Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Практическая электроника, Все про светодиоды » Схемотехника блоков питания для светодиодных лент и не только
Количество просмотров: 345793
Комментарии к статье: 6


Схемотехника блоков питания для светодиодных лент и не только


Светодиоды заменяют таким типы источников света, такие как люминесцентные лампы и лампы накаливания. Практически в каждом доме уже есть светодиодные лампы, они потребляют гораздо меньше двух своих предшественников (до 10 раз меньше чем лампы накаливания и от 2 до 5 раз меньше, чем КЛЛ или энергосберегающие люминесцентные лампы). В ситуациях, когда необходим длинный источник света, или нужно организовать подсветку сложной формы в ход идёт светодиодная лента.

Блоки питания светодиодных лент

Led лента идеальна для целого ряда ситуаций, главное её преимущество перед отдельными светодиодами и светодиодными матрицами являются источники питания. Их легче найти в продаже почти в любом магазине электротоваров, в отличие от драйверов для мощных светодиодов, к тому же подбор блока питания осуществляется только по потребляемой мощности, т.к. подавляющее большинство светодиодных лент имеют напряжение питания в 12 Вольт.

Светодиодная лента

В то время как для мощных светодиодов и модулей при выборе источника питания нужно искать именно источник тока с требуемой мощностью и номинальным током, т.е. учитывать 2 параметра, что усложняет подбор.

В этой статье рассмотрены типовые схемы блоков питания и их узлы, а также советы по их ремонту для начинающих радиолюбителей и электриков.

Содержание статьи

Типы и требования к источникам питания для светодиодных лент и 12 В led ламп

Основное требование к источнику питания как для светодиодов, так и для светодиодных лент – качественная стабилизация напряжения/тока, вне зависимости от скачков сетевого напряжения, а также низкие выходные пульсации.

Источник питания для светодиодной ленты

По типу исполнения блоки питания для LED продукции различают:

  • Герметичные. Они сложнее в ремонте, корпус не всегда поддаётся аккуратной разборке, а внутри и вовсе может быть залит герметиком или компаундом.

  • Негерметичные, для применения в помещении. Лучше поддаются ремонту, т.к. плата изымается после откручивания нескольких винтов.

По типу охлаждения:

  • Пассивное воздушное. Блок питания охлаждается за счёт естественной конвекции воздуха через перфорацию его корпуса. Недостаток – невозможность достигнуть высоких мощностей сохранив массогабаритные показатели;

  • Активное воздушное. Блок питания охлаждается с помощью кулера (небольшого вентилятора, как устанавливают на системных блоках ПК). Такой тип охлаждения позволяет достичь большей мощности при аналогичных размерах с пассивным блоком питания.

Светодиодная лента

Схемы блоков питания для светодиодных лент

Стоит понимать, что нет в электронике такого понятия как «блок питания для светодиодной ленты», в принципе к любому устройству подойдёт любой блок питания с подходящим напряжением и током большим чем потребляемый прибором. Это значит, что информация описанная ниже применима к практически любым блокам питания.

Однако в обиходе проще говорить о блоке питания по его предназначению для конкретного устройства.

Общая структура импульсного блока питания

Для питания светодиодных лент и другой техники последние десятилетия применяются импульсные блоки питания (ИБП). Они отличаются от трансформаторных тем, что работают не на частоте питающего напряжения (50 Гц), а на высоких частотах (десятки и сотни килогерц).

Поэтому для его работы нужен генератор высокой частоты, в дешевых и рассчитанных на малые токи (единицы ампер) блоках питания часто встречается автогенераторная схема, она применяется в:

  • электронных трансформаторах;

  • электронных балластах для люминесцентных ламп;

  • зарядных устройствах для мобильного телефона;

  • дешевых ИБП для светодиодных лент (10-20 вт) и других устройствах.

Схему подобного блока питания можно увидеть на рисунке (для увеличения нажмите на картинку):

Схема блока питания

Его структура следующая:

1. Голубым цветом выделен диодный мост, стоящий на входе блока питания он выпрямляет входное переменное напряжение, для питания следующих узлов постоянным напряжением величиной 220*1.41=310 В. В случае поломки – проверьте наличие и величину напряжения ДО моста и ПОСЛЕ него, если оно отсутствует – потребуется замена диодов или моста, если он собран в отельном корпусе.

На схеме не указан, но по линии 220 В может присутствовать предохранитель или низкоомный резистор, прежде чем приступать к ремонту проверьте его целостность.

2. Коричневым обведен фильтр пульсаций, его главным элементом является C4 – электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от того, насколько сэкономил производитель, обычно до 220 мкФ на 400 Вольт. L1 – фильтр пульсаций и электромагнитных помех, которые возникают при работе импульсного блока питания. В большинстве дешевых блоков питания он отсутствует.

Частая проблема фильтра – высыхание, взрыв или вздутие электролитического конденсатора, приводит к некачественной работе всего импульсного блока питания в целом или его полной неработоспособности. Заменить его можно таким же и большей ёмкости, но подходящим по размеру.

3. Зеленым цветом выделена силовая часть VT1 силовой транзистор, в данном случае полевой, но может быть и биполярный. T1 – импульсный трансформатор с тремя обмотками: первичной, вторичной и базовой.

Третья обмотка необходима для генерации высокочастотных колебаний – если интересен принцип работы автогенераторного блока питания лучше прочитать книги Моина, Зиновьева и другие учебники по источникам питания импульсного типа.

Импульсные трансформаторы гораздо меньше по габаритам, чем сетевые, опять же из-за работы на высоких частотах и выполнены не из железа, а из феррита. Чаще всего выходит из строя силовой ключ.

Проверка транзисторов
Схема проверки транзисторов
Схема проверки транзисторов
Схема проверки транзисторов

Прозвоните транзистор мультиметром в режиме проверки диодов, и вы сразу обнаружите его пробой или обрыв. Остальные элементы – это обвязка этого узла, по отдельности редко выходит из строя, в основном вслед за силовым транзистором. Однако всегда стоит убедиться в соответствии номинальным значениям резисторов и конденсаторов.

Диоды в обвязке трансформатора VD7 и VD5 выполняют роль снаббера защищая цепи от всплесков противо-ЭДС, в моменты переключения транзистора. Являются тоже довольно нагруженным и ответственным узлом.

4. Красным цветом выделена цепочка обратной связи по напряжению на базе регулируемого стабилитрона TL431 и их аналогов (любые буквы в обозначении с цифрами «431»). Дополнительная информация про TL431: Легендарные аналоговые микросхемы

В состав ОС включена оптопара U1, с её помощью в силовую часть автогенератора поступает сигнал с выхода и поддерживается стабильное выходное напряжение. В выходной части может отсутствовать напряжение из-за обрыва диода VD8, часто это сборка Шоттки, подлежит замене. Также часто вызывает проблемы вздутый электролитический конденсатор C10.

Схема блока питания

Как вы видите всё работает с гораздо меньшим количеством элементов, надёжность соответствующая…

Подборка материалов про виды, устройство и схемы светодиодных лент:

Какие бывают виды светодиодных лент

Как устроены и работают RGB-ленты

Как устроены и работаю ленты с адресными светодиодами

Как определить мощность светодиодной ленты

Ремонт светодиодных лент:

Наиболее распространенные неисправности и советы по ремонту светодиодных лент

Более дорогие блоки питания

Схемы, которые вы увидите ниже часто встречаются в блоках питания для светодиодных лент, DVD-проигрывателей, магнитол и других маломощных устройств (десятки Ватт).

Прежде чем перейти к рассмотрению популярных схем, ознакомьтесь со структурой импульсного блока питания с ШИМ-контроллером.

Структурная схема импульсного блока питания с ШИМ-контроллером

Верхняя часть схемы отвечает за фильтрацию, выпрямление и сглаживание пульсаций сетевого напряжения 220, по сути аналогична как в предыдущем типе, так и в последующих.

Самое интересное – это блок ШИМ, сердце любого достойного блока питания. ШИМ-контроллер – это устройство управляющие коэффициентом заполнения импульсов выходного сигнала на основании уставки, определенной пользователем или обратной связи по току или напряжению. ШИМ может управлять как мощностью нагрузки с помощью полевого (биполярного, IGBT) ключа, так и полупроводниковым управляемым ключом в составе преобразователя с трансформатором или дросселем.

Изменяя ширину импульсов при заданной частоте – вы изменяете и действующее значение напряжение, сохраняя при этом амплитудное, вы можете проинтегрировать его с помощью C- и LC-цепей для устранения пульсаций. Такой метод называется Широтно-Импульсное Моделирование, то есть моделирование сигнала за счёт ширины импульсов (скважности/коэффициента заполнения) при постоянной их частоте.

На английском языке это звучит, как PWM-controller, или Pulse-Width Modulation controller.

Биполярный ШИМ

На рисунке изображен биполярный ШИМ. Прямоугольные сигналы – это сигналы управления на транзисторах с контроллера, пунктиром изображена форма напряжения в нагрузке этих ключей – действующее напряжение.

Более качественные блоки питания малой средней мощности часто построены на интегральных ШИМ-котроллерах со встроенным силовым ключом. Преимущества перед автогенераторной схемой:

  • Рабочая частота преобразователя не зависит ни от нагрузки, ни от напряжения питания;

  • Более качественная стабилизация выходных параметров;

  • Возможность более простой и надежной настройки рабочей частоты на этапе проектирования и модернизации блока.

Ниже будут расположены несколько типовых схем блоков питания (для увеличения нажмите на картинку):

Схема блока питания

Здесь RM6203 – и контроллер и ключ в одном корпусе.

Еще одна схема

В этой схеме используется внешний MOSFET ключ.

Схема

То же самое, но на другой микросхеме.

Обратная связь осуществляется с помощью резистора, иногда оптопары подключенной к входу с названием Sense (датчик) или Feedback (обратная связь). Ремонт таких блоков питания в общем аналогичен. Если все элементы исправны, и напряжение питания поступает на микросхему (ножка Vdd или Vcc), значит дело скорее всего в ней, более точно можно определить с помощью осциллографа просмотрев сигналы на выходе (ножка drain, gate).

Практически всегда заменить такой контроллер можно любым аналогом с подобной структурой, для этого нужно сверить datasheet на тот, что установлен на плате и тот, что у вас в наличии и впаять, соблюдая распиновку, как это изображено на следующих фотографиях.

Фотография

Или вот схематически изображена замена подобных микросхем.

Пример замены микросхемы

Мощные и дорогие блоки питания

Блоки питания для светодиодных лент, а также некоторые блоки питания для ноутбуков выполняются на ШИМ-контроллере UC3842.

Схема блока питания на ШИМ-контроллере UC3842

Схема более сложная и надежная. Основным силовым компонентом является транзистор Q2 и трансформатор. При ремонте нужно проверить фильтрующие электролитические конденсаторы, силовой ключ, диоды Шоттки в выходных цепях и выходные LC-фильтры, напряжения питания микросхемы, в остальном методы диагностики аналогичны (смотрите также - Как проверить микросхему).

Однако более подробная и точная диагностика возможна лишь с использованием осциллографа, в противном случае – проверьте короткие замыкания платы, пайку элементов и обрывы дороже. Может помочь замена подозрительных узлов на заведомо рабочие.

Более совершенные модели источников питания для светодиодных лент выполнены на практически легендарной микросхеме TL494 (любые буквы с цифрами «494») или её аналоге KA7500. Кстати на этих же контроллерах построено большинство компьютерных блоков питания AT и ATX

Вот типовая схема блока питания на этом ШИМ-контроллере (нажмите на схему):

Типовая схема китайского блока питания светодиодных лент

Такие блоки питания отличаются высокой надёжностью и стабильностью работы.

Китайский блок питания

Краткий алгоритм проверки:

1. Запитываем микросхему согласно распиновки от внешнего источника питания 12-15 вольт (12 ножка – плюс, а на 7 ножку – минус).

2. На 14 ножки должно появиться напряжение 5 Вольт, которое будет оставаться стабильным при изменении питания, если оно «плавает» - микросхему под замену.

3. На 5 выводе должно быть пилообразное напряжение «увидеть» его можно только с помощью осциллографа. Если его нет или форма искажена – проверяем соответствие номинальным значениям времязадающей RC-цепи, которая подключена к 5 и 6 выводам, если нет – на схеме это R39 и C35, их под замену, если после этого ничего не изменилось – микросхема вышла из строя.

4. На выходах 8 и 11 должны быть прямоугольные импульсы, но их может не быть из-за конкретной схемы реализации обратной связи (выводы 1-2 и 15-16). Если выключить и подключить 220 В, на какое-то время они там появятся и блок снова уйдёт в защиту – это признак исправной микросхемы.

5. Проверить ШИМ можно закоротив 4 и 7 ножку, ширина импульсов увеличится, а закоротив 4 на 14 ножки – импульсы исчезнут. Если у вас получились другие результаты – проблема в МС.

Это наиболее краткая проверка данного ШИМ-контроллера, о ремонте блоков питания на их основе есть целая книга «Импульсные блоки питания для IBM PC».

Хоть и посвящена она компьютерным блоками питания, но там много полезной информации для любого радиолюбителя.

Вывод

Схемотехника блоков питания для светодиодных лент аналогична любым блокам питания с подобными характеристиками, довольно хорошо поддаётся ремонту, модернизации и перестройки на необходимые напряжения, разумеется, в разумных пределах. 

Алексей Бартош

Смотрите также у нас на сайте: 

Схемы блоков питания переносных электронных устройств

Что такое импульсный блок питания и чем он отличается от обычного аналогового

Советы по ремонту импульсных блоков питания

Видеозаписи процесса ремонта различной бытовой техники

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Все про светодиоды

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Питание светодиодных лент
  • Как подобрать блок для светодиодной ленты
  • Чем отличается блок питания для светодиодных ламп и электронный трансформат ...
  • Блоки питания для светодиодных лент
  • Как рассчитать и выбрать блок питания для светодиодной ленты 12В
  • Как подключить светодиодную ленту
  • Как выбрать блок питания для светодиодов
  • Что такое шим контроллер, как он устроен и работает, виды и схемы
  • Что такое импульсный блок питания и чем он отличается от обычного аналогово ...
  • Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера
  • Категория: Практическая электроника, Все про светодиоды

    Светодиодные ленты, Осциллографы, Светодиодные лампы, Led ленты, Широтно-импульсная модуляция, Ремонт и диагностика, Блоки питания, Микросхемы, Драйверы для светодиодов, Схемы светодиодных лент, Источники питания

      Комментарии:

    #1 написал: Виктор |

    Спасибо. Только ШИМ - широтно импульсная МОДУЛЯЦИЯ, а не моделирование.

      Комментарии:

    #2 написал: Владимир. |

    Народ статья и схемы интересные, но можно можно обойтись проще сейчас при наличии ноутбуков стационарные компы и системный блоки становятся не нужными чтобы не выбрасывать нужно демонтировать блок питания из системника и если он  рабочий то можно использовать для питания светодиодных лент вычеслив выводы 12 вольт из косы, а именно жёлтый и чёрный провода, замкнув между собой чёзный и зелёные провода для запуска БП.  

    Так я использую пять БП для свето диодных лент по квартире, место где разместить БП всегда найдётся, а провода для питания и выход 12 вольт можно нарастить.

      Комментарии:

    #3 написал: Леонид Дробышев |

    Основной проблемой светодиодных ламп является проблема потребления емкостной реактивной мощности и искажения тока, потребляемого светодиодными светильниками. Мощность отдельного светильника регулируется электронными драйверами, питающими отдельные цепочки светодиодов. Поскольку однофазный переменный ток представляет собой первичный источник питания для светодиодных уличных светильников, драйверы светодиодов переменного и постоянного тока необходимы для обеспечения хорошей производительности и соответствия нормативным требованиям (эффективность, номинальный срок службы, инжекция гармоник, диммирование и отсутствие мерцания). Поскольку ступень коррекции коэффициента мощности является обязательной, для драйверов переменного и постоянного тока существуют разные топологии (двухступенчатая и трехступенчатая). Первый этап отвечает за коррекцию коэффициента мощности, а второй этап отвечает за регулирование тока, подаваемого светодиодами. Иногда двухступенчатое решение для драйверов светодиодов переменного и постоянного тока не может обеспечить надлежащее управление прямым током каждого светодиода в сложных схемах светодиодов. 

      Комментарии:

    #4 написал: Николай |

    Схемотехника блоков питания для светодиодных лент обычно включает трансформатор для преобразования напряжения, мостовую выпрямительную схему для преобразования переменного тока в постоянный, фильтры для сглаживания и стабилизации напряжения. Для защиты от перенапряжения и короткого замыкания используют предохранители и защитные диоды. Различные блоки питания могут иметь разные характеристики, такие как выходное напряжение и максимальный ток, чтобы соответствовать потребностям светодиодных лент. Конструкция блоков питания должна быть надежной и безопасной для долговременной работы светодиодных лент. Рекомендуется использовать сертифицированные и качественные компоненты, чтобы обеспечить стабильное и безопасное питание светодиодных лент, а также предотвратить повреждение лент и связанных устройств. Если нет опыта в работе с электрическими компонентами, лучше обратиться к профессиональному электрику для правильного подбора и установки блока питания.

      Комментарии:

    #5 написал: Сергей |

    Импульсные блоки питания для светодиодных лент работают по принципу периодического включения и выключения электронных компонентов. Они преобразуют входное напряжение переменного тока в постоянное напряжение постоянного тока, подходящее для питания светодиодных лент. Блок питания включает в себя выходной трансформатор или инвертор, сглаживающий конденсатор, диодный мост, и контроллер, который управляет работой блока. Когда питание включено, контроллер регулирует выходное напряжение и ток, что позволяет управлять яркостью светодиодных лент. Контроллер использует метод широтно-импульсной модуляции, что означает, что он быстро включает и выключает выходной ток для создания видимости изменения яркости. Этот процесс позволяет эффективно управлять светодиодами и обеспечивать стабильное питание.

      Комментарии:

    #6 написал: Ольга |

    Блоки питания для светодиодных лент состоят из нескольких основных компонентов: Трансформатор - преобразует сетевое напряжение в более низкое напряжение, необходимое для питания светодиодов. Выпрямитель - преобразует переменный ток, полученный с выхода трансформатора, в постоянный ток. Фильтр - сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Стабилизатор - поддерживает постоянное выходное напряжение, независимо от колебаний входного напряжения и нагрузки. Корпус с клеммами для подключения к сети и светодиодной ленте.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.