Сетевое питание мощных светодиодов

DWD: При параллельном включении светодиодов меня всегда волновала проблема отказа одного или нескольких из них.
А меня волнует проблема КПД преобразователя. При параллельном включении СД, даже если пренебречь тем, что FOLKSDOICH: У светодиодов всё-равно есть разброс. (на самом деле этим пренебрегать нельзя - слишком яркость будет различаться) суммарный ток будет в N раз больше, а выходная напруга около 3,6 В. Получаем БП на 3,6 В и несколько ампер тока. Такой БП не может иметь высокий КПД, т. к. будут очень большие потери на выпрямительном диоде и КПД не превысит 70 % (и это в лучшем случае). Ну не любят импульсные БП низких выходных напряжений при больших токах - с этой проблемой я столкнулся при разработке зарядника для пальчиковых аккумов - там у меня КПД как раз около 70 %, но там это не так существенно. А если СД включены последовательно, то в БП ваще можно ставить мелкий диод в DO-корпусе без радиатора - он хоть и не будет шоттки (из-за высокой напруги), но при токе 350 мА много на нем не выделится - максимум 0,35 Вт.

DWD: Так, мужики, не торопитесь пока собирать приведенную мною схему!
Плохо она работает при высоком КПД. При низком - нормально.
Нужно что-то придумать...

Это касается этой схемы.

После экспериментов нашёл некоторые закономерности, но в целом схема не ахти...
Можно, конечно, собирать, если считать её усовершенствованым эквивалентом резистора - работает так же, но КПД много выше.

Основных закономерностей три:
- Индуктивность дросселя должна быть пропорциональна напряжению на нагрузке. Скажем, для одного светодиода (или для нескольких в параллель) индуктивность можно взять маленькой, а, например, при трёх последовательно - индуктивность нужно взять много больше.
- Конденсатор на выходе нужно стремиться ставить побольше не смотря на то, что даже без него или с малой его ёмкостью пульсации тока и напряжения очень малы.
- При малой разнице между напряжениями питания и нагрузки пределы изменения напряжения питания так же малы (для нормальной работы).

По видимому, все эти "глюки" связаны как с "не стандартным" включением, так и особенностями самой мс.
Просто их нужно учитывать.
Но делать на этой мс драйвера для светодиодов можно. Схема простая и не дорогая.
Интересно работает при заниженных, по отношению к номинальному, токах нагрузки - КПД чуть ли не 100%...
Параметры токов и напряжений при этом указаны на самой схеме...
То есть, при разнице 1.5В между напряжением питания (10В) и напряжением на светодиодах (8.5В) схема продолжала работать (правда на пониженной в 2 раза частоте) почти как перемычка.

При номинаьном токе нагрузки ~300мА ток холстого хода (без нагрузки) равен 3.8мА, а ток КЗ в нагрузке - 45мА.
В любом режиме не греется вообще.

Схема работает у напарника в машине в светильнике уже третью неделю...
Просто я сразу после сборки забыл отчитаться.

FOLKSDOICH: У светодиодов всё-равно есть разброс.
alx25v: А зависимость прямого напряжения от температуры?
Леха: ...этим пренебрегать нельзя - слишком яркость будет различаться...

Понятно, что это всё имеет место быть, но разница видна только при малых токах.
Скажем, берём светодиодную линейку с разбитой матрицы ноутбука на 30 белых светодиодов (по три последовательно и 10 этих цепочек параллельно) и запитываем их током 1мА (0.1мА на светодиод). Все светодиоды светятся, но различная яркость почти всех видна невооружённым глазом...
Стоит дать ток порядка 10мА на линейку (1мА на светодиод) и различить яркость уже невозможно.
Я уже молчу о различии по яркости при токе порядка 10...20мА на светодиод (общий ток 100...200мА). Раномерная засветка глаз с мгновенной и долговременной ловлей "зайчиков"...

Так что, не так страшен...

Леха: Такой БП не может иметь высокий КПД, т. к. будут очень большие потери на выпрямительном диоде и КПД не превысит 70 % (и это в лучшем случае). Ну не любят импульсные БП низких выходных напряжений при больших токах...

Существует несколько спосбов снижения статических потерь на диодах.

Существует понятие оптимальной площади перехода для выпрямительных диодов, которая у реальных диодов раз в 10...20 меньше. По этому, нужно использовать диоды с существенной недогрузкой по среднему значению - 0.2...0.4 от максимально допустимого. Это позволит снизить прямое падение и избавится от радиатора.
При значениях меньнее 0.2 падение напряжения на отдельном диоде уже не уменьшается, а площадь размещения диодов растёт.

Следует ставить несколько диодов меньшей мощности вместо одного мощного.

Если нужно увеличить ток, то диоды параллелятся. Благо, современные диоды имеют довольно однотипые характеристики и их можно параллелить по 3...4 штуки без выравнивающих резисторов.

Если число параллельных диодов много больше, то нужно применять не выравнивающие резисторы, а выравнивающие индуктивности - применять секционирование дросселей и(или) вторичных обмоток трансформаторов.

Сейчас, при доступности полевых транзисторов, следует использовать их в качестве диодов - в схемах синхронных выпрямителей.

Скажем, в импульсных БП для ноутбуков давно применяют полевики вместо диодов на выходе. Управление - от дополнительной обмотки выходного трансформатора.

DWD: А сейчас, вдруг, пришла следующая "идея" - при стабилизации не только тока, но и напряжения питания проблема пропадает.

Вчера промоделировал это дело - результат нормальный.
Например, если выставить напряжение стабилизации равным падению напряжения на светодиоде при немного завышенном токе, то даже при одновременном отказе большого их количества, ток через оставшиеся светодиоды не вызывает опасений.

Например, номинальное значение через один светодиод 20мА, а их включено 10 штук параллельно.
Замеряем падение напряжения на светодиоде при 30мА и используем это значение в стабилизаторе напряжения. Стабилизацию тока делаем на уровне 20мА*10шт=200мА.

В результате, при отключении 9 светодиодов, ток через один оставшийся увеличивается с 20мА до 30мА, или в 30/20=1.5 раза вместо 10 раз.

С мощными светодиодами результат даже немного лучше - для двух светодиодов на 3Вт ток увеличивается (при отключении одного) на 60мА (с 700мА до 760мА). То есть, всего в 760/700=1.085 раза.
При виртуальных экспериментах отношение увеличивалось максимум до 1.3 раз.

Сегодня решил практически проверить, как это работает.
Практика не далеко ушла от теории.

Выставил напряжение на БП, соответствующее падению напряжения на светодиоде при токе через него 30мА и подключил 3 светодиода параллельно - ток через каждый равен 20мА, а при отключении двух из них - всего 30мА.

Защита по току БП была выставлена на 200мА. Собственно, ни чего не меняется, если защита выставлена даже на 2...10А.
То есть, светодиоды были запитаны классическим источником напряжения.

В общем, нужно будет взять идею "на вооружение"...

P.S.
Забыл сказать.
При моделировании проверял и термостабильность тока.
При изменении температуры от -20 до +80 градусов отношение аварийного тока к номинальному не превышало 1.3 раз.

Только что посмотрел, что установлено внутри "фабричного" источника для питания светодиодов. Модель ZP40W.


На "горячей" стороне - 5L0380L
На "холодной" - "двойной" диодик, TL431 и оптопара EL 817, связывающая "горячую" и "холодную" стороны. При токе 1,7А элементы чуть тёплые в течении часа.

Максимальную нагрузку не давал. При цене устройства в 450 рублей - ОК! Не вижу смысла при такой цене что-либо изобретать!
Источник используется для питания светодиодов в крышке аквариума.
Некоторые проблемы видны из второго снимка: нет плотного прилегания 5L0380L к охладителю. Напильничком, молотком, свёрлышком, пасточкой проблема решена.

Ну так это просто блок питания на 12 В, а не источник тока. Он подойдет для СД-лент с резисторами, но не для мощных осветительных светодиодов. А так, красиво)) Правда, если делать самому, то можно уложиться рублей в 150))
ЗЫ: делал БП-вилку 7,5 В 1,6 А для зарядника на ТОР245 - обошлась в 200 руб. при том, что почти все детали покупал (кроме корпуса).

Леха: Правда, если делать самому, то можно уложиться рублей в 150))
Дык, укладывайтесь!

DWD: По этому, нужно использовать диоды с существенной недогрузкой по среднему значению - 0.2...0.4 от максимально допустимого.

Конкретный пример - сейчас ремонтирую монитор Самсунг 940.
В БП по цепи +5В стоят параллельно два диода SF506 по 5А каждый.
На плате написано, что максимальная нагрузка по этой цепи 2А.

По даташиту падение напряжения на диоде при токе 2А равно 0.4В.
При токе 1А (два параллельно) - 0.36В.

То есть, в принципе, хватило бы и одного диода, но производитель не сэкономил и поставил 2...
Получается коэффициент использования 2А/(2*5А)=0.2.

5 кратный запас по току... и падение напряжение свели на минимум