В чем их различие и что лучше выбрать: подведем итог
И так, если говорить в общем, то и блок питания, и электронный трансформатор, и драйвер относятся к категории электрических преобразователей. Но, каждый из них имеет свое назначение в прикладной электронике. Исходя из теоретических рассуждений, они взаимозаменяемы, но большинство оборудования, для которых они предназначены, не будет работать с аналогичными устройствами или будет работать некорректно.
Для чего же можно использовать каждое из них:
В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов: теория и практика, всё что нужно знать
Примечание автора: «В сети есть достаточно большое количество информации о питании светодиодной продукции, но когда я готовил материал для этой статьи, нашел большое количество абсурдной информации на сайтах из топа выдачи поисковых систем. При этом наблюдается либо полное отсутствие, либо неправильное восприятие базовых теоретических сведений и понятий».
Содержание статьи
Источник тока и источник напряжения
Различают два основных типа источников питания:
Давайте рассмотрим их отличия.
У идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равняется нулю, при этом выходной ток может быть бесконечно большим. В реальности же дело обстоит иначе.
Для реального источника напряжения аварийным режимом работы является режим короткого замыкания. В таком режиме ток резко возрастает, его ограничивает только внутреннее сопротивление источника питания. Если источник питания не имеет защиты от КЗ, то он выйдет из строя
Так как целью источника тока является поддержание заданного уровня тока. Аварийным режимом работы для него является режим холостого хода.
Если объяснить причину простыми словами, то дело обстоит следующим образом: допустим, вы подключили к источнику тока с номинальным в 1 Ампер нагрузку сопротивлением в 1 Ом, то напряжение на его выходе установится в 1 Вольт. Выделится мощность в 1 Вт.
Если увеличить сопротивление нагрузки, скажем, до 10 Ом, то ток так и будет 1А, а напряжение уже установится на уровне 10В. Значит, выделится 10Вт мощности. И наоборот, если снизить сопротивление до 0.1 Ома, ток будет все равно 1А, а напряжение станет 0.1В.
Холостым ходом называется состояние, когда к выводам источника питания ничего не подключено. Тогда можно сказать, что на холостом ходу сопротивление нагрузки очень большое (бесконечное). Напряжение будет расти до тех пор, пока не потечет ток силой в 1А. На практике, для примера такой ситуации можно привести катушку зажигания автомобиля.
Напряжение на электродах свечи зажигания, когда цепь питания первичной обмотки катушки размыкается, растёт до тех пор, пока его величина не достигнет напряжения пробоя искрового промежутка, после чего через образовавшуюся искру протечет ток и рассеется энергия, накопленная в катушке.
Состояние короткого замыкания для источника тока не является аварийным режимом работы. При коротком замыкании сопротивление нагрузки источника питания стремится к нулю, т.е. оно бесконечно маленькое. Тогда напряжение на выходе источника тока будет соответствующим для протекания заданного тока, а выделяемая мощность ничтожно мала.
Перейдем к практике
Если говорить о современной номенклатуре или названиям, которые даются источникам питания в большей степени маркетологами, а не инженерами, то блоком питания принято называть источник напряжения.
Зарядное устройство для мобильного телефона (в них преобразование величин до достижения необходимого зарядного тока и напряжения осуществляется установленными на плате заряжаемого устройства преобразователями.
Блок питания для ноутбука.
Блок питания для светодиодной ленты.
Питание светодиодов
В начале статьи было упомянуто, что у светодиода весьма высокие требования к питанию. Дело в том, что светодиод питается током. Это связано с вольтамперной характеристикой всех полупроводниковых диодов. Взгляните на неё.
На картинке ВАХ диодов разных цветов:
Такая форма ветви (близка к параболе) обусловлена характеристиками полупроводников и примесей которые в них внесены, а также особенностей pn-перехода. Ток, когда напряжение, приложенное к диоду меньше порогового почти, не растёт, вернее его рост ничтожно мал. Когда напряжение на выводах диода достигает порогового уровня, через диод резко начинает расти ток.
Если ток через резистор растёт линейно и зависит от его сопротивления и приложенного напряжения, то рост тока через диод не подчиняется такому закону. И при увеличении напряжения на 1% ток может возрасти на 100% и больше.
Чтобы узнать причины этого подробнее нужно углубиться в курс “Физические основы электроники” и узнать о типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочих интересных вещах, но делать этого мы не будем, бегло эти вопросы мы рассматривали в статье о биполярных транзисторах.
В технических характеристиках пороговое напряжение обозначается, как падение напряжения в прямом смещении, для светодиодов белого свечения обычно около 3-х вольт.
С первого взгляда может показаться, что достаточно на этапе проектировки и производства светильника достаточно подобать токоограничивающие резисторы и выставить стабильное напряжения на выходе блока питания и всё будет хорошо. На светодиодных лентах так и делают, но их питают от стабилизированных источников питания, к тому же мощность применяемых в лентах светодиодах зачастую* мала, десятые и сотые доли Ватт.
Мощные светодиоды, которые и рекомендуется питать драйверами, греются достаточно сильно. Например, светодиод мощностью 1Вт нагревается до температуры выше 50 градусов за несколько 5-15 секунд работы без радиатора.
Если такой светодиод питается от драйвера, со стабильным выходным током, то при нагреве светодиода ток через него не возрастет, а останется неизменным, а напряжение на его выводах для этого немного снизится.
А если от блока питания (источника напряжения), после нагрева ток увеличится, от чего нагрев будет еще сильнее.
Блок питания в разобранном виде
Выбор драйвера: характеристики, подключение
Для правильного выбора драйвера нужно ознакомиться с его техническими характеристиками, основные это:
Номинальный выходной ток;
Минимальная мощность. Не всегда указывается. Дело в том, некоторые драйвера не запустятся если к ним подключена нагрузка меньше определенной мощности.
Часто в магазинах вместо мощности указывают:
Номинальный выходной ток;
Диапазон выходных напряжений в виде (мин.)В…(макс.)В, например 3-15В.
Количество подключаемых светодиодов, зависит от диапазона напряжений, пишется в виде (мин)…(макс), например 1-3 светодиодов.
Так как ток через все элементы одинаков при последовательном подключении, поэтому к драйверу светодиоды подключаются последовательно.
Параллельно светодиоды нежелательно (скорее нельзя) подключать к драйверу, потому что, падения напряжений на светодиодах могут немного различаться и один будет перегружен, а второй наоборот работать в режиме ниже номинального.
Подключать больше светодиодов, чем определено конструкцией драйвера не рекомендуется. Дело в том, что любой источник питания имеет определенную максимально допустимую мощность, которую нельзя превышать. А при каждом подключенном светодиоде к источнику стабилизированного тока напряжение на его выходах будет возрастать примерно на 3В (если светодиод белый), а мощность будет равняться как обычно произведению тока на напряжение.
Исходя из этого, сделаем выводы, чтобы купить правильный драйвер для светодиодов, нужно определиться с током, который потребляют светодиоды и напряжением, которое на них падает, и по параметрам подобрать драйвер.
Например этот драйвер поддерживает подключение до 12 мощных светодиодов на 1Вт, с током потребления в 0.4А.
Вот такой выдаёт ток в 1.5А и напряжение от 20 до 39В, значит к нему можно подключить, например светодиод на 1.5а, 32-36В и мощностью 50Вт.
Заключение
Драйвер – это один из типов блока питания, рассчитанный на обеспечение светодиодов заданным током. В принципе все равно как называют этот источник питания. Блоками питания называются источники питания для светодиодных лент на 12 или 24 Вольта, они могут выдавать любой ток ниже максимального. Зная правильные названия, вы вряд ли ошибетесь при приобретении товара в магазинах, и вам не придётся его менять.
Другие полезные материалы про современное светодиодное освещение:
Драйвер или блок питания для светодиодов?
Сегодня в продаже можно увидеть множество различных типов источников питания для светодиодов. Данная статья призвана облегчить выбор нужного вам источника.
Блок питания
Блок питания на основе трансформатора
Но давайте посмотрим, что будет, если перегрузить такой блок питания.
Имеется: трансформаторный блок питания с выходным напряжением 12 вольт и мощностью 10 ватт. Подключим к нему лампочку 12 вольт 5 ватт. Лампочка будет светиться на все свои 5 ватт и потреблять тока 5 / 12 = 0,42 А.
Подключим вторую лампочку последовательно к первой, вот так:
Импульсный блок питания
Драйвер
Итак, разницу между блоком питания и драйвером мы определили. Теперь рассмотрим основные типы драйверов для светодиодов, начиная с самых простых.
Резистор
Это простейший драйвер для светодиода. Выглядит как бочонок с двумя выводами. Резистором можно ограничить ток в цепи, подобрав нужное сопротивление.
Конденсаторная схема.
Сходна со схемой на резисторе. Недостатки те же. Возможно изготовить конденсаторную схему достаточной надежности, но при этом стоимость и сложность схемы сильно возрастут.
Микросхема LM317
Драйвер на микросхеме типа HV9910
Данный тип драйверов получил изрядную популярность благодаря простоте схемы, дешевизне комплектующих и небольших габаритах.
Драйвер с низковольтным входом
Сетевой драйвер
Применение драйверов на практике
Драйверы более оптимальны для подключения ленты, но найти такие специфические драйвера проблематично.
Подытоживая, можно сказать, что выбору драйвера для светодиодов нужно уделять не меньше, а то и больше внимания, чем светодиодам. Небрежность при выборе чревата выходом из строя светодиодов, драйвера, чрезмерным потреблением и другими прелестями 🙂
Юрий Рубан, ООО «Рубикон», 2010 г. Барнаул
В чем разница драйвер и блок питания
Драйвер или блок питания: в чем разница?
На сегодняшний день светодиоды – это один из самых популярных источников света. Несмотря на все их преимущества, они тоже не лишены недостатков. Основные из них – чувствительность к стабильности тока и плохая переносимость высоких температур эксплуатации. Эти недостатки требуют определенных решений для их компенсации, и использование драйвера – одно из них. Для того чтобы разобраться в отличиях драйвера от блока питания, приведем немного теории.
Источник тока или источник напряжения?
Блок питания – это общее наименование части устройства, отвечающей за подачу и регуляцию поступающей электроэнергии для питания устройства. Он может располагаться как отдельно снаружи, так и в корпусе самого устройства.
Драйвер – общее наименование специализированного коммутатора, регулятора или источника питания для определенных типов оборудования.
Источники питания глобально делятся на источники напряжения и источники тока. В чем их отличия?
Источник напряжения – это источник питания, для которого изменение входного тока не влияет на напряжение на выходе.
Идеальный источник напряжения отличается отсутствием внутреннего сопротивления, а его выходной ток может принимать бесконечно большое значение. В реальности, естественно, все выглядит несколько иначе.
Любой источник напряжения имеет внутреннее сопротивление того или иного значения. Поэтому при подключении мощной нагрузки с большим током потребления напряжение может отклоняться от номинального (величина отклонения соразмерна мощности нагрузки). Выходной ток в этом случае обуславливается внутренним устройством источника.
Источник тока – это такой источник питания, ток которого не меняется при изменении сопротивления подключенной нагрузки.
Основная цель источника тока – поддерживать заданный его уровень. Поэтому аварийный режим для него – режим холостого хода.
В режиме холостого хода к источнику питания не подключено никакой нагрузки. Для источника это означает, что ее сопротивление бексонечно велико. Он будет увеличивать напряжение в цепи до тех пор, пока по ней не потечет номинальный для источника питания ток. Хороший пример такой ситуации – свеча зажигания в автомобиле.
Когда цепь питания разомкнута, напряжение на электродах будет расти до тех пор, пока не достигнет величины напряжения пробоя, после чего в месте пробоя протечет ток, и накопленная в катушке энергия рассеется.
При этом состояние КЗ для источника тока аварийным или опасным не является. В таком режиме сопротивление нагрузки бесконечно мало, и соответственно напряжение на выходе источника также будет исчезающе маленьким, как и выделяемая мощность.
Вернемся к практике
Относительно современной номенклатуры и названий, блоком питания принято называть источник напряжения.
К ним можно отнести:
Во вступительной части статьи нами было сказано, что требования светодиода к питанию довольно специфичны и строги. Обусловлено это тем, что светодиод питается током. Это, в свою очередь, связано с вольтамперной характеристикой полупроводниковых диодов.
На картинке приведены ВАХ диодов различных цветов:
Похожая на параболу форма ветвей является следствием характеристик полупроводников и наличествующих в них примесей, и, кроме того, особенностей pn-перехода. Пока приложенное к диоду напряжение ниже порогового, ток практически не растет. По достижении порогового значения напряжения значение тока начинает резко увеличиваться.
В случае, если ток через резистор увеличивается линейно в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения, увеличение тока в диоде этому закону подчиняться уже не будет. В такой ситуации увеличение напряжения на 5% может дать увеличение тока в 500%. Помимо прочего, если в металлах сопротивление при нагреве увеличивается, то у полупроводников оно падает, а ток начинает расти. Причины такого поведения кроются в физических основах электроники, а конкретно типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочем. Подробнее эти вещи будут затронуты нами в будущих статьях.
В технических характеристиках диодов пороговое напряжение обычно обозначают как падение напряжения в прямом смещении. Для светодиодов с белым светом свечения оно чаще всего составляет приблизительно 3 вольта.
Казалось бы, эту проблему можно решить на стадии проектирования светильника – установив правильные токоограничивающие резисторы и выставив стабильное напряжение на выходе блока питания. Именно так и проектируются светодиодные ленты, однако разница в том, что питают их от стабилизированных источников питания, и мощность применяемых в лентах светодиодов сравнительно мала и составляет десятые и сотые доли ватт. Конечно, и для этого правила существуют исключения, но подробнее виды светодиодов мы рассмотрим позднее.
Мощные же светодиоды, для которых и рекомендовано осуществлять питание через драйвер, нагреваются во время работы довольно значительно. Светодиод мощностью в 1Вт может нагреться до 50 градусов менее чем за 15 секунд при отсутствии радиатора.
Если такой мощный светодиод работает от драйвера со стабильным выходным током, то при нагреве ток на нем возрастать не будет, а для компенсации изменения сопротивления напряжение на его выходах несколько снизится. В случае работы от источника напряжения (блока питания), то после нагрева ток увеличится, что приведет к еще большему нагреву.
Известно, что к части драйверов можно подключать более одного светодиода. Светодиоды к драйверу подключаются последовательно, т.к. ток через все элементы при таком подключении одинаков. Подключать светодиоды параллельно нельзя, т.к. падения значений напряжения на светодиодах могут несколько различаться, и в результате один из светодиодов будет перегружен, а второй работать в режиме ниже номинального.
Подключать большее количество светодиодов, чем указано в спецификации, не рекомендуется. Это обусловлено тем, что любой источник питания (и драйвер в том числе) имеет максимально допустимую мощность. Каждый следующий подключенный светодиод будет увеличивать напряжение на выходах драйвера. Учитывая, что общая мощность равна току, помноженному на напряжение, рано или поздно она будет превышена.
Драйвер – это тот же блок питания, предназначенный для обеспечения подключенного к нему элемента заданным током. Строго говоря, сами названия «блок питания» и «драйвер» были разработаны скорее маркетологами, чем инженерами, и потому нет особой разницы в том, что и как называть. Главное – обращать внимание на тип источника питания и выбирать его в соответствии с вашими задачами. В большинстве светильников, находящихся в продаже, драйвер для управления питанием уже включен в комплект поставки, однако при его отсутствии вы будете знать, по каким принципам осуществлять его выбор.