 Журнал "Магазин свет"
|
|
ПодпискаПопулярные статьи Освещаем меховой салон класса «люкс»  Светодиодные лампы T8 — шаг вперед или компромисс?  Инго Маурер: «Я не изменил свое отношение к светодиодам» |
Качественное питание — здоровые светодиоды
По сфере применения блоки питания для светодиодов можно разделить на три группы:
Следует отметить, что внешние блоки питания можно также разделить на две категории: продаваемые отдельно от светильника и идущие с ним в комплекте. В первом случае блок питания рассчитан на питание разнообразной осветительной аппаратуры. Его выходное напряжение и максимальный ток нагрузки нормируются и соответствующая информация предоставляется покупателю. Что же касается внешнего блока питания для светодиодного светильника, идущего в комплекте с ним, то производитель не дает никаких рекомендаций по его применению с другими светильниками. Мало того, покупатель может вообще не знать даже о выходном напряжении этого блока. И немудрено — такой блок вообще нередко соединен неразъемным кабелем со светильником. По сути, он мало чем отличается от встроенного блока питания, просто вынос блока за пределы корпуса светильника позволяет реализовать необычные дизайнерские идеи, а также уменьшить нагрев, повысив тем самым надежность. Встроенные блоки питанияПадение напряжения на светодиоде белого свечения зависит от ряда факторов, но в среднем составляет около 3,5 В. В светодиодных светильниках светодиоды объединяются в последовательные цепочки. При выходе из строя одного из светодиодов в цепочке выходит из строя вся цепочка. Возникает вопрос, а зачем светодиоды объединяют в цепочки? Неужели нельзя соединить тем или иным способом светодиоды параллельно? При параллельном соединении светодиодов увеличивается протекающий через них ток. При большом токе технически трудно добиться высокого КПД блока питания. Поэтому идут на компромисс и соединяют светодиоды в цепочки. Обычно напряжение питания лежит в пределах 12 – 72 В. В недорогих светильниках эти цепочки объединяются параллельно через токоограничительные резисторы. При разрыве одной из цепочек, сила тока, протекающая через другие цепочки, увеличивается, что может привести к их выходу из строя. В светильниках более сложной конструкции используется многоканальный блок питания, каждая цепочка питается от своего канала. При этом если одна из цепочек светодиодов обесточена, то режим работы остальных цепочек не изменится. Для светодиода более важным является сила тока, который через него протекает, чем подводимое к нему напряжение. Соответственно, блок питания, встроенный в светодиодную лампу или светильник, теоретически должен стабилизировать именно ток. Но на практике стабилизаторы тока используются крайне редко. Причина заключается в том, что для каждого типа светодиода существует свое оптимальное значение силы тока. Это предполагает разработку и выпуск блоков питания индивидуально для каждого светильника, что невыгодно по экономическим соображениям. Гораздо более распространено использование массово выпускаемых блоков питания с выходным напряжением из стандартного ряда (наиболее распространенные значения — 12; 24; 36; 48; 54 и 72 В). Значение силы тока устанавливается токоограничительными резисторами, включенными последовательно с цепочками светодиодов. При этом приходится мириться с потерями в токоограничительных резисторах. Внешние блоки питанияК использованию внешних блоков питания прибегают в следующих ситуациях:
Светодиодные лампы MR16 выпускаются как аналоги низковольтных галогенных ламп. Большинство производителей в маркетинговых целях декларируют возможность замены галогенных ламп на светодиодные в уже существующих инсталляциях. При более пристальном знакомстве с рекламными материалами можно увидеть «звездочку» напротив фразы «работают с трансформаторами для галогенных ламп» и сноску, что не со всеми, а лишь с некоторыми из списка, утвержденного производителем ламп. Руководство по эксплуатации ламп идет еще дальше и рекомендует использовать специализированные блоки питания для светодиодных ламп. Действительно, в реальности обеспечить устойчивую работу и яркий свет удается только при использовании блоков питания, специально спроектированных для светодиодного освещения. Иногда такие устройства жаргонно называют «светодиодные блоки питания». При замене галогенных ламп MR16 на светодиодные можно использовать имеющуюся арматуру для крепления и проводку, но трансформатор придется заменить на блок питания для светодиодных ламп. ;)
Светодиодный блок питания можно опознать по надписи LED Driver, реже LED Power Supply или LED Convertor на корпусе
При питании от 12 В светильник относится к классу III — электрическим приборам, в которых защита от поражения электрическим током обусловлена низким напряжением питания. Это позволяет использовать светильники там, где возможно прямое попадание струй воды или погружение в воду. ;)
Некоторые светодиодные блоки питания могут управляться через DALI и другие распространенные интерфейсы управления освещением
Блок питания для светодиодной ленты имеет выходное напряжение 12 или 24 В, в зависимости от типа ленты. RGB-лента, как правило, питается от трехканального контроллера, который может быть совмещен с блоком питания. Блоки питания в светодиодных лампахУже несколько лет серийно выпускаются светодиодные лампы, напрямую питающиеся от напряжения 220 В переменного тока без использования блока питания. Однако, по своим параметрам они пока уступают традиционным. То есть такие лампы можно использовать, например, для освещения в подъезде, на лестничной клетке или в холле офиса, но, скажем, для освещения высокоточных производств они не подойдут. Поэтому по-прежнему большинство светодиодных ламп со стандартными цоколями, питающихся от 220 В, выпускаются со встроенными блоками питания. В декоративных светодиодных лампах мощностью менее 2 Вт стабилизатор и электронный трансформатор в блоке питания, как правило, отсутствуют, есть только простейший выпрямитель типа «диодный мост». Все светодиоды в такой лампе соединены последовательно и подключены к выпрямителю через токоограничительный резистор. При этом выпрямитель подключается напрямую к сети 220 В. В самых дешевых лампах излишки напряжения гасятся резисторами. Недостатком такой схемы является низкий КПД. В более дорогих лампах излишки напряжения гасятся специальной цепью из резисторов и конденсаторов, КПД будет повыше, но снижается коэффициент мощности. В лампах мощностью 2 Вт и более используется полноценный блок питания, собранный на одной микросхеме и нескольких других деталях. Его КПД может достигать 80%. Малые размеры используемых компонентов обуславливают относительно низкое напряжение пробоя и, как следствие, низкую устойчивость таких светодиодных ламп к броскам напряжения в сети. Коэффициент мощностиБлок питания имеет на входе обычный трансформатор или электрические цепи, содержащие в себе конденсаторы. В результате может возникать сдвиг по фазе между напряжением и силой тока. Кроме этого, входное сопротивление современных блоков питания с электронными трансформаторами имеет ярко выраженную нелинейную составляющую. Мощность, которую потребляет блок питания от сети, имеет активную и реактивную составляющую. Собственно, полезной составляющей является активная мощность, именно она и поступает на вход блока питания. Реактивная составляющая возникает из-за сдвига по фазе между током и напряжением. Очень упрощенно можно представить, что это та мощность, которая не потребляется блоком питания, а «возвращается» обратно генератору электроэнергии. Частично эта энергия бесполезно рассеивается в результате потерь в проводах. Полная мощность — это мощность, которая выделяется на электрическом сопротивлении при прохождении через него тока заданной силы и заданном значении падения напряжения. В полную мощность входят как активная, так и реактивная составляющие. Поскольку присутствие реактивной составляющей в нагрузке ведет к нерациональным потерям электроэнергии, то необходим некий показатель, который бы характеризовал качество нагрузки. В прошлом, когда в блоках питания использовались обычные трансформаторы, а в качестве балластов для газоразрядных ламп — дроссели, для характеристики нагрузки использовался параметр cos φ, где φ — сдвиг по фазе между напряжением и силой тока. Для электрической цепи, не содержащей нелинейных элементов, верно соотношение cos φ = Pa/Pп , где Pa — активная мощность, Pп = полная мощность. При этом мы исходим из предположения, что графики напряжения и тока имеют синусоидальную форму. При наличии нелинейности в нагрузке появляются дополнительные гармоники, для каждой из которых характерен свой сдвиг по фазе между напряжением и силой тока. А ЭПРА и современные блоки питания с электронными трансформаторами являются нелинейными устройствами. Соответственно, прежний параметр cos φ утрачивает свой смысл. Вместо него сейчас принято использовать коэффициент мощности λ = Pa/Pп. Причем этот параметр должен применяться к любым видам нагрузки, даже к тем, для которых можно вычислить cos φ. Следует отметить, что для практических расчетов оба параметра можно считать приблизительно равными друг другу: cos φ ≈ λ. Мало того, в силу сложившейся традиции в литературе до сих пор можно встретить использование параметра cos φ, в том числе применительно к ЭПРА и блокам питания с электронными трансформаторами. Коэффициент мощности не связан напрямую с КПД блока питания и, тем более, нельзя говорить, что он ему равен. Когда говорят о мощности, потребляемой блоком питания, то обычно подразумевают активную мощность. Электросчетчики, устанавливаемые в жилом секторе, а также в небольших фирмах, учитывают только активную составляющую мощности. Потерями, связанными с наличием реактивной составляющей мощности, в таких случаях обычно пренебрегают. При расчете КПД, как правило, используется активная составляющая. На крупных предприятиях потери от наличия реактивной составляющей в мощности значительны. Поэтому там используют электросчетчики, учитывающие полную мощность. При внедрении на таких предприятиях светодиодного освещения экономический эффект в значительной степени будет зависеть от λ блока питания. Для повышения λ используются специальные корректоры мощности, уменьшающие сдвиг по фазе между напряжением и силой тока, которые в зарубежной литературе называют FPC (Power Factor Correction). Хотя реактивная составляющая потребляемой мощности в большинстве случаев не учитывается при начислении оплаты за электроэнергию, тем не менее, она оказывает влияние на «экологичность» светильника. Поэтому, когда фирмы-производители наперебой расхваливают, насколько их продукция снижает давление на экологию, правдивость их утверждения можно проверить, посмотрев на значение λ светильников. Низкое значение λ приводит к нерациональному расходованию электроэнергии, можно сказать, что электростанции работают впустую, загрязняя окружающую среду. Хороший блок питания имеет λ не менее 0,6. Значение λ свыше 0,9 характерно для блоков питания высокого класса. ;)
Для блоков питания большой мощности предпочтительно использование металлического корпуса, одновременно являющегося теплоотводом
Особо нужно отметить, что максимальное значение потребляемого тока, указываемое на корпусе блока питания и в документации на него — это полное значение. Принцип работы предохранителя заключается в нагревании проводника, через который проходит ток. Поэтому при расчете максимального тока предохранителя нужно использовать полное значение тока. Полное значение тока можно определить, разделив полное значение мощности на напряжение питания в сети. Мощность и КПДВ технических характеристиках блока питания указывается номинальная выходная мощность. Под ней подразумевается максимальная мощность нагрузки, на которую рассчитан блок питания при нормальном режиме работы. Некоторые производители обозначают этот параметр как «максимальная мощность». ;)
Как правило, основные технические характеристики блока питания наносятся на его корпус
Также существует понятие «максимально допустимая выходная мощность», при превышении которой блок выходит из строя или срабатывает защита от короткого замыкания на выходе. Для многих блоков питания этот параметр не сообщается в технических данных, так как работа с нагрузкой, мощность которой превышает номинальную, не рекомендуется из-за низкой эффективности. ;)
Примеры зависимости КПД от отношения номинальной мощности к мощности нагрузки (Pном/P) для двух разных моделей блоков питания (по данным EETimes Asia)
КПД современных блоков питания для светодиодов лежит в пределах 70 – 90%. В технических данных, как правило, указывается значение КПД блока питания для номинальной мощности. Максимальное значение КПД, как правило, достигается при нагрузке с мощностью, составляющей примерно 60 – 70% от номинальной. Тем не менее, при номинальной мощности КПД блока питания очень близок к максимальному значению. Резкое падение КПД наблюдается при мощности больше номинальной или меньшей 50% от номинального значения. Соответственно, блок питания лучше всего использовать с нагрузкой в пределах 50 – 100% от номинальной мощности. Броски напряженияПо характеру происхождения броски напряжения в сети можно разделить на группы:
В целом, если не происходит каких-либо глобальных катаклизмов, то максимальное напряжение, которое может кратковременно оказаться в сети вашего дома, равно примерно 400 В. Соответственно, если производитель блока питания гарантирует, что его продукт не выйдет из строя при таком напряжении, то можно считать, что от превратностей российских сетей электропитания вы защищены. ;)
Блок питания мощностью 150 Вт, предназначенный для использования со светодиодными линейками
Более существенной проблемой являются броски напряжения на выходе блока питания. Для светодиодов они недопустимы. Броски напряжения на выходе могут возникать как из-за бросков напряжения на входе, так и из-за переходных процессов при включении блока. В блоках питания для светодиодных ламп и светильников имеется защита от бросков напряжения на выходе, во многих же обычных блоках питания она отсутствует по соображениям экономии. Поэтому использование блока питания, специально разработанного для светодиодного освещения, повышает надежность и долговечность светодиодных светильников. ВыводыПри выборе светодиодного светильника следует обратить самое пристальное внимание на параметры используемого в нем блока питания. А при разработке системы светодиодного освещения на низковольтных светодиодных лампах или светильника выбор блока питания должен быть важнейшей задачей. Для светодиодного освещения лучше использовать блоки питания, специально спроектированные для этой цели. Читайте также:
Комментарии к статье «Качественное питание — здоровые светодиоды». |
|
|