Модули питания светодиодов ускоряют выход светильника на рынок

Выбор драйвера светодиодов

Яркость свечения светодиода зависит от протекающего через него тока. Для питания светодиода требуется обеспечить постоянство значения этого тока, которое обусловлено оптимальной яркостью и цветом свечения светодиода. Важные моменты, которые нужно уточнить перед выбором драйвера светодиодов:

– выяснить, что требуется: постоянное напряжение (если нагрузкой является светодиодная линейка) или постоянный ток (если нагрузка — сверхъяркие светодиоды);

– определить выходное напряжение драйвера и/или выходной ток, а также полную мощность;

– определить диапазон входного напряжения;

– уточнить диапазон рабочих температур и требования по защите от воздействий окружающей среды (ingress protection, IP).

– оценить требования к КПД, электробезопасности и электромагнитной совместимости, проверить эти параметры по фирменному описанию (data sheet) драйвера.

Имеются следующие принципиально отличающиеся варианты питания светодиодов:

1) проектирование и изготовление оригинального драйвера на основе интегральных схем AC/DC- или DC/DC-драйверов светодиодов,

2) выбор готового модульного AC/DC- или DC/DC-драйвера.

В первом случае разработчик наиболее тонко учитывает конкретные особенности применения и места установки проектируемого светильника. Второй случай гарантирует качество технического решения и высокую скорость создания нового изделия. Именно скорость выхода на рынок повсеместно востребованных изделий становится важнейшим фактором развития компании в современных условиях.

Традиционное светотехническое оборудование проектировалось и изготавливалось специалистами в оптике и освещении. Процесс создания светодиодного светильника требует знаний в электронике. Задачу проектирования значительно упрощает использование модульных светодиодных драйверов, работающих по принципу «Включил и работает».

Проектированию драйверов светодиодов на интегральных схемах посвящено значительное количество статей и технических семинаров. Модульные AC/DC-драйверы светодиодов достаточно хорошо известны, а модульные DC/DC драйверы пока не нашли такого же широкого распространения.

AC/DC-драйверы светодиодов Mean Well в модульном исполнении

Светодиодные светильники применяются уже практически повсеместно. Все многообразие областей их применения можно условно разделить на установку внутри помещений (внутренняя установка) и наружную. Примерами наружной установки могут служить уличное освещение, архитектурная подсветка, освещение тоннелей и т.п., а внутренней — офисное освещение, интерьерная подсветка, театральная и сценическая подсветка. Светодиодные экраны и табло могут устанавливаться как вне, так и внутри помещений и требования к источнику питания светодиодов экрана могут различаться от случая к случаю.

В связи с многообразием задач светодиодного освещения и мест установки необходимы источники питания с разными свойствами. Их можно классифицировать по нескольким параметрам:

1) по степени защиты от внешних факторов окружающей среды — на пылевлагозащищенные и незащищенные, в том числе — открытого исполнения,

2) по типу управления светодиодами — на драйверы со стабилизацией выходного тока (CC — Constant Current mode) и источники питания со стабилизацией выходного напряжения (CV — Constant Voltage mode). Имеются универсальные источники питания, которые обеспечивают оба режима работы: CV+CC,

3) по электромагнитной совместимости — на источники питания с наличием или отсутствием корректора коэффициента мощности (ККМ, PFC).

Компания Mean Well выпускает разнообразные серии источников питания (AC/DC-драйверы) для светодиодов, удовлетворяющие всем вариантам приведенной классификации:

– влагозащищенные источники питания в металлических или пластмассовых корпусах для наружной установки,

– негерметичные источники питания в пластмассовых корпусах для установки внутри отапливаемых помещений,

– открытые источники питания, предназначенные для монтажа внутри корпуса светодиодного светильника.

Среди этих источников питания есть модели с режимами CC, CV или CC+CV, с корректором коэффициента мощности или без него. Предварительный выбор источника питания Mean Well по различным критериям удобно сделать по таблице 1.

Таблица 1. Выбора драйвера светодиодов Mean Well

В состав «бюджетной» линейки источников питания LPC входят модули LPHC-18, LPC-20, LPC-35, LPC-60 мощностью 18, 20, 35, 60 Вт соответственно. Модули питания LPC не содержат активного корректора коэффициента мощности, что позволяет производителю снизить себестоимость. Отличительной особенностью источников питания этой серии является стабилизированный выходной ток (CC). Модули серии LPC выпускаются в герметичном по IP67 пластмассовом корпусе, а подключение входной сети и нагрузки осуществляется при помощи входного и выходного кабелей 18AWGx2C или 16AWGx2C длиной 60 см в зависимости от модели.

Серия LPV повторяет по конструктивным особенностям и выходной мощности серию LPC, но отличается стабилизированным выходным напряжением (CV).

Серия ELN включает модули питания мощностью 30 и 60 Вт для наружной установки. В вариантах ELN-60/P и ELN-60/D реализована функция управления выходным током и, соответственно, яркостью свечения светодиодов. В моделях ELN-60/P управление значением выходного тока осуществляется при помощи ШИМ-импульсов, а в моделях ELN-60/D для управления выходным током модуля необходимо постоянное напряжение в диапазоне от 1,1 до 10 В. Модули ELN выпускаются в пластмассовом корпусе со степенью защиты от внешних воздействий IP64.

Популярные источники питания для светодиодных применений CLG-060, CLG-100, CLG-150 реализованы в металлическом корпусе по IP67 с применением заливки теплопроводящим компаундом. Выходная мощность источников питания CLG лежит в пределах от 60 до 150 Вт. Модули питания CLG содержат активный корректор коэффициента мощности и соответствуют стандарту EN61000-3-2 Class C. Универсальность источников питания CLG позволяет расширить область их применения на производства с высоким содержанием пыли и влаги в воздухе, неотапливаемые помещения и т.п.

Развитием и дополнением популярной серии CLG стали источники питания серии HLG, которая состоит из модулей мощностью 100, 120, 150, 185, 240 Вт. Источники питания HLG отличаются от модулей CLG более высоким КПД и наличием версий с расширенным диапазоном входного напряжения от 90 до 305 В. Они выпускаются в герметичном по IP65 или IP67 металлическом корпусе в зависимости от модели.

Еще одной отличительной особенностью источников питания HLG является наличие моделей с различными опциями: суффиксом «A» кодируется вариант исполнения со степенью защиты IP65, регулировкой выходного напряжения и уровня постоянного тока встроенными потенциометрами (см. рис.1). Если требуется более высокая степень защиты IP67, можно выбрать опцию «B», когда регулировка выходного напряжения и уровня постоянного тока осуществляется через дополнительный кабель. В ряде случаев необходима клеммная колодка на корпусе источника питания: соответствующая опция «C» не обеспечивает защиту по IP. Самым простым вариантом является источник питания с кабелями, без возможности подстройки, в корпусе по IP67. В состав серии HLG входят модули с нестандартными выходными напряжениями 42 и 54 В. Высокое выходное напряжение позволяет подключать больше светодиодов последовательно, когда это требуется. Такое разнообразие исполнений HLG дает дополнительные возможности и гибкость подходов при разработке светильника и системы освещения.

Рис.1. Внешний вид нового источника питания HLG-240 в герметичном корпусе

В пластмассовом корпусе выпускаются серии PLN и PLC мощностью 20…100 Вт. Источники питания PLN относятся к первому, популярному поколению источников питания Mean Well для светодиодов, их корпуcа залиты внутри компаундом и имеют высокую степень защиты от пыли и влаги IP64. Модули серии PLC не залиты и не герметизированы, они меньше по массе и предназначены для внутренней установки.

Открытые источники питания PLP мощностью 30, 45 или 65 Вт предназначены для монтажа непосредственно в корпус светодиодного светильника. Они могут работать в режиме стабилизации по току или по напряжению (CC+CV), имеют универсальный вход от 90 до 265 В переменного тока и встроенный корректор коэффициента мощности.

Большая часть источников питания Mean Well (табл.1) являются модулями универсального применения: их можно использовать как в режиме стабилизации выходного напряжения (CV), так и в режиме стабилизации выходного тока (CC). Типичная вольт-амперная характеристика такого источника питания приведена на рис. 2.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика источника питания светодиодов на примере серии CEN-100

В области A источник питания ведете себя как стабилизатор напряжения (CV), в области B — как стабилизатор тока (CC). В области С происходит срабатывание защиты от перегрузки. Для перевода в режим CC (область B) необходимо расcчитать нагрузку источника питания. Рассмотрим пример подключения матрицы светодиодов к источнику питания CLG-150-24 непосредственно, без выравнивающих токи ветвей резисторов и без ИС драйвера (рис. 3)

Рис. 3. Непосредственное подключение матрицы светодиодов к источнику питания CLG-150-24 (CV+CC)

Для одноваттных светодиодов прямой ток составляет 0,35 А, прямое падение напряжения 3,2 В. Выходной ток источника питания 6,3 А делим на ток светодиода 0,35 А и получаем 18 параллельно включенных ветвей. Для того, чтобы вывести источник питания в стабилизации тока (область B), его выходное напряжение должно быть в пределах 18…24 В, т.е. в одной ветви нужно включить 6—7 светодиодов. Инженеры Mean Well рекомендуют включить 6—7 светодиодов в ветвь еще и по той причине, что коэффициент мощности этого источника питания превышает значение 0,9 только при нагрузке более 75% от номинальной. Именно такую нагрузку источнику питания CLG-150-24 обеспечит матрица одноваттных светодиодов из 18 ветвей по 6—7 светодиодов в ветви.

Варианты моделей и особенности применения популярных серий LPC, LPV, ELN, PLN обсуждены в наших статьях [1—3].

DC/DC-драйверы светодиодов в модульном исполнении

DC/DC-драйверы светодиодов в модульном исполнении — это отдельный класс продукции со своими особенностями. Модули имеют миниатюрный корпус для монтажа на печатную плату или для объемного монтажа, «широкий» диапазон входного напряжения, позволяющий работать с входным напряжением 5, 12, 24 или 36 В постоянного тока. Выходной ток модулей — стабилизированный, от 300 до 1200 мА в зависимости от модели.

Модульные DC/DC-драйверы предназначены для монтажа внутри светодиодного светильника, поэтому они выдерживают воздействие высокой температуры окружающей среды до 85°С при полной нагрузке. Изделия весьма экономичны, поскольку имеют КПД до 96%.

Компания RECOM одной из первых предложила модульные DC/DC-драйверы светодиодов и сейчас выпускает различные модели с выходным током до 1200 мА. Даже такой мощный прибор реализован в миниатюрном корпусе размерами 22×12,5×8,5 мм. Он является полностью законченным готовым модулем, не требует подключения внешних компонентов, что уменьшает занимаемую на плате площадь до 50% по сравнению с альтернативными дискретными решениями.

Возможно дистанционное включение/выключение модулей, и, соответственно, светодиодного светильника. Яркость свечения светодиодов дистанционно управляется через вход управления модульного DC/DC-драйвера.

В модулях серии RCD компании RECOM и серии PLED компании PEAK предусмотрены два независимых входа для управления яркостью: цифровой и аналоговый. Управление сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, PWM) обеспечивает простую интерфейсную связь с микроконтроллером, а аналоговый вход позволяет использовать регуляторы освещенности на основе реостата. Оба управляющих ввода являются линейными, а диапазон управления яркостью составляет от 0 до 100%. Вход PWM может быть использован для отключения преобразователя и снижения потребления тока от сети питания до 200 мА.

Модули PLED-S и PLED-T компании PEAK имеют один управляющий вход, на который можно подавать цифровой или аналоговый сигналы. Пример применения модульного DC/DC-драйвера светодиодов приведен на рис.4. Источником ШИМ-импульсов может быть микроконтроллер, а усилитель управляющего сигнала можно реализовать и на биполярном, и на полевом транзисторе.

Варианты модулей и серий PEAK представлены в таблице 2.

Таблица 2. Варианты серий драйверов светодиодов PEAK в корпусах для печатного монтажа
Серия	Uвх, В	Iвых max, мА (значение подставляется вместо «xxx» в наименование серии)	Uвых, В	Pвых max, Вт	IP	Размеры корпуса, мм
Серия PLED-SD в корпусе типа SMD
PLED-SD-xxxLF	5,5…36	300, 350, 500, 600, 700	2…32	9,6…22,4	20	23,86×13,7×8
Серия PLED-S в корпусе типа DIP14
PLED-S-xxxLF	7…30	300, 350	2…28	8,4…9,4	20	20,4×10,2×7
Серия PLED-T в корпусе типа DIP16
PLED-T-xxxLF	7…30	500, 600, 700, 1000	2…28	14…28	20	23,4×14×10,16
Серия PLED в корпусе типа DIP24
PLED-xxxLF	5…36	300, 350, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200	2…32	9,6…38,4	20	32×14×20,3

Рис. 4. Управление током светодиодов ШИМ-импульсами

Модули серии RCD выпускаются в разнообразных корпусах: для монтажа на поверхность платы, для монтажа в отверстия, есть модули в открытом исполнении или для объемного монтажа (рис.5), варианты корпусов и монтажа модульных DC/DC-драйверов RECOM приведены в таблице 3.

Таблица 3. Варианты DC/DC-драйверов светодиодов RECOM
Наименование*	Uвх, В	Iвых max, А (значение подставляется вместо «zzz» в наименование серии)	Uвых, В	Pвых max, Вт	IP	Размер, мм
Серия RCD-24 для поверхностного монтажа (/OF — в открытом исполнении)
RCD-24-zzzSMD/OF	4,5…36	0.30, 0.35, 0.50, 0.60, 0.70, 1.0, 1.2	2…34	10,2…40,8 в зависимости от модели	20	22,1×15,6×8,6
RCD-24B-zzz/SMD	4,5…36	0.7	2…32	22,4	20	24,2×14,5×9,7
Серия RCD-24 в корпусе для монтажа на плату в отверстия
RCD-24-zzz	4,5…36	0.30, 0.35, 0.50, 0.60, 0.70, 1.0, 1.2	2…34	10,2…40,8 в зависимости от модели	20	22,1×15,6×8,6
RCD-24B-zzz	4,5…36	0.7	2…32	22,4	20	24,2×14,5×9,7
Серия RCD-24 в корпусе для объемного монтажа
RCD-24-zzz/W/x	4,5…36	0.30, 0.35, 0.50, 0.60, 0.70, 1.0, 1.2	2…34	10,2…40,8 в зависимости от модели	67	22,1×15,6×8,6

* Вместо «x» подставляется символ, обозначающий варианты управления:

X1: подстройка выхода внешним аналоговым напряжением,

X2: подстройка выхода внешним ШИМ-сигналом,

X3: подстройка и внешним аналоговым напряжением, и внешним ШИМ-сигналом.

При отсутствии суффикса возможность подстройки отсутствует.

Рис. 5. Внешний вид модульного DC/DC-драйвера RCD-24/W для объемного монтажа

Заключение

Светодиодные освещение офисов и улиц, подсветка театральных и концертных залов, архитектурная подсветка все шире внедряются в практику. Разнообразие задач и технических требований диктует применение источников питания в разном конструктивном исполнении. Главным достоинством модульных драйверов светодиодов является простота применения: они не требуют подключения внешних компонентов и используются по принципу «Включил и работает». Эта простота ускоряет процесс разработки нового изделия и увеличивает скорость его выхода на рынок, что является главнейшим условием динамичного развития и устойчивого положения компании.

Представленные модули дают возможность разработчику выбрать оптимальное решение: для наружной или внутренней установки, источник питания отдельный от светильника или встроенный в его корпус. Более подробную информацию об этих и других источниках питания для светодиодного освещения можно посмотреть на сайте http://catalog.compel.ru в разделе «Источники питания/ИП для LED».

Литература

1. AC/DC-преобразователи Mean Well для питания мощных светодиодов//Современная светотехника, 2009, №1

2. Источники питания для светотехники и светодиодных светильников//Новости электроники, 2008, №17

3. Источники питания для светодиодных дисплеев и наружной световой рекламы//Электронные компоненты, 2007, №10