Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электрик Инфо » Источники света

Непростые проблемы питания светодиодных ламп

В статье рассказывается об особенностях питания светодиодных ламп и модулей. Рассмотрены проблемы и особенности устройств питания и управления такими лампами.

Непростые проблемы питания светодиодных лампСветодиодное освещение стремительно вторгается в наш быт, пытаясь вытеснить уже ставшие привычными энергоэкономичные люминесцентные лампы. Пока это выходит не очень удачно. Малые мощности, узкая направленность света, высокая яркость и слепящее действие светодиодов не позволяют создать комфортное освещение в квартирах. Но это все «детские болезни» новых источников, которые в ближайшее время будут преодолены. А вот проблема питания светодиодных ламп заслуживает более пристального внимания.

Вспомним, что светодиод – это прибор с токовым принципом генерации света. Прямое преобразование электрического тока в свет обусловлено рекомбинацией зарядов в зоне полупроводникового перехода. Если бы эффективность преобразования зарядов в световое излучение было близко к 100%, то это сняло бы ряд серьезных технических и технологических проблем, с которыми сталкиваются изготовители мощных светодиодных ламп сегодня.

Конечно, по сравнению с эффективностью ламп накаливания, не достигающей 3%, и люминесцентных ламп, у которых КПД едва достигает 9%, светодиоды со своими 22% являются неоспоримыми лидерами среди источников света. Тем не менее, 8 из каждых 10 Вт электрической мощности, подведенные к излучающему кристаллу, превращаются в тепло. А отвести его удается с трудом, т.к. кремний является плохим теплоотводящим материалом.

Светильник с светодиодными лампамиКоротко говоря, светодиоды не переносят высоких температур, а те отвечают приборам тем же: выводят светодиоды из строя, ускоряя диффузионные процессы в полупроводниках. В идеале, при криогенных температурах, время службы светодиода не ограничено. А вот при 100 градусах он, в лучшем случае, составляет 50000 часов.

Поэтому прошли те «золотые» времена, когда маломощный светодиодный индикатор можно было включить через ограничивающий резистор и забыть о его существовании. С ростом эффективности и мощности светодиодов приходится балансировать на зыбкой границе предельно высоких токов и температур.

Первые светодиодные лампы (СЛ) имели простую конструкцию блока питания: токоограничивающий конденсатор, выпрямитель, а дальше последовательная цепочка из излучающих диодов. При этом они имели значительные пульсации светового потока вследствие малой инерционности светодиодов. Применение такие лампы нашли для освещения подсобных помещений, лестничных клеток, табличек с номерами домов.

Но для освещения жилых помещений они оказались совершенно непригодны. В первую очередь, через неудовлетворительные характеристики пульсирующего светового потока. Появление мощных светодиодов и светодиодных модулей мощностью до 50 и, даже, 100Вт вызвало необходимость разработки специализированных блоков питания для их нормальной работы.

Применение линейных стабилизаторов тока для питания светодиодных ламп оказалось приемлемым только для токов до 1А. Несмотря на широкую номенклатуру и прецизионные выходные параметры, микросхемы имели большие тепловые потери, требовали применения радиаторов и в мощных светодиодных лампах не нашли применения. Сегодня отдельные светодиоды и модули имеют встроенные интегральные стабилизаторы, но применяются такие модули в основном при питании от аккумуляторных батарей.

Устройство питания светодиодной лампыВыход был найден на пути применения импульсных устройств питания светодиодных ламп. По сути, это полупроводниковые пускорегулирующие аппараты компактных люминесцентных ламп, оптимизированные для питания светодиодных ламп. Достоинством импульсных устройств является возможность работы от сетевого (220В) напряжения, высокий КПД, простота управления током стабилизации.

К недостаткам можно отнести высокую цену, броски тока по входу и пульсации выходного тока, снижающие срок работы светодиодов. При некотором усложнении этих устройств, получивших название «LED-драйверы», сетевые помехи эффективно подавляются. Подобные драйверы выпускаются в интегральном исполнении многими фирмами.

Примером может служить микросхемы серии «LM» понижающих и повышающих драйверов с широтно-импульсной модуляцией компании National Semiconductor. К сожалению, входное напряжение микросхем составляет не более 100В, что затрудняет непосредственное их включение в сеть 220В. Поэтому для светодиодных ламп на сетевое напряжение пока используются драйверы, выполненные на дискретных элементах.

Широкий перечень драйверов для наружной и внутренней установки предлагает компания из Тайваня Mean Well Enterprises. Ее AC/DC преобразователи перекрывают диапазон мощностей от 20 до 300 Вт. Входное напряжение может меняться от 90 до 264В, имеется защита от перенапряжений, коротких замыканий, коррекция коэффициента мощности по входу.

драйвер с возможностью управления яркостью светодиодных лампЕще более сложное устройство имеют драйвера с возможностью управления яркостью светодиодных ламп или управления цветом в случае применения в качестве нагрузки светодиодных модулей с трехцветными (RGB) светодиодами.

Для управления цветом применяются специализированные контроллеры с 4 или 6 выходами, памятью программ или входами управления от внешних устройств. Такие контроллеры позволяют получить полные цветовые гаммы, но дополнительно усложняют аппаратуру питания таких ламп.

Управления яркостью светодиодных ламп в случае применения импульсных устройств с широким диапазоном входных напряжений создает немалые трудности. Традиционные схемы диммеров в этом случае не работают. Приходится регулировать параметры выходных каскадов драйверов, что далеко не просто и опять усложняет питание таких источников света.

В итоге получается парадоксальная ситуация: для питания и управления всего одним полупроводниковым переходом, излучающего свет, приходится применять сложные и дорогие устройства, содержащие тысячи или даже десятки тысяч полупроводниковых структур. Учитывая многообразие типов и применений светодиодов, уже сегодня подобрать устройство питания для светодиодных лент и ламп с нужными свойствами и параметрами представляет серьезную трудность.

Дальнейшее развитие источников питания и управления видится в создании гибких, универсальных, программируемых драйверов, содержащих достаточно мощный центральный процессор. Внешняя «обвязка» чипов позволит применять их как непосредственно для питания ламп от сети, так и взаимодействовать с внешними управляющими устройствами. Необходимая элементная база существует уже сегодня. Остановка только за удачной конструкцией.


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электрик Инфо » Источники света

Другие статьи:

  • Детские болезни светодиодного освещения
  • Достоинства светодиодного освещения
  • Влияние светодиодных ламп на здоровье человека
  • Параметры светодиодных источников света, характеристики светодиодных ламп
  • Светодиоды и их применение
  • Индукционная лампа, как альтернатива светодиодной

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Для регулировки яркости светодиодов и ламп накаливания всю свою сознательную жизнь применяю стабилизаторы тока и ШИМ регуляторы, а для светодиодов промышленность применяет ШИМ регуляторы. А если нет элементарных знаний по основам электроники, то не стоит такими текстами вводить народ в заблуждение. Проще ШИМ регулятора только параметрический.

      Комментарии:

    #2 написал: Артем | [цитировать]

     
     

    При управлении светильников со светодиодными и люминесцентными лампами выключателями с диодной подсветкой, происходит мигание у одних и слабое свечение у других, когда выключатель в разомкнутом состоянии. Это связано с тем, что через диодную подсветку выключателя проходит ток (порядка 20 мА).

      Комментарии:

    #3 написал: Velegen | [цитировать]

     
     

    Светодиоды как раз лучше регулировать без ШИМ, т.к. в отличии от других ламп светодиоды мгновенно зажигаются и гаснут, из-за чего мерцание становится вредным для зрения (особенно при высокой скважности, которая возникает при сильно сниженной яркости).

    В отличии от ламп накаливания, светодиоды при малом токе особо не искажают оттенок света. Кроме того, благодаря хорошему КПД резистор особо не будет нагреваться. Оттого регулировка током для них хорошее решение. А т. к. лампочек в светильнике достаточно много, чтобы сделать потемнее - можно просто отключать часть лампочек.

      Комментарии:

    #4 написал: Игорь | [цитировать]

     
     

    Грамотная статья. Немного поверхностная, но в такой объем текста больше не вместить. А "обладающие базовыми знаниями по основам электроники" могут развлекаться пайкой ШИМ-регуляторв на 555 таймере и голом MOSFET-е, гробя зрение и светодиоды, игнорируя особенности управления мощными светодиодами.

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK