№3 / 2013 / статья 5

О правильном питании светодиодов: обзор источников питания для различных применений

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

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

Целью данной статьи является обзор как новых и уже серийно выпускаемых источников питания, так и ожидаемых в ближайшее время новинок. При этом необходимо учитывать требования действующей нормативной документации.

Все мы прекрасно понимаем, что выполнить полный охват всего рынка в одной статье практически невозможно. Поэтому ограничимся рассмотрением продукции трех наиболее известных и популярных производителей источников питания для светодиодного освещения: MEAN WELL, Аргос и Eaglerise.

По областям 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 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 Вт (20…60 Вт) и, соответственно, источники питания для светильников этого типа должны иметь коррекцию коэффициента мощности (ККМ). Условия эксплуатации в этом случае являются достаточно мягкими (температурный диапазон 0/-10°C …40/45°C по [1]), 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

Новые источники питания для указанного сегмента освещения, которые уже появились на рынке или ожидаются с осени текущего года, представлены, в основном, производителем MEAN WELL (таблица 1, рисунок 1).

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

Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Производитель Управление
PLD-40/60 40/60   350, 700, 1050, 1400, 1750, 2100, 2400   ~20   >0,95   ~86   -30…50   MEAN WELL   нет  
PCD-40/60 40/60   ~86   TRIAC  
PLM-25 (ожидается осенью 2013 г) (ожидается осенью 2013 г)   25   350, 500, 700, 1400   ~83   -30…60   нет  

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

Рис. 1. Внешний вид источников питания серий PCD/PLD, PLM, ELP/LS

Источники выполнены в пластиковых корпусах IP20/30 с защитой от внешних воздействующих факторов, 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.

Серия PLM-25 пока только анонсирована, ожидается на рынке к осени текущего года, имеет маломерный (Slim) форм-фактор; габаритные размеры составляют 145х38х22 мм. С целью дальнейшего снижения себестоимости в данной модели производитель отказался от универсального входа (90…264 В), но выбрал 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.

Представленные в таблице 1 источники питания характеризуются невысокой стоимостью и хорошей надежностью, но обладают пульсациями тока 10…25%. Поэтому источники 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. Общий вид источников приведен на рисунке 2.

 

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

Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Производитель Управление
LST ИПС30-350Т 30   350   <1   >0,95   ~88   -20…50   Аргос   нет  
LST ИПС40-700T
LST ИПС40-700TP[400-700]
40   700
(400…700)  
ручная подстройка  
LST ИПС50-350T LST ИПС50-350TP[240-360]   50   350
(240…360)  
LST ИПС60-350T 60   350   нет  
LST ИПС60-700 TP[400-700] 60   400…700   ручная подстройка  
ELP040C0350LX 40   350   <0,5   >0,95   ~87   -10…50   Eaglerise   нет  
ELP040C0500LX 40   500  
ELP040C0700LX 40   700  
ELP060C0700LX 60   700  
Внешний вид источников для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности

 

 

Рис. 2. Внешний вид источников для освещения помещений с жесткими требованиями к пульсациям освещенности

Основная особенность источников питания, рассмотренных в таблице 2, заключается в том, что они одновременно и выполняют коррекцию коэффициента мощности, и обладают крайне низким значением пульсаций тока. Выбор источников питания по адекватной стоимости с подобными характеристиками в диапазоне мощности до 50 Вт в настоящее время довольно узок, поэтому можно более подробно рассмотреть представленные модели.

Указанные изделия имеют очень схожие характеристики и практически одинаковую стоимость, но есть в них и отличия. Они заключаются в том, что продукция Аргос обладает I классом защиты от поражения электрическим током, а продукция Eaglerise соответствует II классу защиты и, кроме того, соответствует требованиям, предъявляемым к источнику БСНН. Используя продукцию этого изготовителя в качестве выносного блока питания, можно изготавливать светильники, соответствующие самому высокому — III классу защиты.

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, только программно, можно всегда изменить алгоритм управления отдельными компонентами в этой системе. Достаточно широкая номенклатура элементов для организации системы управления по протоколу DALI представлена компанией 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 3, таблица 3). В рамках этого семейства также будет выпускаться 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. 3. Внешний вид источников, управляемых по протоколу DALI: LCM-40(DA)/60(DA)

 

Таблица 3. Основные технические характеристики источников питания семейства LCM 

Наименование Мощность, Вт Ток, мА Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Производитель Управление
LCM-40DA 35…42, зависит от значения выходного тока   350, 500, 600, 700, 900, 1050   <5   >0,95   90%   -30…60   MEAN WELL   DALI  
LCM-60DA 45…60, зависит от значения выходного тока   500, 600, 700, 900, 1050, 1400   92%   DALI  
LCM-40 35…42, зависит от значения выходного тока   350, 500, 600, 700, 900, 1050   90%   1-10 В; ШИМ  
LCM-60 45…60, зависит от значения выходного тока   500, 600, 700, 900, 1050, 1400   92%   1-10 В; ШИМ  

Эти источники позволяют выбрать начальное значение выходного тока с помощью перемычки (DIP-переключателя), 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 ток 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, источник обещает быть весьма качественным и с полным функциональным набором, требующимся от изделий подобного рода. Данные источники заказаны на склад КОМПЭЛ и ожидаются в ближайшее время (ориентировочно — конец мая).

 

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 в диапазоне 60…250 Вт. По электрическим и конструктивным параметрам, для этого сегмента освещения оптимально подойдут новые изделия MEAN WELL серии HBG (рисунок 4, таблица 4). Данные изделия анонсированы и станут доступными для заказа в ближайшее время.

 

Внешний вид источников серии HBG

 

Рис. 4. Внешний вид источников серии HBG

 

Таблица 4. Основные технические характеристики источников серий LPF и HBG  

Наименование Мощность, Вт Ток, А Кп, % КМ, l l КПД, % Диапазон рабочей температуры, °С Производитель Управление
HBG-100 100   1,6; 2; 2,7; 4   <5   >0,95   91   -40…70   MEAN WELL   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 новой серии HBG имеют необычный круглый форм-фактор. На рынке источников питания в таком конструктиве и на подобную мощность практически нет; можно сказать, 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 — предполагается гарантия производителя сроком 5 лет, а срок службы оценивается не менее 40 тыс. часов при температуре корпуса 70°С.

Изделия работоспособны в полном диапазоне входных напряжений 90…305 В. Предполагается иметь в данной серии 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 в десятки и сотни Вт (60…300 Вт), и источники питания в этом случае в обязательном порядке должны иметь ККМ. Условия эксплуатации являются достаточно жесткими (температурный диапазон -40/-60…40/45°С [1]), 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%. К изделиям предъявляются повышенные требования по устойчивости к импульсным помехам повышенной энергии, возникающим, например, при грозовых разрядах. Кроме прочего, изделия должны обладать повышенной надежностью, так как ремонт/замена уличного светильника связана с большими затратами.

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

 

Внешний вид источников серий HLG и HVGC

 

Рис. 5. Внешний вид источников серий HLG и HVGC

 

Таблица 5. Основные технические характеристики источников 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)   91  
HVGC   100, 150   0,35; 500; 700; 1050; 1400   91   180…528   есть с индексом В 1-10 В; ШИМ; R  

Источники серии HLG работают 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 во всех случаях этого может быть достаточно. Тогда 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 обладают возможностью ручной подстройки выходных параметров (ток, напряжение) и имеют степень 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 протоколу 1-10 В, ШИМ-сигналом или изменением сопротивления. В этом случае степень защиты обеспечивается 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 повышенная надежность от этого вида помех, MEAN WELL выпускает специальный модуль защиты SPD-20-240 (рисунок 6). 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. 6. Модуль защиты от импульсов повышенной энергии и схема включения

 

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

Наименование Мощность, Вт Ток, мА КМ, l l IP Диапазон рабочей температуры, °С Производитель Управление
EIP016CxxxxLS 16   350, 500, 700, 1050   >0,85   20   -10…50   Eaglerise   нет  
PLD-16/25 16, 25   350, 700, 1050, 1400   >0,95   30   -30…60   MEAN WELL   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  

 

Источники питания для освещения в системе ЖКХ

Светодиодное освещение в системе ЖКХ характеризуется невысокими мощностями: как правило, это единицы или несколько десятков Вт. Ввиду 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 7).

 

 

 

Внешний вид источников PLD/APC, LPF, EIP/LS

 

Рис. 7. Внешний вид источников PLD/APC, LPF, EIP/LS

 

Как видно из таблицы 6, 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, и 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, в диапазоне мощности до 25 Вт это не столь важно, но у этой модели практически отсутствуют пульсации тока.

У производителя Eaglerise имеются изделия серии EIP. Серия EIP — это шаг к дальнейшему снижению себестоимости известной серии ELP. Снижение себестоимости достигнуто изменением диапазона входного напряжения. Серия ELP имеет универсальный диапазон 90…264 В, который в наших условиях является избыточным. В серии EIP эта избыточность устранена, диапазон составляет 176…264 В и, тем самым, снижена себестоимость.

Характерная особенность рассматриваемого производителя состоит в том, что источники в диапазоне малых мощностей (<25 Вт), имеют, хотя и пассивную, но схему ККМ. Такое отношение к потребителю характеризует производителя с самой 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 8) (приведены типовые осциллограммы; было исследовано около четырех десятков источников питания разных типов и производителей).

Типовые осциллограммы форм потребляемого и выходного тока

Рис. 8. Типовые осциллограммы форм потребляемого и выходного тока

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

В том случае, если требуется одновременное выполнение условий по КМ и пульсациям (офисное освещение), 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 отвечает требованиям указанного документа для изделий с потребляемой мощностью более 25 Вт (проблема возникает с 7, 9, 11 и др. гармониками). 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 схемной реализации можно судить по значению КМ, в этом случае КМ = 0,8…0,85.

На рисунке 8 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 удовлетворять требованиям документа [2]. Лучший результат по пульсациям оказывается в источнике с двухкаскадной схемой преобразования.

 

Литература

1. 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.

2. 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.

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

 

Наши информационные каналы

Теги: ,
Рубрики: