Светодиоды обладают большими преимуществами по сравнению с обычными лампами накаливания и с люминесцентными лампами, благодаря чему находят все большее применение в осветительной аппаратуре. Большинство светодиодных ламп оснащены схемой питания и их можно включать напрямую в сеть с напряжением 220 В, но есть и модели, рабочее напряжение которых должно быть 12 или 24 В. Для таких предусмотрены блоки питания для светодиодных светильников, которые входят в комплект или покупаются отдельно.
Особенности питания светодиодов
Чтобы понять особенности питания светодиодных ламп, необходимо учитывать особенности работы светодиодов.
Как известно, светодиод представляет собой электронный прибор с полупроводниковым p-n переходом, который выделяет световую энергию при прохождении через этот переход тока. С увеличением проходящего через переход тока количество световой энергии увеличивается. При этом для каждого светодиода при слишком большом приросте тока начинает выделяться много тепла, что приводит к сгоранию прибора. Поэтому величина протекающего через светодиод тока должна быть ограничена.
В простейшем случае в качестве такого ограничителя служит резистор, последовательно включенный со светодиодом. Такая схема ограничения часто используется в светодиодных лентах. Недостатком такой схемы является потребление мощности самим резистором.
Светодиодные лампы
В состав обычной светодиодной лампы с цоколем Е27 входят следующие элементы:
- светодиодный чип;
- рассеиватель;
- печатная плата;
- радиатор;
- блок питания;
- цоколь.
Хотя кпд светодиодов довольно велико, довольно значительная часть подводимой к ним энергии превращается в тепло. Поэтому для рассеивания этого тепла в лампе используются радиатор.
Для обеспечения питания в светодиодных лампах используется схема, включающая мостовой выпрямитель и простейший фильтр, состоящий из конденсатора и резистора. Для понижения напряжения последовательно со схемой выпрямления включается резистор или конденсатор.
Величины резистора и конденсатора для лампы типа MR-16 составляют 1,6 кОм и 0,8 мкФ, соответственно.
Это упрощенная схема, которая работает в условиях сети без скачков напряжения или импульсов перенапряжение. Если подобную лампу вкрутить в нестабильную сеть, то вскоре можно ожидать ее перегорания раньше положенного по номенклатуре срока работы. Также недостатком такой схемы можно назвать наличие пульсации тока, что с учетом низкой инерционности светодиодов приводит к пульсации света, т.е. ухудшается качество освещения.
Блоки питания
Специальные блоки питания для светодиодных ламп помогают улучшить качество освещенности и увеличить мощность светодиодов. Различают трансформаторные и импульсные блоки питания, а также драйверы.
Блоки питания первого и второго типа — устройства, служащие для получения стабилизированного напряжения.
Трансформаторный блок состоит из следующих элементов:
- понижающий трансформатор;
- выпрямитель;
- фильтр;
- стабилизатор.
С помощью трансформатора напряжение 220 В понижается до рабочего в 12 или 24 В. После выпрямления с помощью силовых диодов, включенных по мостовой схеме, напряжение поступает на сглаживающий фильтр, а потом на стабилизатор.
Плюсы:
- простота схемы;
- развязка с сетью 220 В;
- может работать в режиме холостого хода
Минусы:
- большой вес и габариты;
- низкий КПД;
- непереносимость перегрузок.
Частота работы импульсного блока питания выше, чем у трансформаторного, поэтому встроенный в него трансформатор обладает более высоким КПД и меньшим весом. Как и предыдущий вариант обеспечивает развязку с сетью 220 В. Недостаток – непереносимость холостого хода и перегрузок.
Драйвер – импульсный источник стабилизированного тока, основными элементами которого являются:
- накопительный дроссель;
- транзисторный ключ;
- схема управления ключом.
Частота работы – 30-50 кГц. Напряжение на светодиоде изменяется в соответствии с показанием тока в цепи.
Особенностью драйверов является наличие на его входе токов несинусоидальной формы, что связано с импульсным характером его работы. Поэтому высококачественные драйверы имеют двухкаскадную схему. Первый каскад предназначен для фильтрации сигнала на входе, а второй – для обеспечения заданного стабилизированного тока.
Основной параметр драйвера — величина стабилизированного тока. Это означает следующее. Пусть имеется драйвер с током в 300 мА и мощностью 10 Вт. При подключении к его выходу светодиода с током в 300 мА и напряжением в 3 В через светодиод потечет ток в 300 мА. Напряжение на выходе драйвера при этом будет 3 В. При подключении к драйверу последовательно 2-хтаких приборов, выходное напряжение будет 6 В, а ток останется равным 300 мА. При подключении следующего прибора ток останется прежним, хотя напряжение на выходе драйвера возрастет до 9 В. То есть, в любом случае драйвер поддерживает заданное значение тока.
Имеются достаточно мощные драйверы. Например, драйвер JNY-JC30W для 30 ваттного светодиодного прожектора выдает на выходе ток величиной 900 мА при выходном напряжении 21- 40 В.
Выбор варианта питания
Если лампы освещают помещение, не требующее особенного качества света, то вполне возможно использование блоков питания трансформаторного или импульсного типа. В этом случае не будут особенно заметны пульсации света из-за скачков напряжения.
В случае, когда необходим поток света высокого качества, а также если этот светильник потребляет большую мощность, то рекомендуется использовать драйвер.
На выбор блоки питания влияет также место расположения светильника. В частности, это влияет на степень защиты. В жилом помещении она должны быть ниже, а в агрессивной среде с пылью, влагой требования будут более высокими.
Оценка мощности блока питания
При выборе блока питания вначале надо оценить мощность светильника. Мощность блока питания должна быть больше мощности, потребляемой источником света, а лучше, если эта мощность будет иметь запас в 20-30%.
При покупке светодиодов необходимо сразу же подбирать для них соответствующий блок питания. При этом необходимо учитывать также ток питания и напряжение на светодиоде. Например, белый светодиод при токе в 300 мА имеет падение напряжения в 3-3,4 В, т.е. необходимая для него мощность равна приблизительно 1 Вт.
Отсюда следует, что драйвер с током в 300 мА и мощностью в 10 Вт годится для светодиодного светильника с 10 белыми светодиодами.
А в светильнике с красными светодиодами при токе в 300 мА может быть установлено 15 светодиодов. Ведь падение напряжения на таком светодиоде составляет всего 1,8-2,0 В. И требуемая мощность для красного диода равна приблизительно 0,6 Вт.