Драйвер для светодиодной лампы

Светодиодные светильники получили массовое распространение, вследствие чего началось активное производство вторичных источников питания. Драйвер светодиодной лампы способен стабильно поддерживать заданные значения тока на выходе устройства, стабилизируя напряжение, проходящее через цепочку диодов.

Мы расскажем все о видах и принципах действия устройства преобразования тока для работы диодной лампочки. В предложенной нами статье приведены ориентиры выбора драйвера, даны полезные рекомендации. Самостоятельный домашние электрики у нас найдут проверенные на практике схемы подключения.

Назначение и сфера использования

Диодные кристаллы состоят из двух полупроводников – анода (плюс) и катода (минус), которые и отвечают за трансформацию электросигналов. Одна область имеет проводимость P-вида, вторая – N. При подключении источника питания через эти элементы потечет ток.

За счет такой полярности электроны из зоны P-типа устремляются в зону N-типа, и наоборот, заряды из точки N устремятся к Р. Однако каждый раздел области имеет свои границы, называющиеся P-N переходами. На этих участках частицы встречаются и взаимопоглощаются или рекомбинируются.

Во время P-N переходов напряжение снижается на определенное количество вольт, всегда одинаковое для каждого элемента цепи. Учитывая эти значения, драйвер стабилизирует показатели входящего тока и образует на выходе постоянную величину.

Какая требуется мощность и какие значения потерь при P-N прохождении указываются в паспорте светодиодного прибора. Поэтому при выборе диодной лампочки необходимо учитывать параметры блока питания, диапазон которых должен быть достаточным для компенсации утраченной энергии.

Блоки питания с напряжением от 10 до 36 В применяются для оснащения осветительных приборов.

Техника может быть самых различных видов:

• фары автомобилей, велосипедов, мотоциклов и т. д.;
• небольшие переносные или уличные фонари;
• светодиодные линейки, ленты, потолочные лампочки и модули.

Однако для маломощных светодиодов, а также в случае использования постоянного напряжения, драйверы допустимо не применять. Вместо них в схему вносится резистор, также питающийся от сети 220 В.

Принцип работы блока питания

Разберемся, в чем же состоят различия между источником напряжения и блоком питания. В качестве примера рассмотрим схему, изображенную ниже.

Подключив к источнику питания 12 В резистор на 40 Ом, через него будет проходить ток в 300 мА (рисунок А). При параллельном включении в цепь второго резистора значение тока составит – 600 мА (Б). Однако напряжение будет неизменным.

Теперь рассмотрим, как изменятся значения, если в схеме будут подключены резисторы к блоку питания. Аналогичным образом вводим реостат 40 Ом с драйвером 300 мА. Последний создает на нем напряжение в 12 В (схема В).

Если же цепь составлена из двух резисторов, то величина тока неизменна, а напряжение составит 6 В (Г).

Делая выводы, можно сказать, что качественный преобразователь поставляет нагрузке номинальный ток даже при падении напряжения. Соответственно, кристаллы диодов на 2 В или на 3 В и током на 300 мА будут гореть одинаково ярко со сниженным напряжением.

Отличительные характеристики преобразователя

Один из важнейших показателей – передаваемая мощность под нагрузкой. Устройство нельзя перегружать и пытаться получить максимально возможные результаты.

Неправильное использование способствует быстрому выходу из строя не только обзорного механизма, но и LED чипов.

К главным факторам, влияющим на работу, относятся:

• составляющие элементы, используемые в процессе сборки;
• степень защиты (IP);
• минимальные и максимальные значения на входе и выходе;
• производитель.

Современные модели преобразователей выпускаются на базе микросхем и применяют технологию широтно-импульсных преобразований (ШИМ).

Такие устройства отличаются высокой степенью защиты от коротких замыканий, перегрузок сети, а также обладают повышенным КПД.

Правила подбора преобразователя тока

Для приобретения преобразователя LED лампы следует изучить ключевые характеристики прибора. Опираться стоит на выходное напряжение, номинальный ток и выдаваемую мощность.

Мощность световых диодов

Разберем изначально выходное напряжение, которое подчинено нескольким фактором:

• значение потерь напряжения на P-N переходах кристаллов;
• количество световых диодов в цепочке;
• схема подключения.

Параметры номинального тока можно определить по характерным особенностям потребителя, а именно мощности LED элементов и степени их яркости.

Этот показатель будет влиять на потребляемый кристаллами ток, диапазон которого варьируется исходя из необходимой яркости. Задача преобразователя — обеспечить этим элементам подачу нужного количества энергии.

Мощность устройства зависит от силы каждого LED элемента, их цвета и количества.

Для просчета потребляемой энергии используют такую формулу:

• P_LED – электрическая нагрузка, создаваемая одним диодом,
• N – количество кристаллов в цепи.

Полученные показатели не должны быть меньше мощности драйвера. Теперь необходимо определить требуемое номинальное значение.

Максимальная мощность прибора

Следует учитывать и тот факт, что для обеспечения стабильной работы преобразователя его номинальные показатели должны превышать на 20-30 % полученное значение P_H.

Таким образом формула приобретает вид:

где P_max — номинальная мощность блока питания.

Помимо мощности и количества потребителей на плате, сила нагрузки также подчинена цветовым факторам потребителя. При одинаковом токе, в зависимости от оттенка, они имеют разные показатели падения напряжения.

Возьмем для примера, светодиоды американской фирмы Cree из линейки XP-E в красном цвете.

Их характеристики выглядят следующим образом:

• падение напряжения 1,9-2,4 В;
• ток 350 мА;
• средняя мощность потребления 750 мВт.

Аналог зеленого цвета при том же токе, будет иметь совсем другие показатели: потери на P-N переходах 3,3-3,9 В, а мощность 1,25 Вт.

Соответственно можно сделать выводы: драйвер, рассчитанный на 10 Вт, применяется для питания двенадцати красных кристаллов или восьми зеленых.

Схема подключения светодиодов

Выбор драйвера должен осуществляться после определения схемы подключения LED-потребителей. Если в первую очередь приобрести световые диоды, а затем подбирать к ним преобразователь, этот процесс будет сопровождаться массой сложностей.

Для поиска устройства, обеспечивающего работу именно такого количества потребителей при заданной схеме подключения, придется потратить немало времени.

Приведем пример с шестью потребителями. Потери напряжения у них составляют 3 В, потребляемый ток 300 мА. Для их подключения можно использовать один из методов, при этом в каждом отдельном случае требуемые параметры блока питания будут отличаться.

В нашем случае при последовательном подключении необходим блок на 18 В с током 300 мА. Основной плюс такого способа в том, что через всю линию проходит одинаковая сила, соответственно, все диоды горят с идентичной яркостью.

Если применено параллельное размещение – достаточно использовать преобразователь на 9 В, однако значения затрачиваемого тока будет увеличено вдвое, в сравнении с предыдущим методом.

Если используется последовательный метод с формированием пар по два светодиода, используется драйвер с аналогичными показателями, как в предыдущем случае. При этом яркость освещения будет уже равномерной.

Однако и здесь не обошлось без отрицательных нюансов: при подаче питания к группе, вследствие разброса характеристик один из светодиодов может открываться быстрее второго, соответственно, через него и пойдет ток, вдвойне превышающий номинальное значение.

Многие виды светодиодок для домашнего освещения рассчитаны на подобные краткосрочные скачки, но такой метод относится к менее востребованным.

Виды драйверов по типу устройства

Приспособления, преобразующие питание 220 В на необходимые показатели для светодиодов, условно делятся на три категории: электронные; на базе конденсаторов; диммируемые.

Рынок светотехнических аксессуаров представлен обширным разнообразием моделей драйверов в основном китайского производителя. И несмотря на низкий ценовой диапазон, из этих приборов можно выбрать вполне достойный вариант. Однако стоит обращать внимание на гарантийный талон, т .к. не вся представленная продукция имеет приемлемое качество.

Электронный вид прибора

В идеальном варианте электронный преобразователь должен быть оснащен транзистором. Его роль состоит в осуществлении разгрузки регулировочной микросхемы. Для исключения или максимального сглаживания пульсации, на выходе монтируется конденсатор.

Такого типа устройство относится к дорогостоящей категории, однако оно способно стабилизировать ток до 750 мА, на что балластные механизмы неспособны.

Пульсирование – это не единственный недостаток преобразователей. Вторым можно назвать электромагнитные помехи высокочастотного (ВЧ) диапазона. Так, если в розетку, связанную со светильником, будут подключаться другие электроприборы, например, радио — можно ожидать помехи при приеме цифровых FM-частот, телевидения, роутера и т. д.

В опциональном устройстве качественного прибора должны быть два конденсатора: один – электролитический для сглаживания пульсаций, другой – керамический, для понижения ВЧ. Однако такое сочетание можно встретить нечасто, особенно если говорить о китайских изделиях.

За счет высокого КПД (до 95%) такие механизмы подходят для мощных приборов, используемых в различных сферах, например, для тюнинга автомобилей, в уличных осветительных приборах, а также бытовых LED источниках.

Блок питания на основе конденсаторов

Теперь переходим к не столь популярным устройствам – на базе конденсаторов. Практически все схемы светодиодных ламп дешевого образца, где применены такого типа драйверы, имеют схожие характеристики.

Однако вследствие модификаций производителем они претерпевают изменения, например, удаление какого-либо элемента цепи. Особо часто этой деталью служит один из конденсаторов — сглаживающий.

Плюсов у таких механизмов всего два: они доступны для самостоятельной сборки, а их КПД приравнивается к стопроцентному, т. к. потери будут только на p-n переходах и сопротивлениях.

Такое же количество и отрицательных сторон: низкая электробезопасность и высокая степень пульсации. Второй недостаток составляет около 100 Гц и образуется в результате выпрямления переменного напряжения. В ГОСТе прописана норма допустимой пульсации в 10-20 % в зависимости от предназначения помещения, где установлен светотехнический прибор.

Единственный способ сгладить этот недостаток – подбор конденсатора с правильным номиналом. Тем не менее не стоит рассчитывать на полное устранение проблемы, – такое решение может всего лишь сгладить интенсивность всплесков.

Диммируемые преобразователи тока

Драйверы-светорегуляторы для диммируемых LED-лампочек позволяют менять входящие и выходящие показатели тока, при этом снижается или увеличивается степень яркости света, излучаемого диодами.

Существует два метода подключения:

• первый предполагает плавный пуск;
• второй – импульсный.

Рассмотри принцип работы диммируемых драйверов на основе микросхемы CPC9909, используемой в качестве регулирующего аппарата для светодиодных цепей, в том числе и с высокой яркостью.

При плавном пуске микросхема с драйвером обеспечивает постепенное включение диодов с нарастающей яркостью. Для этого процесса задействуют два резистора, подключенные к выводу LD, предназначенного для выполнения задачи плавного диммирования. Так реализуется важная задача – продление срока эксплуатации LED элементов.

Этот же вывод обеспечивает и аналоговое регулирование — резистор на 2,2 кОм меняют на более мощный переменный аналог — 5,1 кОм. Таким образом достигается плавное изменение потенциала на выходе.

Применение второго способа предполагает подачу импульсов прямоугольного типа на низкочастотный вывод PWMD. При этом задействуют либо микроконтроллер, либо импульсный генератор, которые обязательно разделяются оптопарой.

С корпусом или без него?

Драйвера выпускаются в корпусе или без. Первый вариант является самым распространенным и более дорогим. Такие устройства защищены от попадания влаги и частиц пыли.

Приспособления второго типа применяются при проведении скрытого монтажа и, соответственно, отличаются дешевизной.

Каждый из них отличается допустимой температурой в процессе эксплуатации – на это также необходимо обращать внимание при подборе.

Классическая схема драйвера

Для самостоятельной сборки LED блока питания разберемся с наиболее простым устройством импульсного типа, не имеющего гальванической развязки. Главное преимущество такого рода схем – простое подключение и надежная работа.

Схема такого механизма составлена из трех основных каскадных областей:

1. Разделитель напряжения на емкостном сопротивлении.
2. Выпрямитель.
3. Стабилизаторы напряжения.

Первый участок – противодействие, оказываемое переменному току на конденсаторе С1 с резистором. Последний требуется исключительно для осуществления самостоятельной зарядки инертного элемента. На работу схемы он не оказывает влияния.

Когда образованная полуволна напряжения проходит через конденсатор, ток протекает до тех пор, пока обкладки полностью не зарядятся. Чем меньше емкость механизма, тем меньше времени будет затрачено на его полный заряд.

Например, прибор объемом 0,3-0,4 мкФ заряжается в течение 1/10 периода полуволны, т. е. всего десятая доля проходящего напряжения пройдет через этот участок.

Второй каскад является электрическим устройством, преобразующим (выпрямляющим) переменный ток в пульсирующий. Такой процесс называется двухполупериодным. Поскольку одна часть полуволны была сглажена конденсатором, на выходе этого участка постоянный ток будет равен 20-25 В.

Третий каскад работает на базе сглаживающего стабилизирующего фильтра – электролитического конденсатора. Выбор его емкостных параметров зависит от силы нагрузки.

Поскольку собранная схема воспроизводит свою работу сразу, нельзя касаться оголенных проводов, т. к. проводимый ток достигает десятков ампер – предварительно проводится изоляция линий.

Выводы и полезное видео по теме

Все сложности, с которыми может столкнуться радиолюбитель, подбирающий преобразователь для мощных LED ламп, подробно описаны в видеосюжете:

Ключевые особенности самостоятельного подключения преобразовательного прибора в электросхему:

Поэтапный инструктаж, описывающий процесс сборки своими руками светодиодного драйвера из подручных средств:

Несмотря на заявленные производителем десятки тысяч часов бесперебойной работы светодиодных ламп, есть множество факторов, существенно снижающих эти показатели.

Для сглаживания всех прыжков тока в электросистеме предназначены драйверы. К их выбору или самостоятельной сборке нужно подходить ответственно после просчета всех необходимых параметров.

Расскажите о том, как подбирали драйвер для работы светодиодной лампочки. Поделитесь своими аргументами и способами стабилизации поставки напряжения диодному прибору освещения. Оставляйте комментарии в находящемся ниже блоке, задавайте вопросы, размещайте фотоснимки по теме статьи.

• Цена: $13.75 /10 штук.

• Перейти в магазин

[input voltage] ac85-265v" that everyday household appliances."
[output voltage] load after 10-15v; can drive 3-4 3w led lamp beads series
[output current] 600ma

А вот диапазон выходных напряжений маловат (тоже минус). Максимум, можно подцепить последовательно пять светодиодов. Параллельно можно подцеплять сколько угодно. Светодиодная мощность считается по формуле: Ток драйвера умножить на падение напряжения на светодиодах [количество светодиодов (от трёх до пяти) и умножить на падение напряжения на светодиоде (около 3В)].
Ещё один большой недостаток этих драйверов – большие ВЧ помехи. Некоторые экземпляры слышит не только ФМ радио, но и пропадает приём цифровых каналов ТВ при их работе. Частота преобразования составляет несколько десятков кГц. А вот защиты, как правило, никакой (от помех).

Под трансформатором что-то типа «экрана». Должно уменьшить помехи. Именно Этот драйвер почти не фонит.
Почему они фонят, становится ясно, если посмотреть на осциллограмму напряжения на светодиодах. Без конденсаторов ёлочка куда серьёзнее!

На выходе драйвера должен стоять не только электролит, но и керамика для подавления ВЧ помех. Высказал своё мнение. Обычно стоит либо то либо другое. Бывает, что ничего не стоит. Это бывает в дешёвых лампочках. Драйвер спрятан внутри, предъявить претензию будет сложно.
Посмотрим схему. Но предупрежу, она ознакомительная. Нанёс только основные элементы, которые необходимы нам для творчества (для понимания «что к чему»).

Микросхема 3106 отслеживает выходные параметры преобразователя через обратную связь с вспомогательной обмотки трансформатора и управляет ключевым транзистором. Попытки найти информацию на эту МС в Интернете ничего не дала. RS1 RS2 — токозадающие резисторы. От их номинала зависит выходной ток драйвера. RS1 (1 Ом) – основной, при помощи RS2 (33 Ом) выходной ток подгоняется более точно.

Оказывается, и у этих драйверов можно регулировать выходной ток. Снял зависимость выходного тока от сопротивления RS (может кому пригодится).

Регулировать ток при помощи выносного переменного резистора не получится. Паразитные ёмкости и индуктивности никто не отменял.
А теперь на счёт применимости.

В этот светильник что только не вклеивал (был обзор). Теперь приклеил 1-Вт-ные светодиоды. К ним буду подключать обозреваемые драйверы, так нагляднее.
А вот так он светит.

Всего 12 светодиодов (6 пар). Для равномерного распределения света самое оптимальное количество. Для эксперимента тоже лучше не придумаешь.
Один из вариантов подключения к драйверу с балластом на конденсаторах.

С1=1,5мкФ+1,2мкФ=2,7мкФ. Чтобы посчитать мощность, необходимо посчитать ток по формуле (2).
I=(228В-36В)*2,7мкФ/3,18=163мА. Мощность считается по формуле из школьного учебника физики.
Р= 36В*0,163А=5,9Вт.
А теперь посмотрим, что показывают приборы.

Погрешность в расчётах присутствует. Кстати, на мелких мощностях приборчик тоже подвирает.
А теперь посчитаем пульсации (теория в начале обзора). Посмотрим, что же видит наш глаз. К осциллографу подключаю фотодиод. Два снимка объединил в один для удобства восприятия. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. А у нас около 100Гц. Для глаз вредно.

У меня получилось 20%. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». Использовать можно, но не в спальне. А у меня коридор. Можно СНиП и не смотреть.
А теперь посмотрим другой вариант подключения светодиодов. Это схема подключения к электронному драйверу.

Итого 3 параллели по 4 светодиода.
Вот, что показывает Ваттметр. 7,1Вт активной мощности.

Посмотрим, сколько доходит до светодиодов. Подключил к выходу драйвера амперметр и вольтметр.

Посчитаем чисто светодиодную мощность. Р=0,49А*12,1В=5,93Вт. Всё, что не хватает, взял на себя драйвер.
Теперь посмотрим, что же видит наш глаз. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Частота повторения импульсов около 100кГц. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что вредны для здоровья только пульсации частотой до 300Гц. А у нас около 100кГц. Для глаз безвредно.

Всё рассмотрел, всё измерил.
Теперь выделю плюсы и минусы этих схем:
Минусы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
-Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой.
-Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к. при этом необходимы конденсаторы больших размеров. А увеличение ёмкости приводит к большим пусковым токам, портящим выключатели.
-Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.
Плюсы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
+Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении.
+Диапазон выходных напряжений просто фантастический. Один и тот же драйвер будет работать и с одним и с сорока последовательно соединёнными светодиодами. У электронных драйверов выходные напряжения имеют намного более узкий диапазон.
+Низкая стоимость подобных драйверов, которая складывается буквально из стоимости двух конденсаторов и диодного моста.
+Можно изготовить и самому. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.).
+Можно регулировать ток через светодиоды подбором ёмкости балласта.
+Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.
Есть ещё одно качество, которое можно отнести как к плюсам, так и к минусам. При использовании подобных схем с выключателями с подсветкой, светодиоды лампочки подсвечиваются. Лично для меня это скорее плюс, чем минус. Использую повсеместно как дежурное (ночное) освещение.
Умышленно не пишу, какие драйверы лучше, у каждого есть своя ниша.
Я выложил по максимуму всё, что знаю. Показал все плюсы и минусы этих схем. А выбор как всегда делать вам. Я лишь постарался помочь.
На этом всё!
Удачи всем.

Недавно один знакомый попросил меня помочь с проблемой. Он занимается разработкой LED ламп, попутно ими приторговывая. У него скопилось некоторое количество ламп, работающих неправильно. Внешне это выражается так – при включении лампа вспыхивает на короткое время (менее секунды) на секунду гаснет и так повторяется бесконечно. Он дал мне на исследование три таких лампы, я проблему решил, неисправность оказалась очень интересной (прямо в стиле Эркюля Пуаро) и я хочу рассказать о пути поиска неисправности.

LED лампа выглядит вот так:

Рис 1. Внешний вид разобранной LED лампы

Разработчик применил любопытное решение – тепло от работающих светодиодов забирается тепловой трубкой и передается на классический алюминиевый радиатор. По словам автора, такое решение позволяет обеспечить правильный тепловой режим для светодиодов, минимизируя тепловую деградацию и обеспечивая максимально возможный срок службы диодов. Попутно увеличивается срок службы драйвера питания диодов, так как плата драйвера оказывается вынесенной из теплового контура и температура платы не превышает 50 градусов Цельсия.

Такое решение – разделить функциональные зоны излучения света, отвода тепла и генерации питающего тока – позволило получить высокие эксплуатационные характеристики лампы по надежности, долговечности и ремонтопригодности.
Минус таких ламп, как ни странно, прямо вытекает из ее плюсов – долговечная лампа не нужна производителям :). Историю о сговоре производителей ламп накаливания о максимальном сроке службы в 1000 часов все помнят?

Ну и не могу не отметить характерный внешний вид изделия. Мой «госконтроль» (жена) не разрешил мне ставить эти лампы в люстру, где они видны.

Вернемся к проблемам драйвера.

Вот так выглядит плата драйвера:

Рис 2. Внешний вид платы LED драйвера со стороны поверхностного монтажа

И с обратной стороны:

Рис 3. Внешний вид платы LED драйвера со стороны силовых деталей

Изучение ее под микроскопом позволило определить тип управляющей микросхемы – это MT7930. Это микросхема контроля обратноходового преобразователя (Fly Back), обвешанная разнообразными защитами, как новогодняя елка – игрушками.

В МТ7930 встроены защиты:

• от превышения тока ключевого элемента
• понижения напряжения питания
• повышения напряжения питания
• короткого замыкания в нагрузке и обрыва нагрузки.
• от превышения температуры кристалла

Декларирование защиты от короткого замыкания в нагрузке для источника тока носит скорее маркетинговый характер 🙂

Принципиальной схемы на именно такой драйвер добыть не удалось, однако поиск в сети дал несколько очень похожих схем. Наиболее близкая приведена на рисунке:

Рис 4. LED Driver MT7930. Схема электрическая принципиальная

Анализ этой схемы и вдумчивое чтение мануала к микросхеме привело меня к выводу, что источник проблемы мигания – это срабатывание защиты после старта. Т.е. процедура начального запуска проходит (вспыхивание лампы – это оно и есть), но далее преобразователь выключается по какой-то из защит, конденсаторы питания разряжаются и цикл начинается заново.

Внимание! В схеме присутствуют опасные для жизни напряжения! Не повторять без должного понимания что вы делаете!

Для исследования сигналов осциллографом надо развязать схему от сети, чтобы не было гальванического контакта. Для этого я применил разделительный трансформатор. На балконе в запасах были найдены два трансформатора ТН36 еще советского производства, датированные 1975 годом. Ну, это вечные устройства, массивные, залитые полностью зеленым лаком. Подключил по схеме 220 – 24 – 24 -220. Т.е. сначала понизил напряжение до 24 вольт (4 вторичных обмотки по 6.3 вольта), а потом повысил. Наличие нескольких первичных обмоток с отводами дало мне возможность поиграть с разными напряжениями питания – от 110 вольт до 238 вольт. Такое решение конечно несколько избыточно, но вполне пригодно для одноразовых измерений.

Рис 5. Фото разделительного трансформатора

Из описания старта в мануале следует, что при подаче питания начинает заряжаться конденсатор С8 через резисторы R1 и R2 суммарным сопротивлением около 600 ком. Два резистора применены из требований безопасности, чтобы при пробое одного ток через эту цепь не превысил безопасного значения.

Итак, конденсатор по питанию медленно заряжается (это время порядка 300-400 мс) и когда напряжение на нем достигает уровня 18,5 вольт – запускается процедура старта преобразователя. Микросхема начинает генерировать последовательность импульсов на ключевой полевой транзистор, что приводит к возникновению напряжения на обмотке Na. Это напряжение используется двояко – для формирования импульсов обратной связи для контроля выходного тока (цепь R5 R6 C5) и для формирования напряжения рабочего питания микросхемы (цепь D2 R9). Одновременно в выходной цепи возникает ток, который и приводит к зажиганию лампы.

Почему же срабатывает защита и по какому именно параметру?

Срабатывание защиты по превышению выходного напряжения?

Для проверки этого предположения я выпаял и проверил резисторы в цепи делителя (R5 10 ком и R6 39 ком). Не выпаивая их не проверить, поскольку через обмотку трансформатора они запараллелены. Элементы оказались исправны, но в какой-то момент схема заработала!

Я проверил осциллографом формы и напряжения сигналов во всех точках преобразователя и с удивлением убедился, что все они – полностью паспортные. Никаких отклонений от нормы…

Дал схеме поработать часок – все ОК.

А если дать ей остыть? После 20 минут в выключенном состоянии не работает.

Очень хорошо, видимо дело в нагреве какого-то элемента?

Но какого? И какие же параметры элемента могут уплывать?

В этой точке я сделал вывод, что на плате преобразователя имеется какой-то элемент, чувствительный к температуре. Нагрев этого элемента полностью нормализует работу схемы.
Что же это за элемент?

Подозрение пало на трансформатор. Проблема мыслилась так – трансформатор из-за неточностей изготовления (скажем на пару витков недомотана обмотка) работает в области насыщения и из-за резкого падения индуктивности и резкого нарастания тока срабатывает защита по току полевого ключа. Это резистор R4 R8 R19 в цепи стока, сигнал с которого подается на вывод 8 (CS, видимо Current Sense) микросхемы и используется для цепи ОС по току и при превышении уставки в 2.4 вольта отключает генерацию для защиты полевого транзистора и трансформатора от повреждений. На исследуемой плате стоит параллельно два резистора R15 R16 с эквивалентным сопротивлением 2,3 ома.

Но насколько я знаю, параметры трансформатора при нагреве ухудшаются, т.е. поведение системы должно быть другим – включение, работа минут 5-10 и выключение. Трансформатор на плате весьма массивный и тепловая постоянная у него ну никак не менее единиц минут.
Может, конечно в нем есть короткозамкнутый виток, который исчезает при нагреве?

Перепайка трансформатора на гарантированно исправный была в тот момент невозможна (не привезли еще гарантированно рабочую плату), поэтому оставил этот вариант на потом, когда совсем версий не останется :). Плюс интуитивное ощущение – не оно. Я доверяю своей инженерной интуиции.

К этому моменту я проверил гипотезу о срабатывании защиты по току, уменьшив резистор ОС по току вдвое припайкой параллельно ему такого же – это никак не повлияло на моргание лампы.

Значит, с током полевого транзистора все нормально и превышения по току нет. Это было хорошо видно и по форме сигнала на экране осциллографа. Пик пилообразного сигнала составлял 1,8 вольта и явно не достигал значения в 2,4 вольта, при котором микросхема выключает генерацию.

К изменению нагрузки схема также оказалась нечувствительна – ни подсоединение второй головки параллельно, ни переключение прогретой головы на холодную и обратно ничего не меняло.

Я исследовал напряжение питания микросхемы. При работе в штатном режиме все напряжения были абсолютно нормальными. В мигающем режиме тоже, насколько можно было судить по формам сигналов на экране осциллографа.

По прежнему, система мигала в холодном состоянии и начинала нормально работать при прогреве ножки трансформатора паяльником. Секунд 15 погреть – и все нормально заводится.

Прогрев микросхемы паяльником ничего не давал.

И очень смущало малое время нагрева… что там может за 15 секунд измениться?

В какой-то момент сел и методично, логически отсек все гарантированно работающее. Раз лампа загорается — значит цепи запуска исправны.
Раз нагревом платы удается запустить систему и она часами работает — значит и силовые системы исправны.
Остывает и перестает работать — что-то зависит от температуры…
Трещина на плате в цепи обратной связи? Остывает и сжимается, контакт нарушается, нагревается, расширяется и контакт восстанавливается?
Пролазил тестером холодную плату — нет обрывов.

Что же еще может мешать переходу от режима запуска в рабочий режим.

От полной безнадеги интуитивно припаял параллельно электролитическому конденсатору 10 мкф на 35 вольт по питанию микросхемы такой же.

И тут наступило счастье. Заработало!

Замена конденсатора 10 мкф на 22 мкф полностью решило проблему.

Вот он, виновник проблемы:

Рис 6. Конденсатор с неправильной емкостью

Теперь стал понятен механизм неисправности. Схема имеет две цепи питания микросхемы. Первая, запускающая, медленно заряжает конденсатор С8 при подаче 220 вольт через резистор в 600 ком. После его заряда микросхема начинает генерировать импульсы для полевика, запуская силовую часть схемы. Это приводит к генерации питания для микросхемы в рабочем режиме на отдельной обмотке, которое поступает на конденсатор через диод с резистором. Сигнал с этой обмотки также используется для стабилизации выходного тока.

Пока система не вышла в рабочий режим — микросхема питается запасенной энергией в конденсаторе. И ее не хватало чуть-чуть — буквально пары-тройки процентов.
Падения напряжения оказалось достаточно, чтобы система защиты микросхемы срабатывала по пониженному питанию и отключала все. И цикл начинался заново.

Отловить эту просадку напряжения питания осциллографом не получалось — слишком грубая оценка. Мне казалось, что все нормально.

Прогрев же платы увеличивал емкость конденсатора на недостающие проценты — и энергии уже хватало на нормальный запуск.

Понятно, почему только некоторая часть драйверов отказала при полностью исправных элементах. Сыграло роль причудливое сочетание следующих факторов:

• Малая емкость конденсатора по питанию. Положительную роль сыграл допуск на емкость электролитических конденсаторов (-20% +80%), т.е. емкости номиналом 10 мкф в 80% случаев имеют реальную емкость около 18 мкф. Со временем емкость уменьшается из-за высыхания электролита.
• Положительная температурная зависимость емкости электролитических конденсаторов от температуры. Повышенная температура на месте выходного контроля — достаточно буквально пары-тройки градусов и емкости хватает для нормального запуска. Если предположить, что на месте выходного контроля было не 20 градусов, а 25-27, то этого оказалось достаточно для практически 100% прохождения выходного контроля.

Производитель драйверов сэкономил конечно, применив емкости меньшего номинала по сравнению с референс дизайн из мануала (там указано 22 мкф) но свежие емкости при повышенной температуре и с учетом разброса +80% позволили партию драйверов сдать заказчику. Заказчик получил вроде бы работающие драйверы, которые со временем стали отказывать по непонятной причине. Интересно было бы узнать – инженеры производителя учли особенности поведения электролитических конденсаторов при повышении температуры и естественный разброс или это получилось случайно?