Блок питания как «слабое звено» светодиодного светильника
3 февраля 2014 г. в 09:47, 32064
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.
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.
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/
Как подключить светодиод к 12 вольтам
Светодиоды уже давно используются в различных сферах жизни и деятельности людей. Благодаря своим качествам и техническим характеристикам, они приобрели широкую популярность. На основе этих источников света создаются оригинальные светотехнические конструкции.
Поэтому у многих потребителей доно часто возникает вопрос, как подключить светодиод к 12 там. Данная тема очень актуальна, поскольку такое подключение имеет принципиальные отличия от других типов ламп. Следует учитывать, что для работы светодиодов используется только постоянный ток.
Большое значение имеет соблюдение полярности при подключении, в противном случае, светодиоды просто не будут работать.
Особенности подключения светодиодов
В большинстве случаев для подключаемых светодиодов требуется ограничение тока с помощью резисторов. Но, иногда вполне возможно обойтись и без них.
Например, фонарики, брелоки и другие сувениры со светодиодными лампочками питаются от батареек, подключенных напрямую. В этих случаях ограничение тока происходит за счет внутреннего сопротивления батареи.
Ее мощность настолько мала, что ее попросту не хватит, чтобы сжечь осветительные элементы.
Однако при некорректном подключении эти источники света очень быстро перегорают. Наблюдается стремительное падение яркости свечения, когда на них начинает действовать нормальный ток.
Светодиод продолжает светиться, но в полном объеме выполнять свои функции он уже не может. Такие ситуации возникают, когда отсутствует ограничивающий резистор.
При подаче питания светильник выходит из строя буквально за несколько минут.
Одним из вариантов некорректного подключения в сеть на 12 т является увеличение количества светодиодов в схемах более мощных и сложных устройств. В этом случае они соединяются последовательно, в расчете на сопротивление батарейки. Однако при перегорании одной или нескольких лампочек, все устройство выходит из строя.
Существует несколько способов, как подключить светодиоды на 12 т схема которых позволяет избежать поломок. Можно подключить один резистор, хотя это и не гарантирует стабильную работу устройства.
Это связано с существенными различиями полупроводниковых приборов, несмотря на то, что они могут быть из одной партии. Они обладают собственными техническими характеристиками, отличаются по току и напряжению.
При превышении током номинального значения один из светодиодов может перегореть, после этого остальные лампочки также очень быстро выйдут из строя.
В другом случае предлагается соединить каждый светодиод с отдельным резистором. Получается своеобразный стабилитрон, обеспечивающий корректную работу, поскольку токи приобретают независимость.
Однако данная схема получается слишком громоздкой и чрезмерно загруженной дополнительными элементами. В большинстве случаев ничего не остается, как подключить светодиоды к 12 там последовательно. При таком подключении схема становится максимально компактной и очень эффективной.
Для ее стабильной работы следует заранее позаботиться об увеличении питающего напряжения.
Определение полярности светодиода
Чтобы решить вопрос, как подключить светодиоды в цепь 12 т, необходимо определить полярность каждого из них. Для определения полярности светодиодов существует несколько способов.
Стандартная лампочка имеет одну длинную ножку, которая считается анодом, то есть, плюсом. Короткая ножка является катодом – отрицательным контактом со знаком минус.
Пластиковое основание или головка имеет срез, указывающий на место расположения катода – минуса.
В другом способе необходимо внимательно посмотреть внутрь стеклянной колбочки светодиода. Можно легко разглядеть тонкий контакт, который является плюсом, и контакт в форме флажка, который, соответственно, будет минусом.
При наличии мультиметра можно легко определить полярность. Нужно выполнить установку центрального переключателя в режим прозвонки, а щупами прикоснуться к контактам. Если красный щуп соприкоснулся с плюсом, светодиод должен загореться.
Значит черный щуп будет прижат к минусу.
Тем не менее, при кратковременном неправильном подключении лампочек с нарушением полярности, с ними не произойдет ничего плохого.
Каждый светодиод способен работать только в одну сторону и выход из строя может случиться только в случае повышения напряжения. Значение номинального напряжения для отдельно взятого светодиода составляет от 2,2 до 3 т, в зависимости от цвета.
При подключении светодиодных лент и модулей, работающих от 12 т и выше, в схему обязательно добавляются резисторы.
Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 т
Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит.
Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.
В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 т в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:
- Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
- Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
- I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.
В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора.
Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 там. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.
2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.
В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт).
Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 т.
Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.
Расчет подключения светодиода к сети 220В осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В.
Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.
2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора – 30 кОм.
Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.
2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.
свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.
Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.
Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду.
Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света.
Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.
Ошибки при подключении
Источник: https://electric-220.ru/news/kak_podkljuchit_svetodiod_k_12_voltam/2017-03-05-1194
Почему светодиодные прожектора, да и большинство дешевых светильников сгорают на второй год эксплуатации?
ПОЧЕМУ ПЕРЕГОРАЮТ СВЕТОДИОДНЫЕ ПРОЖЕКТОРА, ДА И БОЛЬШИНСТВО
ДЕШЕВЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ СГОРАЮТ НА ВТОРОЙ ГОД ЭКСПЛУАТАЦИИ?
Напомним, что срок эксплуатации, который имеют светодиоды, самый продолжительный среди источников освещения.
Преждевременный выход из строя такой продукции связан с несколькими факторами и некоторые из них достаточно предсказуемые.
Первый и самый распространенный
Приобретенный прожектор или светильник имел минимальную цену. В этом случае его неработоспособность связанна напрямую с качеством используемых комплектующих. В таких прожекторах устанавливаются самые дешевы и не отвечающие требованиям блоки питания, не редкость, когда блок питания не имеет даже степень защиты и находиться не в закрытом корпусе (имеется в виду корпус блока питания).
Контакты в цепи питания прожектора от сети до блока питания и от блока питания до светодиода имеют не качественное соединение, что так же влечет к короткому замыканию и выходу из строя.
Степень защиты не соответствует заявленной. В дешевых вариантах, вместо силиконового уплотнителя ставиться дешевый резиновый аналог, который от времени и разницы температуры окружающего воздуха просто разрушается.
Также в мощных прожекторах и многих недорогих светодиодных светильниках недостаточные радиаторы охлаждения благодаря чему нарушается тепловой баланс и происходит деградация люминофора и как следствие уменьшение светового потока, а в дальнейшем выгорание светодиодной матрицы.
Второй случай, который тоже имеет место
В светодиодном прожекторе производственный брак. Да, это тоже бывает и от этого никто не застрахован. Чаще всего причина в блоке питания.
Опять же все сводится к дешевым комплектующим из которых собран блок питания (драйвер) для данного светильника-прожектора.
В большинстве случаев это блоки неизвестных китайских компаний, которые не проходили ни какой проверки качества и разумеется не имеют протоколов испытаний, наших российских лабораторий и не соответствуют ГОСТ.
Но во всяком случае есть шансы,что если светильник вышел из строя из-за производственного брака, то наверно его можно поменять по гарантии, что тоже не факт, так как многие компании могут тянут с заменой брака особенно если это большая партия месяцами обосновывая это различными экспертизами и проверками.
Третий случай, тоже бывает
Чаще всего он встречается на предприятиях. Это выход из строя из-за сильных и долгих перепадов напряжения. Хоть светодиодный прожектор рассчитан на перепады напряжения, но только на кратковременные.
В случае завод и предприятий, порой напряжение временами катастрофически падает и в тот же момент так же вырастает.
В такие моменты, блок питания просто не справляется и из-за этого светодиод просто сгорает.
Тут уже гарантия не поможет, так как это не производственный брак, а нарушение эксплуатации светильника.
Ремонтировать ли светодиодный прожектор?
На сегодняшний день, стоит признаться, что эта затея не несет абсолютно никакого смысла. Стоимость комплектующих в розничной продаже зачастую достигает цены более-менее качественного светодиодного прожектора. И самое не приятное, что никто вам не даст гарантии, что, купив к примеру блок питания вместо неработающего, он подойдет к тому светодиоду с которым работал неисправный блок питания.
Поэтому, если светодиодный прожектор не работает и на него нет гарантии по какой-либо причине, стоит смело пойти и купить, новый, качественный светодиодный светильник, например в Светотехнической компании “ПроЭнергоСвет”.
Мы производим светодиодные светильники марки “ACTIS” только из проверенных качественных комплектующих, вся наша продукция имеет сертификат соответствия Таможенного союза и ответствует отраслевому ГОСТ Р 55705-2013.
Источник: http://prosvet35.ru/poleznoe/pochemu-svetodiodnye-prozhektora.html
Загрузка...
