Особенности источников питания для мощных светодиодов

Мощные светодиоды (более 1 Вт) очень чувствительны к различным внешним факторам, которые могут негативно сказаться на их сроке службы и качественных показателях. Для получения максимального светового потока с одного полупроводникового излучателя необходимо увеличить ток, пропускаемый через него, что увеличивает его тепловыделение, и светодиод вместе со светодиодной арматурой работает на грани перегрева кристалла. К источникам питания предъявляются высокие требования по стабильности выходных характеристик, которые он должен обеспечить.

Если использовать для питания светодиодов источник напряжения, то, во-первых, выравнивание тока в цепи светодиодов потребует, по крайней мере, дополнительного резистора, который будет ограничивать ток, и в то же время рассеивать на себе дополнительную мощность. Во-вторых, любая осветительное устройство работает в определенном диапазоне температур, часто довольно широком, а светодиод, обладая отрицательной зависимостью прямого падения напряжения от температуры кристалла -  обычно на уровне -2…-4 мВ/°С, будет иметь плавающую рабочую точку. В-третьих, свой вклад будут вносить нестабильности выходных характеристик самого источника. Эти причины могут сильно сократить время эксплуатации светодиодов, особенно в случае их работы на токах, близких к максимальным.

Например, при повышении напряжения на переходе светодиода всего на 0,1 В, сила тока может измениться на 200 мА, что приведет к повышенному тепловыделению и крайне негативно скажется на работе светового прибора. При кратковременном сильном превышении питающего тока может начаться деградация кристалла диода, за которой также последует выход из строя. 

Типовая положительная ВАХ мощного светодиода приведена на рисунке 1.

Нежелательно также и понижение напряжения на диоде, так как при его уменьшении на 3% от номинального, что соответствуют падению тока на 200 мА, теряется более 50% светового потока. Зависимость относительного светового потока светодиода от тока питания приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Зависимость относительного светового потока светодиода от тока питания

Чтобы обеспечить необходимый ток питания светодиода применяются высокочастотные широтно-импульсные (ШИМ) преобразователи, способные поддерживать необходимый средний ток в широком диапазоне мощностей подключенного оборудования. Эти стабилизаторы тока называют светодиодными драйверами. Некоторые модели в выходной цепи преобразуют чистый ШИМ-сигнал (прямоугольные импульсы) в более сглаженную кривую, среднее значение которой находится на уровне желаемого среднего тока.

Высокая частота работы источников питания обусловлена, прежде всего, требованиями к отсутствию видимых пульсаций светодиодных устройств. Данные источники питания обеспечивают работоспособность в достаточно широком диапазоне действующих значений напряжения питающей сети (от 90 до 305 В), при этом частота пульсаций выходного сигнала значительно превышает порог, при котором мигание светодиодов может быть заметным. Другой особенностью использования источников питания с ШИМ является простота интеграции с управляемыми диммерами, предназначенными для регулирования освещенности.

КПД современных драйверов достигает величины 92% и более процентов. Чем выше КПД, тем меньше требуется эффективная площадь рассеяния радиатора и, соответственно, тем меньше будут габариты и масса источника питания что, безусловно, приводит и к снижению стоимости драйвера. Малые габаритные размеры позволяют минимизировать размеры корпуса осветительного прибора с интегрированным источником питания или упростить установку внешнего источника питания недалеко от светильника.

В настоящее время драйверы производятся в корпусах различного исполнения: как для установки внутри устройств освещения, встройки в мебель, так и во влагозащищенных корпусах с различными показателями пылевлагозащиты: от IP23, допустимых к установке в сухих помещениях, до влагозащищенных с корпусами IP67, подходящих для установки снаружи помещений. Группа источников питания с IP68 предназначена для установки в грунт без дополнительных корпусов.