Регулировка яркости в led светильниках

Регулирование уровня яркости светодиодных светильников без эффекта мерцания

На лампах накаливания легко реализовать функцию уменьшения яркости, используя простой и дешевый регулятор освещенности, основанный на симисторе. Как результат — они применяются повсеместно. Чтобы светодиодные лампы стали действительно популярными и широко распространенными, необходимо внедрить в них эту функцию при использовании существующих контроллеров и инфраструктуры затемнения.

Яркость свечения ламп накаливания прекрасно поддается регулированию. По иронии судьбы этому способствует крайне низкая их эффективность и, как следствие, высокий ток, который позволяет диммеру (устройству для регулировки уровня освещения, или, иными словами, для затемнения) хорошо работать. Тепловая инерция нити накаливания также позволяет замаскировать любую неустойчивость или колебания, создаваемые диммером. Попытка регулировать яркость светодиодного светильника этим способом создает ряд проблем, таких как мерцание и другие нежелательные эффекты. Чтобы пояснить, почему это происходит, рассмотрим, как работают симисторные дим-меры и как они взаимодействуют со светодиодными светильниками.

На рис. 1 изображен типичный симистор-ный диммер и его вольт-амперная характеристика.

Рис. 1. Простой симисторный диммер

Потенциометр R2 регулирует фазовый угол симистора, который открывается на каждой волне переменного напряжения, когда V_C2 превышает напряжение переключения симистора. Когда ток симистора падает ниже его тока удержания (I_H), симистор закрывается и ждет зарядки конденсатора С2 в течение следующей половины цикла для включения снова. Напряжение, прилагаемое к нити накаливания лампы, является функцией от фазового угла затемнения, который может варьироваться в диапазоне практически 0-180°.

Светодиодная лампа, призванная заменить лампу накаливания, как правило, содержит матрицу светодиодов, расположенных так, чтобы обеспечить максимальную светоотдачу. Светодиоды включены в цепь последовательно. Яркость каждого их них является функцией от тока, текущего через него. Кроме того, прямое падение напряжения на светодиоде составляет примерно 3,4 В (может изменяться в интервале 2,8-4,2 В). Цепочка светодиодов должна питаться от источника постоянного тока со строгим контролем выходных параметров для обеспечения соответствия между соседними лампами.

Чтобы светодиодная лампа была затемняемой, ее источник питания должен преобразовывать изменение фазового угла диммера в изменение постоянного тока питания светодиодной лампы. Трудности достижения этого эффекта в сочетании с правильной работой диммера могут привести к существенному снижению производительности. Могут появиться такие проблемы, как: большое время запуска, мерцание, неравномерное освещение, мигание (при установке минимального уровня освещения). Есть также проблемы с повторяемостью параметров (от изделия к изделию) и нежелательные аудиошумы, идущие от лампы. Эти нежелательные эффекты, как правило, вызваны сочетанием ложных открытий и преждевременных закрытий сими-сторов, а также недостаточным контролем тока светодиодов. Первопричиной ложного открытия симистора является так называемый токовый «звон» при открытии симистора. Рис. 2 наглядно иллюстрирует эту ситуацию.

Рис. 2. Ток и напряжение на входе источника питания светодиодного осветителя

В тот момент, когда симистор открывается, напряжение практически мгновенно прикладывается к входному LC-фильтру источника питания. Напряжение, приложенное к индуктивности, вызывает «звон». Если при этом ток тиристора упадет ниже тока удержания симистора, последний закрывается. Цепь диммера перезаряжается и вновь запускает симистор. Эти многократные перезапуски симистора могут вызвать нежелательные аудиошумы и мерцание светодиодной лампы. Простые ЭМИ-фильтры могут минимизировать этот нежелательный «звон». Для уверенной работы функции затемнения необходимо, чтобы входные дроссели и конденсаторы были как можно меньше.

Наиболее «звенящим» считается фазовый угол 90° (когда напряжение на пике синусоидальной волны прикладывается ко входу источника питания светодиодного светильника и высокое напряжение сети обуславливает минимальный питающий ток). Если необходимо осуществить глубокое затемнение (т. е. фазовый угол приближается к 180°) при низком питающем напряжении, может произойти преждевременное отключение светодиодной лампы. Чтобы этого не происходило, симистор должен открываться каждый цикл и оставаться открытым практически до того момента, когда переменное напряжение падает до нуля. Для обеспечения этого необходим ток удержания 8-40 мА. Для ламп накаливания поддержать этот ток не составляет никакого труда, однако при использовании светодиод ных ламп, потребляющих менее 10% энергии эквивалентной лампы накаливания, ток может легко опуститься ниже уровня тока удержания, что заставит симистор преждевременно выключиться. Это объясняет мерцание и/или ограничение диапазона затемнения.

Ряд других проблем, с которыми может столкнуться разработчик при проектировании светодиодного осветителя, составляют: коэффициент мощности (по стандарту Energy Star он должен быть не менее 0,9 для коммерческих и промышленных применений), строгие требования по энергетической эффективности, строгие допуски по нестабильности выходного напряжения и ЭМИ, безопасность при КЗ и разрыве цепи светодиодов.

Последние разработки компании Power Integrations показывают, как можно обеспечить питание светодиодного осветителя и одновременно совместимость с существующими симисторными диммерами. На рис. 3 приведена схема источника питания 14 Вт для светодиодного светильника с возможностью внешнего затемнения, разработанного этой фирмой.

Рис. 3. Схема изолированного источника питания 14 Вт для светодиодного светильника, совместимого с существующими симисторными диммерами, с высоким коэффициентом мощности и универсальным диапазоном входного напряжения

Основой источника является микросхема LNK406EG(U1) семейства LinkSwitch-PH. Представители данной линейки микросхем сочетают силовой MOSFET-ключ на 725 В и ШИМ-контроллер, работающий в режиме без разрыва тока основного дросселя. Контроллер выполняет функцию корректора коэффициента мощности (ККМ) и обеспечивает постоянный выходной ток. Технология контроля выходных параметров по первичной стороне, используемая в микросхемах LinkSwitch-PH, обеспечивает точный контроль выходного тока, избавляет от использования оптопары и части вторичной цепи, обычно применяемых в обратноходовых изолированных преобразователях, притом, что функция, отвечающая за ККМ, избавляет от использования входного накопительного электролитического конденсатора.

Микросхемы семейства LinkSwitch-PH могут быть настроены для работы как в режиме с за темнением, так и в режиме без затемнения. Для применения в связке с симисторным диммером используется резистор R4 на выводе REFERENCE и связка резисторов R2+R3 4 МОм на выводе VOLTAGE MONITOR для обеспечения линейного соотношения между входным напряжением и выходным током и максимального расширения диапазона затемнения.

Режим работы без разрыва тока основного дросселя обладает двумя ключевыми достоинствами: сниженным уровнем потерь на проводимость (следовательно, выше КПД) и меньшим уровнем ЭМИ (следовательно, для соответствия стандарту по ЭМИ требуется фильтр меньших размеров). Один X-конденсатор может быть исключен и использован дроссель меньшего типоразмера (либо также исключен). Встроенная в семейство микросхем LinkSwitch-PH функция джиттера основной частоты переключения MOSFET-ключа еще более снижает необходимость в фильтрующих компонентах. Меньший входной ЭМИ-фильтр представляет собой меньшее реактивное сопротивление для диммера, что, соответственно, уменьшает уровень «звона». Стабильность еще больше увеличена благодаря тому, что питание микросхем LinkSwitch-PH осуществляется от собственного внутреннего источника опорного напряжения. Добавление демпфера для работы с диммерами и цепи деления напряжения обеспечивает надежную работу без эффекта мерцания в максимально широком диапазоне затемнения.

Вышеописанный источник питания для светодиодного светильника полностью совместим с существующими симисторными диммерами в очень широком диапазоне затемнения (1000-1, 500-0,5 мА), обладает КПД >85% и коэффициентом мощности >0,9. Он наглядно показывает, что проблемы несовместимости светодиодных светильников и симисторных диммеров могут быть преодолены и, как результат, может быть построен простой драйвер для недорогой и надежной светодиодной лампы с функцией затемнения.

Фазо-импульсный регулятор яркости LED-прожектора

В статье описывается весьма занимательная конструкция регулятора яркости светодиодных светильников (от сети 220В), основанная на высоковольтном полевом транзисторе. Работает регулятор на фазо-импульсном регуляторе и прекрасно подойдёт для тех, кому по тем или иным причинам недоступны тиристорные/симисторные регуляторы, например, из-за отсутствия нужных деталей. Также данный регулятор имеет несколько преимуществ: он не создаёт пульсаций светового потока, а также обеспечивает стабильность яркости при изменениях температуры и питающего напряжения. Но есть и минусы, в частности, относительно низкий КПД, поэтому регулятор не стоит использовать с мощными прожекторами, иначе произойдёт чрезмерный нагрев элементов схемы. Кроме того, регулятор создаёт большие импульсные токи в цепи питания, поэтому может стать источником электромагнитных помех. Тем не менее, регулятор прекрасно справляется со своей задачей — регулировкой яркости, а потому с успехом может применяться с маломощными или средне-мощными светильниками.

Схема содержит не так много активных элементов, помимо самого транзистора только оптопара и микросхема TL431. Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом 2W101, использовать здесь можно любой мост на напряжение не меньше 500 вольт и ток 2..3А. Т1 — сам регулирующий транзистор, подойдёт любой мощный полевой N-канальный, рассчитанный на напряжение не меньше 500 вольт и ток более 1,5А, например, IRF840. LED1 на схеме — сам подключаемый светодиод (или матрица) светильника. VD1 — VD3 — стабилитроны, можно использовать, например, из серии BZV55C, выбирая по указанному на схеме напряжению стабилизации. РС817 — оптопара, имеет четыре вывода и состоит из двух частей, находящихся в одном корпусе, светодиода и фототранзистора, заменить можно на импортные PC123, TLP521-1 и другие аналогичные. Ещё один высоковольтный элемент на схеме — электролитический конденсатор С2, он должен быть на напряжение не ниже 400В, С3 же можно брать на 16-25В. На схеме присутствуют два подстроечных резистора R4 и R4, с их помощью можно задавать верхний и нижний пределы регулировки, при этом нужно учитывать, что минимальный предел ограничивается током оптопары. Переменный резистор R2 — сам регулятор, вращением которого будет меняться яркость светильника. Резисторы R1, R7, R8 нужно взять мощностью 2Вт и более, хорошо подойдут отечественные цилиндрические 2-х ваттные, в крайнем случае можно набрать нужную мощность, соединяя по 4 штуки маломощных резистора.

Собирается регулятор на печатной плате размерами примерно 60х60 мм, файл с платой для программы Sprint Layout будет в архиве в конце статьи. Выполнить плату можно с помощью ЛУТ технологии, либо, в конце концов, нарисовать дорожки маркеров, это будет довольно просто, учитывая, что почти все детали очень крупные. При сборке нужно быть особенно внимательным, так как на плату будет заводится сетевое напряжение — проверить полярность установленных конденсаторов, цоколёвку диодного моста, транзистора, микросхемы, оптопары. Первое включение следует производить аккуратно, можно через балласт в виде лампочки накаливания, чтобы убедится, что всё собрано правильно и никакие элементы на начинают нагреваться. Плата содержит клеммную колодку, 2 контакта которой служат для подключения питающего напряжения, два для светодиода, и ещё два для переменного резистора, который будет выводится с платы на переднюю панель корпуса. На транзистор не помешает закрепить небольшой радиатор, даже если предполагается использование только с маломощными светильниками — просто для успокоения. Сама плата помещается в небольшой карболитовый корпус и крепится с помощью 4-х винтов, наружу выводится вал переменного резистора с ручкой. Для большей плавности регулировки переменный резистор должен иметь логарифмическую характеристику (префикс «А» в маркировке). Удачной сборки!

reguljator_jarkosti_led-1.rar [17,54 Kb] (скачиваний: 25)

Светодиодные лампы и диммеры: проблемы и нюансы выбора [видео]

Сегодня выбрать светодиодные лампы так, чтобы они были одновременно и качественными, и недорогими, — мероприятие довольно хлопотное, если не сказать, сложное, однако оно ставится гораздо более запутанным, когда требуется грамотно подобрать диммеры для LED.

Отечественные потребители в большинстве своем уже научились более-менее правильно подбирать модели светодиодных ламп по таким параметрам, как цветовая температура, световой поток и угол рассеивания.

Однако, как показывает практика, на совместимость с диммерами купленную LED-лампу пользователь начинает проверять уже после ее покупки, а не до.

И только потом, столкнувшись с тем, что обычный диммер для лампочек накаливания никак не желает нормально работать со светодиодными лампами, разочарованный юзер начинает искать причину проблемы и/или сразу возвращает покупку в магазин. Как говорится, а что делать?

Для начала о проблемах . Как известно, «старые» лампы накаливания с диммерами работают всегда и хорошо, так как их яркость напрямую зависит от силы подаваемого тока. Проще говоря, надо добавить/убавить яркость лампы, поворотом ручки диммера, соответственно, добавляем/убавляем силу тока. Ничего сложного.

Со светодиодами же всё не так просто. Если начать использовать LED-лампу с обычным диммером, то очень скоро выяснится следующее:

• лампа либо не включается совсем,

• либо включается, но постоянно горит на 100% яркости,

• либо, включившись, сразу же начинает издавать громкий гул, треск или …

• неприятно мерцает при определенном или сразу при всех положениях ручки диммера.

Впрочем, иногда случается и так, что светодиодная лампа с обычным диммером поначалу работает нормально, но потом вырубается на различных уровнях яркости. В основном это происходит, когда на светодиоды подается напряжение меньше минимума, который необходим для их питания.

Но суть басни в данном случае всегда одна: при использовании светодиодной лампы с обычным диммером для ламп накаливания, из строя может выйти и LED-лампа, и такой диммер.

Потому для светодиодов выпускают диммеры специальной конструкции, в который яркость ламп меняется не снижением или повышением силы протекающего через них тока (как в лампочках накаливания), изменением ширины импульсов постоянного тока, который подается на светодиоды. К слову, переживать о том, что мерцание лампы может быть заметно, в данном случае не стоит, так как частота таких импульсов в LED-лампе может достигать 300 кГц, и человеческий глаз воспринимает их как ровное свечение.

Еще один важный нюанс: даже со специальными диммерами могут работать не все светодиодные лампы. Почему? Ответ очевиден. Обратите внимание на цены и вы увидите, что обычная LED-лампа стоит заметно дешевле, чем аналогичная по характеристикам, но диммируемая, то есть более сложная и, разумеется, более дорогая в производстве.

Другими словами, производители изначально выпускают лампы разных типов, ориентируясь как на запросы своих потенциальных потребителей, так и на конкурентные предложения.

Как правильно выбрать диммируемую светодиодную лампу?

• первым делом следует обращать внимание на обозначения, нанесенные на упаковку LED-лампы, модели с опцией регулировки яркости (диммируемые), как правило, маркируются, и если соответствующего значка и/или надписи вы не обнаружили, то, скорее всего, лампа не для диммера (см. выше и ниже):
• с обычными диммерами для ламп накаливания новые LED-лампы, вероятнее всего, работать не будут, потому, покупая такие лампы, покупайте и специальные диммеры для них (более подробно о параметрах диммеров для LED и светодиодных ламп можно посмотреть здесь — https://salonlustr.com.ua/c9_41-Svetodiodnaya_lampa-LED);

• если, подключив LED-лампу к обычному диммеру, вы замечаете (видите или слышите), что работает она некорректно, то лучше прекратить «эксперимент», поскольку лампа может выйти из строя;

• так называемые светодиодные смарт-лампы («умные лампочки») вообще не предназначены для работы с диммерами любого типа, так как оснащаются встроенными устройствами регулировки яркости, которые зачастую конфликтуют с внешними диммерами, вызывая неполадки в работе лампы.

Выбираем диммеры для светодиодных ламп: все важные параметры

Энергосберегающие элементы на светодиодах — сложные с точки зрения электронных схем устройства. Большинство производителей при их разработке ориентировались на возможность совместного функционирования с простыми регуляторами, которые разрабатывались для приборов накаливания. Однако на практике выявились сложности. Разберемся, как их нивелировать и как подобрать подходящий диммер для светодиодной лампы.

Все о выборе диммера для светодиодов

Особенности подключения диммера к светодиодной лампе

Частой проблемой при подключении энергосберегающих элементов считается недозагрузка регулятора. Например, рассмотрим стандартный, среднестатистический диммер-регулятор для систем накаливания. Диапазон нагрузок, в котором его схема устойчиво работает, обычно составляет 40–400 Вт. Подключая к нему диммируемый светодиод (а их мощность не превышает 15–20 Вт), мы «недогружаем» схему, поэтому либо регулирующая система работает неустойчиво, либо вообще не включается.

Проблемы диммирования светодиодов простыми устройствами

• Шум в лампочке или диммирующем устройстве.
• Неустойчивая работа (мерцание).
• Прибор включается только в режиме максимальной яркости.

Можно увеличить нагрузку и добавить ещё пару потребителей, иногда это помогает вывести диммирующее оборудование на устойчивый режим работы. Однако, по заявлениям производителей источников света, в случае применения обычных систем совместно с LED- и КЛ-лампами нагрузка не должна превышать 10% от номинальной мощности для элементов накаливания. То есть для диммерующего 400 Вт прибора максимальная нагрузка при работе с LED- и КЛ-лампами — 40 Вт.

Таким образом, мы должны поставить некоторое количество устройств определённой мощности, чтобы диммер-регулятор нормально функционировал. Однако и это не 100%-я гарантия. Поэтому многие производители публикуют в своих технических каталогах таблицы совместимости их продукции с устройствами разных марок.

Лучше всего для диммирования современных LED- и КЛ-ламп применять универсальные светорегуляторы в паспортах которых официально заявлена их адаптация к такой работе. Подобные модели есть у Legrand, ABB, Schneider Electric и у других компаний. Нижний порог мощности такого регулятора составляет всего несколько ватт, что значительно упрощает выбор светильника и количества элементов в нём. Однако в любом случае их максимальное количество не должно превышать 10 шт. При выборе любого диммера для светодиодных ламп придерживаются этой схемы.

Критерии выбора диммера под светодиодную лампу

Перечислим основные характеристики.

1. Возможность работы со светорегулятором

Перед тем, как приступать к выбору, убедитесь, что ваши светодиоды вообще можно диммировать. Эта опция предусмотрена далеко не у всех моделей. Поэтому смотрите описание, в нём специально указывается, является ли оборудование диммируемым или нет. Соответствующий значок, изображающий «условное изменение яркости», или, например, надпись dimmable должны присутствовать на упаковке.

Оборудование, маркированное как диммируемое, иногда функционирует некорректно. Это может выражаться в виде нестабильной работы, мигания, повышенного шума, невозможности плавного регулирования интенсивности светового потока. Поэтому лучше не экономить, покупать его в салонах электроустановочных изделий и светотехники, где вам грамотно подберут варианты и проверят их на совместимость.

2. Тип регулирующего устройства

Выпускают разные модели светорегуляторов для лампочек того или иного типа (накаливания, галогенные, светодиоды). Если вы не уверены, какой из них будет использоваться для освещения, лучше покупать универсальные элементы. Такие есть в ассортименте Schneider Electric, Legrand, ABB, Jung и других крупных производителей электроустановочных изделий. Универсальные системы дороже: если обычную модель поворотного регулятора можно приобрести за 2-3 тыс. руб, то универсальная той же конструкции обойдётся в 5-6 тыс. руб.

3. Способ управления

Обращайте внимание и на удобство управления. Наряду с поворотными моделями (включение света и регулировка яркости осуществляется поворотом рукоятки) существуют и другие варианты конструкции. В поворотно-нажимных, нажимая на рукоятку, вы включаете и выключаете свет, а поворачивая, меняете яркость светильника. Такой тип считается одним из наиболее удобных. Существуют также кнопочные светорегуляторы, выполненные в форме выключателя с кнопкой на передней панели. Включение/выключение света осуществляется коротким нажатием на клавишу, а изменение яркости — длинным.

Тип механизма и дополнительные функции оказывают существенное влияние на стоимость изделий. Поворотные модели дешевле, а цена на сенсорный диммер для светодиодных ламп с возможностью предустановки сценариев освещения и опцией дистанционного управления по смартфону может доходить до 10 тыс. руб. Зато они обеспечивают больший комфорт пользователя. Например, с помощью приложения Wiser Room (Schneider Electric) можно через смартфон задавать расписание работы светильников, программировать различные сценарии, создавать имитацию присутствия хозяев в доме. Аналогичные приложения есть, например, в линейке Etika у Legrand, в серии универсальных систем у Vadsbo и у других производителей.

Нюансы правильного подключения

К одному светорегулятору запрещается подключать элементы разных типов (например, светодиоды и люминесцентные), а также их слишком большое количество (производители рекомендуют не более десяти).

При подключении светодиодной лампы к диммеру внимание следует обращать на правильное соединение всех контактов (фазы, нуля, земли); иначе светотехническое изделие может быть выведено из строя.

Важно, чтобы светодиодные лампы, регулируемые диммером, были одного типа и одинаковой мощности. В универсальных регуляторах предусмотрена возможность ручного или автоматического выбора формы выходного сигнала для наиболее корректной работы с нагрузкой, есть возможность ограничения нижнего уровня напряжения. Поскольку многие устройства неустойчиво функционируют именно на предельно низком уровне яркости.