Корректно спроектированные драйверы светодиодов повышают надежность всей системы освещения


PDF версия

В статье обсуждаются вопросы построения оптимальной системы светодиодного освещения. Рассматриваются методы улучшения характеристик и повышения надежности драйверов светодиодов. Статья представляет собой авторизованный перевод [1].

Источники питания светодиодов, или драйверы, являются ключевым элементом светодиодной системы освещения. Драйверы играют важнейшую роль в определении режима питания светодиодов, метода регулировки их яркости, необходимости использования дополнительных функций управления и датчиков, а также уровня надежности разрабатываемой осветительной системы и ее местоположения. Наиболее важным, однако, является то, что драйверы способны обеспечить высокое качество всей светодиодной системы освещения, если они надежны и долговечны, и ухудшить его, если они часто выходят из строя.

Большие ожидания, которые возлагаются на светодиодные системы освещения, определяются тремя «Э»: Экономикой, т.е. экономией средств, Эргономикой, т.е. лучшими параметрами и Эффективностью, т.е. снижением энергопотребления. Для того, чтобы светодиодные системы освещения оправдали эти надежды, необходимо достичь успеха в каждой из этих трех сфер, а достижения в каждой из этих областей, в свою очередь, определяются используемой технологией драйверов.

Экономика

Считается, что светодиодные системы освещения обеспечивают большую эффективность, чем конкурирующие технологии. Это объясняется несколькими причинами. В-первых, светодиодные системы долговечны. Срок службы светодиодов обычно составляет 35000 и даже более 50000 часов. Это означает, что до момента замены светильника могут пройти годы, что позволяет сэкономить средства на техническое обслуживание и закупку новых компонентов. Какое отношение это имеет к драйверам?

Исторически драйверы всегда рассматривались, как слабое звено в светодиодной системе. Это объясняется тем, что драйверы содержат электролитические конденсаторы, которые со временем могут высохнуть. Однако, для производителя драйверов существует много способов сделать так, чтобы электролитические конденсаторы работали по крайней мере столько же, сколько и сами светодиоды. Например, в компании Lightech используются электролитические конденсаторы самого высокого качества, и, кроме того, драйверы светодиодов проектируются таким образом, чтобы тепло отводилось от конденсатора и, таким образом, увеличить их срок службы. Лабораторные испытания показали, что многие драйверы этой компании рассчитаны на срок службы более 10 лет в режиме постоянного включения, что подтверждается работой драйверов этой компании в течение уже семи лет без эффекта высыхания электролитических конденсаторов. Точный расчет срока службы электролитических конденсаторов дает возможность производителю предоставлять 5-летнюю гарантию на драйвер, что подтверждает его высокую надежность.

Эргономика

Другой областью, в которой светодиодные системы обещают высокий уровень качества, это их характеристики, удобство и комфорт, что, как известно, является составными частями эргономики. Яркость свечения светодиодов можно регулировать (уменьшать); при этом они потребляют пропорционально меньшую мощность и срок их службы увеличивается. Это свойство отличает светодиоды от других технологий, в частности, от люминесцентного освещения, яркость которого обычно нельзя регулировать. Кроме того, светодиоды можно включать и выключать бесконечное число раз без каких-либо последствий. Светодиоды могут иметь почти любую цветовую температуру, и их с успехом можно использовать в приложениях со смешением цветов. Однако и в данном случае громадные потенциальные возможности светодиодов могут быть в полной мере реализованы с помощью драйвера, наилучшим образом подходящего для данной задачи. Необходимо спроектировать драйвер таким образом, чтобы были полностью использованы преимущества светодиодов. Главным из них является возможность регулировки яркости свечения светодиодов, которая раньше была эксклюзивной, а теперь становится стандартной функцией для светодиодных систем. Давайте более подробно обсудим этот вопрос.

Регулировка яркости светодиодов

Каким образом драйвер реализует возможность регулировки яркости светодиодов? По сути, драйвер принимает сигнал от диммера (устройства регулировки интенсивности свечения) и обеспечивает управление яркостью свечения светодиода. Это кажется достаточно простым, однако необходимо выбрать оптимальный метод регулировки яркости светодиодов, и ни один из этих методов не обеспечивает простое решение. Во-первых, драйвер должен получить сигнал от диммера. Во многих технологиях регулировки яркости, этот сигнал передается с помощью специального кабеля, который соединяет диммер и драйвер. Именно так реализована регулировка яркости с выходным напряжением от 1 до 10 В, например, и как раз для этих задач компания Lightech предлагает драйверы с регулировкой яркости с выходным напряжением от 1 до 10 В.

В системе регулировки яркости с триаком сигнал пересылается через питающую сеть. В этом случае провод, который должен соединять диммер с драйвером, отсутствует. Это является громадным преимуществом для рынка модернизированных осветительных систем (в противоположность рынку новых продуктов), так как в этом случае можно использовать существующую инфраструктуру для реализации решения с регулировкой яркости.

Другой особенностью драйвера, которая расширяет его возможности, является совместимость драйвера с как можно большим количеством вариантов топологий регулировки яркости. Еще одной опцией высококачественного драйвера, является возможность плавной регулировки яркости, без мерцания. Кроме того, высококачественный драйвер имеет возможность обеспечить регулировку яркости нескольких светильников в таком диапазоне, как если бы они работали от разных драйверов. Следует сказать, что регулировка яркости воспринимается весьма субъективно. Соотношение между реальной регулировкой яркости светодиода (уменьшение светоотдачи) и регулировкой, которая воспринимается человеком (как человеческий глаз/мозг это воспринимает), описывается логарифмическим законом. Поэтому более широкий диапазон регулировки сущетсвенно улучшает световое восприятие пользователя, а узкий диапазон регулировки лишь слабо влияет на субъективные характеристики восприятия. Например, снижение яркости до 20% от первоначального уровня световой интенсивности воспринимается лишь как снижение яркости до уровня 50%. Компания Lightech обладает патентованными технологиями драйверов с регулировкой яркости, которые позволяют снизить яркость до менее 1%, и продолжает работы по совершенствованию возможностей регулировки яркости свечения светодиодов.

Эффективность

Энергоэффективность стала ключевым компонентом при реализации светодиодных систем. Конечно, это обусловлено в большой степени экономикой — энергия дорога и энергосбережение делает светодиодное освещение более ценным и, следовательно, более желательным для внедрения. Производители светодиодов прилагают большие усилия для улучшения эффективности светодиодов — т.е. достижения большей величины лм/Вт — однако, элементом, который позволяет без особого труда увеличить эффективность светодиодной системы освещения является драйвер.

В этой связи нужно внимательно относиться к «лирическим отступлениям» производителей драйверов, которые утверждают, что для достижения высокой эффективности их продукта необходимо было пойти на некоторый компромисс в величине диапазона выходных напряжений или диапазона напряжений на входе и т.д. Несомненно, существуют различные компромиссные решения, но хорошие драйверы могут обеспечить высокую эффективность без ущерба для таких критически важных параметров, как выходное или входное напряжение (исключение могут составлять только некоторые факторы, например, применение компонентов хорошего качества, которые стоят недешево).

Другим важным параметром, о котором часто говорят, как о компромиссном, при достижении высокой эффективности драйвера, — это пусковой ток. Этот параметр особенно важен для крупных систем, и мы слышим, как производители драйверов убеждают заказчиков, что низкий пусковой ток снизил бы эффективность. Не поддавайтесь на удочку этого вздорного утверждения. Конечно, проще и дешевле снизить пусковой ток можно в ущерб эффективности, однако нет необходимости идти таким путем. В тщательно спроектированных драйверах его эффективность не будет уменьшена за счет повышения пускового тока. Компания Lightech обеспечивает эффективность драйвера чуть менее 90% при значениях пускового тока намного меньше 1 А.

Слабое звено становится крепче

Надежность светодиодной системы определяется наиболее слабым ее компонентом. Существует общее представление о системах светодиодного освещения, что драйвер является самым слабым звеном. Однако это не является неизбежным. Разработки компании Lightech доказали, что драйверы могут быть более надежными и долговечными, чем светодиоды. Более того, они могут улучшить качество светильника, и даже целой системы, благодаря тому, что становятся достижимы высокие характеристики, в том числе широкий диапазон выходного напряжения, низкий пусковой ток и уровень пульсаций при регулировке яркости, а также высокая энергоэффективность.

По мере развития рынка светодиодного освещения все больше потенциальных возможностей для дальнейшего совершенствования параметров системы открывается не в светодиодах, а в драйверах. Увеличение запасов светодиодов на складах готовой продукции и повышательная тенденция цен приводят к постепенному наполнению рынка этими продуктами; драйверы же, тем временем, все больше дифференцируются в зависимости от таких показателей, как надежность, долговечность, дополнительные возможности управления и функциональные характеристики.

Конечно, источник света обеспечивает световое излучение, но драйвер постепенно начинает занимать свое «место водителя». Этот процесс будет оказывать все большее влияние на стоимость системы светодиодного освещения, так как драйвер находится как раз между подсистемой управления и источником света. Драйверы, по существу, являются ключевыми посредниками между ожиданиями потребителя и восприятием им световых показателей системы. Драйверы подключают канал поступления информации человеку к системе с помощью возможности испытывать удовольствие от пользования этой системой. Драйверы подключают входные цепи с цепями управления — ключами, диммерами, датчиками и даже электрической сетью — и согласуют функционирование светодиодов с ожиданиями потребителя. Для потребителя драйвер — это невидимый инструмент, который выполняет функции системы, ожидаемые пользователем.

Драйверы светодиодов становятся все более надежными и безотказными, так что сейчас они не только не являются самым слабым «звеном цепи», но и обеспечивают высокое качество всей экосистеме светодиодного освещения. В перспективе, оптимизированные решения на базе драйверов светодиодов, которые полностью совместимы со светодиодными модулями, с одной стороны, и системы управления светом, с другой стороны, будут занимать место важнейших продуктов, поставляемых производителям осветительных приборов.

В единой технологической цепочке, в которой компоненты взаимно дополняют друг друга, драйверы светодиодов, модули и системы управления смогут обеспечить оптимальные решения и наивысшее качество конечного продукта, позволяющие OEM-производителям сосредоточить свое внимание на конструкции системы в целом, обеспечивая наилучшее восприятие характеристик системы конечным потребителем.

Литература

1. Arye Schreiber, John Daly. Well-designed LED drivers are no longer the weakest link in the chain // LEDs Magazine, July/August 2010.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *