Bt-teh.ru

БТ Тех
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.

Стильные и актуальные дизайнерские решения включают в себя плавную регулировку общей освещенности при условии свечения всех ламп. Это позволяет создать как интимную обстановку для отдыха, так и яркую для торжеств или работы с мелкими деталями.

Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

Ранее, когда основными источниками света были лампы накаливания и точечные светильники с галогенными лампами проблем с регулировкой не возникало. Использовался обычный 220В диммер на симисторе (или тиристорах). Который обычно был в виде выключателя, с поворотной ручкой вместо клавиш.

С приходом энергосберегающих (компактных люминесцентных ламп), а потом и светодиодных такой подход стал невозможен. В последнее же время подавляющее большинство источников света – это светодиодные светильники и лампочки, а лампы накаливания запрещены для использования в осветительных целях во многих странах.

Занятно то, что на упаковке от отечественных ламп накаливания сейчас указывают что-то вроде: «Электрический теплоизлучатель».

Лампы накаливания

Электрический теплоизлучатель

В этой статье вы узнаете о принципе регулирования яркости светодиодов, а также о том, как это выглядит на практике.

Содержание статьи

Теория

Любой полупроводниковый диод – это электронный прибор, который пропускает ток в одном направлении. При этом протекание тока не имеет линейно зависимости от приложенного напряжения, скорее она напоминает ветвь параболы. Это значит, что когда вы к светодиоду приложите малое напряжение – ток протекать не будет.

Ток через него протечет только в том случае, когда напряжение на диоде превысит пороговое значение. Для обычных выпрямительных диодов оно лежит в пределах от 0.3В до 0.8В в зависимости от материала из которого сделан диод. Кремниевые диоды берут на себя около 0.7В, германиевые 0.3В. Диоды Шоттки порядка 0.3В.

Светодиод не стал исключением. Пороговое напряжение белого светодиода около 3В, вообще оно зависит от полупроводника из которого он сделан, от этого зависит и цвет его свечения. Так, на красном светодиоде напряжение около 1.7 В. При достижении этого напряжения начнет протекать ток, и светодиод начнет светиться. Ниже вы видите вольтамперную характеристику светодиода.

Вольтампеная характеристика светодиода

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него. Это отражено на графике ниже.

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него

Яркость идеального теоретического светодиода линейно зависит от тока, но в реальности дела несколько отличаются. Это связано с дифференциальным сопротивлением диода и его тепловыми потерями.

Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока.

Разумеется, что сила тока зависит от приложенного напряжения, но как вы можете судить из первого графика, даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока.

Поэтому регулирование яркости с помощью простого реостата – занятие бесполезное. В такой схеме, при уменьшении сопротивления реостата светодиод внезапно загорится, а после его яркость незначительно возрастет, далее, при чрезмерном приложенном напряжении, он начнет сильно греется и выйдет из строя.

Регулирование яркости с помощью простого реостата

Отсюда выходит задание: Регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.

Способы регулирования яркости светодиодов: линейные «аналоговые» регуляторы

Первое что приходит в голову это использовать биполярный транзистор, ведь его выходной ток (коллектора) зависит от входного тока (базы), включенного по схеме общего коллектора. Мы уже рассматривали их работу в большой статье о биполярных транзисторах.

Схема с биполярным транзистором

Вы изменяете ток базы изменяя падение напряжения на переходе эмиттер-база с помощью потенциометра R2, резисторы R1 и R3 нужны для ограничения тока при максимально открытом транзисторе рассчитываются исходя из формулы:

R=(Uпитания-Uпадения на светодиодах-Uпадения на транзисторе)/Iсвет.ном.

Эту схему я проверял, она неплохо регулирует ток через светодиоды и яркость свечения, но заметна некоторая ступенчатость на определенных положениях потенциометра, возможно это связано с тем, что потенциометр был логарифмическим, а возможно из-за того что любой pn-переход транзистора это тот же диод с такой же ВАХ.

Лучше для этой задачи подойдет схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317, хотя её чаще применяют в роли стабилизатора напряжения.

Схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317

Её можно и использовать для получения фиксированного тока при постоянном напряжении. Это особенно полезно при подключении светодиодов к бортовой сети автомобиля, где напряжение в сети при заглушенном двигателе около 11.7-12В, а при заведенном доходит до 14.7В, разница более чем в 10%. Также отлично работает и при питании от блока питания.

Расчёт выходного тока достаточно прост:

Расчёт выходного тока

Получается достаточно компактное решение:

Устройство для регулирования яркости светодиодов

Этот способ не отличается высоким КПД, он зависит от разницы напряжений между входом стабилизатора и его выходом. Всё напряжение «сгорает» на LM-ке. Потери мощности здесь определяются по формуле:

Чтобы повысить эффективность работы регулятора, нужен кардинально другой подход – импульсный регулятор или ШИМ-регулятор.

Способы регулирования яркости: ШИМ-регулировка

ШИМ расшифровывается, как «широтно-импульсная модуляция». В её основе лежит включение и выключение питания нагрузки на высокой скорости. Таким образом, мы получаем изменение тока через светодиод, поскольку каждый раз на него подается полное напряжение, необходимое для его открытия. Он быстро включается и отключается на полную яркость, но из-за инерционности зрения мы этого не замечаем и это выглядит как снижение яркости.

ШИМ-регулировка

При таком подходе источник света может выдавать пульсации, не рекомендуется использовать источники света с пульсациями более 10%. Подробные значения для каждого вида помещений описаны в СНИП-23-05-95 (или 2010).

Работа под пульсирующим светом вызывает повышенную утомляемость, головные боли, а также может вызвать стробоскопический эффект, когда вращающиеся детали кажутся неподвижными. Это недопустимо при работе на токарных станках, с дрелями и прочим.

Схем и вариантов исполнения ШИМ-регуляторов великое множество, поэтому все их перечислять бессмысленно. Простейший вариант – это собрать ШИМ-контроллер на базе микросхемы-таймера NE555. Это популярная микросхема. Ниже вы видите схему такого светодиодного диммера:

Схема ШИМ-регулятора на NE555

А вот фактически это одна и та же схема, разница в том, что здесь исключен силовой транзистор и она подходит для регулировки 1-2 маломощных светодиодов с током в пару десятков миллиампер. Также из неё исключен стабилизатор напряжения для 555-микросхемы.

Подробнее про широтно-импульсную модуляцию:

Как регулировать яркость светодиодных ламп на 220В

Ответ на этот вопрос простой: обычные светодиодные лампы практически не регулируются – т.е. никак. Для этого продаются специальные диммируемые светодиодные лампы, об этом написано на упаковке или нарисован значок диммера.

Диммируемая светодиодная лампа

Пожалуй, самый широкий модельный ряд диммируемых светодиодных ламп представлен у фирмы GAUSS – разных форм, исполнений и цоколей.

Устройство диммируемых светодиодных ламп:

Почему нельзя диммировать светодиодные лампы 220В

Дело в том, что схема питания обычных светодиодных ламп построена либо на базе балластного (конденсаторного) блока питания. Либо на схеме простейшего импульсного понижающего преобразователя первого рода. 220В диммеры в свою очередь просто регулируют действующее значение напряжения.

Светодиодный диммер

Различают такие диммеры по фронту работы:

1. Диммеры срезающие передний фронт полуволны (leading edge). Именно такие схемы чаще всего встречаются в бытовых регуляторах. Вот график их выходного напряжения:

График выходного напряжения диммера срезающего передний фронт полуволны

2. Диммеры срезающие задний фронт полуволны (Falling Edge). Различные источники утверждают, что такие регуляторы лучше работают как с обычными, так и с диммируемыми светодиодными лампами. Но встречаются они гораздо реже.

График выходного напряжения диммера срезающего задний фронт полуволны

Обычные светодиодные лампы практически не будут изменять яркость с таким диммером, к тому же это может ускорить их выход из строя. Эффект такой же, как и в схеме с реостатом, приведенной в предыдущем разделе статьи.

Стоит отметить, что большинство дешевых регулируемых LED-ламп ведут себя точно также, как и обычные, а стоят дороже.

Регулировка яркости светодиодных ламп – рациональное решение 12В

Светодиодные лампы на 12В широко распространены в цоколях для точечных светильников, например G4, GX57, G5.3 и другие. Дело в том, что зачастую в этих лампах отсутствует схема питания как таковая. Хотя в некоторых установлен на входе диодный мост и фильтрующий конденсатор, но это не влияет на возможность регулирования.

Светодиодные лампы на 12В

Это значит, что можно регулировать такие лампочки с помощью ШИМ-регулятора.

Светодиодные лампы на 12В

Таким же образом, как и регулируют яркость LED-ленты. Простейший вариант регулятора, вот такой вот на проводках, в магазинах они обычно называются как: «12-24В диммер для светодиодной ленты».

12-24В диммер для светодиодной ленты

Они выдерживают, в зависимости от модели, порядка 10 Ампер. Если вам нужно использовать в красивой форме, т.е. встроить вместо обычного выключателя, то в продаже можно найти такие сенсорные 12В диммеры, или варианты с вращающейся ручкой.

Сенсорный диммер на 12 вольт

Вот пример использования такого решения:

Ранее применялись галогеновые лампы на 12В их питали от электронных трансформаторов, и это было отличным решением. 12 вольт – это безопасное напряжение. Чтобы запитать эти лампы на 12В электронный трансформатор не подойдет, нужен блок питания для светодиодных лент. В принципе, переделка освещения с галогеновых на светодиодные лампы в этом и заключается.

Заключение

Самым разумным решением регулирования яркости светодиодного освещения является использовании 12В ламп или светодиодных лент. При понижении яркости возможно мерцание света, для этого можно попробовать использовать другой драйвер, а если вы делаете шим-регулятор своими руками – увеличить частоту ШИМ.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Обучение Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Как отремонтировать диммер в домашних условиях?

Регулятор освещения фирмы siemens

Итак, первым делом поговорим о том, что стало «виновником» неправильной работы светорегулятора.

Конструкция регулятора

Чаще всего диммер перестает работать после перегорания лампочки в люстре либо торшере. В момент перегорания может возникнуть короткое замыкание, в результате чего сгорает один из самых важных элементов цепи в светорегуляторе – симистор. Если не работает симистор, выходит из строя вся схема.

Вторая причина, по которой устройство может не включаться либо наоборот – не выключать свет заключается в том, что светореглятор работает с энергосберегающей лампой. Мы уже рассказывали о том, что для светодиодных и люминесцентных ламп нужно покупать специальные диммеры, как раз предназначенные для работы с «экономками». В то же время необходимо выбирать специальные диммируемые светодиодные лампы, а не обычные. Если Вы не учли данное требование, то неисправность заключается именно в данной причине, что наглядно показано на видео примере.

Еще одна вероятная причина неисправности – неправильно подобранная мощность светорегулятора в результате чего он не работает так, как должен. Мы уже не раз говорили, что мощность диммера должна быть на 30-50% больше, чем мощность всех лампочек, которые он регулирует. Если Вы упустили данный момент и вставили в светильник слишком мощные источники света, не странно, почему диммер не выключает свет либо не регулирует яркость ламп. О том, как выбрать диммер, мы рассказывали в отдельной статье. Ну и последнее, что нужно сказать – возможно, проблема в электропроводке на участке: люстра-выключатель.

Как починить поломку

Сейчас поступим следующим образом – рассмотрим основные неисправности диммеров и сразу же предоставим советы по ремонту своими руками.

Запасные предохранители для ремонта

Если устройство не включает свет, для начала проверьте предохранитель, установленный под декоративной крышкой. При перепадах напряжения он может перегореть, защитив остальные элементы схемы от выхода из строя. Заменить предохранитель не составит труда, тем более, что лидирующие производители диммеров (шнайдер, легранд) в комплекте вкладывают запасной предохранитель, как показано на фото ниже.

Фото симистор

Когда диммер не регулирует яркость освещения, не выключается и не включается после перегорания лампочки в светильнике, нужно переходить к более серьезному ремонту, т.к. скорее всего, не работает симистор — сгорел при коротком замыкании. Данный элемент схемы можно постараться самостоятельно заменить, для этого нужен паяльник и соответственно навыки работы с данными инструментом. Также может понадобиться дрель с тоненьким сверлом (далее расскажем для чего). Чтобы можно было отпаять пробитый симистор и припаять новый, нужно снять алюминиевый радиатор с платы, который скорее крепиться заклепкой. Вам необходимо аккуратно высверлить заклепку, после чего отпаять сам симистор и установить точно такой же, но целый. Для всех этих дел рекомендуем использовать самодельную мини дрель и самодельный паяльник.

Светодиод для диммера фото

Если Вы используете светорегулятор с обычными энергосберегающими лампочками, рекомендуем как можно быстрее поменять лампы на специальные, т.к. нельзя использовать неподходящие экономки.

Ну и последнее – если не только диммер не работает, но и обычный клавишный выключатель не включает свет, значит проблема в самой электропроводке. Возможно где-то коротят провода, а возможно проблема в неисправности самой люстры. Тут уже нужно брать мультиметр и прозванивать все участки цепи.

Вот, собственно, и все основные причины неисправности устройства. Надеемся, что теперь Вы знаете, почему не работает светорегулятор и главное – как отремонтировать диммер своими руками! Напоследок хотелось бы отметить, что данные устройства очень чувствительны и в связи с существующими проблемами с перепадами напряжения их использовать без стабилизаторов крайне не рекомендуется!

СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С РЕГУЛИРОВКОЙ ЯРКОСТИ

Эта простая конструкция представляет собой светильник на сверхъярких светодиодах синего цвета с плавной регулировкой их яркости. Кроме того, устройство оснащено фотореле, автоматически понижающим яркость светодиодов в светлое время суток. Схема регулируемого LED светильника показана на рисунке:

СХЕМА СВЕТИЛЬНИКА С РЕГУЛИРОВКОЙ ЯРКОСТИ

Напряжение сети через предохранитель FU1, гасящий конденсатор С1 и токоограничительный резистор R2 поступает на мостовой выпрямитель VD1. Резистор R1 будет разряжать конденсатор С1 после отключения устройства. Выход выпрямителя нагружен на гирлянду из последовательно соединенных 12 сверхъярких светодиодов HL2…HL13. Пульсации выпрямленного напряжения будут сглаживаться оксидным конденсатором С2. Кроме того, этот конденсатор сглаживает броски тока через светодиоды, например, при включении устройства в сеть или сетевых помехах. На транзисторе VT1 собран узел управления яркостью светодиодов. При перемещении движка переменного резистора R5 вверх (по схеме) транзистор VT1 открывается и забирает часть выпрямленного тока на себя. Свечение красного светодиода HL1 информирует о том, что светодиоды HL2…HL13 работают в режиме пониженной яркости. Ток через эти светодиоды изменяется от 18,5 до 0,32 мА. Чтобы светодиоды не горели на полную яркость в светлое время суток, светильник оснащен несложным фотореле. При освещении линзы фототранзистора VT2 дневным или ярким искусственным светом ток через него увеличивается, что приводит к открыванию транзистора VT1 и снижению тока через светодиоды. Работа светодиодов при меньшем токе увеличивает их срок службы. Резистор R3 делает регулировку яркости светодиодов более плавной и уменьшает изменение тока через транзистор VT1 при изменении температуры. Следует заметить, что сверхъяркие светодиоды при питании их импульсным током быстро деградируют, т.е. их яркость свечения необратимо снижается. Например, питание сверхъярких светодиодов импульсами тока 40 мА, следующими со скважностью 2, вызывает более быстрое старение светодиодов, чем питание их постоянным током 20 мА. К сожалению, этот факт редко учитывается разработчиками светодиодных светильников и фонариков, использующими в своих конструкциях импульсные преобразователи напряжения. Если при конструировании фонариков, наработка которых редко превышает несколько десятков часов, деградацией светодиодов можно пренебречь, то при разработке светодиодных светильников, срок службы которых должен составлять десятки тысяч часов, необходимо принимать меры для снижения старения светодиодов. Яркость свечения дешевых «китайских» сверхъярких светодиодов, которые обычно попадают в руки радиолюбителей, может падать примерно вдвое через каждые 500 часов работы даже при питании номинальным током (20 мА). А 500 часов — это всего лишь около трех недель непрерывной работы. Устройство собрано на печатной плате чертеж которой в архиве .

СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С РЕГУЛИРОВКОЙ ЯРКОСТИ

На печатной плате размещены все элементы, кроме переменного резистора, который закрепляется гайкой на декоративной крышке. Постоянные резисторы можно установить типа С1-4, С2-23, С1-14, МЛТ соответствующей мощности. Переменный резистор—малогабаритный, типа СП4-1, СП2-36, СПЗ-96, СП-04 сопротивлением 33…47 кОм. Конденсатор С1 — пленочный, типа К73-17, К73-17в, К73-24, К73-39 на рабочее напряжение не менее 630 В. Остальные конденсаторы (оксидные)—К50- 35 или аналоги. Диодный мост DB104 можно заменить на DB105…DB107, RB155…RB157, КЦ407А, КЦ422Г или на четыре выпрямительных диода, например, КД243Ж, 1N4006. Вместо транзистора КТ815Г можно применить КТ815В, КТ817Г, КТ819Г, КТ961Б, 2SC2331R, 2SC2331Y. Фототранзистор L51P3C можно заменить на L32P3C, КТФ102, КТФ104. Светодиоды синего цвета RL50- CB744D с диаметром корпуса 5 мм (яркость — 6000 мКд) можно заменить на синие RL80-CB744D (08 мм, 7000 мКд) или DB10b-438ABD (010 мм, 8000 мКд),.белые NSPW500BS (9200 мКд), желтые КИПД85Э30Ж-П (15000 мКд) и другие аналогичные. Светодиод RL50-UR543 можно заменить любым красного или зеленого цвета, допускающим ток 20 мА, например, из серий L-1503, L-63, КИПД21, КИПД40.

Ремонт светильника с регулировкой яркости

Схема регулятора яркости для настольной лампы

Всем известны регуляторы яркости осветительных приборов на основе ламп накаливания. В литературе описано множество самодельных тиристорных регуляторов, да и в продаже большой выбор, как отдельных регуляторов, так и встроенных в светильники и настольные лампы. Практически всегда это фазовые регуляторы позволяющие регулировать эффективное напряжение на нагрузке от максимального значения, равного напряжению в сети (или даже немного ниже его) до некоторого минимального значения.


Вот и получается, что все эти регуляторы могут только уменьшить яркость лампы относительно яркости при непосредственном её включении в сеть. Возможно это и хорошо. когда напряжение в сети соответствует номинальным 220V. Но существуют сети, особенно в сельской местности, в которых в определенные часы напряжение может снижаться до 160-180V и даже ниже. Соответственно снижается и яркость лампы. Более того, изменяется цвет её света ближе к красному, что особенно раздражает. И никакие фазовые тиристорные регуляторы не могут поднять напряжение на лампе выше напряжения в электросети.

Однако, способ увеличения напряжения есть. Достаточно вспомнить импульсный блок питания, например, телевизора, на выходе первичного мостового выпрямителя, при достаточной емкости накопительного конденсатора, постоянное напряжение достигает 300V и более. Таким же образом можно и повысить напряжение на лампе, запитав её через выпрямитель на мосту с накопительной емкостью на выходе. А для регулировки яркости преобразовать это постоянное напряжение в переменное прямоугольной формы, скважность которого регулировать переменным резистором. Вот такой регулятор сможет поднять яркость горения лампы выше чем при её непосредственном вкпючении в сеть. Правда, есть опасность перестараться и сжечь лампу, поэтому нужно быть осторожным и начинать регулировку с минимального значения. Принципиальная схема регулятора яркости настольной лампы, работающего выше описанным способом показана на рисунке.

Напряжение от электросети поступает через предохранитель FS1 на выпрямительный мост на диодах VD1-VD4. На выходе моста есть накопительная емкость 200 мкФ, составленная из двух оксидных конденсаторов на напряжение 400V (конденсаторы для блоков питания телевизоров). Далее полученное постоянное напряжение (около 300V при входном переменном 220V) поступает в нагрузку (то есть, на лампу), но через полевой мощный транзистор VT1.

На логических инверторах микросхемы D1 собран ШИМ-генератор, формирующий импульсы, скважность которых можно регулировать переменным резистором R3 в широких пределах. Практически получается плавная регулировка яркости лампы накаливания от нуля до максимума, на котором при напряжении сети 220V возможно даже перегорание лампы.

Элементы D1.1-D1.2 образуют мультивибратор импульсов частотой около 200 Гц. Скважность импульсов регулируется переменным резистором R3, с помощью которого можно изменять в широких пределах соотношения разрядного и зарядного сопротивления частотозадающей RC-цепи C5-R2-R3. Соответственно изменяется соотношение продолжительностей логических нулей и логических единиц на выходе мультивибратора, то есть, продолжительностей полуволн. И вот этот импульсный сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT1. Продолжительность открытого состояния ключа равна продолжительности положительной полуволны импульсного сигнала, генерируемого мультивибратором.

Нить накала лампы будет работать своего рода интегратором, и эффективное напряжение на ней, вернее мощность, будет зависеть от скважности импульсов, приходящих на затвор VT1.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Nvidia inspector регулировка кулера
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector