Драйвер или блок питания: в чем их различие и как между ними выбрать?
На сегодняшний день светодиоды – это один из самых популярных источников света. Несмотря на все их преимущества, они тоже не лишены недостатков. Основные из них – чувствительность к стабильности тока и плохая переносимость высоких температур эксплуатации. Эти недостатки требуют определенных решений для их компенсации, и использование драйвера – одно из них. Для того чтобы разобраться в отличиях драйвера от блока питания, приведем немного теории.
Источник тока или источник напряжения?
Блок питания – это общее наименование части устройства, отвечающей за подачу и регуляцию поступающей электроэнергии для питания устройства. Он может располагаться как отдельно снаружи, так и в корпусе самого устройства.
Драйвер – общее наименование специализированного коммутатора, регулятора или источника питания для определенных типов оборудования.
Источники питания глобально делятся на источники напряжения и источники тока. В чем их отличия?
Источник напряжения – это источник питания, для которого изменение входного тока не влияет на напряжение на выходе.
Идеальный источник напряжения отличается отсутствием внутреннего сопротивления, а его выходной ток может принимать бесконечно большое значение. В реальности, естественно, все выглядит несколько иначе.
Любой источник напряжения имеет внутреннее сопротивление того или иного значения. Поэтому при подключении мощной нагрузки с большим током потребления напряжение может отклоняться от номинального (величина отклонения соразмерна мощности нагрузки). Выходной ток в этом случае обуславливается внутренним устройством источника.
Аварийным режим работы для такого источника - режим короткого замыкания. Ток в такой ситуации резко увеличивается, и кроме внутреннего сопротивления источника ничем не ограничен. Это сопротивление обычно невелико, поэтому если источник питания не защищен от КЗ,оно приведет его в негодность.
Источник тока – это такой источник питания, ток которого не меняется при изменении сопротивления подключенной нагрузки.
Основная цель источника тока – поддерживать заданный его уровень. Поэтому аварийный режим для него – режим холостого хода.
В режиме холостого хода к источнику питания не подключено никакой нагрузки. Для источника это означает, что ее сопротивление бексонечно велико. Он будет увеличивать напряжение в цепи до тех пор, пока по ней не потечет номинальный для источника питания ток. Хороший пример такой ситуации – свеча зажигания в автомобиле.
Когда цепь питания разомкнута, напряжение на электродах будет расти до тех пор, пока не достигнет величины напряжения пробоя, после чего в месте пробоя протечет ток, и накопленная в катушке энергия рассеется.
При этом состояние КЗ для источника тока аварийным или опасным не является. В таком режиме сопротивление нагрузки бесконечно мало, и соответственно напряжение на выходе источника также будет исчезающе маленьким, как и выделяемая мощность.
Вернемся к практике
Относительно современной номенклатуры и названий, блоком питания принято называть источник напряжения.
К ним можно отнести:
- Зарядные устройства планшетов, смартфонов и т.п.;
- Зарядные устройства для ноутбуков;
- Блоки питания для светодиодных лент.
За источниками тока, в свою очередь, закрепилось название драйвер. В большинстве своем они применяются для питания светодиодов или светодиодных матриц (имеющих высокую мощность).
Электропитание светодиодов
Во вступительной части статьи нами было сказано, что требования светодиода к питанию довольно специфичны и строги. Обусловлено это тем, что светодиод питается током. Это, в свою очередь, связано с вольтамперной характеристикой полупроводниковых диодов.
На картинке приведены ВАХ диодов различных цветов:
Похожая на параболу форма ветвей является следствием характеристик полупроводников и наличествующих в них примесей, и, кроме того, особенностей pn-перехода. Пока приложенное к диоду напряжение ниже порогового, ток практически не растет. По достижении порогового значения напряжения значение тока начинает резко увеличиваться.
В случае, если ток через резистор увеличивается линейно в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения, увеличение тока в диоде этому закону подчиняться уже не будет. В такой ситуации увеличение напряжения на 5% может дать увеличение тока в 500%. Помимо прочего, если в металлах сопротивление при нагреве увеличивается, то у полупроводников оно падает, а ток начинает расти. Причины такого поведения кроются в физических основах электроники, а конкретно типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочем. Подробнее эти вещи будут затронуты нами в будущих статьях.
В технических характеристиках диодов пороговое напряжение обычно обозначают как падение напряжения в прямом смещении. Для светодиодов с белым светом свечения оно чаще всего составляет приблизительно 3 вольта.
Казалось бы, эту проблему можно решить на стадии проектирования светильника – установив правильные токоограничивающие резисторы и выставив стабильное напряжение на выходе блока питания. Именно так и проектируются светодиодные ленты, однако разница в том, что питают их от стабилизированных источников питания, и мощность применяемых в лентах светодиодов сравнительно мала и составляет десятые и сотые доли ватт. Конечно, и для этого правила существуют исключения, но подробнее виды светодиодов мы рассмотрим позднее.
Мощные же светодиоды, для которых и рекомендовано осуществлять питание через драйвер, нагреваются во время работы довольно значительно. Светодиод мощностью в 1Вт может нагреться до 50 градусов менее чем за 15 секунд при отсутствии радиатора.
Если такой мощный светодиод работает от драйвера со стабильным выходным током, то при нагреве ток на нем возрастать не будет, а для компенсации изменения сопротивления напряжение на его выходах несколько снизится. В случае работы от источника напряжения (блока питания), то после нагрева ток увеличится, что приведет к еще большему нагреву.
Подключение светодиодов
Известно, что к части драйверов можно подключать более одного светодиода. Светодиоды к драйверу подключаются последовательно, т.к. ток через все элементы при таком подключении одинаков. Подключать светодиоды параллельно нельзя, т.к. падения значений напряжения на светодиодах могут несколько различаться, и в результате один из светодиодов будет перегружен, а второй работать в режиме ниже номинального.
Подключать большее количество светодиодов, чем указано в спецификации, не рекомендуется. Это обусловлено тем, что любой источник питания (и драйвер в том числе) имеет максимально допустимую мощность. Каждый следующий подключенный светодиод будет увеличивать напряжение на выходах драйвера. Учитывая, что общая мощность равна току, помноженному на напряжение, рано или поздно она будет превышена.
Заключение
Драйвер – это тот же блок питания, предназначенный для обеспечения подключенного к нему элемента заданным током. Строго говоря, сами названия «блок питания» и «драйвер» были разработаны скорее маркетологами, чем инженерами, и потому нет особой разницы в том, что и как называть. Главное – обращать внимание на тип источника питания и выбирать его в соответствии с вашими задачами. В большинстве светильников, находящихся в продаже, драйвер для управления питанием уже включен в комплект поставки, однако при его отсутствии вы будете знать, по каким принципам осуществлять его выбор.
