Питание светодиодов. Источники питания для светодиодного освещения
Показаны все продукты (0)
Основными преимуществами светодиодных светильников считается экономичность и длительный срок эксплуатации. Если использовать их по 10 часов в сутки, то они прослужат 25 лет. Опять же, это слова производителя. Возможно, они способны прослужить гораздо дольше? Пусть время даст ответ на этот вопрос. Однако, у светодиодных светильников, независимо от их вида и сферы применения, есть одно слабое место – электрический ток.
Выберите подкатегорию товара:
Крепления УЗИПNo products found which match your selection.
Устройство электропитания
На любом электроприборе указываются 2 основных параметра – мощность и входное напряжение. Если входное напряжение превышает допустимую норму – прибор выходит из строя. А где же сила тока? Этот параметр каждый прибор регулирует самостоятельно. Ведь при одинаковом сопротивлении и напряжении сила тока никогда не превысит допустимых значений. Следовательно, для большинства, окружающих нас бытовых электроприборов используется блок питания, задача которого, не допустить превышения максимально допустимого значения напряжения.
Для светодиодных светильников традиционный блок питания не подходит, так как первичной величиной в данном случае, является значение силы тока, превышение допустимого порога которого, хотя бы на 5% приводит к быстрому износу светодиода и сокращению срока эксплуатации дорогостоящего оборудования.
Использование блока питания для светильников приведёт к следующим результатам.
Снижение срока службы светильника.
Уменьшение яркости света.
Помехи в электросети.
Выход из строя блока питания.
Выходом из этой ситуации являются источники тока для светодиодных светильников (драйвера). В отличие от блока питания, драйвер даёт на выходе стабильную мощность и силу тока.
Как работает драйвер?
Лампа с нитью каления имеет средний световой поток 15 люмен/ват, а светодиодная лампа 120 люмен/ват. Следовательно, светодиодная лампа, мощностью 10 Вт – эквивалентна «лампочке Ильича», мощностью 80 Вт.
Драйвер позволяет подсоединить нужное количество ламп последовательно, при этом, с каждым новым элементом, увеличивается напряжение, а сила тока остаётся неизменной. Например, источник тока для светодиодных светильников, мощностью 60 Вт, позволяет, последовательно, подсоединить 6 ламп по 10 Вт, с силой тока 500 мА и общим напряжением 120 В. Такой способ соединения повышает КПД светильников, а поскольку КПД драйверов 97-99% — потеря практически отсутствует.
Как выбрать подходящий драйвер
Источники тока для светодиодных светильников купить которые можно в интернет-магазине «Век светодиодов» по, одним из самых низких в РФ ценам, нужно выбирать вместе со светильником, при этом, количество осветительных элементов, способ соединения, разница между суммарной потребляемой мощности элементов и выходной мощностью драйвера с учётом КПД, указанные в характеристиках драйвера и светодиодных светильников должны совпадать.
Рассмотрены основные требования к источникам питания для светодиодных светильников, как самых оптимальных с точки зрения эффективности, надежности, экологии. Рассмотрены требования к входному току и возможные пути удовлетворения требований ГОСТ. Рассмотрены требования к выходным параметрам с учетом специфики нагрузки. Предложена топология преобразователя, удовлетворяющая всем рассмотренным требованиям с минимальными материальными затратами.
Замечено, что повышение благосостояния любой цивилизации приводит к увеличению количества потребляемой энергии в разных ее формах. Так было всегда, с самых первобытных племен и по настоящее время, и нет никаких оснований сомневаться в том, что так будет продолжаться и дальше, по крайней мере, в ближайшем будущем. Общий рост потребления энергии распространяется и на электрическую энергию, как на самый удобный вид энергии с точки зрения производства, использования и доставки потребителю, не говоря уже об экологии в местах ее использования. При увеличении потребления сразу же возникают проблемы, связанные с доставкой электроэнергии потребителю. Ограниченная пропускная способность существующих электрических сетей вынуждает искать пути для повышения эффективности передачи и использования электрической энергии.
Известно, что в жилых и непроизводственных зданиях, составляющих львиную долю потребителей, значительная часть от всей потребляемой электроэнергии (около 50%) расходуется на освещение. Поэтому повышение эффективности светильников существенно влияет на общие потери в проводах и на пропускную способность сети. Сравнение характеристик разных типов современных светильников (табл. 1) показывает, что так называемая «лампочка Ильича» – это светильник ХХ века, уже ушедшего в историю. Новый, ХХI век требует применения новых, эффективных решений.
Как видно из таблицы 1, замена традиционных ламп накаливания на люминесцентные лампы и современные светодиоды может сократить затраты энергии на освещение в 4…5 раз. Но уменьшится ли при этом нагрузка на электрическую сеть?
На рисунке 1 представлены осциллограммы тока потребления различных люминесцентных ламп (1а – лампа с пускорегулирующим устройством в цоколе без дросселя, 1б, 1в – лампы с дросселем). Из рисунка видно, что все люминесцентные лампы имеют низкий коэффициент мощности: без дросселя – за счет больших гармонических искажений тока, с дросселем – за счет огромного сдвига по фазе. В результате при равной яркости свечения люминесцентные лампы потребляют значительно меньшую активную мощность, но создают нагрузку на сеть даже большую, чем лампа накаливания равной яркости. Конечно, это позволяет экономить топливо, сжигаемое в печах электростанций, но совершенно не решает проблему доставки электроэнергии потребителю. В результате, в конечном счете все окажутся в убытке: владельцы электрических сетей (при максимальной нагрузке, которую могут выдержать сети, последние будут в состоянии передавать в 2…4 раза меньше активной мощности и, соответственно, приносить меньший доход), производители электроэнергии (генераторы электростанций при том же самом максимально допустимом токе обмоток генераторов будут вырабатывать меньшую полезную мощность) и, в конечном счете, потребители электроэнергии (совершив дополнительные затраты на установку экономичных светильников, потребители не смогут долго радоваться снижению затрат на освещение – электрические компании быстро отреагируют на снижение своих доходов и дружно откликнутся повышением тарифов). Чтобы повысить эффективность доставки электроэнергии, необходимо исключить бесполезный холостой пробег тока и передавать по проводам только активную мощность. Для решения этой задачи при импульсном потреблении тока, а также при ярко выраженном нелинейном или реактивном характере нагрузки необходимо применение одного из множества разновидностей корректоров коэффициента мощности (ККМ). Поскольку ККМ практически невозможно уместить в цоколе от лампы накаливания, простая замена лампы накаливания на более дорогую энергосберегающую люминесцентную лампу с таким же цоколем сократит на некоторое время расходы на освещение (при этом по причинам, изложенным выше, вряд ли дополнительные затраты успеют окупиться), но нисколько не убавит токовую нагрузку на сеть. Кроме того, поскольку сама люминесцентная лампа – вещь довольно громоздкая, да к тому же хрупкая и наполнена ядовитыми парами ртути, становится очевидным преимущество светодиодных светильников, лишенных указанных выше недостатков.
Особенности физических свойств светодиодов определяют специфические требования к источникам питания для светодиодной техники. Кроме того, чтобы действительно уменьшить нагрузку на электрическую сеть, то есть обеспечить высокий коэффициент мощности, источники должны соответствовать определенным требованиям по величине гармоник входного тока.
Проблема низкого коэффициента мощности существует столько же, сколько существуют электрические сети переменного тока. Повышающие и понижающие трансформаторы, электродвигатели переменного тока, включенные в большом количестве в электрическую сеть, создают значительную реактивную составляющую тока, в результате чего при довольно большом токе в проводах полезная мощность составляет малую часть от того, что можно было бы получить при чисто активной нагрузке. Действительно, при синусоидальном напряжении в сети в случае активной нагрузки ток в сети пропорционален напряжению:
Полезная мощность при этом составляет:
Коэффициент мощности, определяемый как отношение полезной мощности к произведению среднеквадратичных значений тока и напряжения, в данном случае равен:
При наличии реактивной составляющей, вызванной индуктивным характером нагрузки, ток отстает по фазе от напряжения:
Полезная мощность и коэффициент мощности при этом равны соответственно:
Итак, при синусоидальном токе коэффициент мощности равен пресловутому «косинусу фи», с которым должен быть хорошо знаком каждый, кто хорошо учился в средней школе. Однако отождествлять эти два понятия нельзя, поскольку коэффициент мощности может отличаться от 100% не только из-за сдвига по фазе между током и напряжением, но и из-за больших гармонических искажений тока. Если посмотреть с помощью осциллографа форму напряжения в любой электрической розетке, то сейчас никого уже не удивляет видимая невооруженным глазом особенность – верхушка синуса как бы срезана. Это объясняется большим распространением источников питания для персональных компьютеров, телевизоров и прочей бытовой техники, содержащих выпрямитель с накопительным конденсатором на своем входе и не содержащих при этом ККМ. Такие источники потребляют ток короткими импульсами в момент достижения сетевым напряжением своего амплитудного значения. В остальную часть периода сети потребления тока нет. Естественно, пиковое и среднеквадратичное значения тока в сети оказываются при этом значительно выше, чем в случае потребления в течение всего периода.
Для наглядности рассмотрим аппроксимацию тока потребления таких устройств в виде короткого прямоугольного импульса (рис. 2), точно совпадающего по фазе с напряжением сети, и будем предполагать, что коэффициент заполнения γ , то есть отношение длительности импульса к периоду его следования (в нашем случае – к половине периода сетевого напряжения) намного меньше единицы:
Поскольку импульс короткий и совпадает по времени с верхушкой синусоиды, мгновенное значение напряжения сети в течение всего импульса можно считать неизменным и равным амплитудному значению. При данном предположении потребляемая мощность и среднеквадратичное значение тока равны соответственно:
Коэффициент мощности при этом равен:
Нетрудно убедиться, что, например, при коэффициенте заполнения 1/8 коэффициент мощности уже равен 0,5 и будет тем меньше, чем меньше относительная длительность импульса. Если со сдвигом по фазе метод борьбы давно известен и везде применяется – включение в сеть конденсатора соответствующей емкости создает равную по величине и противоположную по знаку реактивную составляющую, которая компенсирует действие индуктивной нагрузки и уменьшает сдвиг по фазе до нуля, то с импульсным потреблением тока должен бороться сам потребитель, скомпенсировать его параллельным включением каких-либо дополнительных устройств нельзя. По своему действию на сеть импульсная нагрузка значительно хуже индуктивной, так как лишает сети переменного тока очевидного преимущества – отсутствия потерь в нулевом проводе. Если при сбалансированной нагрузке в трехфазной сети токи отстают по фазе от напряжения на один и тот же угол, они все равно взаимно компенсируются, и ток в нулевом проводе, равен нулю, потери выделяются только в фазных проводах, то при импульсном потреблении картина совсем иная. Импульсы тока потребления в каждой фазе не пересекаются по времени с импульсами в других фазах, и никакой взаимной компенсации токов в нулевом проводе не происходит. Напротив, в нулевом проводе складываются потери от тока каждой фазы, и его уже нельзя делать тонким. Напротив, при такой нагрузке его следует делать более мощным, чем фазные провода, потери в трехфазных сетях при этом удваиваются, а о передаче электроэнергии на большие расстояния с помощью трехпроводных линий электропередач без нулевого провода вообще не может быть и речи.
В нашей стране только в последнее время становится заметным влияние импульсного потребления и вызванные им неудобства. Значительно заметно это будет в ближайшем будущем в связи с централизованно организованным переходом от ламп накаливания к энергосберегающим лампам. Немногие захотят добровольно приобрести лампу, в 10…20 раз более дорогую, про которую известно, что она потребляет в 4…5 раз меньше электроэнергии (что похоже на правду и привлекает покупателя), и про которую говорят, что она прослужит во столько же раз дольше по сравнению с лампой накаливания, во сколько раз она дороже (в чем воспитанный нашей рекламой покупатель имеет полное право сомневаться). Гораздо охотнее будут раскупаться дешевые китайские лампы без ККМ, наводнившие наш рынок, и по мере дальнейшего введения запретов на производство ламп накаливания есть все основания ожидать, что мы в полной мере увидим все прелести импульсного потребления.
В более развитых странах с этой проблемой столкнулись несколько раньше, особенно остро она возникла в США, где стандартная сеть имеет напряжение 110 В. В Европе давно уже действуют нормы IEC 555-2 и множество произведенных от него стандартов, регламентирующих величину гармоник входного тока для устройств, питающихся от сети переменного тока. В России соответствующий стандарт ГОСТ Р 51317.3.2, содержащий аутентичный текст международного стандарта МЭК 61000‑3‑2‑(1995‑03), введен в действие 24 декабря 1999 г. В соответствии с этим стандартом все потребители до 16 А на фазу разделены на 4 класса со своими нормами на величину гармоник входного тока (по 40-ю гармонику включительно). К классу B относится портативное оборудование, к классу C относятся осветительное оборудование. Остальное оборудование разделено между классами A и D, одним из критериев деления является форма входного тока. Если форма тока укладывается в определенный стандартом шаблон в течение более 95% времени, то оборудование относится к классу D с более жесткими нормами, в котором допустимая величина гармоник входного тока зависит от входной мощности. Класс А устанавливает нормы на абсолютную величину гармоник входного тока независимо от входной мощности.
Для осветительного оборудования (класс С) установлены нормы на относительную величину гармоник входного тока. В соответствии со стандартом, вторая гармоника входного тока должна быть не более 2% от величины первой гармоники, третья – не более (30 ∙PF )%, где PF – коэффициент мощности изделия, пятая – 10%, седьмая – 7%, девятая –5%. Нормы на величину нечетных гармоник с 11 по 39 включительно установлены на уровне 3% от величины первой гармоники. Чтобы соответствовать требованиям стандарта, в состав оборудования включают дополнительный функциональный узел, называемый корректором коэффициента мощности (ККМ). Поскольку основная масса единиц осветительного оборудования на основе светодиодов не будет потреблять более 100 Вт, источник питания для светодиодов должен быть достаточно дешевый, что накладывает довольно жесткие ограничения на стоимость ККМ. Фактически, форма входного тока у источника питания для светодиодов может очень сильно отличаться от синусоидальной, главное, чтобы гармоники входного тока соответствовали требованиям ГОСТ, а стоимость самого ККМ была минимальной.
Наиболее популярным видом ККМ в маломощных источниках питания являются пассивные ККМ, основным преимуществом которых является их простота и низкая стоимость. В качестве примера пассивного ККМ на рисунке 3 представлена наиболее популярная диодно-кондесаторная схема.
Главный принцип действия пассивных корректоров – «растянуть» форму тока за пределы установленного в стандарте шаблона, таким образом, переводя преобразователь из класса D в класс A с менее жесткими нормами на величину гармоник входного тока (рисунок 4).
Как видно из рис. 4, пассивный ККМ обеспечивает форму тока, не укладывающуюся в шаблон для класса D, следовательно, оборудование может быть отнесено к классу А. Поскольку нормы в классе A установлены в абсолютных величинах независимо от величины входной мощности (нормы класса А соответствуют нормам класса D для мощности 600 Вт), такой тип корректоров вполне приемлем для маломощных преобразователей. Осветительное оборудование, однако, относится к классу C, в котором норма на гармоники входного тока установлена в относительных единицах по отношению к величине основной гармоники. Представленная на рисунке 3 форма тока значительно превышает нормы, установленные для класса C. По этой причине дешевые пассивные корректоры коэффициента мощности не могут быть использованы в осветительной аппаратуре. Для удовлетворения требований стандарта по гармоникам входного тока в нашем случае необходимо применение активного ККМ.
Классический ККМ в виде отдельного узла или отдельного модуля выполняется по схеме повышающего преобразователя (рис.5). Данный ККМ позволяет удовлетворить самые жесткие требования стандарта, но его применение существенно повышает стоимость изделия, что особенно заметно, если мощность источника не превышает 100…200 Вт, т.е. практически не подходят для подавляющего большинства светильников.
В поисках путей удешевления ККМ в 90-х годах прошлого века появились публикации, в которых предлагалось объединить функции силовых ключей ККМ и последующего преобразователя в одном силовом ключе (рис. 6), дополнив схему диодами и переведя ККМ и преобразователь в режим разрывных токов (так называемое «новое семейство»). Экономия одного ключа и его схемы управления достигается за счет повышенных токов и напряжения на основных силовых элементах схемы. Особенно неприемлемой оказалась зависимость напряжения на высоковольтном накопительном конденсаторе от изменения мощности нагрузки. Из-за этих недостатков «новое семейство» не получило практического применения.
В последнее время появились также публикации о резонансных преобразователях с ККМ с двумя накопительными конденсаторами и несколькими магнитосвязанными обмотками трансдросселя, в которых ток перетекает резонансным образом из одной накопительной емкости в другую и затем, через выходную обмотку трансдросселя, в нагрузку. В этих преобразователях используется один ключ, а входной дроссель ККМ и изолирующий трансформатор объединены на общем сердечнике в один моточный компонент. Данная топология из-за множества магнитных связей практически не поддается аналитическому описанию, попытки публикаций грешат множеством неточностей. Из публикаций видно, что преобразователь работает, и видно, что начальные предположения при анализе приводят к противоречию работы преобразователя и результатам анализа, вытекающих из сделанных предположений. Применение режима разрывных токов и резонансного принципа работы подразумевает повышенные требования по току к накопительным конденсаторам, однако, если производитель правильно подберет компоненты и сумеет обеспечить высокую повторяемость при серийном производстве, данная топология вполне имеет право на практическое применение.
Альтернативой ККМ являются преобразователи, устроенные таким образом, что их входной ток приблизительно пропорционален входному напряжению. Из таких преобразователей наиболее подходящим для питания светодиодов, с точки зрения авторов, является вариант преобразователя без накопительного конденсатора на первичной стороне. На рисунке 7 представлена версия на основе обратноходового преобразователя.
Преобразователь работает в граничном режиме. Функцию накопительного конденсатора выполняют емкости на выходе преобразователя. Повышенные требования по току конденсаторов здесь окупаются простотой и низкой ценой, а наличие небольшой пульсации выходного напряжения на удвоенной частоте сети вполне допустимо при питании осветительного оборудования. Расчетная форма тока представлена на рис. 8. Теоретически коэффициент мощности такого преобразователя равен 0,99, при этом расчетный состав гармоник входного тока с большим запасом удовлетворяет требованиям класса С.
Специфика нагрузки при определяет специфические требования к выходной части преобразователей. В основном, по своим выходным параметрам источники питания для светодиодного освещения не должны сильно отличаться от стандартных коммерческих преобразователей. Отличительными чертами являются:
1. Не всегда требуется гальваническая развязка между входными и выходными цепями.
2. Появилась новая опция – dimming.
3. Поскольку светодиоды питаются током, а не напряжением, на рынке требуются преобразователи – источники тока. Источники напряжения также востребованы для питания устройств, содержащих несколько «гирлянд» со своими регуляторами.
4. Более мягкие требования к пульсациям выходного напряжения, особенно на высокой частоте.
Требования по пульсациям на удвоенной частоте сети определяются санитарными нормами СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278‑03, устанавливающими для обширного класса помещений жилых и общественных зданий нормы на коэффициент пульсации освещенности в пределах 10…20%. При освещении помещений, для которых коэффициент пульсации освещенности не нормируется, следует помнить, что при питании светодиодов импульсным током их эффективность заметно снижается. В этом можно убедиться на простом примере. Для типового светодиода зависимость светового потока от тока имеет ярко выраженный логарифмический характер. В качестве примера рассмотрим типовую характеристику диода CLN6A (Рис. 9).
При питании светодиода током 600 мА световой поток больше потока при токе 300 мА приблизительно в 1,5 раза. Следовательно, при питании светодиода импульсным током со скважностью 0,5 и средним значением 300 мА световой поток будет составлять только 0,75 от величины потока при питании постоянным током с тем же средним значением. Это говорит о том, что пульсации напряжения на выходе должны быть в разумных пределах и не следует пытаться обойтись без конденсаторов при построении преобразователя напряжения, причем, принимая во внимание специфику нагрузки, а именно весьма высокую крутизну вольтамперной характеристики светодиодов в рабочей точке, емкость конденсаторов должна быть достаточно большой, чтобы удержать пульсацию выходного напряжения в разумных пределах. Если пульсации тока на частоте коммутации можно значительно уменьшить с помощью дросселя, включенного последовательно с нагрузкой, то на частоте сети требуемая величина дросселя может оказаться сравнимой с размерами преобразователя вместе с нагрузкой. Исходя из вышеизложенного, любому человеку, которого можно назвать разумным, ясно, что светодиоды следует соединять последовательно: во-первых, при последовательном соединении их дифференциальные сопротивления складываются, что облегчает требования к пульсациям выходного напряжения, во-вторых, при равной мощности нагрузки выходные конденсаторы намного эффективнее работают на высоких напряжениях – можно обойтись одним или двумя конденсаторами, в то время, как на низких напряжениях требуется целая батарея таких же по объему конденсаторов. Преимущества высокого выходного напряжения особенно заметны в преобразователях, в которых выходные конденсаторы несут большую токовую нагрузку
На основе топологии без накопительного конденсатора на первичной стороне в ЗАО «ММП-Ирбис» был разработан ряд источников питания для светодиодов с выходной мощностью до 100 Вт. На рис. 10 представлена осциллограмма входного тока источника с максимальной выходной мощностью 40 Вт (номинальный ток нагрузки 0,12 А), полученная при следующих условиях:
- входное напряжение 220,6 В (действ.)
- выходное напряжение 300 В
- ток нагрузки 114 мА
- входной ток 0,191 А (действ.)
- потребляемая мощность 40 Вт.
Хотя форма входного тока заметно отличается от синусоидальной, относительная величина гармоник входного тока с большим запасом удовлетворяет нормам, установленным для осветительного оборудования (Рис. 11). Значение коэффициента мощности, полученное по результатам измерений, составляет 0,95; коэффициент полезного действия равен 85,5%.
Выводы
По совокупности требований по экономичности, долговечности, экологическим свойствам наиболее предпочтительными выглядят светильники на основе светодиодов. С учетом специфики применения, источники питания для светодиодного освещения должны удовлетворять определенным требованиям как по качеству входного тока, так и по выходным характеристикам. Кроме того, источники питания должны содержать минимальное количество электронных компонентов, чтобы сохранить стоимость светильника в разумных пределах. Топология обратноходового AC/DC преобразователя без накопительного конденсатора на первичной стороне удовлетворяет всем требованиям и выглядит оптимальной для построения светодиодных светильников с потребляемой мощностью до 100 Вт.
Блоки питания для светодиодных лент, светодиодных ламп, драйверы светодиодов
Блок питания для светодиодных лент должен подбираться исходя из нескольких параметров: напряжение питания, мощность, герметичность.
Напряжение питания
По напряжению питания светодиодные ленты могут быть нескольких типов: 12V, 24V и 36V Выходное напряжение блока питания должно соответствовать напряжению питания светодиодной ленты. Все продаваемые нами блоки питания стабилизированные и не зависимо от того, какое напряжение на входе - от 110 до 220 В, выходное напряжение будет стабильным - 12, 24 или 36 В.
Мощность
Чтобы рассчитать необходимую мощность блока питания нужно учитывать такие параметры, как потребляемая мощность светодиодной ленты на один метр и длина подключаемой ленты. Затем нужно умножить длину ленты на её потребляемую мощность на один метр. Например, 10 м х 7,2 Вт = 72 Вт. Мощность блока питания должна быть больше мощности, потребляемой светодиодной ленты на 10-25%. 72 Вт х 25% = 90 Вт. Так как блока питания светодиодной ленты мощностью именно 90 Вт нет, то подойдет блок большей (но не меньшей) мощности - 100 Вт.
Герметичность
Герметичность блока питания светодиодной ленты зависит от места его установки. Если он будет устанавливаться в сухом непыльном помещении, то подойдет блок в защитном кожухе. Если же он будет ставиться во влажном, пыльном помещении, на улице или в помещении с перепадами температур, то необходим герметичный блок питания. Блоки питания в защитном кожухе рассчитаны на воздушное охлаждение, поэтому их установка в закрытые или плохо вентилируемые помещения не рекомендуется. Герметичные блоки питания светодиодных лент не нуждаются в притоке воздуха внутрь их корпуса и могут работать при более высоких температурах, чем блоки в защитном кожухе.
Отметим, что блоки питания для светодиодных лент в защитном кожухе рассчитаны на постоянную равномерную нагрузку. Если планируется диммирование или смена цвета светодиодной ленты, то при использовании таких блоков может появиться негромкий, но неприятный писк. Поэтому в жилых помещениях рекомендуется использовать герметичные блоки питания. Еще одним плюсом герметичных блоков питания светодиодных лент является их компактность по сравнению с блоками в защитном кожухе. Благодаря этому герметичные блоки можно разместить там, где пространство для установки ограничено, например, за карнизом.
Не стоит забывать провод, идущий от блока питания к светодиодной ленте, а именно - про его сечение. Для вычисления подходящего сечения провода на нашем сайте есть .
Без чего не может обойтись ни одно электронное устройство? Что обеспечивает безотказность работы и длительный срок службы любого электронного оборудования? От чего зависит то, как быстро устает наше зрение при искусственном освещении? Благодаря чему можно сэкономить на оплате счетов за электроэнергию из-за высокого КПД оборудования?
На все эти вопросы ответ один – источник электропитания. Учитывая всё это, становится понятно, насколько важно выбрать именно тот источник питания, который будет соответствовать предъявляемым требованиям.
На сайте представлены источники питания для различного светодиодного оборудования – светодиодных лент, модулей, линеек, светильников, прожекторов, светодиодных ламп, мощных светодиодов. Эти же источники питания могут использоваться не только для светодиодного, но и для другого электронного оборудования с соответствующими параметрами питания.
Отличительная особенность всех источников питания, представленных на сайте, - высокая стабильность выходных параметров, будь то источники тока или источники напряжения, а также низкий уровень пульсаций, высокая надежность и высокий КПД. 100% блоков проходят заводские испытания при полной нагрузке.
Ряд моделей имеют встроенный корректор коэффициента мощности, что снижает нагрузку на провода, за счет уменьшения потребляемого от сети тока, и дополнительно повышает эффективность использования электроэнергии.
Источники напряжения можно классифицировать по нескольким параметрам:
- По типу выхода:
- Источники стабильного напряжения (CV – constant voltage). Используются для питания светодиодных лент, модулей, ламп и других устройств, требующих для работы стабильного напряжения питания, которое не зависит от потребляемого тока и входного напряжения. На сайте представлены источники с фиксированным выходным напряжением 5, 12, 24, 36 и 48 вольт, а также источники с регулируемым выходным напряжением.
- Источники стабильного тока (CC – constant current). Используются для питания мощных светодиодов, светодиодных светильников, токовых светодиодных лент и других устройств, питающихся стабильным током. Представленные модели имеют различный выходной ток, значение которого находится в диапазоне 300-3500 мА. Чаще выходной ток фиксированный, но имеются ряд моделей с переключаемым или регулируемым выходным током.
- По входному напряжению:
- Источники питания, подключаемые к электросети и преобразующие переменное сетевое напряжение в постоянное стабилизированное выходное напряжение (AC/DC). Диапазон входных напряжений представленных блоков варьируется в зависимости от моделей и может находиться в диапазоне AC 80-260 В.
- Источники, питаемые постоянным напряжением (DC/DC). Каждая модель имеет свой диапазон входного напряжения, которое обычно находится в пределах DC 7- 28 В.
- По выходной мощности:
- Диапазон мощностей представленных блоков очень широк – 3…2000 Вт.
- По типу корпуса:
- Металлический герметичный корпус (IP67)
- Пластиковый герметичный корпус (IP65)
- Металлический сеточный корпус (защитный кожух)
- Пластиковый негерметичный корпус (IP20)
- Блоки, подсоединяемые непосредственно к сетевым розеткам (сетевые адаптеры)
- Блоки, монтируемые на DIN-рейку в электрическом шкафу.
Из такого большого разнообразия представленных моделей источников питания, несомненно, можно подобрать блок практически к любому электронному оборудованию.
Несмотря на объективные проблемы с внедрением светодиодного освещения, все больше предприятий занимаются разработкой и производством полупроводниковых осветительных приборов. Научно-производственная фирма «Плазмаинформ» вышла на этот рынок в 2010 г. и в настоящее время позиционирует себя разработчиком и серийным производителем источников тока для светодиодных светильников.
Источники питания (ИП) светодиодов - важнейшая часть полупроводникового светильника, во многом определяющая функциональные, светотехнические показатели и надежность осветительного устройства. Для компаний, занимающихся проектированием и установкой систем освещения, помимо светового потока и цветовой температуры важны и такие характеристики, как электробезопасность, КПД, коэффициент мощности, коэффициент пульсаций светового потока, электромагнитная совместимость и стоимость. В результате сотрудничества НПФ «Плазмаинформ» с рядом предприятий, разрабатывающих и производящих осветительные приборы, появились на свет и были запущены в серийное производство источники тока открытого исполнения, обеспечивающие электрические мощности 15, 20, 30, 35, 50 и 100 Вт.
Анализ ИП для светодиодных светильников, выпускаемых рядом фирм, показывает, что схемотехника источников тока определяется требуемой выходной мощностью светильника: если она менее 60 Вт, то обычно выбирается обратноходовой корректор коэффициента мощности (ККМ) со стабилизацией выходного тока. При более высокой выходной мощности используется отдельный ККМ и отдельный преобразователь со стабилизацией выходного тока и гальванической развязкой вход/выход, выполняемый по схемотехнике обратноходового, прямоходового или резонансного LLC-типа. Преобразователи без гальванической развязки (понижающего типа, SEPIC и др.) с точки зрения обеспечения безопасности при эксплуатации светодиодных светильников не имеют широкого распространения.
При разработке большое внимание было уделено таким параметрам, как пульсации выходного тока, электромагнитная совместимость (ЭМС) и стоимость. Выбор пульсаций выходного тока, определяется требованиями к пульсациям светового потока, которые регламентируются стандартами и составляют для светильников общего назначения 10–20%, а для настольных светильников при длительной работе за компьютером - 5–10%. Для уличных светильников пульсации светового потока не регламентированы и должны задаваться для каждого конкретного применения.
Учитывая, что светильники могут подключаться к электрическим сетям достаточно большой протяженности, к которым может быть подсоединено сильноточное оборудование, источники питания должны выдерживать испытательное напряжение 1,5 кВ провод–провод и провод–корпус, а также наносекундные и микросекундные импульсные выбросы и провалы амплитудой до 1,0 кВ. Кроме того, к тем же электрическим сетям могут быть подключены телевизоры, приемники и другая чувствительная к помехам аппаратура. Поэтому необходимо обеспечить соответствие ИП следующим основным стандартам по ЭМС: ГОСТ Р 51318.15- 99, ГОСТ Р 51514-99, ГОСТ Р 51317.3.2.2006 (раздел 6, 7), ГОСТ Р 51317.3.3.2008, ГОСТ Р 51317.4.2.99, ГОСТ Р 51317.4.4.2007, ГОСТ Р 51317.4.5.99, ГОСТ Р 51317.4.6.99, ГОСТ Р 51317.4.11.2007.
Источники PSL (Power Supply Led) выполнены по схеме обратноходового корректора коэффициента мощности со стабилизацией выходного тока и ограничением напряжения. Типовая блок-схема приведена на рис. 1. Основой преобразователя является контроллер ККМ, управляющий силовым ключом и обеспечивающий коэффициент мощности выше 0,9. Осциллограммы входного напряжения и тока, а также действующие и предельные значения гармоник тока источника PSL50 приведены на рис. 2 и 3. Фильтр ЭМС обеспечивает электромагнитную совместимость в соответствии со стандартами на светильники.
Рис. 1. Блок-схема источника
Рис. 2. Осциллограммы входного напряжения и тока PSL50
Рис. 3. Действующие и предельные значения гармоник входного тока PSL50
В качестве примера в таблице 1 приведен уровень радиопомех на сетевых зажимах PSL50 в диапазоне частот 0,009–30 МГц (квазипиковые значения).
Т а б л и ц а 1 . Уровень радиопомех PSL50
| Частота, МГц | Величина напряжения радиопомех, дБ (мкВ) |
|
| Измеренная | Допустимая (норма) |
|
| 0,009 | 56 | 110 |
| 0,04 | 25 | 92 |
| 0,15 | 37 | 66 |
| 0,16 | 35 | 65,5 |
| 0,24 | 21 | 62,1 |
| 0,55 | 13 | 55,2 |
| 1 | на уровне шумов |
56 |
| 3,5 | 11 | 56 |
| 6 | 31 | 56 |
| 7,7 | 37 | 56 |
| 10 | 32 | 60 |
| 15,6 | 51 | 60 |
| 28 | 42 | 60 |
| 30 | 41 | 60 |
Выходной фильтр обеспечивает необходимый уровень пульсаций выходного тока и, соответственно, пульсаций светового потока. Уровень и форма пульсаций токов и напряжений для двух номиналов выходного фильтра PSL50 приведены на рис. 4–7.
Рис. 4. Пульсации выходного тока на номинальной нагрузке. Емкость фильтра 300 мкФ (10 мВ соответствуют 100 мА) |
Рис. 5. Пульсации выходного напряжения на номинальной нагрузке. Емкость фильтра 300 мкФ (постоянная составляющая 120 В) |
Рис. 6. Пульсации выходного тока на номинальной нагрузке. Емкость фильтра 500 мкФ (10 мВ соответствуют 100 мА) |
Рис. 7. Пульсации выходного напряжения на номинальной нагрузке. Емкость фильтра 500 мкФ (постоянная составляющая 120 В) |
Осциллограммы показывают, что увеличение выходной емкости на 60% уменьшает пульсации тока в два раза и соответственно снижает пульсации светового потока, поскольку зависимость между ними практически линейная. При включении источники обеспечивают плавную подачу напряжения в течение 50 мс. Форма выходного напряжения при старте PSL50 приведена на рис. 8.
Рис. 8. Выходное напряжение PSL50 в момент включения
Усилитель сигнала ошибки (УСО) по току обеспечивает формирование сигнала ошибки, поддерживая ток через светодиоды на заданном уровне. УСО по напряжению ограничивает выходное напряжение на холостом ходу. Блок гальванической развязки предназначен для передачи сигнала ошибки на контроллер, в первичную цепь. Демпфер ограничивает выброс напряжения на стоке силового ключа, что позволяет использовать более низковольтный и дешевый транзистор.
Питанием источника является сеть переменного тока. Гальваническая развязка входных и выходных цепей между собой и корпусом выдерживает 1,5 кВ и обеспечивает безопасность эксплуатации. Источники соответствуют отечественным и международным нормам в части ЭМС. Имеется встроенная защита от короткого замыкания на выходе, обеспечивается работа на холостом ходу. Основные технические характеристики источников приведены в таблице 2.
Т а б л и ц а 2 . Параметры источников питания
| Наименование параметра | Тип источника | |||||
| PSL15 | PSL20 | PSL30 | PSL35 | PSL50 | PSL100 | |
| Напряжение питания | 176–264 В, 50/60 Гц | |||||
| Максимальная мощность, Вт | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Диапазон выходного напряжения, В | 24–32 | 36–48 | 44–50 | 25–38 | 100–144 | 200–300 |
| Выходной ток, мА | 500±30 | 360±20 | 600±20 | 900±30 | 360±20 | 370±20 |
| Нестабильность выходного тока, % (не более) |
5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Пульсации выходного тока, % (не более) |
20 | 20 | 20 | 20 | 10 | 10 |
| Коэффициент полезного действия, % (не менее) |
85 | 85 | 85 | 85 | 90 | 90 |
| Коэффициент мощности, % (не менее) |
90 | 90 | 90 | 90 | 97 | 95 |
| Рабочая температура, °C | –25…+65 | 0…+40 | 0…+40 | 0…+40 | 0…+40 | –45…+60 |
| Средний ресурс, ч | 50 000 | |||||
| Габаритные размеры, мм (не более) | 135×40×25 | 145×30×25 | 145×30×25 | 145×30×25 | 160×33×25 | 180×40×36 |
| Масса, г (не более) | 100 | 100 | 100 | 100 | 110 | 160 |
Внешний вид PSL15, PSL35, PSL50 и PSL100 приведен на рис. 9–12 соответственно. Источники PSL20 и PSL30 имеют конструктивное исполнение, аналогичное PSL35.
Рис. 9. Источник PSL15 |
Рис. 10. Источник PSL35 |
Рис. 11. Источник PSL50 |
Рис. 12. Источник PSL100 |
Для специальных конструкций светильников разработан недорогой сетевой неизолированный источник тока мощностью 9 Вт (PSL9). Он представляет собой понижающий преобразователь с пассивной коррекцией коэффициента мощности. Схема источника приведена рис. 13, внешний вид - на рис. 14. Основа источника - микросхема драйвера HV9910. Цепочка С1– VD2–VD3–VD4–C2 - пассивный ККМ. Выходной ток задается резисторами R4, R5, R6. C3 - выходной фильтрующий конденсатор. Параметры источника PSL9 приведены в таблице 3.
Рис. 13. Схема PSL9
Рис. 14. Источник PSL9
Т а б л и ц а 3 . Параметры источника PSL9
| Напряжение питания | 176–264 В, 50/60 Гц |
| Коэффициент полезного действия, % (не менее) | 80 |
| Коэффициент мощности, % (не менее) | 84 |
| Минимальное выходное рабочее напряжение, В | 20 |
| Максимальное выходное рабочее напряжение, В | 32 |
| Максимальное напряжение холостого хода, В | 350 |
| Стабилизированный выходной ток, мА | 350±10 |
| Нестабильность выходного тока, % (не более) | 5 |
| Пульсации выходного тока, % (не более) | 15 |
| Габаритные размеры (Д×Ш×В), мм | 45×33×25 |
| Диапазон рабочих температур, °С | 0…+40 |
Светильники, в конструкции которых использованы PSL9, PSL15, PSL30, PSL100, проходят опытную эксплуатацию. Светильники с PSL20, PSL35 и PSL50 выпускаются серийно.
Выбранная схема построения источников питания позволяет без больших затрат модифицировать конструкцию для получения других значений выходного напряжения и тока в пределах заявленной мощности, обеспечивая питание светильников с иной схемой включения светодиодов.