Bộ đổi nguồn LED – Yếu tố quyết định tuổi thọ của đèn LED chiếu sáng

  • Bộ chuyển nguồn (Tiếng anh LED Power Supplier, có lúc gọi là LED Driver), trong bộ đèn LED chiếu sáng thông dụng – đây là một yếu tố cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng rất lớn tới tuổi thọ của bộ đèn.
  • Trước hết chúng ta cần hiểu nhiệm vụ của bộ nguồn này là gì? Chúng ta đều biết, chip LED là một loại Đi-ốt phát sáng, nó hoạt động với dòng điện một chiều có cường độ trong một khoảng nhất định (Thông thường khoảng 300mA). Trong khi đó, mạng điện dân dụng có điện áp là 220V xoay chiều, do đó để có bộ đèn LED có thể hoạt động được với điện áp này, cần có bộ phận để chuyển đổi nguồn từ 220V xoay chiều thành dòng điện một chiều có điện áp và dòng điện phù hợp để cho chíp LED hoạt động.

Vì sao phải đổi nguồn 220V xuống 24V?

Tất cả máy móc điện tử đều sử dụng nguồn điện áp xoay chiều là 220V tiêu chuẩn Nga và châu Âu. Tuy nhiên các mạch điện tử bên trong các thiết bị, máy móc này lại sử dụng nguồn một chiều với điện áp là 5V, 6V, 12V, 24V, 36V… Vậy làm thế nào để đổi nguồn từ 220V thành mạch nguồn 24V? Và tại sao phải đổi?

Vì sao phải đổi nguồn xoay chiều thành 1 chiều?

Các điện áp xoay chiều thường không ổn định, ví dụ như ở Việt Nam điện áp lưới danh định là 220V nhưng có thể dao động từ 150V cho đến 250V tùy từng thời điểm. Vì vậy, chuyển đổi nguồn 220V xoay chiều thành mạch nguồn 24V hay 12V, 5V… là việc làm cần thiết để duy trì tính ổn định của điện áp.

Các thông số kỹ thuật của nguồn 1 chiều

  • Điện áp đầu vào: Là dải điện áp cung cấp cho bo mạch mà vẫn đảm bảo hoạt động ổn định cho điện áp đầu ra.
  • Điện áp đầu ra: Là điện áp đưa ra cho dải tiêu thụ. Điện áp này càng ổn định thì chất lượng của bộ nguồn càng tốt.
  • Công suất của bộ nguồn: Mỗi bộ nguồn chỉ có một khả năng cung cấp 1 dòng điện giới hạn nào đó mà vẫn giữ dược ổn định điện áp đầu ra. Công suất càng lớn thì kích thước càng to và giá thành càng cao.
  • Hiệu suất của bộ nguồn: Hiệu suất cao thì bộ nguồn chế tạo càng khó và đắt tiền, nhưng đổi lại sẽ tiết kiệm điện năng và tỏa nhiệt ít.

2 mạch nguồn thông dụng

  • Mạch xung: Được chế tạo phức tạp với nhiều linh kiện, mang lại hiệu suất sử dụng cao, thường được dùng trong các thiết bị điện tử như sạc điện thoại, sạc máy tính, sạc xe đạp điện…
  • Nguồn tuyến tính: Thiết kế khá đơn giản song kích thước cồng kềnh. Bộ nguồn tuyến tính ít nhiễu cao tần, dễ chế tạo và sửa chữa, chất lượng nguồn điện đầu ra cao hơn nguồn xung.
  • Hiện tại trên thị trường có 3 loại LED driver: ( Không xét các loại đèn đổi màu)

    • Loại 1: Sử dụng điện trở để hạ áp: Loại này là loại nguồn thô sơ nhất, tính năng của loại nguồn này cực kỳ kém, trên thị trường vẫn có những loại đèn LED giá siêu rẻ sử dụng loại nguồn này.
    • Loại 2: Nguồn dòng. Loại nguồn này sử dụng IC và biến thế để cho ra dòng điện ổn định phù hợp với dòng điện yêu cầu của chip LED. Ưu điểm nổi bật của loại nguồn này là cho ra dòng điện cố định kể cả khi điện áp đầu vào thay đổi trong một khoảng khá lớn.
    • Loại 3: Nguồn có thể thay đổi độ sáng của đèn ( Dimmable). Loại nguồn này có thể sử dụng với chiết áp để thay đổi độ sáng của đèn theo ý muốn. Chúng tôi sẽ phân tích cụ thể loại nguồn này sau.

Trong bài viết này chúng tôi sẽ giới thiệu với bạn về cấu tạo của nguồn dòng. Chúng ta cùng xét một mạch dạng mạch điển hình dưới. Đây là sơ đồ mạch của bộ chuyển nguồn cho đèn LED âm trần.

VD: Hình ảnh và sơ đồ của bộ nguồn LED âm trần

Các ô có đánh dấu là những khối cơ bản, ngoài ra còn các chi tiết khác chúng ta sẽ không bàn đến ở đây.

Chúng ta lần lượt xét các khối.

  • Khối số 1: Mạch chỉnh lưu. ( Không thể thiếu với tất cả các loại bộ đèn LED dùng điện 220V). Khối này có cấu tạo là 4 Đi-ốt, khi dòng điện đi qua 4 Đi-ốt này sẽ được chuyển từ dòng xoay chiều thành dòng điện một chiều. Tụ điện C2, có tác dụng san phẳng dao động điện sau khi chỉnh lưu. Tụ C2 là thành phần khá quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của bộ đèn, nếu dung lượng của tụ C2 không đủ sẽ dẫn đến hiện tượng đèn bị chớp.
  • Khối số 2: Khối điều khiển – Đóng cắt.

Đây có thể được gọi là trái tim của bộ nguồn. Khối này gồm 2 thành phần chính, một là IC điều khiển, hai là bộ phần đóng cắt – MOSFET ( Một số loại nguồn sử dụng Transitor thay cho Mosfet).

IC  điều khiển có chức năng tạo ra tín hiệu điều khiển MosFet đóng cắt mạch liên tục để tạo xung. Nghĩa là biến dòng điện đầu vào ( Sau khi đi qua mạch chỉnh lưu) là dòng một chiều không có dao động thành dòng điện một chiều dao động theo một tần số nhất định, tần số này bằng tần số đóng cắt của Mosfet.

Dòng điện dao động này là cần thiết để cho biến áp 4 hoạt động. Tần số dao động sẽ quyết định độ lớn của dòng điện đầu ra.

Đối với sơ đồ này, IC có các chân phản hồi áp và dòng từ đầu ra. IC sẽ phân tích các tín hiệu phản hồi từ đầu ra để quyết định tần số đóng cắt của Mosfet. Đặc điểm của IC là sẽ nhận phản hồi áp và luôn đảm bảo cấp đủ công suất cho tải.

Một đặc điểm của đèn LED là khi hoạt động, nhiệt độ tăng lên thì sẽ dẫn đến điện trở suất tương đương giảm xuống, điều này kéo theo dòng điện đi qua chip LED sẽ tăng lên. Khi dòng điện ở tải yêu cầu tăng lên, IC sẽ đáp ứng có nghĩa là nó sẽ yêu cầu Mosfet đóng cắt nhanh hơn, nếu tần số đóng cắt này quá lớn Mosfet sẽ không chịu được và hỏng. Do đó rất cần thiết có cơ cấu phẩn hồi dòng và IC cần phải được trang bị chức năng bảo vệ quá dòng.

Tuy nhiên khi nhà sản xuất muốn hạ giá thành sản phẩm, họ có thể bỏ cơ cấu phản hồi dòng và lựa chọn loại IC không có bảo vệ quá dòng.

Nguồn sử dụng IC tích hợp Mosfet trong và nguồn sử dụng IC, Mosfet rời.

Có nhiều loại IC được tích hợp luôn mosfet trong, do đó bạn sẽ không nhìn thấy mosfet đối với loại nguồn này. Tuy nhiên đối với mosfet tích hợp trong, công suất của mosfet đó sẽ không lớn bằng mosfet rời. Do đó, nguồn sử dụng fostet rời về sâu xa sẽ tốt hơn, tuy nhiên giá thành cũng sẽ cao hơn.

  • Khối số 3: Cơ cấu dập xung kim ( Đa phần các loại đèn giá rẻ sẽ không có cơ cấu này)

Khi Mosfet đóng cắt để tạo xung, lý tưởng chúng ta muốn có dạng xung vuông, tuy nhiên trên thực tế sẽ có dạng xung như hình dưới.

Chúng ta có thể thấy phần sóng nhọn lên, đó là phần xung kim, nghĩa là tại những điểm này, điện áp hay dòng điện sẽ tăng vọt lên so với mức mong muốn. Cơ cấu dập xung có tác dụng loại bỏ các xung kim này. Về cơ bản nếu không loại bỏ xung kim, bộ nguồn vẫn hoạt động được, nhưng về lâu dài sẽ không bền.

  • Khối số 4: Biến áp ( Khối công suất)

Biến áp có chức năng hạ điện áp để cấp nguồn cho chip LED hoạt động. Đây là phần không thể thiếu trong bộ nguồn. Chất lượng của biến áp cũng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của bộ nguồn, cũng như hiệu suất của bộ nguồn.

  • Khối số 5: Tụ lọc đầu ra

Dòng điện sau biến áp là dòng điện dao động, để ánh sáng không bị dao động chúng ta cần có tụ lọc đầu ra, các tụ này sẽ có nhiệm vụ san phẳng dòng điện đầu ra.

Đối với các loại đèn LED kém chất lượng, dung lượng tụ không đủ lớn hoặc bị giảm nhanh sau thời gian hoạt động, sẽ dẫn đến tình trạng ánh sáng bị rung ( Như trong bài trước, chúng ta có thể thấy ánh sáng bị rung khi quay camera )

  • Khối số 6: đèn LED
  • Một số lưu ý khác:

Trong các bộ phận của đèn LED chúng ta thường thấy hỏng nhiều nhất đó là bộ nguồn, sau đó mới đến chip LED. Sở dĩ như vậy là vì bộ nguồn cấu thành từ nhiều linh kiện khác nhau. Để giảm giá thành, nhà sản xuất có thể giảm bớt đi một số bộ phận mà bộ nguồn vẫn có thể hoạt động được trong một khoảng thời gian nào đó. Người tiêu dùng không thể nhận ra điều này vì nó nằm đằng sau một lớp vỏ, và nếu có bóc lớp vỏ đó ra thì cũng không có đủ phương tiện để kiểm tra. Do đó, hãy thật cẩn trọng khi lựa chọn đèn LED nhất là khi giá sản phẩm đó RẺ BẤT NGỜ.