Блоки питания светодиодных светильников для потолка

Блок питания как «слабое звено» светодиодного светильника

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.

Источник

Особенности, производители и советы по выбору блока питания для светодиодного светильника

Любой светодиод, независимо от мощности, чувствителен к различным факторам, которые отрицательно действуют на функциональность. Основное предназначение блоков питания для светодиодных светильников и лент – обеспечить стабильное напряжение и ток на выходе.

Особенности блоков питания

Для нормального функционирования светодиодов через них должен проходить постоянные ток и напряжение (вольамперная характеристика этих источников света нелинейная). При подключении к сети требуются источники питания, снижающие и выпрямляющее 220 В до требуемого значения. В противном случае при любом скачке резко увеличится электроток, p-n переход пекрегреется, светодиодный чип перегорит.

Основное требование к БП (блоку питания) – способность сгладить скачки, повышающие вольтаж в сети при авариях, коммутациях с мощным оборудованием, ударах молнии.

Внимание! Необходимо знать, что срок службы блока зависит не только от времени, которое он проработал, но и от срока хранения. В эту аппаратуру встраиваются электролитические конденсаторы, работоспособность которых снижается из-за испарения электролита. Исключение составляют самые дорогие модели БП, в которых электролитические конденсаторы заменены более современными керамическими.

При покупке необходимо обратить внимание на коэффициент мощности, который обозначается как λ или cos φ. Чем этот показатель выше (от 0,85), тем качественнее блок и сложнее его конструкция.

Сейчас можно купить Led лампы и светильники со встроенным в корпус (чаще всего цоколь) устройством для стабилизации электротока. Но они маломощные, поэтому способны обеспечить работу с сетью без значительных скачков. При малейших отклонениях в сторону повышения они выходят из строя. Чтобы избежать такой неприятности, желательно установить в систему светодиодного освещения отдельностоящий блок питания.

Классификация

Проблема рядового потребителя связана с запутанностью терминологии. Блоком питания называется источник, предназначенный для подключения любого радриоэлектроного оборудования, выдающий определенный уровень напряжения и тока.

Для большинства светодиодов требуется 4 В, при последовательном соединение максимальное количество 15 элементов, что соответствует напряжению 60 В. В российской сети 220 В, поэтому блок питания включается в систему обязательно.

Обозначать БП словом «драйвер» неверно, так как этот вид оборудования обеспечивает только стабильность тока (существуют модели, обеспечивающие диммирование). Драйвером можно назвать устройство, которое обеспечивает питание при подключении к сети 12 В или 24 В. Если осветительный прибор необходимо подключить к 220 В, требуется блок питания.

Исторически устройство, обеспечивающее параметры питания электроприбора, называется балластом (ПРА). При переходе на светодиодное освещение термин не стали менять. То же относится к термину «электронный трансформатор». Это устройство снижает напряжение и повышает частоты, запитать от него можно гирлянду или похожий на нее источник света.

БП может размещаться в корпусе или отдельно от осветительного прибора, включаться в комплект поставки или приобретаться отдельно.

По конструкции эти приборы делятся на 2 большие группы:

• изолированные;
• неизолированные.

У изолированного БП отсутствует гальваническая связь между входом и выходом, что повышает уровень безопасности во время эксплуатации благодаря невысокому уровню напряжения на выходе. Этот вид блоков питания производится на основе трансформатора, первичная обмотка которого подключается к сети. Светодиодный светильник или лента присоединяется к вторичной обмотке. Изолированные модели сравнительно дорогие, но хорошо сглаживают скачки и импульсы напряжения, что особенно важно для российской электросети.

В неизолированных БП между входом и выходом есть гальваническая связь. На выходе напряжение не превышает 60 В, но показатель между землей и одной из линий выхода может достигать значения сетевого напряжения. Это оборудование компактное и сравнительно дешевое, но с низким КПД. В комплект поставки их включают производители дешевой светодиодной продукции. Если в процессе монтажа присоединить выключатель к нулевому проводу, светодиодный осветительный прибор будет светиться в выключенном состоянии.

Внимание! Единственное изделие, в которое нельзя встроить заизолированный БП – лампа ретрофит.

Исходя из вышеизложенного, источники питания для светодиодов можно разделить на 3 группы;

Первые два типа предназначены для выработки постоянного напряжения, которое остается стабильным независимо от колебаний сети и изменения тока.

Трансформаторный БП состоит из:

• трансформатора;
• выпрямителя;
• фильтра;
• стабилизатора.

Такой прибор просто установить, он хорошо переносит режим холостого хода, но не терпит перегрузок, имеет большой вес и низкий КПД.

Импульсный БП меньше по размерам и легче благодаря работе с более высокими импульсами, но плохо переносит холостой ход и перегрузки.

Функция драйвера – выровнять уже стабилизированный электроток. Он состоит из дросселя, транзисторного ключа и схемы, управляющей ключом. Драйвер работает с частотами 30-50 Гц, контролирует ток, поступающий на светодиоды, регулирует вольтаж. Качественное оборудование этого типа имеет встроенный каскад для подавления гармотик, искажающих ток сети.

Внимание! Светодиодной ленте драйвер не нужен, так как на ней имеются резисторы.

Основные производители БП

Теоретически БП должен поставляться вместе с осветительным прибором. На практике такое встречается не всегда, Если БП в комплектацию не включен, нужно покупать изделия компаний, специализирующихся на этой продукции (Трион, Аргос-Электрон, Meanwell и др.).

Компания «Трион» на рынке с 2012 года, занимает третье место по стране по объемам производства, продано 1, 5 млн модулей, отказов всего 0,2%. Производство БП для светодиодных осветительных приборов в этой компании является один из основных видов деятельности. Готовая продукция тестируется и испытывается по методикам, разработанным штатными инженерами. Качество контролируется на всех этапах производства.

Аргос-Электрон из Санкт-Петербурга на рынке с 2008 года. Это один из ведущих производителей комплектующих для систем освещения со светодиодными источниками света. Аргос-Электрон выпускает драйверы для промышленных, уличных и офисных светильников, приборы освещения для ЖХК. Готовая продукция тестируется с имитаторами светодиодов, в термошкафах и термокамерах.

Компания Meanwell Основа в 1982 году, поставляет импульсные блоки питания. Предлагает примерно 5 тыс. стандартных моделей для автоматизации светодиодного освещения. Продукция подвергается жесткому контролю на всех этапах производства, начиная от разработки проекта и отбора компонентов.

Под брендом Helvar предлагаются изолированные и незаизолированные импульсные блоки питания, управляемые и неуправляемые драйверы. Широкий ассортимент позволяется создавать простые локальные и масштабные светодиодные системы освещения.

Компания Vossloh-Schwabe (подразделения Panasonic Group) производит блоки питания, драйверы, системы управления для светильников и лент, устанавливаемых в помещениях и на улице. Оборудование поставляется укомплектованным. На производстве используется современное оборудование и передовые технологии.

Какой блок выбрать

По данным статистики на российском рынке основная масса блоков питания для светодиодных светильников импульсные (линейных всего 1-2%).

При выборе учитывается мощность осветительного прибора и требования к качеству света. Если второй критерий не важен, подойдет и линейная модель. При желании получить поток света без пульсаций следует выбрать импульсную модель.

Немаловажная деталь – место установки. Если создается система освещения для отапливаемого непыльного помещения, степень защиты может быть минимальная. В любой ситуации БП должен быть заводской сборки, иметь сертификат о совместимости и безопасности. Максимальный коэффициент пульсации 1%, для уличного светильника обязательна защита от грома, оптимальный КПД 88%.

Важно! Не желательно покупать прибор без гальванической развязки.

Важно так же учесть вид осветительного прибора (светильник или лента), рабочее напряжение, ток и мощность. Все эти параметры обозначаются в маркировке, поэтому лучше всего покупать все элементы комплекта одновременно.

Внешние блоки питания не входящие в комплект поставки

При покупке внешнего БП нужно знать, что он будет достигать максимального КПД при мощности 80% от номинальной. Чтобы получить оптимальное значение, необходимо умножить мощность светодиодного источника света на 1,2-1,15 (коэффициент запаса).

Если блок покупается с расчетом на то, что в будущем к нему будут подключаться дополнительные источники света, то мощность светильников, которые будут подключены сразу, должна быть в 1,2 раза меньше минимальной нагрузки БП. В противном случае при включении сработает защита от холостого хода.

Внешний блок желательно подключить даже к тем осветительным приборам, в которые встроены драйверы. Важна так же степень защиты БП. Если лампа будет установлена на улице или в помещении с повышенным уровнем влажности, потребуется уровень защиты IP65. Не стоит переплачивать, если система освещения устраивается в отапливаемом жилом помещении.

Собрать своими руками

Своими руками можно сделать не только Лед светильник, но и простой блок питания для него (не импульсный). Схема может быть трансформаторная и бестрансформаторная (вторая проще). Требуется диодный мост, резисторы и конденсаторы.

Первым устанавливается конденсатор, ограничивающий переменный электроток. Правильно подобранная емкость – гарантия того, что на светодиоды будет подаваться требуемая сила тока. Напряжение этого элемента от 300 В.

Важно! Электролитический конденсатор для БП не подходит.

Параллельно подключается резистор-шунт с сопротивлением, достаточным для разряжения конденсатора в момент отключения светильника. Мощность большого значения не имеет.

Следующий элемент – диодный мост, превращающий переменный ток в постоянный. Можно купить сборку или спаять несколько диодов с подходящими для схемы характеристиками. Сила тока должна быть больше той, которая протекает по светильнику, обратное напряжение от 300 В.

После моста электроток постоянный, но скачкообразный. Ситуацию может улучшить сглаживающий конденсатор на 300-400 В с емкостью от 10 микрофарад. Для шунтирования к нему подключается резистор.

Такой БП подходит для последовательного подключения до 75-и ярких светодиодов с напряжением 3,5 В и током 20 мА. Яркость свечения меняется с изменением емкости первого конденсатора.

Эта схема недостаточно безопасна, так как при попадании влаги светильник может бить током.

Если использовать трансформатор, то его мощность должна быть в полтора раза больше мощности светильника. На выходе должно быть 12-20 В. После трансформатора включается фильтрующая емкость и стабилизатор на основе микросхемы 7812, обеспечивающей на выходе ток до 1,5 А.

Основные выводы

Чтобы не ошибиться при выборе блока питания для светодиодного источника света, необходимо знать, какие виды этого оборудования доступны и для каких целей предназначены. Опытные мастера считают, что в схеме подключения светильника обязательно должен быть драйвер.

Если прибор освещения питается только от БП, часть энергии расходуется на нагрев резистора. Драйвер защищает от скачков вольтажа, таким образом продлевается срок службы светодиодного светильника. Преимущество сборки своими руками – возможность подобрать параметры под ранее купленные светодиоды.

Источник