Driver LED - co to jest?

Technika LED wniosła do naszego języka nowe, obco brzmiące określenie „driver” LED wymawiane jako „drajwer”. Osoby mające styczność z komputerami zapewne znają już ten termin, który w branży komputerowej przekłada się na język polski jako „sterownik”. Jest to po prostu program, który „mówi” komputerowi jak obsługiwać dane urządzenie (na przykład kartę graficzną).

Zasilanie prądowe? Co to jest i po co?

W oświetleniu LED jest dosyć podobnie, choć tutaj driver to już nie program ale konkretne urządzenie, które czuwa nad tym aby podłączona do niego dioda lub diody LED miały zapewnione odpowiednie parametry pracy. Konkretnie właściwą wartość prądu płynącego przez diodę, ponieważ to on jest dla tego elementu najważniejszy. A dlaczego? Z kilku powodów. Po pierwsze diody LED ze względu na półprzewodnikową budowę są bardzo wrażliwe na przekroczenie nominalnego prądu pracy i jeśli tak się stanie to żywotność diody bardzo szybko spada. W drastycznych przypadkach może nawet dojść do natychmiastowego uszkodzenia diody. Po drugie zależność prądu płynącego przez diodę LED od napięcia jej zasilania jest mocno nieliniowa i wraz z bardzo niewielkimi zmianami napięcia następują duże zmiany prądu. Jakby tego było mało to w miarę nagrzewania się diod ich prąd również wzrasta, więc nawet dobrze stabilizowane napięcie wcale nie gwarantuje utrzymania stałego prądu na diodzie. Dlatego to prąd należy kontrolować

Rezystor kontra driver LED.

W najprostszych konstrukcjach LED prąd ten ogranicza się za pomocą rezystorów, które jednak działają poprawnie tylko przy założeniu, że mamy bardzo stabilne źródło napięcia oraz nie zmienia się temperatura diod. Jeśli któryś z tych parametrów ulegnie zmianie na plus to w układzie z rezystorem prąd i tak wzrośnie, co negatywnie wpłynie na trwałość diody. Takie rozwiązanie powszechnie stosowane jest w taśmach LED oraz w tanich zamiennikach żarówek. W taśmach LED rozwiązanie to sprawdza się całkiem dobrze z uwagi na rzadkie rozmieszczenie diod, od których sama taśma odbiera sporo ciepła i skutecznie je rozprasza. Zwłaszcza jeśli taśma naklejona jest na metalowe podłoże (na przykłąd profil aluminiowy). Niestety w bardzo wielu tańszych zamiennikach żarówek diody są upakowane bardzo gęsto, co powoduje problemy z odprowadzaniem ciepła. Skutkuje to przegrzewaniem się diod, co prowadzi do niekontrolowanego wzrostu prądu i w efekcie uszkodzenia całego zamiennika żarówki.

Dlatego znacznie lepszym rozwiązaniem jest użycie właśnie drivera prądowego, który nie tylko ogranicza prąd płynący przez diodę ale również w aktywny sposób go stabilizuje do wymaganej wartości. Tak więc nawet jeśli wzrośnie napięcie zasilania lub temperatura diody to prąd i tak zostanie na stałym poziomie i dioda nie będzie zagrożona.

Na rynku dostępnych jest wiele driverów LED, które znacznie różnią się od siebie parametrami oraz konstrukcją. Ze względu na konstrukcję możemy je podzielić na dwie grupy:

• drivery szeregowe – które podobnie jak rezystor wpinane są z diodą szeregowo i regulują prąd zmieniając dynamicznie swoją rezystancję. Ich wadą jest mała sprawność i spore wydzielanie ciepła. Zaletą jest niska cena i zazwyczaj możliwość współpracy ze ściemniaczami.
• drivery oparte na przetwornicy – działają bardziej jak zasilacz elektroniczny. Posiadają wejście zasilania oraz wyjście na diodę/diody. Czasem wyposażone są również w wejście regulacji jasności. Ich zaletą jest duża sprawność, spora dokładność i stosunkowo małe wydzielanie ciepła. Wadą jest wysoka cena oraz w większości przypadków brak możliwości ściemniania.

Jak podłączać diody do drivera?

Przede wszystkim należy pamiętać, że diodę LED do drivera podłączamy zawsze przy odłączonym napięciu zasilania. Co więcej, jeśli to napięcie wyłączyliśmy przed chwilą to należy obciążyć lub zewrzeć wyjście drivera aby rozładować kondensator wyjściowy przed podłączeniem diody. Inaczej ładunek zgromadzony w kondensatorze wyjściowym może uszkodzić diodę LED zanim driver ustabilizuje parametry jej pracy! To wprawdzie generalna zasada, że wszelkich połączeń powinno się dokonywać przy odłączonym napięciu zasilania ale w przypadku driverów LED jest to szczególnie ważne!

Do drivera można podłączyć pojedynczą diodę albo kilka diod połączonych szeregowo. Ich ilość zależy od maksymalnego napięcia zasilania drivera. Zdecydowanie odradzamy równoległe łączenie diod na wyjściu drivera z uwagi na nierównomierny rozpływ prądów wynikający z nieliniowości diod oraz rozrzutu ich parametrów! Sprawność drivera LED zależy w dużym stopniu od dopasowania podłączanych diod LED do napięcia zasilającego. Im większa różnica między sumą napięć pracy podłączonych diod a napięciem zasilającym tym mniejsza sprawność drivera. Dlatego zazwyczaj stosuje się 3 lub więcej diod w szeregu. Większość dobrych producentów driverów podaje w instrukcjach konfigurację, dla której urządzenie osiąga najwyższą sprawność.

Poza sprawnością ważnym parametrem jest zakres napięć, przy których driver pracuje poprawnie. Im szerszy tym lepiej ponieważ mamy większą elastyczność. Trzeba jednak uważać z górnymi progami, ponieważ sporo producentów zawyża parametry i w praktyce okazuje się że praca przy maksymalnym napięciu zasilania skutkuje przegrzewaniem się układu lub w przypadku oszczędności na elementach może się skończyć eksplozją kondensatora elektrolitycznego.

Stałe czy zmienne napięcie zasilania LED?

Istnieją na rynku drivery LED, które pracują tak przy stałym jak i zmiennym napięciu zasilania. Jest to wygodna cecha bo można na przykład podłączyć driver bezpośrednio do transformatora od halogenów, który jest tani lub został ze starego oświetlenia. Odradzamy jednak stosowanie takich urządzeń z kilku powodów. Po pierwsze samo zasilanie napięciem przemiennym nie jest zalecane z uwagi na brak stabilizacji napięcia oraz układów zabezpieczeń obecnych w zasilaczach napięcia stałego. Jest to więc zwyczajnie mniej bezpieczne dla diod i mogą zostać znacznie łatwiej uszkodzone na przykład przepięciami z sieci. Po drugie mostek prostowniczy zawarty w takim driverze wprowadza straty napięcia do całego układu, co zmniejsza ogólną sprawność tym bardziej im niższe napięcie zasilania. Przy 12 Voltach może to być nawet 10-12%, więc znacząca różnica! Jeśli do tego wszystkiego konstrukcja urządzenia nie jest do końca przemyślana i zastosowano tanie elementy (głównie chodzi o kondensatory i cewkę) to przy zasilaniu napięciem przemiennym jakość zasilania na wyjściu takiego drivera będzie daleka od wymaganej przez diody. No i może się zdarzyć wybuch kondensatora lub przegrzewanie układu.

Krzysztof Ratyński