Питание светодиода от переменного напряжения

Блок питания как «слабое звено» светодиодного светильника

Питание светодиода от переменного напряжения

  • 3 февраля 2014 г. в 09:47
  • 36586

При описании технических характеристик светодиодных светильников в рекламных материалах обычно особый упор делается на типы используемых в них светодиодов. Тем не менее, надежность современных светильников  определяется уже не только и не столько светодиодами, сколько блоком питания. Но некоторые важные параметры данного узла не сообщаются производителями даже по запросу. Поэтому задача выбора осветительных приборов с качественными блоками питания является весьма сложной, тем не менее, она решаема.

Причины, по которым производители при продвижении светильников на рынок делают упор именно на параметры светодиодов, имеют исторические корни. Предыдущие источники света имели срок службы, значительно меньший, чем у пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). В итоге сложилось представление, что источник света — наименее долгоживущая часть устройства.

Светодиоды отличаются прежде всего большим сроком службы — в среднем около 50000 часов. Если светильник работает по 10 часов в сутки, то его срок службы, обусловленный параметрами светодиодов, составит более 13,5 лет. Этот промежуток времени уже сопоставим со сроком службы других узлов светильника или даже превышает его.

Особенности терминологии

Проблема выбора начинается с весьма запутанной терминологии.

Блоком питания (БП) принято называть источник питания для радиоэлектронной аппаратуры, преобразующий электрическую энергию от сети для согласования ее параметров с входными параметрами отдельных узлов аппаратуры.

Подавляющее большинство светодиодов питаются от постоянного тока и имеют напряжение питания менее 4 В. Если соединить светодиоды последовательно, то такая цепочка будет иметь большее напряжение питания. По ряду причин соединение светодиодов в цепочки длиной более 15 штук практикуется очень редко.

То есть напряжение питания массива светодиодов в осветительном приборе обычно не превышает 60 В. В то же время, сети электропитания, в зависимости от страны, дают напряжение 100 – 240 В переменного тока.

Для согласования параметров питания светодиодов и параметров сети электропитания обязательно требуется блок питания.

Следует отметить, что термин «блок питания» является устоявшимся понятием, широко используемым в инженерной практике. Тем не менее, он не закреплен официально ГОСТ Р 52907-2008, в котором присутствует только определение источника питания. В прежнем варианте ГОСТ официально также было закреплено понятие «вторичный источник питания», которое в ГОСТ Р 52907-2008 отсутствует. Использование термина «блок питания» позволяет дистанцироваться от автономных источников питания, т.е. гальванических элементов и аккумуляторов.

\Кроме этого, для обозначения БП часто жаргонно используется термин «драйвер». На самом деле, драйвер — это устройство, которое стабилизирует ток, питающий светодиоды. Также некоторые драйверы способны регулировать световой поток у светодиодов, т.е. диммировать их.

Но драйвер не выполняет функций преобразования питающего напряжения и выпрямления тока. Поэтому узел, отвечающий за питание светодиодов в светильниках на напряжение 12 или 24 В — это драйвер. Но при питании от сети 220 В речь идет именно о БП.

Тем не менее, на некоторых БП можно встретить слово driver, означающее в данном контексте стабилизацию выходного тока.

Диммируемый БП Helvar со стабилизацией выходного тока

В светотехнике устройства, осуществляющие согласование параметров питания источников света и электросети, исторически назывались балластами или ПРА. Специалисты по светотехнике при переходе на светодиоды не стали отказываться от привычного для них терминов и стали использовать их применительно к БП для светодиодов.

Еще одним термином, которым не всегда правильно обозначают блоки питания в светодиодных светильниках, является «электронный трансформатор». Данное устройство, на самом деле, только преобразует напряжение в более низкое и повышает частоту переменного тока с 50 (или 60, в зависимости от стандарта электросети, принятого в стране) до нескольких единиц или десятков килогерц. Питание светодиодов напрямую от электронного трансформатора применяется только в гирляндах и другой аналогичной декоративной светотехнической продукции.

Терминология для светодиодных светильников в части устройств электропитания пока не закреплена ГОСТ, в проектах стандартов используется термин «электронное управляющее устройство».

Справедливости ради следует заметить, что путаница с терминологией распространена и за рубежом. Термин power supply unit (блок питания) или просто power supply (источник питания) в светотехнике используется крайне редко. В рекламных материалах часто встречается обозначение блока питания как driver (драйвер), а вообще, широко распространено использование обозначение БП в светодиодных светильниках как ballast (балласт).

Классификация БП

По месту размещения БП делятся на внутренние (размещаются внутри корпуса светильника) и внешние (размещаются вне корпуса). При этом внешние БП могут идти в комплекте со светильником или приобретаться отдельно.

По своей конструкции БП можно разделить на две большие категории — изолированные и неизолированные. Особенностью изолированного БП является то, что его выход не имеет гальванической связи с входом. Благодаря этому достигается более высокий уровень электрической безопасности устройства.

Читайте также  Почему светодиоды светятся после выключения?

Электрический потенциал на выходе исправного БП изолированного типа ни при каких условиях не достигнет опасной величины. В принципе, БП изолированного типа — это и есть та самая классическая конструкция БП на основе трансформатора, используемая на протяжении многих десятилетий.

К сети через преобразователь подключена первичная обмотка трансформатора, нагрузка через выпрямитель присоединяется ко вторичной обмотке. Отличия от классического варианта в том, что трансформатор работает не на частоте сети, а на более высокой частоте, а также в наличии гальванически развязанной обратной связи для стабилизации напряжения или тока.

Изолированные БП стоят относительно дорого, но они хорошо справляются с бросками напряжения и импульсными помехами, которые есть в российских электрических сетях.

Пример принципиальной схемы изолированного БП. Источник: «Макро групп»

Неизолированные БП имеют гальваническую связь с выходом. Поэтому, хотя разница потенциалов между линиями на выходе такого БП представляет собой безопасную величину, не превышающую для светодиодных светильников значение 60 В постоянного тока, тем не менее, потенциал между одной из линий на выходе и землей может быть сопоставим с сетевым напряжением, т.е. принимать опасное значение.

Преимуществами неизолированных БП являются компактность, низкая цена и немного больший КПД, чем у неизолированных БП. Поэтому неизолированные БП так любят производители очень дешевых светильников — помимо низкой стоимости БП, более высокий КПД позволяет использовать светодиоды с меньшей светоотдачей. Неизолированные БП также широко применяются в светодиодных лампах-ретрофитах, но здесь в ряде случаев без них обойтись нельзя из-за малых размеров.

По причине низкой электробезопасности, неизолированные БП могут быть только внутренними. Недостатком неизолированных БП является проникновение на выход мощных импульсных помех, которые «гуляют» по сети. К тому же, при установке выключателя в разрыв нулевого провода (что бывает, когда светодиодные светильники устанавливают взамен существовавшего ранее освещения) светодиоды в светильнике, оснащенном таким БП, слабо светятся в выключенном состоянии.

Все это приводит к преждевременному выходу светодиодов из строя.

Пример принципиальной схемы неизолированного БП типа PFC. Источник: «Макро групп»

Усовершенствованные неизолированные БП нередко жаргонно называют PFC от слов Power Factor Correction — корректировка коэффициента мощности. Они обладают большим значением коэффициента мощности по сравнению с обычными неизолированными БП — около 0,9 против 0,6. В таких БП частично решены проблемы, вызывающие преждевременный выход светодиодов из строя. Тем не менее, все равно, они проигрывают изолированным БП по части устойчивости к броскам напряжения.

Почему «слабое звено»?

Электронные компоненты БП работают под напряжением до 242 В переменного тока. При авариях на сетях электропитания напряжение может кратковременно возрастать до 456 В переменного тока. Удары молнии, коммутация мощного электрооборудования и некоторые другие факторы приводят к возникновению импульсных помех с амплитудой до 4000 В. Поэтому к качеству электронных компонентов БП предъявляются особые требования.

Срок службы светодиодов зависит от того, сколько времени они светили. В отличие от этого, срок службы БП связан не только со временем работы, но и со временем хранения. То есть, если вы не включали светильник, а только его хранили на складе, то через некоторое время его БП все равно выйдет из строя.

Это связано с особенностями электролитических конденсаторов, используемых в БП — они постепенно деградируют из-за испарения электролита. В среднем электролитический конденсатор можно использовать на протяжении не более 10 лет с момента выпуска. В неправильно спроектированном БП электролитический конденсатор перегревается, что сокращает его срок службы.

В некоторых современных дорогостоящих БП проблема решена полной заменой электролитических конденсаторов на керамические, которые являются практически «вечными» электронными компонентами.

Читаем между строк

Производители светодиодных светильников практически всегда публикуют информацию об используемых светодиодах, но редко когда раскрывают данные о БП. Тем не менее, можно составить свое представление о том, качественный или нет блок питания, по параметрам светильников, которые производитель открыто публикует.

В первую очередь, это коэффициент мощности λ (иногда его обозначают как cos φ, что для светодиодных светильников не совсем правильно). Чем больше этот параметр, тем лучше. Для качественного блока питания он должен быть не менее 0,85. Упрощенные БП, имеющие низкую надежность, обычно выдают себя низким значением λ.

 БП от ведущих производителей характерно высокое значение коэффициента мощности, примером тому является данное устройство от Osram

Производители светильников, конечно, знают, что именно БП, а не светодиоды, ограничивает срок службы осветительного прибора. Поэтому, хотя и указывают «срок службы светодиодов 50000 ч», тем не менее, гарантийный срок устанавливают, исходя из цифр по всему светильнику.

Обычно исходят из того, сколько лет проработает светильник, будучи включенным круглосуточно. Например, гарантийный срок на светодиодные светильники средней ценовой категории обычно составляет 3 года. Умножаем этот срок на 8760 ч в году, и получаем 26280 ч — именно столько гарантированно будет работать светильник.

Читайте также  ШИМ контроллер для светодиодов

Обратите внимание, что этот показатель очень близок к сроку службы типичного БП средней ценовой категории — 30000 ч.

Но, самое главное — где расположен блок питания и как он выглядит. Если он внешний и подключается к светильнику через разъем, то однозначно является изолированным (на прямое нарушение правил электробезопасности производители обычно не идут). В том случае, если БП внутренний, но выполнен в виде отдельного унифицированного  модуля от одного из ведущих производителей БП, то, скорее всего, тоже изолированный. Неизолированные БП обычно выполнены как неотъемлемая часть конструкции светильника.

Производители БП

Теоретически оптимальным выбором является БП, специально разработанный для определенной модели светильника. На практике это могут удачно реализовать либо компании, имеющие, помимо светотехнического, еще и мощный бизнес по производству электронных устройств (LG, Philips), либо светотехнические компании, чьи БП хорошо зарекомендовали себя на рынке (Osram).

В остальных случаях предпочтительным вариантом является использование в светильнике БП от ведущих фирм, специализирующихся на данном виде продукции (Meanwell, Helvar, Vossloh-Schwabe и некоторые другие). Использование унифицированного БП легко заменяемой конструкции важно еще и для возможного ремонта светильника, так как БП обычно выходит из строя быстрее, чем светодиоды.

Внешние блоки питания, не входящие в комплект поставки

На рынке встречаются светодиодные светильники, имеющие низкое напряжение питания (обычно 12 или 24 В). Они предназначены для питания от источника со стабилизированным выходным напряжением или от электронного трансформатора.

Нередко БП в комплект поставки таких светильников не входит, что позволяет сэкономить средства, установив один БП на несколько светильников.  Если светильник допускает питание как от переменного, так и от постоянного тока, то лучше использовать постоянный ток, т.е.

устанавливать БП, а не электронный трансформатор.

Выбирая внешний БП, следует иметь в виду, что максимальный КПД достигается в том случае, если нагрузка равна приблизительно 80% от номинального значения.

Соответственно, умножив мощность подключенных к БП светильников на коэффициент 1,25, мы получим оптимальное значение номинальной мощности БП. Иногда мощность БП выбирают «на вырост» с учетом, что к нему позже дополнительно подключат светильники.

Тогда суммарная мощность светильников «первой очереди» подключения должна быть в 1,2 раза больше минимальной мощности нагрузки БП, иначе будет срабатывать защита от холостого хода.

Применение внешнего блока питания, не входящего в комплект поставки, дает возможность повысить надежность системы, так как в светильники встроены только драйверы. Электронные компоненты в них работают при низких напряжениях, так что их качество не так критично. А модель БП пользователь выбирает самостоятельно, исходя из своих потребностей, и может запросить на него всю необходимую информацию у поставщика.

Алексей Васильев

Источник: https://www.elec.ru/articles/blok-pitaniya-kak-slaboe-zveno-svetodiodnogo-sveti/

Подключаем светодиод через резистор и напрямую

Питание светодиода от переменного напряжения

Светодиоды — полупроводниковые приборы, преобразующие электроток в непосредственное световое излучение.

Как подключить светодиод через резистор или напрямую, а главное сделать такое подсоединение безопасным в эксплуатации и долговечным — основные вопросы, которые рассматриваются с целью обеспечения работоспособности любых светоизлучающих диодов.

Самостоятельное определение светодиодной полярности осуществляется несколькими несложными методами:

  • посредством измерений;
  • по результатам визуальной оценки;
  • при подключении к источнику питания;
  • в процессе ознакомления с технической документацией.

К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии.

Использование тестирующих устройств

С целью максимально точного определения светодиодной полярности, щупы мультиметра подключаются непосредственно к диоду, после чего отслеживаются показания тестера. При высвечивании на шкале «бесконечного» сопротивления, провода щупов меняются местами.

Если тестер показывает какие-либо показатели конечного значения в условиях замеров сопротивления проверяемых светоизлучающих диодов, то можно быть уверенным в подключении прибора с соблюдением вида полярности, а данные о расположении «плюса» и «минуса» являются точными.

Проверка светодиодов мультиметром

Визуальное определение полярности

Несмотря на множество существующих в настоящее время видов конструкций светодиодного оборудования, наиболее широкое распространение получили излучающие свет диоды, заключенные в цилиндрический корпус D от 3,5 мм.

Наиболее мощные диоды сверх яркого типа обладают планарными плоскими выводами, промаркированными «+» и «-».

Устройства в цилиндрическом корпусе имеют внутри пару электродов, отличающихся площадью. Именно катодная часть светоизлучающих диодов отличается большей электродной площадью и наличием характерного скоса на «юбке».

Светодиоды, применяемые в поверхностном монтаже, обладают специальным скосом или «ключом», указывающим на катод или минусовую полярность.

Подключение к источнику питания

Передача питания от элементов с постоянным напряжением — один из самых наглядных вариантов определения диодной полярности, требующий использования специального блока с поступательным регулированием напряжения, или традиционной аккумуляторной батареи. После подключения, постепенно повышаются показатели напряжения, что вызывает свечение светодиода и свидетельствует о правильном определении полярности.

Подключение диодов к питанию

Чтобы проверить работоспособность светового диода, в обязательном порядке подключается резистор токоограничивающего типа с сопротивлением от 680 Ом.

Этапы сборки

При самостоятельной сборке и последующем тестировании излучающих свет диодов в рабочем режиме, целесообразно воспользоваться данной последовательностью:

  • определиться с техническими характеристиками, отраженными в сопроводительной документации;
  • составить схему подключения с учетом уровня напряжения;
  • вычислить показатели потребляемой мощности электроцепи;
  • подобрать драйвер или блок питания с оптимальной мощностью;
  • рассчитать резистор при стабилизированном напряжении;
  • определить полярность LЕD-источника;
  • припаять провода к светодиодным выходам;
  • подсоединить источник питания;
  • зафиксировать диод на радиаторе.
Читайте также  Освещение в гараже своими руками светодиоды

Процесс тестирования излучающих свет диодов, заключается в подключении собранной конструкции к электрической сети и замере потребляемого тока.

Звезда устанавливается на радиатор посредством теплопроводной пасты, а припаивать провода следует достаточно мощным паяльником, что обусловлено естественным забором алюминием тепла, с участка контакта и припоя.

Источники питания

Для подключения светодиода применяются специальные источники питания, разрабатываемые согласно установленным требованиям и нормативам. В процессе проектирования, потребуется определиться с коэффициентом мощности, энергетической эффективностью и уровнем пульсации.

Основной особенностью современных источников питания является наличие встроенного корректора коэффициента мощности, а приборы для внутреннего освещения отличаются повышенными требованиями к уровню токовой пульсации.

Схемы подключения светодиодов

Если источник питания в виде светоизлучающих диодов, предполагается применять в наружном освещении, то показатели защиты такого устройства должны составлять IP-67 при широком температурном диапазоне.

Источниками светодиодного питания в условиях токовой стабилизации обеспечиваются постоянные показатели выходного тока в широком диапазоне. Если источник для LЕD-светильника имеет стабилизацию по показателям напряжения, то формируется постоянное напряжение выходного типа в условиях токовой нагрузки, но не более максимально допустимых значений. В некоторых современных приборах присутствует комбинированная стабилизация.

Самым экономичным вариантом источника питания для светодиодных приборов являются современные диммируемые устройства.

Как подключить светодиод

Обеспечение работоспособности излучающих свет диодов, предполагает не только наличие источника питания, но и строгого соблюдения схемы подключения.

К 1,5 В

Показатели рабочего напряжения светоизлучающих диодов, как правило, превышают 1,5 В, поэтому сверх яркие светодиоды нуждаются в источнике питания не менее 3,2-3,4 В. При подключении применяется преобразователь напряжения в виде блокинг-генератора на резисторе, транзисторе и трансформаторе.

Запитываем светодиод к 1,5 ватт

Использование упрощенной схемы, лишенной стабилизатора, позволяет обеспечивать непрерывную работоспособность светоизлучающих диодов до снижения напряжения в элементе питания до показателей 0,8 В.

К 5 В

Подключение светодиода к элементу питания с номинальными токовыми показателями на уровне 5 В предполагает подсоединение резистора, имеющего сопротивление в пределах 100-200 Ом.

Параллельное подключение светодиодов

Если подключение в 5 вольт необходимо для установки пары диодов, то в электрическую цепь последовательным способом включается резистор ограничительного типа с сопротивлением не более 100 Ом.

К 9 В

Батарейка типа «Крона» обладает относительно небольшой емкостью, поэтому такой источник питания очень редко применяется для подключения достаточно мощных светодиодов. Согласно максимальному току, не превышающему 30-40 мА, чаще всего осуществляется последовательное подсоединение трёх светоизлучающих диодов, имеющих рабочий ток 20 мА.

К 12 В

Стандартный алгоритм подключения диодов к элементу питания на 12 В включает в себя определение типа блока, нахождение номинального тока, напряжения и потребляемой мощности, а также подсоединение к выводам с обязательным соблюдением полярности. В этом случае резистор размещается на любом участке электрической цепи.

Контакты на участках подсоединения излучающих свет диодов надежно запаиваются, а после штатной проверки работоспособности — изолируются специальной лентой.

К 220 В

При использовании источников питания 220 В, в обязательном порядке ограничивается ток, который будет протекать через световой диод, что предотвратит перегрев и выход светоизлучающего прибора из строя. Также необходимо понизить уровень обратного светодиодного напряжения с целью предупреждения пробоя.

Схема подключения светодиодов к 220 вольт

Ограничение уровня тока в условиях переменного напряжения осуществляется резисторами, конденсаторами или катушками индуктивности. Питание диода при постоянном напряжении предполагает использование исключительно резисторов.

Питание светодиодов от 220 В своими руками

Драйвер для диодных источников света на 220 В, является неотъемлемой частью сборки безопасного и долговечного прибора, и изготовить такое устройство вполне можно самостоятельно. Чтобы светоизлучающие диоды смогли работать от традиционной сети, потребуется уменьшить амплитуду напряжения, снизить силу тока, а также выполнить преобразование переменного напряжения в постоянные показатели. С этой целью используется делитель, имеющий резисторную или ёмкостную нагрузку, а также стабилизаторы.

Подключение светодиодной ленты к 220 В

Надежным самодельным драйвером для диодных источников света на 220 В, может выступать элементарный импульсный блок питания, не обладающий гальванической развязкой. Самым главным преимуществом такой схемы является простота исполнения, дополненная надёжностью эксплуатации.

Однако при самостоятельном выполнении сборки нужно соблюдать максимальную осторожность, так как особенностью данной схемы является полное отсутствие ограничений по показателям отдаваемого тока.

Безусловно, светодиодами будут забираться стандартные 1,5 А, но соприкосновение рук с оголенными проводами спровоцирует повышение до 10 А и более, что весьма ощутимо.

В основе стандартной схемы простейшего светодиодного драйвера на 220В лежат три главных каскада, представленные:

  • делителем напряжения на показателях сопротивления;
  • диодным мостом;
  • стабилизацией напряжения.

Для сглаживания пульсации напряжения, потребуется в параллельном направлении цепи подключить электролитический конденсатор, ёмкость которого подбирается индивидуально, в соответствии с мощностью нагрузки.

Стабилизатором в этом случае вполне может выступать общедоступный элемент L-7812. Следует отметить, что собранная таким способом схема диодных источников света на 220 вольт отличается стабильной работоспособностью, но перед включением в электрическую сеть обязательно производится тщательная изоляция оголённых проводов и участков пайки.

Источник: https://proprovoda.ru/osveshhenie/lampy/svetodiod/kak-podklyuchit.html