Диммируемые драйвера для светодиодов что это
Как я переделываю недиммируемые светодиодные светильники в диммируемые. Пост первый
Сразу хочу сделать небольшое отступление, я не собирался переделывать светодиодные светильники под готовые (продающиеся в магазинах) диммеры. Я решил сам сделать блок управления яркостью на базе микроконтроллере ATmega128 и управлять яркостью посредством ШИМ.
Начну с того, что мной на дачу были куплены вот такие светодиодные светильники.
Светодиодный светильник TrueEnergy. Лицевая сторона 
Светодиодный светильник TrueEnergy. Обратная сторона
Поскольку я изначально сам собирался переделывать в диммируемые, то я выбирал светильники которые бы понравились мне именно по дизайну, всё же выбор недиммируемых НАМНОГО больше чем диммируемых.
Светильники куплены, теперь разбираем и смотрим как он устроен, а устроен он довольно просто. Светодиодная лента приклеенная к алюминиевой пластине для отвода тепла и маленькая плата питания, преобразующая переменное напряжение в постоянное.
Светодиодный светильник в разборе 
Светодиодный светильник в разборе 
Плата питания светильника. Лицевая сторона 
Плата питания светильника. Обратная сторона
Далее что необходимо это померить напряжение под нагрузкой которое идёт на светодиодную ленту. Померил, получилось 63 вольта, хотя на обратной стороне светильника написано 64 вольта (см фото выше). Дальше меряю ток, 260-270 миллиампер, хотя на обратной стороне светильника написано 300 миллиампер (см фото выше). Ну да ладно, это особо и не важно.
Дальше я отпаял плату питания от светодиодной ленты и померял холостое напряжение без светодиодной ленты, получилось 120 вольт, сперва подумал что эта платка не очень мощная и напряжение под нагрузкой сильно проседает, но очень быстро до меня дошло, что НАВЕРНОЕ эта плата стабилизирует ток на ленте, снижая напряжение до такого уровня, пока не установится нужный ток. В общем ладно, я быстро отключил эту плату от сети и с ней вроде ничего плохого не случилось, конденсатор на выходе этой платы стоял на 100 вольт, но бахнуть он не успел. Напомню, без нагрузки на выходе платы 120 вольт, а конденсатор на выходе стоит на 100 вольт. То есть лучше без нагрузки эту плату не включать.
В общем я выяснил, что для питания светодиодной ленты этого светильника нам нужно подать на неё 63 вольта, ведь именно такое напряжение было на ленте под нагрузкой.
Так как я собираюсь управлять яркостью сразу 3 светильников одновременно, именно столько у меня их в комнате, то эту плату питания использовать наверное нельзя, потому что при параллельном соединении у нас ток возрастёт в 3 раза, то есть до 780 миллиампер, а плата наверное будет стремиться удерживать ток в 260 миллиампер, рассчитанный для одного светильника, ну и рассчитана она наверное для питания ленты в одном светильнике, так что не будем ничего мудрить, думать и проверять, а покупаем новый блок питания на 63 вольта и ток не меньше 1 ампера. Напомню, 1 светильник потреблял 260 миллиампер. Три светильника 260 * 3 = 780 миллиампер. Но чтобы было с запасом лучше взять от 1 ампера и больше.
Поскольку 1 блок питания на такое точное напряжение я не нашёл. А нам нужно именно 63 вольта, ни больше ни меньше, то были куплены 2 вот таких блока компании Mean Well:
Эти крутые блоки позволяют подстраивать выходное напряжение в пределах около 3 вольт от указанного номинала как в большую так и меньшую сторону, а потому подключив их последовательно мы сможем получить выходное напряжение в пределах 54-66 вольт. Так же в этих блоках куча защит, от короткого замыкания, перегрузки и другие.
В общем покупаем блоки и соединяем их последовательно, накручиваем нужные нам 63 вольта.
Всё, первый этап выполнен, теперь у нас есть составной блок питания от которого мы сможет записать сразу 3 наших светильника. Следующий шаг, это сделать регулятор яркости на базе микроконтроллера.
И ещё, светильник с родным блоком питания не слабо так мерцал. Человеческий глаз этого конечно не видит, но мерцание есть, думаю это не совсем хорошо для глаз когда светильники так будут мерцать.
А вот как работает светильник от нашего сборного блока питания собранного из двух.
Думаю комментарии излишни какое свечение будет лучше для глаз.
Собственно мерцание и гудение плат питания некоторых светильников, это то, почему я решил не покупать готовые диммируемые светильники, купить обычный, а регулировку яркости сделать самому. Так у меня будет равное освещение без мерцания при любой яркости, не будет вообще никакого гудения над головой, потому что блоки питания будут вынесены на чердак. В самих светильниках остаётся только светодиодная лента и всё. Ну и поскольку всё делаю сам, то своё чинить проще, если вдруг что-то сломается.
В следующем посте я напишу уже непосредственно о регуляторе и покажу как он работает.
Диммируемые драйвера для светодиодов что это
Возможность регулирования светового потока от искусственных источников света позволяет: экономить электроэнергию, экономить ресурс источников света, получить необходимый художественный эффект.
Снижение уровня освещения в помещениях, когда они не используются, или когда в помещение попадает естественный свет, позволяет значительно экономить материальные и энергоресурсы. Возможность зонального динамического изменения освещения позволяет получить художественные/маркетинговые акценты, привлечь внимание к деталям или скрыть их. Использование регулирования светового потока по сигналам датчиков освещенности и присутствия, кроме экономии ресурсов, позволяют получить эффект интерактивности и интеллектуальности пространства.
При освещении пространств искусственными источниками света эффективными и доступными методами регулирования уровня освещенности являются два: регулирования количества источников света, задействованных в освещении (включенных), и регулирование светового потока излучаемого источниками света.
Первый метод в виде простейшей реализации знаком нам по люстрам в квартирах, в которых многоклавишным (в основном двух-) выключателем можно было получить несколько уровней освещения в комнате. Для больших промышленных и коммерческих помещений этот метод превращается в разделение всего количества используемых светильников на группы так, чтобы при работе любого количества групп освещение оставалось максимально равномерным, а количество уровней яркости отвечало требованиям. Этот метод не всегда качественно реализуем, или его реализация экономически неэффективна. Так, наиболее равномерное освещение получается большим количеством маломощных источников света, а регулирование освещения получается без значительных перепадов уровня освещения по площади. Но в то же время, когда замена нескольких маломощных источников света одним мощным даёт как выигрыш в стоимости светильников, так и в эффективности освещения, отключение нескольких таких светильников способно кардинально нарушить равномерность освещения.
В связи с явными недостатками первого метода регулирования набирает популярность второй метод – регулирование светового потока, испускаемого светильником. Этот метод может иметь несколько различных по сути реализаций: изменение количества задействованных светоизлучающих элементов в светильнике, изменение яркости свечения элементов, прерывистое свечение элементов (ШИМ регулирование). В первом варианте, по сути, реализована идея с разделением источников света на группы и имеет два основных недостатка: ограниченное количество уровней яркости и, при сложной диаграмме направленности источника света, невозможность её воспроизведения во всём диапазоне регулирования яркости. Второй и третий варианты представляют собой регулирование подводимой мощности к излучающим элементам двумя различными методами, которые подробнее рассмотрим позднее.
Диммер в прямом русском переводе следует понимать как «регулятор света». В простейшем виде многие уже встречались с диммерами еще в светильниках с лампами накаливания. Такие приборы позволяли плавно менять яркость свечения настольной лампы, люстры и т. п. Классический (тиристорный) диммер регулирует количество энергии, передаваемое от сети электроснабжения к источнику света посредством «отрезания» части энергии каждый полупериод переменного напряжения в сети. В современной классификации наиболее часто это метод называется Triac. С появлением источников света с блоками питания (такими как светодиодные, люминесцентные и т. д.) использование диммеров Triac стало сопровождаться техническими сложностями, и большая часть современных источников света с классическим диммером работают некорректно. Следует признать, что в бытовом классе приборов некоторые производители выпускают источники питания светодиодов и светодиодные лампочки, управляемые диммером Triac, однако, как правило, остальные их технические характеристики стали жертвой компромисса.
Дальнейшее развитие диммеров привело их к двум современным типам: включаемые между источником питания и нагрузкой (светодиодами) и управляющие источником питания. Первый тип прямо регулирует количество энергии, передаваемой от источника питания к нагрузке, и, в связи со специфическими особенностями, применяется в основном в источниках света с фиксированным напряжением на светодиодном модуле (светодиодные ленты и т. п.), в то время как для источников света со стабилизированным током через светодиоды в основном используется второй тип.
Первый тип диммеров в основном использует ШИМ регулирование, при котором энергия от источника к нагрузке подаётся импульсами, шириной которых и определяется количество энергии от минимальной, когда импульсов нет (или они очень малы по длительности) до максимальной, когда импульсы сливаются или паузы между ними минимально короткие. Во втором типе используется как ШИМ-регулирование, так и регулирование тока. Рассмотрим оба.
Белый светодиод имеет такой недостаток, как зависимость цветового оттенка от тока, протекающего через него (от яркости). Так при снижении тока ниже номинального светодиод «желтеет», а при повышении – «синеет». Это связано с тем, что полупроводниковый кристалл в белом светодиоде излучает синий (чаще всего) свет, а нанесённый на него люминофор преобразовывает его часть в другие цвета от красного до зелёного. В итоге на выходе из диода часть синего света от кристалла смешивается со светом от люминофора в правильных пропорциях в белый свет заданной цветовой температуры. При регулировании количества света от кристалла эти пропорции нарушаются.
Таким образом, при регулировании освещения изменением тока через светодиоды, кроме изменения количества света получается и сопутствующее изменение цвета. При регулировании света ШИМ, то есть подачей на светодиоды часто повторяющихся импульсов постоянной амплитуды (но регулируемой ширины) светодиод работает на номинальном токе, но меньшее время, и цветового сдвига нет. Следует заметить, что этот метод диммирования при таком явном преимуществе и в некоторых случаях при большей простоте реализации имеет и явные недостатки, например, стробоскопические эффекты (очень опасные в промышленности), повышенная утомляемость зрения, артефакты при видеосъёмке и высокий уровень излучаемых помех. Вышеперечисленное с учетом снижения эффектов цветовых сдвигов у современных диодов привело к тому, что в сегменте освещении ШИМ-регулирование используется всё реже, а регулирование тока всё чаще.
На данный момент все диммируемые светодиодные драйверы производства Аргос-Электрон регулируют ток, протекающий через светодиоды. Такие светодиодные драйверы изготавливаются как в герметичном, так и в негерметичном исполнении. У негерметичных драйверов увеличено количество контактов в выходной колодке, а у герметичных отдельным шнуром добавлен дополнительный вывод управления.
Драйвер ИПС60-700ТУ IP20
Фрагмент корпуса драйвера ИПС60-700ТУ (крупно выходная колодка).
Фрагмент корпуса герметичного драйвера (увеличена выходная часть).
Исторически в мире распространение получили два аналоговых интерфейса диммирования – это 0-10 и 1-10 В. При интуитивно кажущейся похожести эти интерфейсы имеют и кардинальные отличия. Рассмотрим подробнее.
Интерфейс 0-10 вольт очень распространён в промышленности и применяется для передачи аналоговых сигналов управления, сигналов от датчиков и т.п. В этом стандарте панель управления (или датчик в промышленности) является источником управляющего напряжения в диапазоне от 0 вольт до 10 вольт. При этом 0 вольт соответствует 0% яркости, 10 вольт – 100%, а между ними яркость изменяется линейно и пропорционально управляющему напряжению.
Интерфейс 1-10 подразумевает, что источником питания сигнальной линии диммирования является драйвер (ЭПРА и т.п.), а панель управления пассивна и шунтирует линию переменным резистором. Уровни яркости так же линейно зависят от напряжения управления: 10 В – 100%, 1 В – 10%. Важной особенностью является то, что стандартом не нормируется яркость светильника при управляющих напряжениях менее 1 вольта. Исторически подразумевается, что полное отключение освещения производится дополнительным размыкателем питания светильников. Заметим, что при отсутствии управляющего устройства на линии 1-10, драйвер сам обеспечит себе 10 вольт на входе управления, и светильник будет светить максимально ярко, а в случае интерфейса 0-10 при отсутствии источника сигнала светильник будет выключен.
Из вышесказанного видно, что в диапазоне напряжений на линии управления от 1-го вольта до 10-ти, поведение драйвера должно быть одинаково в обоих стандартах, а в диапазоне от 0 вольт до 1-го соответствие стандарту 0-10 не противоречит стандарту 1-10. Разница заключается лишь в распределении ролей между панелью и драйвером. Это всё позволило разработать универсальный с точки зрения интерфейса диммирования драйвер.
Схемы включения панелей управления для интерфейсов 0-10 и 1-10 на примере драйверов Аргос в исполнении IP20.
Достигается универсальность за счёт включения в состав интерфейса диммирования отключаемого источника напряжения 10 вольт. Этот источник необходимо подключить к цепи +DIM, тем самым запитав интерфейс диммирования стандарта 1-10. Для интерфейса 0-10 внутренний источник необходимо отключить.
Для переключения герметичного драйвера из режима 0-10 в 1-10 необходимо соединить между собой выводы +10V и +DIM, а в негерметичных драйверах для этой цели можно использовать переключатель SB1 возле выходной колодки. Для включения драйвера на максимальную мощность без схемы управления необходимо его перевести в режим 1-10. Драйверы Аргос в исполнении IP20 с завода выпускаются с замкнутым переключателем режимов.
Внутренняя схема входа диммирования драйверов в исполнении IP20 (примерная). В герметичных драйверах нет переключателя SB1.
Аналоговое диммирование до низких значений выходного тока имеет ряд сложностей, например:
— при уменьшении управляющего напряжения ниже 1-го вольта становится очень весомым вклад помех в общий сигнал управления (так помеха 0,1 вольта при 10 вольтах сигнала создаёт изменение яркости на 1%, а при 1-ом вольте – 10%), а диммирование зачастую применяется на протяженных объектах и вблизи промышленного оборудования;
— при основной потребности заказчиков отключать освещение сигналом диммирования, а не отключением питания линии освещения, многие панели управления не способны обеспечить напряжение «нуля» в линии управления ниже 0,4 вольта (а зачастую и 0,6);
— падение напряжения на светодиодном модуле при токах ниже 5% стремительно снижается относительно номинального, и может снизиться ниже минимально допустимого для драйвера.
Эти и прочие тезисы определили необходимость ступенчатого отключения выхода драйвера при напряжениях управления несколько ниже одного вольта, на яркостях близких к 5%. Драйверы Аргос при напряжении управления ниже примерно 0,4 – 0,6 вольт снижают выходную мощность до нуля, что отражено на графике.
При напряжениях порядка 9,6 – 10 вольт выходная мощность максимальна.
Вывод +DIM допускает подачу напряжения до 12 – 14 вольт, что позволяет использовать неспециализированное оборудование.
Зависимость выходной мощности драйвера от напряжения на входе диммирования (отнормировано к максимальной мощности).
Допустимый диапазон напряжений на выводе +DIM 0 – 12 В.
Максимальный вытекающий ток вывода +10V не более 100 мкА.
Кроме стандартных интерфейсов управления (0-10 и 1-10) драйверы Аргос могут управляться ещё несколькими методами. По сути подходит любой метод, позволяющий изменять потенциал на входе диммирования в требуемых пределах. При необходимости может быть использован любой регулируемый источник напряжения, выходы промышленных датчиков или промышленных контроллеров.
Схема подключения панели LN120E к драйверу
Панель сенсорная LN-120E-IN
Изменять потенциал на выводах диммирования можно переменным резистором.
Регулирование при помощи переменного резистора (рекомендуемый номинал 100 кОм)
Используя переменный резистор номиналом 100 кОм, можно изготовить простейший регулятор освещения. Для этого варианта может быть использован, например, корпус классического диммера или самодельный регулятор.
Пример классического (тиристорного) диммера
Так же возможно использование как промышленных контроллеров с выходом типа «открытый коллектор», возможно использовать для гальванической развязки сигнала ШИМ оптопар с транзисторным выходом. В таком случае используется режим входа диммирования 1-10 (см. рис. ниже).
Регулирование при помощи стандартного выхода «открытый коллектор».
Во всех случаях для корректной работы драйвера частота ШИМ должна быть не менее 300 герц (Fшим>300Гц).
Если нагрузочная способность выхода контроллера будет недостаточна для управления необходимым количеством драйверов, то на некоторых из них можно разомкнуть цепи +DIM и +10V (см. схему).
Пример диммера для светодиодных лент 12 вольт.
Использование для управления диммера светодиодных лент 12 вольт.
Также возможно использование диммеров для светодиодных лент 12 вольт в качестве источника управляющего сигнала для драйвера. Для использования диммера светодиодных лент необходимо обеспечить ему питание от отдельного источника. Из-за того, что диммеры светодиодных лент не предназначены для работы без нагрузки, для большинства из них понадобится внешний нагрузочный резистор (см. схему).
Если использовать контроллер RGB (RGBW) совместно с диммируемыми драйверами, нагруженными на панели соответствующих цветов, то можно получить полноцветное регулирование яркости и цвета освещения (например, для фасадов).
Поскольку вход диммирования соответствует по уровням сигналов промышленному стандарту 0-10В, толерантен к подаче 12 вольт и имеет высокое входное сопротивление, управлять диммером может очень широкий спектр промышленных и бытовых устройств от RGB контроллеров светодиодных лент и переходников DALI-0-10V до промышленных датчиков и контроллеров.
Управление драйвером контактами переключателей или датчиков.
В случае необходимости диммируемым драйвером можно управлять при помощи контактных устройств приборов автоматики, датчиков (движения, света и т. д.) или выключателей. Для этого возможно использование одной из двух схем:
Примеры схем включения диммируемых драйверов: слева допустимые, справа недопустимые.
Большинство промышленных диммеров имеют нагрузочную способность по выходу около 20 мА, а так как вход диммирования драйвера имеет высокое сопротивление, на один диммер может быть включено более 40 драйверов.
Возможные сложности с наладкой системы освещения могут быть связаны с несовпадением интерфейсов панели управления и драйвера. Так, при подключении драйвера в режиме 0-10 к диммеру 1-10, яркость не будет регулироваться и будет минимальной. При подключении драйвера в режиме 1-10 к диммеру 0-10 возможны: некорректная работа (например, неполное гашение света) или выход из строя диммера (особенно если драйверов включено много). Среди производимых диммеров можно встретить универсальные варианты 0-10/1-10, с таким диммером драйверы Аргос будут работать в любом режиме, но при необходимости управлять большим количеством светильников, и для уверенности, что свет будет гаснуть полностью, рекомендуем драйверы переключить в режим 0-10.
Не рекомендуем использовать линию диммирования длиннее 50 метров – это связано в основном с влиянием помех на сигнал управления. Вход диммирования драйверов гальванически связан с их выходными цепями, поэтому не рекомендуем вести линии управления совместно в одном кабеле с питанием и использовать общие клеммники и т.п. – всё это может привести к нарушению гальванической изоляции светодиодной панели от сети питания и/или выходу драйвера из строя. Вход диммирования не имеет защит от перенапряжений.
Завершая тему, остановимся на энергопотреблении. Актуальным вопросом при проектировании светильника является коэффициент мощности драйвера. Тут стоит отметить, что этот показатель у драйвера тем лучше, чем полнее он нагружен. Таким образом при диммировании драйвера его коэффициент мощности будет снижаться. При низких выходных мощностях его значение станет ниже современных требований к светильникам. Данная ситуация отражена в стандартах, и как раз для регулируемых светильников при снижении мощности допускается снижение коэффициента мощности, если абсолютные значения гармоник потребляемого тока не увеличиваются, что выполняется в описываемых драйверах. Однако в любом случае, при прочих равных, более нагруженный драйвер имеет больший коэффициент мощности. Для повышения коэффициента мощности итогового устройства предпочтительно применение драйвера меньшей мощности. Например, при напряжении на светодиодном модуле в 80 вольт и токе 0,7 ампер, драйвер ИПС60-700 будет нагружен на 93%, а ИПС100-700 лишь на 56%. Так же при выборе драйвера всегда проверяйте, что напряжение на светодиодном модуле попадает в рабочий диапазон драйвера не только на полном токе, но и в задиммированном состоянии (напряжение на модуле при этом будет снижаться).
Для использования совместно с драйверами производства Аргос-Электрон могут подойти такие приборы регулирования:
LUNATONE 86458508-PWM DALI auf 0-10V PWM Interface
CONVERTOR-DALI-0-10V (http://ru.aliexpress.com. )
Ответы на часто задаваемые вопросы по диммируемым драйверам можно посмотреть по ссылке.