Переклад: Бандура Геннадій
На сьогодні світлодіодна технологія є панівною в області пристроїв освітлення. Вже звичними стали світлодіодні ліхтарі, світлофори, пристрої освітлення автомобілів, крім того, спостерігається тенденція заміни люмінесцентних і ламп розжарювання на світлодіодні в житлових, комерційних і виробничих приміщеннях. Обсяг електроенергії, який буде заощаджено при переході до світлодіодному освітленню, просто приголомшує. В одному тільки Китаї влада підрахувала, що при перекладі однієї третини країни на світлодіодне освітлення щорічно буде заощаджуватися 100 млн кВт електричної енергії, а викид вуглекислого газу в атмосферу зменшиться на 29 млн т. Проте в світлодіодним технології є одна проблема, а саме - технологія регулювання світлового потоку.
На лампах розжарювання легко реалізувати функцію зменшення яскравості, використовуючи простий і дешевий регулятор освітленості, заснований на сімісторов. Як результат - вони застосовуються повсюдно. Щоб світлодіодні лампи стали дійсно популярними і широко поширеними, необхідно впровадити в них цю функцію при використанні існуючих контролерів та інфраструктури затемнення.
Яскравість світіння ламп розжарювання прекрасно піддається регулюванню. За іронією долі цьому сприяє вкрай низька їх ефективність і, як наслідок, високий струм, який дозволяє диммерами (пристрою для регулювання рівня освітлення, або, іншими словами, для затемнення) добре працювати. Теплова інерція нитки розжарювання також дозволяє замаскувати будь-яку нестійкість або коливання, що створюються диммером. Спроба регулювати яскравість світлодіодного світильника цим способом створює ряд проблем, таких як мерехтіння і інші небажані ефекти. Щоб пояснити, чому це відбувається, розглянемо, як працюють сімісторних дім-заходи і як вони взаємодіють зі світлодіодними світильниками.
На рис. 1 зображений типовий симистор-ний диммер і його вольт-амперна характеристика.
Мал. 1. Простий сімісторний диммер
Потенціометр R2 регулює фазовий кут симистора, який відкривається на кожній хвилі змінної напруги, коли VC2 перевищує напруга перемикання сімістора. Коли струм симистора падає нижче його струму утримання (IH), симистор закривається і чекає зарядки конденсатора С2 протягом наступної половини циклу для включення знову. Напруга, що додається до нитки розжарювання лампи, є функцією від фазового кута затемнення, який може варіюватися в діапазоні практично 0-180 °.
Світлодіодна лампа, покликана замінити лампу розжарювання, як правило, містить матрицю світлодіодів, розташованих так, щоб забезпечити максимальну світловіддачу. Світлодіоди включені в ланцюг послідовно. Яскравість кожного з них є функцією від струму, поточного через нього. Крім того, пряме падіння напруги на світлодіоді становить приблизно 3,4 В (може змінюватися в інтервалі 2,8-4,2 В). Ланцюжок світлодіодів повинна харчуватися від джерела постійного струму із суворим контролем вихідних параметрів для забезпечення відповідності між сусідніми лампами.
Щоб світлодіодна лампа була затемнює, її джерело живлення повинен перетворювати зміна фазового кута діммера в зміна постійного струму харчування світлодіодної лампи. Труднощі досягнення цього ефекту в поєднанні з правильною роботою діммера можуть привести до істотного зниження продуктивності. Можуть з'явитися такі проблеми, як: великий час запуску, мерехтіння, нерівномірне висвітлення, миготіння (при установці мінімального рівня освітлення). Є також проблеми з повторюваністю параметрів (від виробу до виробу) і небажані аудіошуми, що йдуть від лампи. Ці небажані ефекти, як правило, викликані поєднанням помилкових відкриттів і передчасних закриттів цими-сторі, а також недостатнім контролем струму світлодіодів. Першопричиною помилкового відкриття симистора є так званий струмовий «дзвін» при відкритті симистора. Мал. 2 наочно ілюструє цю ситуацію.
Мал. 2. Струм і напруга на вході джерела живлення світлодіодного освітлювача
У той момент, коли симистор відкривається, напруга практично миттєво прикладається до вхідного LC-фільтру джерела живлення. Напруга, прикладена до індуктивності, викликає «дзвін». Якщо при цьому струм тиристора впаде нижче струму утримання сімістора, останній закривається. Ланцюг діммера перезаряджається і знову запускає симистор. Ці багаторазові перезапуски симистора можуть викликати небажані аудіошуми і мерехтіння світлодіодної лампи. Прості ЕМІ-фільтри можуть мінімізувати цей небажаний «дзвін». Для впевненої роботи зменшення яскравості необхідно, щоб вхідні дроселі і конденсатори були якомога менше.
Найбільш «дзвінким» вважається фазовий кут 90 ° (коли напруга на піку синусоїдальної хвилі прикладається до входу джерела живлення світлодіодного світильника і висока напруга мережі обумовлює мінімальний живить струм). Якщо необхідно здійснити глибоке затемнення (т. Е. Фазовий кут наближається до 180 °) при низькому напрузі, може статися передчасне відключення світлодіодної лампи. Щоб цього не відбувалося, симистор повинен відкриватися кожен цикл і залишатися відкритим практично до того моменту, коли змінна напруга падає до нуля. Для забезпечення цього необхідний струм утримання 8-40 мА. Для ламп розжарювання підтримати цей струм не складає ніяких труднощів, однак при використанні світлодіод них ламп, які споживають менше 10% енергії еквівалентної лампи розжарювання, струм може легко опуститися нижче рівня струму утримання, що змусить симистор передчасно вимкнутися. Це пояснює мерехтіння і / або обмеження діапазону затемнення.
Ряд інших проблем, з якими може зіткнутися розробник при проектуванні світлодіодного освітлювача, складають: коефіцієнт потужності (за стандартом Energy Star він повинен бути не менше 0,9 для комерційних і промислових застосувань), строгі вимоги по енергетичній ефективності, строгі допуски по нестабільності вихідної напруги і ЕМІ, безпеку при КЗ і розриві ланцюга світлодіодів.
Останні розробки компанії Power Integrations показують, як можна забезпечити харчування світлодіодного освітлювача і одночасно сумісність з існуючими сімісторний диммерами. На рис. 3 наведена схема джерела живлення 14 Вт для світлодіодного світильника з можливістю зовнішнього затемнення, розробленого цією фірмою.
Мал. 3. Схема ізольованого джерела живлення 14 Вт для світлодіодного світильника, сумісного з існуючими сімісторний диммерами, з високим коефіцієнтом потужності і універсальним діапазоном вхідної напруги
Основою джерела є мікросхема LNK406EG (U1) сімейства LinkSwitch-PH. Представники даної лінійки мікросхем поєднують силовий MOSFET-ключ на 725 В і ШІМ-контролер, що працює в режимі без розриву струму основного дроселя. Контролер виконує функцію коректора коефіцієнта потужності (ККП) і забезпечує постійний вихідний струм. Технологія контролю вихідних параметрів по первинній стороні, яка використовується в мікросхемах LinkSwitch-PH, забезпечує точний контроль вихідного струму, позбавляє від використання оптопари і частини вторинної ланцюга, які звичайно застосовуються в обратноходових ізольованих перетворювачах, притому, що функція, що відповідає за ККМ, позбавляє від використання вхідного накопичувального електролітичного конденсатора.
Мікросхеми сімейства LinkSwitch-PH можуть бути налаштовані для роботи як в режимі з за темненія, так і в режимі без затемнення. Для застосування в зв'язці з сімісторний диммером використовується резистор R4 на виведення REFERENCE і зв'язка резисторів R2 + R3 4 МОм на виведення VOLTAGE MONITOR для забезпечення лінійного співвідношення між вхідною напругою і вихідним струмом і максимального розширення діапазону затемнення.
Режим роботи без розриву струму основного дроселя володіє двома ключовими перевагами: зниженим рівнем втрат на провідність (отже, вище ККД) і меншим рівнем ЕМВ (отже, для відповідності стандарту по ЕМІ потрібно фільтр менших розмірів). Один X-конденсатор може бути виключений і використаний дросель меншого типорозміру (або також виключений). Вбудована в сімейство мікросхем LinkSwitch-PH функція джиттера основної частоти перемикання MOSFET-ключа ще більш знижує необхідність в фільтруючих компонентах. Менший вхідний ЕМІ-фільтр є менше реактивний опір для підсвічування, що, відповідно, зменшує рівень «дзвону». Стабільність ще більше збільшена завдяки тому, що харчування мікросхем LinkSwitch-PH здійснюється від власного внутрішнього джерела опорного напруги. Додавання демпфера для роботи з диммерами і ланцюги ділення напруги забезпечує надійну роботу без ефекту мерехтіння в максимально широкому діапазоні затемнення.
Вищеописаний джерело живлення для світлодіодного світильника повністю сумісний з існуючими сімісторний диммерами в дуже широкому діапазоні затемнення (1000-1, 500-0,5 мА), володіє ККД> 85% і коефіцієнтом потужності> 0,9. Він наочно показує, що проблеми несумісності світлодіодних світильників і симісторних диммеров можуть бути подолані і, як результат, може бути побудований простий драйвер для недорогий і надійної світлодіодної лампи з функцією затемнення.
Інші статті на цю тему:
Якщо Ви помітили будь-які неточності в статті (відсутні малюнки, таблиці, недостовірну інформацію і т.п.), прохання повідомити нам про це. Будь ласка вкажіть посилання на сторінку і будьте готовими описати проблему.