Режим питания нарушать нельзя: модули питания для осветительных светодиодов

23 апреля 2013

На рынке светодиодного освещения нынче представлен достаточно широкий спектр источников питания от различных производителей, причем не только зарубежных, но и российских. Чтобы выпускаемая продукция была конкурентоспособной, производителю светодиодных светильников важно иметь максимально полное представление об имеющихся на рынке компонентах, в том числе и об источниках питания, как наиболее ответственной составной части светильника.

Целью данной статьи является обзор как серийно выпускаемых источников питания, так и ожидаемых в ближайшее время новинок. При этом следует учитывать требования действующей нормативной документации и использовать там, где это возможно, результаты практических измерений некоторых важных показателей.

Все мы прекрасно понимаем, что выполнить полный охват всего рынка в одной статье практически невозможно: либо это будет очень поверхностно и неинформативно, либо статья превратится в книгу. Поэтому в настоящей статье ограничимся рассмотрением продукции трех наиболее известных и популярных производителей источников питания для светодиодного освещения: MEAN WELL, Аргос и EagleRise.

 

Требования нормативной документации к источникам питания

Рассмотрим, каким требованиям должен удовлетворять источник питания светодиодного светильника, в зависимости от его применения. Вначале остановимся на параметрах, которые являются общими для всех условий применения.

Светодиодный светильник, как и любое другое устройство, характеризуется некоторым набором основных характеристик. Основные характеристики приведены на рисунке 1, все они, в значительной степени, определяются источником питания.

 

Основные характеристики LED-светильника, зависящие от источника питания

 

Рис. 1. Основные характеристики LED-светильника, зависящие от источника питания

 

Электробезопасность

Источник питания является устройством, непосредственно подключаемым к первичной сети 220/380 В/50 Гц, поэтому от его схемотехнического и конструктивного исполнения будет зависеть электробезопасность всего конечного изделия, а она должна быть в обязательном порядке обеспечена по соответствующему классу. Требования к электробезопасности источников питания вытекают из требований к электробезопасности светильников, которые можно найти в приложении [1].

В соответствии с указанным нормативным документом, светильники по типу защиты от поражения электрическим током подразделяются на три класса.

  • В светильниках, выполненных по I классу электробезопасности защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией и дополнительным защитным заземлением. В этом случае изоляция светильника испытывается при подведении к нему испытательного напряжения 1,44кВ, а светильник подключается к сети трехпроводным кабелем.
  • В светильниках, выполненных по II классу электробезопасности, защита от поражения электрическим током обеспечивается основной и дополнительной или усиленной изоляциями. В этом случае испытательное напряжение имеет величину 3,6кВ, а светильник допускается подключать к сети двухпроводным кабелем.
  • В светильниках, выполненных по III классу электробезопасности (наиболее безопасные светильники) защита от поражения электрическим током обеспечивается использованием безопасного сверхнизкого напряжения питания (БСНН; SELV), которое не должно превышать 50В переменного тока или 120В постоянного тока, и должно иметь изоляцию от первичной сети в соответствии c [2], если в качестве источника БСНН используется импульсный преобразователь. Испытательное напряжение для этого класса светильников составляет 0,5кВ.

Исходя из того, по какому классу электробезопасности разрабатывается светильник, при выборе источника питания следует обращать внимание на такой его параметр, как электрическая прочность изоляции «вход-выход» и/или «вход-корпус» и, применяя те или иные конструктивные решения, не ухудшить в конечном изделии значение этого параметра.

Согласно упоминавшемуся выше документу [1], допускается применение источников питания и без гальванической развязки (не связанных гальванически с сетью). В этом случае выполнение требований по электробезопасности усложняется, но их можно обеспечить, если светодиоды устанавливаются на алюминиевую печатную плату с электрической прочностью изоляции более 1,44 кВ.

Гальванически развязанные источники питания с точки зрения более простой конструкции светильника на практике оказываются предпочтительнее.

 

Электромагнитная совместимость

Любые радиоэлектронные устройства, а источник питания является одним из таких устройств, не должны при работе оказывать существенного влияния друг на друга. Это регламентируется правилами электромагнитной совместимости (ЭМС). Нормативные документы, относящиеся к ЭМС, приведены в [3], [4], [5], [6]. Перечислены все документы по ЭМС на соответствие требованиям, которым может быть подвергнут светильник при проведении сертификационных испытаний. Выполнение этих требований зависит исключительно от источника питания.

В документе [3] содержатся требования к допустимому уровню радиоизлучения устройства и к уровню высокочастотных помех, наведенных на провода питания (кондуктивная помеха). Уровень всех этих помех существенно зависит от общей конструкции изделия, прокладки питающих проводов, правильности выполнения заземления и экранирования, и в каждом случае может иметь разное значение. Иногда, например, если кондуктивная помеха оказывается выше допустимых норм, ее можно уменьшить без существенной переделки конструкции, просто используя для этого ферритовое кольцо. На ферритовом кольце следует сделать несколько витков питающего кабеля как можно ближе к месту его ввода в источник питания.

Известно, что в процессе работы на любое устройство воздействуют различные помехи, такие как электростатические разряды, наносекундные/микросекундные импульсы большой энергии, магнитное поле промышленной частоты и другие. Нормативный документ [4] определяет критерии качества функционирования светового оборудования (А, В, С) и, в зависимости от того, к какому классу относится тот или иной светильник, регламентирует его поведение при воздействии определенного вида помех.

 

Критерии качества:

А — воздействие помехи не должно приводить к изменению силы света;

B — в период действия помехи возможно любое изменение силы света, но через время не более одной минуты сила света должна восстановиться;

C — в период действия помехи и после нее допускается любое изменение силы света, но через время не более 30 минут сила света должна восстановиться.

в период действия помехи и после нее допускается любое изменение силы света, но через время не более 30 минут сила света должна восстановиться.

При подключении к электросети какой-либо мощной нагрузки можно заметить изменение яркости, например, лампочки накаливания, подключенной к этой электросети. Ощущение изменения светового потока и/или его спектрального состава при изменении напряжения питания называется фликером. На допустимые дозы фликера есть нормативные требования, которые указаны в документе [5]. В соответствии с указанным документом, фликер определяется для осветительных приборов только тех видов, которые с большой вероятностью его вызывают, например, для светового оборудования дискотек или для автоматически регулируемого светового оборудования (автоматически диммируемые светильники).

Любые устройства, подключаемые к первичной электросети, не должны «засорять» эту сеть. Под засорением в данном случае подразумевается возникновение в сети гармоник, кратных основной частоте. Что же на самом деле происходит при подключении устройства к сети? При подключении, например, импульсного источника питания, в сети из-за нелинейности устройства могут возникнуть гармоники тока, которые приведут к искажению формы синуса напряжения сети, появятся реактивные токи. Наличие реактивных токов вынуждает прокладывать провода с большим сечением, энергосбытовые компании должны выделять большую мощность — все это ведет к дополнительным расходам. Есть еще один существенный аспект — перегрузка нулевого проводника в трехфазной системе электропитания. Возникающие в сети нечетные гармоники, кратные третьей, в нулевом проводнике трехфазной системы суммируются от каждой из фаз, и ток в этом проводнике может превысить величину, на которую рассчитан. Для того, чтобы избежать перечисленных последствий, необходимо, чтобы устройства отвечали требованиям документа [6]. Указанный документ регламентирует взаимодействие любого устройства с первичной питающей сетью и устанавливает нормы на допустимые гармонические составляющие для этих устройств. Данный документ выделяет все световое оборудование в отдельный класс (С) и, в зависимости от потребляемой активной мощности (менее или более 25 Вт), устанавливает допустимые уровни для гармоник тока (рисунок 2).

 

Допустимые значения гармоник тока

 

 

Допустимые значения гармоник тока

 

Рис. 2. Допустимые значения гармоник тока: а) для устройств менее 25 Вт и б) для устройств более 25 Вт.

С данным документом непосредственно связано понятие коэффициента мощности (КМ).

Коэффициент мощности (l) характеризует эффективность использования энергии, потребляемой из сети, и определяется как отношение активной (полезной) к полной (активной и реактивной) потребляемой мощности преобразователя напряжения:

 

l = Pвх ак/Sвх полн

 

Проще говоря, коэффициент мощности показывает, какая часть потребляемой из сети энергии идет непосредственно на преобразование, а какая часть «гуляет» по проводам, не совершая полезной работы (реактивная составляющая), вынуждая увеличивать сечение проводов во избежание их перегрева.

Понятие КМ аналогично понятию Cosj, но Cosj применяют, когда потребление тока из сети носит гармонический характер, и наблюдается только сдвиг фаз между напряжением и потребляемым током. Коэффициент мощности учитывает не только сдвиг фаз, но и искажение формы потребляемого тока (рисунок 3а). В идеальном случае требуется, чтобы форма потребляемого тока повторяла форму питающего напряжения и совпадала с ним по фазе. Для этого в источник питания вводится схема коррекции коэффициента мощности (ККМ), пассивная или активная. Назначение схемы КМ — сделать источник питания линейной нагрузкой по отношению к первичной сети (рисунок 3б).

 

Формы потребляемого тока (желтый цвет) и напряжения сети (голубой цвет)

 

Рис. 3. Формы потребляемого тока (желтый цвет) и напряжения сети (голубой цвет)

Из рисунка 2 видно, что по нормативному документу контролируется каждая нечетная гармоническая составляющая потребляемого тока основной частоты, вплоть до 39-й гармоники включительно. Наличие в потребляемом токе гармоник с амплитудой не выше указанных на гистограммах является достаточным условием выполнения требований документа [6]. Напротив, высокое значение КМ в общем случае не гарантирует выполнения требований указанного ГОСТа и является лишь необходимым условием, что хорошо видно из рисунка 4.

 

Форма и спектр потребляемого тока источника питания с диодно-конденсаторной схемой ККМ (l = 0,94)

 

Рис. 4. Форма и спектр потребляемого тока источника питания с диодно-конденсаторной схемой ККМ (l = 0,94)

 

На рисунке 4 изображена осциллограмма (желтого цвета) и вычисленный с использованием программы MathCAD спектр потребляемого тока некоторого источника питания с пассивной (диодно-конденсаторной) схемой ККМ. Видно, что многие нечетные гармоники (7, 9, 11…) имеют значение, превышающее допустимое. В то же время вычисленный коэффициент мощности этого источника имеет значение 0,94 (по техническому описанию на источник l > 0,9). Это легко объясняется тем, что третья гармоника, дающая основной вклад в значение КМ, в данном случае имеет очень низкое значение (ниже значение гармоники — выше значение КМ), но, в то же время, высшие гармоники, которые дают меньший вклад в КМ, имеют значение выше допустимого.

Если же рассматривается источник питания с активной схемой ККМ (с применением отдельной микросхемы PFC-контроллера) с l > 0,9, то практически всегда соблюдаются требования ГОСТ Р51317.3.2-2006 для устройств по классу C с потребляемой мощностью более 25 Вт, т.е. в этом случае необходимое условие является и достаточным.

 

Коэффициент пульсаций освещенности

Для источников питания, имеющих определенное значение выходного тока (350 мА, 700 мА и др.) указывается среднее значение этого тока. На самом деле выходной ток источников питания носит пульсирующий характер на удвоенной частоте сети 100 Гц. В зависимости от схемотехники источника эти пульсации могут быть незначительными (практически отсутствовать), а могут носить существенный характер (рисунок 5).

 

Форма выходного тока источников питания

 

Рис. 5. Форма выходного тока источников питания: а) пульсации практически отсутствуют,
б) значительные пульсации

Светодиод является практически безынерционным прибором и любое изменение протекающего тока преобразует в изменение светового потока. Изменяющийся световой поток создает изменение освещенности или, если изменения носят периодический характер — пульсацию освещенности.

Для большинства помещений при искусственном освещении, согласно документам [7] и [8], в зависимости от характера выполняемой работы нормируется важный показатель — коэффициент пульсаций освещенности (Кп).

Значение коэффициента пульсаций освещенности может быть 5, 10, 15, 20% или не нормироваться. Частота пульсаций в указанных документах в явном виде не указана, но, согласно проведенным медицинским исследованиям, считается, что она составляет до 300 Гц, т.е. частота пульсаций выходного тока источника (100 Гц) как раз находится в указанном диапазоне.

Наиболее жесткая норма по коэффициенту пульсаций — 5%. Она распространяется на помещения для работы с мониторами (офисные помещения), а это самый массовый сегмент рынка светильников для потолка типа «Армстронг» (600х600 мм). Обеспечить коэффициент пульсаций на таком достаточно низком уровне можно либо правильным выбором готового модульного источника питания, либо подключением светильников в помещении на различные фазы первичной сети. Вариант подключения светильников на различные фазы — это задача по снижению коэффициента пульсаций освещенности, которая решается проектировщиком системы освещения. В этом случае может быть некоторая сложность, если необходимо менять уровень освещенности (выключать часть светильников), или в помещении имеется только одна фаза напряжения сети. Если в светильнике применять источники питания с изначально низким значением коэффициента пульсаций тока, то, независимо от схемы подключения светильников и количества фаз напряжения в помещении, всегда можно обеспечить требуемый уровень коэффициента пульсаций освещенности.

Этот параметр имеет свою особенность. Коэффициент пульсаций тока (освещенности) зависит от типа используемых светодиодов (от наклона ВАХ светодиода). Если пульсации тока изначально присутствуют в источнике питания на заметном уровне, то на различных типах светодиодов может получиться и различное значение коэффициента пульсаций освещенности. Далеко не всегда в описании на источник питания можно найти величину пульсаций тока. Чаще встречается параметр «Ripple and Noise», косвенно о величине пульсаций можно судить по его значению. Если значение «Ripple and Noise» выражено в сотнях милливольт, то пульсации будут менее 5%, если эта величина выражается в единицах вольт, то пульсации превысят 5% и будут зависеть от типа используемых светодиодов.

Коэффициент пульсаций тока (Кп) выбранного источника питания достаточно легко измерить. Необходимо иметь осциллограф, сопротивление (1 Ом) соответствующей мощности и светодиоды в качестве нагрузки (рисунок 6).

 

Схема измерения пульсаций тока

 

Рис. 6. Схема измерения пульсаций тока

Требуется измерить максимальное (Umax), минимальное (Umin) значение амплитуды пульсаций и среднее значение (Uavg) тока. Среднее значение можно измерить обычным мультиметром в режиме измерения постоянного тока. Для расчета воспользуемся формулой:

 

Кп=(Umax — Umin)x100%/2Uavg

 

Полученное значение Кп достаточно точно соотносится с измерениями, выполненными с использованием пульсметра освещенности. Поэтому далее по тексту будем считать понятия «коэффициент пульсаций освещенности» и «пульсации тока источника питания» эквивалентными.

Все вышесказанное говорит о том, что источник питания является очень важной составной частью светодиодного светильника и для того, чтобы конечное изделие соответствовало требованиям действующих нормативных документов, к его выбору следует подходить очень ответственно.

 

Выбор источников питания

В зависимости от областей применения освещение можно условно разделить на три большие группы: внутреннее, наружное и освещение в системе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), которое, в свою очередь, также может быть наружным и внутренним. Каждая эта группа характеризуется некоторыми общими светотехническими, электрическими и конструктивными требованиями, предъявляемыми к светильнику, а, соответственно, и к источнику его питания. Кроме того, с целью большей экономии потребляемой электроэнергии в настоящее время возрастает спрос на управляемые (диммируемые) источники питания, причем — во всех сферах применения.

 

Внутреннее освещение

Светодиодные светильники, используемые для внутреннего освещения, как правило, потребляют мощность в несколько десятков ватт (20…60 Вт) и, соответственно, источники питания для светильников этого типа должны иметь ККМ. Условия эксплуатации в этом случае являются достаточно мягкими (температурный диапазон 0°C/-10°C…40/45°C согласно [9]), повышенной защиты от внешних воздействующих факторов (IP) не требуется. С другой стороны, в этом виде освещения нормируется коэффициент пульсаций освещенности, поэтому необходимо обращать внимание на пульсации тока выбираемого источника.

 

Источники питания для освещения помещений с пониженными требованиями к пульсациям освещенности

Источники питания для указанного сегмента представлены, в основном, двумя производителями: MEAN WELL и EagleRise (табл. 1, рис. 7).

Внешний вид источников питания серий PCD/PLD, PLM, ELP/LS

Рис. 7. Внешний вид источников питания серий PCD/PLD, PLM, ELP/LS

 

Таблица 1. Источники питания EagleRise и MEAN WELL с пониженными требованиями к пульсациям тока   

Производитель Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Управление
EagleRise   ELP030CxxxxLS*   30   350, 500…1400
(с шагом 100 мА)  
10…25   >0,95   ~86   0…50   нет  
ELP040CxxxxLS*   40  
ELP050CxxxxLS*   50  
ELP060CxxxxLS*   60  
MEAN WELL   PLD-40/60 40/60   350, 700, 1050, 1400, 1750, 2100, 2400   ~20   >0,95   ~86   -30…50   нет  
PCD-40/60 40/60   ~86   TRIAC  
PLM-25 25   350, 500, 700, 1400   ~83   -30…60   нет  
* — Обозначение источников питания производителя Eaglerise, приведенное в таблице 1, выполнено в общем виде (ELP040CxxxxLS). Конкретное обозначение формируется следующим образом: ELP040C0350LS, ELP040C1050LS и т.п.  

Источники выполнены в пластиковых корпусах с защитой от внешних воздействующих факторов IP20/30, имеют электрическую прочность изоляции, соответствующую II классу электробезопасности, универсальный диапазон входного напряжения 90…264 В (кроме PLM-25) и активную схему коррекции коэффициента мощности с l > 0,95, выполненную по однокаскадной схеме преобразования. Форма потребляемого тока соответствует рисунку 3б.

Серия PLM-25 является новой моделью и имеет низкий (Slim) форм-фактор — габаритные размеры составляют 145х38х22 мм. С целью дальнейшего снижения себестоимости в данной модели производители отказались от универсального входа (90…264 В), но выбрали диапазон входного напряжения, расширенный в области максимального значения. Диапазон входного напряжения для данной модели составляет 180…295 В. Увеличенное верхнее значение входного напряжения должно повысить надежность источника питания при возможных перенапряжениях в сети.

Источники питания, представленные в таблице 1, характеризуются невысокой стоимостью и хорошей надежностью, но обладают пульсациями тока 10…25% (форма выходного тока примерно соответствует рисунку 5б), поэтому они оптимально подходят для освещения торговых залов, помещений для выполнения зрительной работы средней и малой точности, а также — для освещения помещений с временным пребыванием людей.

 

Источники питания для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности

Для освещения офисов, помещений для выполнения зрительной работы высокой, очень высокой и наивысшей точности успешно применяются источники, указанные в таблице 2.

Таблица 2. Источники питания для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности   

Производитель Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Управление
MEAN WELL   HLP-40H 40   750, 840, 960, 1100, 1300, 1700, 2000   <1   >0,95   ~89   -40…50   1…10В; ШИМ; R  
HLP-60H 60   1150, 1300, 1450, 1700, 2000, 2500  
Аргос   LST ИПС30-350Т 30   350   <1   >0,95   ~88   -20…50   нет  
LST ИПС40-700T (TP[400-700])   40   700 (400…700)   Ручная подстройка  
LST ИПС50-350T (TP[240-360])   50   350 (240…360)  
LST ИПС60-350T 60   350   нет  
LST ИПС60-700 TP[400-700] 60   400…700   Ручная подстройка  
EagleRise   ELP040C0350LX 40   350   <0,5   >0,95   ~87   -10…50   нет  
ELP040C0500LX 40   500  
ELP040C0700LX 40   700  
ELP060C0700LX 60   700  

Общий вид источников приведен на рисунке 8.

 

Внешний вид источников для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности

 

Рис. 8. Внешний вид источников для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности

Основная особенность источников питания, приведенных в таблице 2, заключается в том, что они сочетают в себе коррекцию коэффициента мощности с крайне низким значением пульсаций тока. Форма потребляемого тока источников соответствует рисунку 3б, а форма выходного тока имеет вид, близкий к изображенному на рисунке 5а. Выбор источников питания по адекватной стоимости и с подобными характеристиками в диапазоне мощности до 50 Вт в настоящее время довольно узок, поэтому можно более подробно рассмотреть представленные модели.

Наибольший интерес, если не требуется диммируемый светильник, представляют изделия производителей Аргос (Россия) и EagleRise (Китай). Данные изделия имеют очень схожие характеристики и практически одинаковую стоимость, но есть в них и отличия. Отличия заключаются в том, что продукция Аргос обладает I классом защиты от поражения электрическим током, а продукция EagleRise соответствует II классу защиты и, кроме того, отвечает требованиям, предъявляемым к источнику БСНН. Используя продукцию этого изготовителя в качестве выносного блока питания, можно изготавливать светильники, соответствующие самому высокому, III классу защиты.

Для изготовления управляемых светильников можно использовать источники питания производителя MEAN WELL серии HLP. Источники этой серии изготавливаются в открытом варианте и имеют отдельный вход для управляющего сигнала. Управлять указанными источниками можно одним из трех способов: по протоколу 1…10 В, подачей ШИМ-сигнала и изменяющимся сопротивлением. На этот вход можно подать сигнал с датчика освещенности, работающего по протоколу 1…10 В, например — DIM MICO, такой имеется у производителя Osram, и тем самым обеспечить определенный постоянный уровень освещенности на рабочем месте, независимо от уровня внешнего освещения.

Для управления светотехническими изделиями широко используется специально разработанный для этого протокол DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Данный протокол позволяет очень просто инсталлировать светильники в управляемую систему и обладает такой гибкостью, что без особых затрат, с помощью только одних программ можно всегда изменить алгоритм управления отдельными компонентами в этой системе. Достаточно широкая номенклатура элементов для организации системы управления по протоколу DALI представлена у Osram. Для светильников, которые смогли бы работать в подобной системе, требуется источник питания, поддерживающий протокол управления DALI.

Компания MEAN WELL разработала новое семейство источников питания LCM, поддерживающих указанный протокол управления, это серии LCM-40DA и LCM-60DA (рисунок 9, таблица 3). В рамках этого семейства также выпускается серия источников, управляемых по протоколу 1…10 В и ШИМ (модели без суффикса DA): LCM-40 и LCM-60.

 

Внешний вид источников, управляемых по протоколу DALI: LCM-40(DA)/60(DA)

 

Рис. 9. Внешний вид источников, управляемых по протоколу DALI: LCM-40(DA)/60(DA)

 

Таблица 3. Основные технические характеристики источников семейства LCM   

Производитель Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Управление
MEAN WELL   LCM-40DA 35…42 зависит от значения выходного тока   350, 500, 600, 700, 900, 1050   <5   >0,95   90   -30…60   DALI  
LCM-60DA 45…60 зависит от значения выходного тока   500, 600, 700, 900, 1050, 1400   DALI  
LCM-40 35…42 зависит от значения выходного тока   350, 500, 600, 700, 900, 1050   1…10 В; ШИМ  
LCM-60 45…60 зависит от значения выходного тока   500, 600, 700, 900, 1050, 1400   1…10 В; ШИМ  

Источники позволяют выбрать начальное значение выходного тока с помощью перемычки, имеют активную схему коррекции мощности, небольшие пульсации тока (менее 5%) и расширенный в области верхнего значения диапазон входного напряжения 180…295 В. Выпускаются в пластиковом корпусе, выполнены по II классу электробезопасности. Источники позволяют подключить внешний термистор (NTC) для дополнительной защиты светодиодов от перегрева при возникновении какой-либо нештатной ситуации. Выбирая номинал термистора в диапазоне 220…470 кОм, можно задать граничную температуру в диапазоне 60…80°С, выше которой уровень тока начнет автоматически снижаться. Данные модели источников имеют дополнительный выход постоянного напряжения 12 В/0,05 А, который может быть задействован для внешнего вентилятора, питания какого-то дополнительного датчика или других целей.

Если судить по заявленным параметрам, источники обещают быть весьма качественным и обладать полным функциональным набором, требующимся от изделий подобного рода. Данные источники заказаны на склад КОМПЭЛ и ожидаются в ближайшее время.

 

Источники питания для промышленного освещения

Для освещения цехов промышленных предприятий, складов или других помещений с достаточно высокими потолками (6…12 м), как правило, используются светодиодные светильники мощностью 60…250 Вт. По электрическим и конструктивным параметрам для этого сегмента освещения оптимально подходят изделия MEAN WELL серии LPF и заново разработанной серии HBG (рисунок 10, таблица 4).

 

Внешний вид источников серий LPF и HBG

 

Рис. 10. Внешний вид источников серий LPF и HBG

 

Таблица 4. Основные технические характеристики источников серий LPF и HBG  

Производитель Наименование Мощность, Вт Ток, А Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Управление
MEAN WELL   LPF-60/(D) 60   1,12; 1,25; 1,43; 1,67; 2; 2,5; 3   <5   >0,95   ?   -40…60   есть с индексом D 1…10 В; ШИМ; R  
LPF-90/(D) 90   1,67; 1,88; 2,15; 2,5; 3; 3,75; 4,5   ?  
HBG-100 100   1,6; 2; 2,7; 4   91   -40…70   есть с индексом В 1…10 В; ШИМ; R  
HBG-160 160   2,6; 3,3; 4,4; 6,5   92  
HBG-240 240   4; 5; 6,7; 10   93  

Источники серии LPF изготавливаются в пластиковом корпусе с заливкой компаундом. Компаунд выполняет двойную роль — обеспечивает герметизацию по IP66 и улучшает отвод тепла от силовых элементов через корпус источника. Пластиковый корпус выбран для снижения себестоимости изделия, так как он имеет меньшую стоимость по сравнению с металлическим корпусом.

Источники новой серии HBG имеют необычную круглую форму. На рынке источников питания в таком конструктиве и на такую мощность практически нет; можно сказать, что это будет первое изделие. С другой стороны, если исходить из внешнего вида светильников, выполненных на традиционных источниках света, то как раз такая форма является наиболее привычной для этого вида светильников (High Bay). Серия HBG, ввиду большой мощности, изготавливается в металлическом корпусе с заливкой компаундом по IP65/67. Данные источники обладают повышенной надежностью — гарантия производителя обеспечивается на срок 5 лет, а срок службы оценивается не менее чем 40 тыс. часов при температуре корпуса 70°С.

Все изделия работоспособны в полном диапазоне входных напряжений 90…305 В. Имеются модели с возможностью димминга. Поскольку указанные источники обладают пульсациями тока менее 5%, то их можно использовать для освещения цехов, где имеется оборудование с вращающимися частями (токарные станки) и где выполняется зрительная работа с наивысшей точностью.

 

Надежные источники для наружного освещения

Светодиодные светильники, используемые для наружного освещения, как правило, потребляют мощность десятки и сотни ватт (60…300 Вт), источники питания в этом случае в обязательном порядке должны иметь ККМ. Условия эксплуатации являются достаточно жесткими (температурный диапазон -40/-60…40/45°С [9]), требуется повышенная защита от внешних воздействующих факторов (IP), но коэффициент пульсаций не нормируется. Поскольку речь идет о больших потребляемых мощностях, то желательно иметь источники с КПД более 90%. Предъявляются повышенные требования по устойчивости изделий к импульсным помехам повышенной энергии, возникающих, например, при грозовых разрядах и, кроме прочего, изделия должны обладать повышенной надежностью, так как ремонт/замена уличного светильника связана с большими затратами.

Наиболее полно отвечают поставленным требованиям изделия производителя MEAN WELL серий HLG, HLG/C, HVGC (рисунок 11, таблица 5). О надежности говорит тот факт, что на все представленные модели распространяется гарантия производителя сроком пять лет.

 

Внешний вид источников серий HLG и HVGC

 

Рис. 11. Внешний вид источников серий HLG и HVGC

 

Таблица 5. Основные технические характеристики источников MEAN WELL серий HLG, HLG/C, HVGC   

Наименование Мощность, Вт Ток, А КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Диапазон входного напряжения, В Управление
HLG 60, 80, 100, 120, 150, 185, 240, 320   0,75…22
(Uвых макс = 54 В)  
>0,95   91   -40…70   90…305   есть с индексом В 1…10 В; ШИМ; R  
HLG/С 60, 80, 120, 185   0,35; 0,7
(Uвых макс = 430 В)  
HVGC 100, 150   0,35; 500; 700; 1050; 1400   180…528  

Источники серии HLG работают и в режиме стабилизации напряжения, и в режиме стабилизации тока (CC+CV). В режиме стабилизации тока выходной ток источника определяется отношением выходной мощности к выходному напряжению. Источники выпускаются на стандартный ряд напряжений 12…54 В. При использовании подобных источников, как правило, требуется параллельное соединение цепочек светодиодов в светильнике. В том случае, если по каким-то причинам это нежелательно, следует рассмотреть серию HLG/C. Указанная серия работает только в режиме стабилизации тока и может обеспечить выходное напряжение до 430 В (ток 350 мА), но в настоящий момент эта серия выпускается только на токи 350 и 700 мА, и не для всех применений этого может быть достаточно. В этом случае есть смысл обратить внимание на серию HVGC. Серия HVGC имеет расширенный ряд выходных токов (до 1400 мА) и, что важно, может работать в трехфазных сетях с подключением как между фазой и землей, так и между двумя фазами — диапазон входного напряжения этой серии составляет 180…528 В. По всем остальным показателям эти серии очень схожи.

Все изделия выпускаются в трех модификациях, различающихся символом в конце наименования: А, В, D.

Источники с символом А имеют возможность ручной подстройки выходных параметров (ток, напряжение) и обладают степенью защиты IP65, хотя залиты компаундом. Дело в том, что в этом источнике имеется небольшая резиновая заглушка для доступа к подстроечному резистору и только из-за нее производитель снижает степень защиты.

Источники с символом B не имеют подобной заглушки, но имеют отдельный вход для диммирования по протоколам 1…10 В, ШИМ-сигналом или изменением сопротивления. В этом случае обеспечиваемая степень защиты — не ниже IP67.

Источники с индексом D при производстве программируются по требованию заказчика таким образом, что могут осуществлять ступенчатое понижение выходного тока (яркости) в течение некоторого временного интервала. При каждом новом включении источника питания программа повторяется. Это называется «временной димминг». Степень защиты IP67.

В качестве источников питания для светильников наружного освещения с успехом можно применить и рассмотренную ранее серию HBG (в круглом форм-факторе).

Рассматриваемые модели источников питания имеют встроенную схему защиты от импульсов повышенной энергии. В том случае, если требуется усиленная защита от этого вида помех, MEAN WELL выпускает специальный модуль защиты SPD-20-240 (рисунок 12). Устройство выдерживает в момент срабатывания (импульсы 8/20 мкс) ток до 20 кА, время срабатывания — не более 25 нс.

 

Модуль защиты от импульсов повышенной энергии и схема включения

 

Рис. 12. Модуль защиты от импульсов повышенной энергии и схема включения

 

Источники питания для освещения в системе ЖКХ

Светодиодное освещение в системе ЖКХ характеризуется невысокими мощностями. Как правило, это единицы или несколько десятков ватт. В виду небольших мощностей (условие <25 Вт) можно использовать источники, не имеющие ККМ или с простой пассивной схемой ККМ. Если рассматривается внутреннее освещение лестничных площадок, подъездов, то нет жестких требований к температурному диапазону и степени защиты, также здесь не нормируется коэффициент пульсаций освещенности (кроме помещений для консьержей <20%). С другой стороны, в этом сегменте очень важным аспектом является низкая стоимость конечного изделия.

Для освещения в системе ЖКХ очень хорошо подходят источники MEAN WELL и EagleRise (таблица 6, рисунок 13).

 

Внешний вид источников PLD/APC, LPF, ELP/CS, ELP/LS

 

Рис. 13. Внешний вид источников PLD/APC, LPF, ELP/CS, ELP/LS

 

Таблица 6. Основные технические характеристики источников питания для применения в ЖКХ   

Производитель Наименование Мощность, Вт Ток, мА КМ, l l IP Диапазон рабочей температуры, °С Управление
EagleRise   ELP18X1CS 20   350   >0,85   66   -20…50   нет  
ELP18X1LS 20   350   >0,8   20   -10…50  
ELP020CxxxxLS 20   350…1000   >0,95   20  
EIP016CxxxxLS 16   350, 500, 700, 1050   >0,85   20  
MEAN WELL   PLD-16/25 16, 25   350, 700, 1050, 1400   >0,95   30   -30…60   нет  
PCD-16/25 TRIAC  
APC-12/16 12, 16, 25   350, 500, 700, 1050   0,6…0,7   30   -30…60   нет  
LPF-16(D)/25(D) 16, 25   300…5000   >0,95   67   -40…70   есть с индексом D1-10 В; ШИМ; R  

Как видно из таблицы 5, практически для всех применений в системе ЖКХ (имеется в виду внутреннее и наружное освещение) можно подобрать соответствующий источник питания. Все изделия выполнены по II классу защиты, перекрывают широкий диапазон температуры, есть модели как с управлением, так и без управления.

Можно отдельно выделить серию APC как источник по очень низкой стоимости. Указанная серия не обладает ККМ, но в диапазоне мощности до 25 Вт это не столь важно, с другой стороны, у этой модели практически отсутствуют пульсации тока.

У производителя EagleRise имеются изделия разных серий ELP/EIP. Серия EIP — это шаг к дальнейшему снижению себестоимости серии ELP. Оно достигнуто изменением диапазона входного напряжения. Серия ELP имеет универсальный диапазон 90…264 В, который в наших условиях является избыточным. В серии EIP устранена эта избыточность, диапазон составляет 176…264 В, чем и снижена себестоимость.

Наиболее массовым спросом пользуются модели ELP18X1CS и ELP18X1LS, обладающие схожими электрическими параметрами, но выполненные по различному классу защиты от внешних воздействий. Характерная особенность рассматриваемого производителя в том, что источники в диапазоне малых мощностей (<25 Вт) имеют пассивную схему ККМ. Такое отношение к потребителю характеризует EagleRise только с положительной стороны.

 

Заключение

В настоящее время на рынке можно встретить источники питания, выполненные по одной из пяти схемотехнических реализаций (распределены по возрастанию стоимости):

а) преобразователь без ККМ;

б) преобразователь с пассивной схемой ККМ;

в) однокаскадный преобразователь с активной схемой ККМ;

г) однокаскадный преобразователь с активной схемой ККМ + каскад сглаживания пульсаций;

д) двухкаскадный преобразователь с активной схемой ККМ.

Во всех моделях, выполненных по указанным схемам, прослеживается взаимосвязь КМ и пульсаций тока. Нельзя сказать, что одно зависит от другого, просто эта взаимосвязь обусловлена схемотехникой изделия (рисунок 14) (было исследовано около четырех десятков источников питания разных типов и производителей, приведены типовые осциллограммы).

 

Типовые осциллограммы форм потребляемого и выходного тока

 

Рис. 14. Типовые осциллограммы форм потребляемого и выходного тока

Наиболее массово на рынке распространены две топологии — а и в. При выборе надо учесть нюансы, определив, что мы хотим получить в конечном изделии — хорошее значение КМ или отсутствие пульсаций? Оперируя указанными схемными решениями (а, в) решить одновременно эти задачи нельзя. Выбор следует остановить на каком-то одном параметре. Либо это будет хорошее значение коэффициента мощности, либо низкие пульсации.

Если требуется одновременное выполнение условий по КМ и пульсациям (офисное освещение), то выбрать следует схемную реализацию г или д. Вариант б является промежуточным — есть ККМ, малые пульсации и низкая стоимость. Но дело в том, что документ [6] указывает требования к каждой гармонике, но не к КМ, а по гармоникам эта схемотехника не обеспечивает требования указанного документа для изделий с потребляемой мощностью более 25 Вт (проблема в 7-й, 9-й, 11-й и др. гармониках, см. рис. 4). Поэтому по такой схемотехнике делаются источники питания, как правило, мощностью до 25 Вт. Редко встречаются исключения, когда указанное схемотехническое решение используется и для источников большей мощности (малоизвестные азиатские производители). Косвенно о такой реализации схем можно судить по значению КМ, в этом случае КМ = 0,8…0,85.

Видно, что если в источниках питания применяется активная схема ККМ, то во всех случаях результаты работы этой схемы будут схожи (в, г, д), и источник будет полностью отвечать требованиям документа [6]. Лучший результат по уровню пульсаций принадлежит источнику с двухкаскадной схемой преобразования.

 

Литература

1. ГОСТ МЭК 60598 -1-2011 «Светильники. Часть 1. Общие требования и методы испытаний».

2. МЭК 61558-2-6-2006 Безопасность силовых трансформаторов, блоков питания и аналогичных приборов. Часть 2-6. Дополнительные требования к безопасным разделительным трансформаторам общего назначения.

3. ГОСТ Р 51318.15-99 Радиопомехи индустриальные от электрического светового и аналогичного оборудования. Нормы и методы испытаний.

4. ГОСТ Р 51514-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоустойчивость светового оборудования общего назначения. Требования и методы испытаний.

5. ГОСТ Р 51317.3.3-2008 Колебания напряжения и фликер, вызываемые техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одой фазе), подключаемыми к низковольтным системам электроснабжения. Нормы и методы испытаний.

6. ГОСТ Р 51317.3.2.-2006 Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний.

7. Свод правил СП 52.13330.2011

8. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»

9. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия

Исполнения для различных климатических районов.

Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: lighting.vesti@compel.ru

 

 

•••

Наши информационные каналы