1. Про компанію

Світлодіоди в цілому, і, зокрема, потужні (понад 1 Вт) світлодіоди дуже чутливі до різних зовнішніх факторів, які можуть негативно позначитися на їх терміні служби і якісних показниках. В даний час величини максимальних живлять струмів для світлодіодів мають досить відчутні значення: до 1 ... 1,5 і навіть до 2 А в порівнянні з 0,35 А, на які найчастіше нормуються характеристики світлодіода. Бажання отримати максимальний світловий потік з одного напівпровідникового випромінювача веде до збільшення струму, що пропускається через нього, що відбивається на його тепловиділення, і вся конструкція (світлодіод + світлодіодна арматура) працює на межі перегріву кристала. При цьому до джерела живлення пред'являються високі вимоги по стабільності вихідних характеристик, які він повинен забезпечити. Це є досить проблематичним при використанні для живлення джерела напруги. По-перше, попереднє вирівнювання струму в ланцюзі світлодіодів потребують, принаймні, додаткового резистора, який буде обмежувати струм і в той же час розсіювати на собі додаткову потужність. По-друге, будь-яка освітлювальна установка працює в деякому діапазоні температур, часто досить широкому, а світлодіод, володіючи негативною залежністю прямого падіння напруги від температури кристала - зазвичай на рівні -2 ... -4 мВ / ° С, матиме плаваючу робочу точку. По-третє, свій внесок буде вносити нестабільність вихідних характеристик самого джерела. Ці причини неабияк скоротять життя сучасного джерела світла, особливо в разі його роботи на токах, близьких до максимальних. Так, підвищення напруги на переході всього на 0,1 У буде причиною зміни сили струму на 200 мА, що призведе до підвищеного тепловиділення і може вкрай негативно позначитися на роботі світлового приладу.

ВАХ на малюнку 1 показує, наскільки важливим є використання блоку живлення (БП) з регулюванням по току, а не по напрузі. Підвищення напруги харчування на світлодіоді на 3% (0,1 В) призводить до зростання струму в першому наближенні на 20% (200 мА). Відповідно, на 40% зростає споживана потужність і теплова віддача, що неминуче призведе до перегріву, деградації структури кристала і виходу з ладу світлодіода. При короткочасному сильному перевищенні напруги світлодіод струму може початися деградація кристала діода, за якою також піде вихід з ладу.

Мал. 1. Типова позитивна ВАХ потужного світлодіода

Зниження напруги на діоді також небажано, так як при його падінні на 3% від номінального, що відповідають падіння струму на 200 мА, ми втрачаємо більше 50% світлового потоку, що видно із залежності відносного потоку світлодіода від струму живлення (рис. 2).

Мал. 2. Залежність відносного світлового потоку світлодіода від струму живлення

Найпростішим способом забезпечити необхідний струм живлення світлодіода є застосування високочастотних (десятки кГц) широтно-імпульсних перетворювачів (ШІМ), здатних підтримувати необхідний середній струм в широкому діапазоні потужностей підключеного обладнання. У побуті світлотехніків і електриків такі БП часто називають світлодіодними драйверами. Деякі моделі в вихідний ланцюга перетворять чистий ШІМ-сигнал (прямокутні імпульси) в більш згладжену криву, середнє значення якої знаходиться на рівні бажаного середнього струму.

Висока частота роботи блоку живлення обумовлена, перш за все, вимогами до відсутності видимих ​​пульсацій джерел світла. Особливістю конструкції ШІМ-схем є також те, що існує запас для зниження напруги, при якому світловий потік обладнання не знижується, але зменшується частота пульсацій вихідного сигналу, особливо сильно виявляється при роботі БП на навантаженнях, близьких до максимально допустимим. Наприклад, блоки живлення компанії Inventronics можуть працювати в діапазоні діючих значень напруги мережі живлення від 90 до 305 В, при цьому частота пульсацій вихідного сигналу все ще значно перевищує поріг, при якому мигання світлодіода може бути помітним, тобто явище флікера (миготіння джерела світла згідно ГОСТ 13109-97) зводиться до нуля. Таким чином, ШІМ-блоки живлення можуть бути рекомендовані для використання в освітлювальному обладнанні на відстані від регіональних центрів на території Росії, де напруги в мережі може бути відчутно нижче стандартних (діюче значення напруги в мережі може падати до 150 В і менше в регіонах, віддалених від великих електростанцій), а короткочасні перенапруги, викликані підключенням потужних віддалених споживачів, можуть досягати 260 В і більше.

Іншою особливістю використання БП з ШІМ є простота інтеграції з керованими диммерами. При цьому БП можуть отримувати інформацію про ступінь ослаблення світлового потоку по каналах 1 ... 10 В, DMX, DALI або іншим протоколам. Також не можна не згадати малі габаритні розміри ШІМ-блоку живлення, що дозволяють мінімізувати розміри корпусу ВП з ​​інтегрованим БП або спростити установку зовнішнього блоку живлення недалеко від світильника.

Є й інший підхід до виконання блоків живлення: для спрощення адаптації до існуючих мереж, мінімізації обсягу БП всередині світильників і організації низьковольтної мережі за принципами електробезпеки використовуються окремий низьковольтний джерело напруги (12 або 24 В) за межами корпусу освітлювального приладу (ОП) і малогабаритний ШІМ -перетворювачі всередині світильника. Незважаючи на гадану простоту, при такому підході можна зіткнутися з низкою серйозних небезпек при монтажі. Зокрема, при помилці в полярності підключення ШІМ-перетворювач відразу виходить з ладу.

Дуже важливим параметром будь-якого імпульсного блоку живлення є величина гармонійних і нелінійних спотворень форми напруги живлення, які він створює в мережі. Вони негативно позначаються на проводці електромережі та споживачах, підключених до неї. Це вплив виражається не тільки в різних перешкодах, які позначаються на чутливих електроприладах, але також і в самій трифазної мережі, в нульовому провіднику якої можуть протікати струми, що перевищують струми в фазних провідниках. Причина полягає в тому, що імпульсний БП споживає з мережі потужність лише на піках подання напруги; споживаний струм має форму невеликого імпульсу і містить в собі широкий набір гармонійних складових. У разі симетричного навантаження в нульовому провіднику вищі гармоніки струму компенсують один одного (зрушення фаз відносно один одного становить 120 °), але це не відноситься до вищих гармоникам, кратним трьом, які в нульовому провіднику виявляться складеними.

Коефіцієнт потужності l - комплексний показник спотворення споживаної з мережі потужності, який враховує не тільки зсув фази, але і спотворення форми споживаного струму (наявність гармонійних складових). ГОСТ Р 51317.3.2-2006 встановлює норми гармонійних складових струму для ТС класу С (таблиця 1).

Таблиця 1. Норми гармонійних складових струму для ТС класу С

порядок гармонійної
складової, nМаксимальнедопустимий значення гармонійної складової струму,% основної гармонійної складової споживаного струму

2 + 2 3 30 l * 5 10 7 7 9 5 11≤n≤39 (тільки для непарних гармонійних складових) 3 * Коефіцієнт потужності ланцюга

При цьому дані норми встановлюються для світлових приладів з активною споживаної потужністю понад 25 Вт, однак слід вважати, що поширення енергоефективних малопотужних світлодіодних світильників змусить суттєво знизити цю планку або зовсім скасувати обмеження.

Для мінімізації внесених в мережу спотворень застосовують пристрої, що компенсують вищевказані перешкоди і наближають коефіцієнт потужності до одиниці. У той час як для приладів з фіксованою споживаної потужністю застосовують пасивні компенсаційні конденсатори (наприклад, в ПРА для метал-галогенних або люмінесцентних ламп), в імпульсні БЖ інтегрують активні компенсаційні пристрої, максимально наближають їх характеристики до резистивним в широкому діапазоні підключених навантажень.

Недотримання цих норм негативно позначається як на якості живильної електроенергії, так і на роботі пристроїв і стан інфраструктури. Підприємства, що перевищують ці норми, обкладаються штрафами і змушені встановлювати додаткові конденсаторні установки. Однак споживання електричної енергії підприємством в великій мірі прогнозовано, що і дозволяє обійтися пасивною корекцією.

Блоки живлення на ШІМ з компенсаторами вносять вкрай малі спотворення в мережу. Наприклад, серія потужних БП EUC (рис. 3) від Inventronics забезпечує значення коефіцієнта потужності в межах 0,97 ... 0,99.

Мал. 3. Загальний вигляд БП Inventronics серії EUC

ККД сучасних блоків живлення з широтно-імпульсними модуляторами досягає величини 92% і більше, що не менш важливо, тому що витрачається ними енергія йде в нагрів. Відповідно, чим вище ККД, тим менше потрібно ефективна площа розсіювання радіатора і, відповідно, тим менше будуть габарити і маса БП, за якими, безумовно, слід зниження вартості драйвера.

В даний час БП виробляються з корпусами в різному виконанні: як для установки всередину СП, вмонтування в меблі або розміщення в приміщеннях, так і у вологозахищених корпусах з різними показниками пиловологозахисту (IP): від IP23, допустимих до установки в сухих приміщеннях, і IP54 для установки у вологих приміщеннях і під навісом, до вологозахищених з корпусами IP67, придатних для установки зовні приміщень. Малопоширена група БП з IP68 призначена для установки в грунт без додаткових корпусів.

Кольорові характеристики світлодіода також можуть відхилятися при зміні струму харчування. Наприклад, діаграма залежності колірних координат від робочого струму потужного світлодіода Osram Dragon plus (рис. 4) показує відносне зміщення колірних координат випромінювання.

Мал. 4. Залежність зміщення колірних характеристик світлодіода від струму живлення

В першу чергу це відноситься до світлових приладів з можливістю управління і створення різних цветодінаміческіх сцен. Так при використанні світловим приладом великого діапазону робочих струмів колірні координати в просторі можуть зміщуватися на 0,01 одиниць по осі x і на 0,015 одиниць по осі y. Цей зсув в холодному білому діапазоні може досягати кілька сотень Кельвін (до 700К). Але в повсякденних цілях цей фактор практично не помітний. Вплив зміни величини напруги струму зникає в разі живлення світлодіодів ШІМ-сигналом, а управління можна здійснювати зміною шпаруватості сигналу.

На ринку з'явився великий обсяг світлодіодної продукції, оснащеної якісними БП і всілякими видами оптики. Велика їх частина виробляється з використанням потужних світлодіодів. Ряд приладів провідних світових виробників можна вже вважати перевіреними часом, так як вони не перший рік успішно і безвідмовно працюють на самих різних об'єктах в Росії і за кордоном.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Про компанію

...Читати далі