Меню

Энергосберегающие лампы регулировка яркости

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.

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».

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.

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

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.

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.

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:

Читайте также:  Ручная регулировка фар шевроле круз

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.

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:

Получается достаточно компактное решение:

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.

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:

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.

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.

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:

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.

Читайте также:  Регулировка оборотного плуга kverneland

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.

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

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».

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.

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.

Источник

Нюансы диммирования энергосберегающих ламп

Содержание статьи

Как работает диммер

Чтобы понять, можно ли использовать диммер для энергосберегающих ламп, нужно разобраться, как он работает. Это устройство, функционирование которого обеспечивают два полупроводника: симистор (триак) и динистор (диак). Использовать полупроводниковые детали можно, если напряжение сети равно 220 В. Чтобы лампочка начала светить, нужно открыть триак.

Когда появляется полуволна положительного тока, конденсатор заряжается. Триак и диак открываются в тот момент, когда напряжение в конденсаторе достигает определенной величины. Отрицательная полуволна действует точно так же, поскольку полупроводники имеют идентичные параметры. Нагрузку обеспечивают срезанные впереди полуволны.

Виды приборов

Регулятор яркости освещения по своей форме и размерам похож на розетку или выключатель, монтируется он в цепи разрыва лампы. Контролировать работу механизма можно разными способами, в зависимости от его модели. Существуют такие типы управления:

Конструкция приспособлений также может быть разной. Модули, которые устанавливаются в распределительном шкафу, контролируются специальными кнопками и клавишами, которые могут быть расположены отдельно от самого блока. Они совместимы с обычными лампами накаливания на 220 В, галогеновыми лампами, укомплектованными понижающими трансформаторами на 12 В.

Регуляторы в монтажной коробке принято устанавливать рядом с выключателями, они также совместимы с обычными лампочками накаливания и галогенными лампами, в которых есть индуктивные или электронные понижающие трансформаторы на 12 В. Для изменения параметров работы такого устройства используется кнопка.

Моноблоки монтируются на месте розеток, имеют поворотный или поворотно-нажимной механизм управления. Сенсорные диммеры управляются при помощи прикосновения к панели. У них нет никаких подвижных элементов, такие модели считаются наиболее надежными и долговечными.

Важно знать! Марка диммера и трансформатора, понижающего нагрузку, должны совпадать. При индуктивной нагрузке будет актуальным использование устройства RL, а при емкостной нагрузке – марки С. Также есть модели, в которых совмещено оба варианта – они являются наиболее оптимальными.

Читайте также:  Регулировка сцепления уаз буханка инжектор видео

Компактные люминесцентные лампы и регуляторы яркости освещения

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) теоретически можно диммировать, так как принцип их функционирования схож с принципом функционирования обычных ламп накаливания. Осветительные приборы работают благодаря пропусканию электрического заряда через газовую среду. Пары ртути под воздействием разряда вырабатывают ультрафиолетовые волны, что и создает свечение лампы.

Проблематика диммирования КЛЛ заключается в таких аспектах:

Светодиодные лампы и приборы для управления их свечением

С диммированием светодиодных ламп также могут возникнуть некоторые сложности. Связаны они в первую очередь с тем, что яркость такого осветительного прибора меняется тогда, когда меняется величина проходящего через него тока. Однако при этом корректируется не только интенсивность светоотдачи, но и оттенок света.

Для того чтобы устранить эти моменты, нужно будет амплитуду постоянного тока всегда держать на должном уровне, модифицироваться будет только шаг импульса. Это позволит сделать незаметным мигание света. Если используются осветительные LED-приборы на 12 Вт, то не обойтись без понижающего трансформатора. Его применение повышает уровень безопасности использования ламп. Однако есть и плюсы в диммировании подобных устройств:

Диммирование галогенных осветительных приборов

Галогенные лампы отлично сочетаются с устройствами для регулировки яркости. Они выполнены из кварцевого стекла, полость самой лампы заполнена инертным газом, через который проходит ток. Осветительные приборы такого типа имеют принципиальные отличия от обычных ламп накаливания:

Однако назвать эти лампы энергосберегающими можно только условно, так как их показатели не идут в сравнение со светодиодными или компактными люминесцентными аналогами.

Галогенные осветительные приборы диммировать можно стандартными регуляторами. Но стоит учитывать, что увеличение мощности при включении должно быть постепенным, как и снижение при отключении.

Преимущества

Если правильно выбрать энергосберегающие лампы и регуляторы, то можно достичь хороших результатов. Корректно подключенные и совместимые между собой приборы позволят сэкономить на электроэнергии, так как ее потребление при снижении яркости будет гораздо ниже. Также диммирование позволит создать наиболее благоприятную атмосферу в помещении.

Если говорить о компактных люминесцентных лампах, то они сложнее всего совмещаются с регуляторами яркости. Однако прогнозы довольно утешительны, производители уже выпускают на рынок изделия, подходящие для диммирования. Правда, их стоимость сейчас доступна не каждому, но со временем ситуация может измениться в лучшую сторону, так как высокая конкуренция всегда ведет к снижению цен.

Кроме того, правильное сочетание ламп с диммерами помогает продлить срок их эксплуатации. Электронные пускорегулировочные устройства и понижающие трансформаторы значительно повышают уровень безопасности применения осветительных приборов.

Особенности выбора устройств и приборов

Чтобы быть уверенными в длительной и безопасной эксплуатации диммера и энергосберегающей лампы, нужно ответственно подходить к их выбору. Прежде всего, изделия должны быть совместимыми. Найти информацию об этом параметре можно в инструкции к лампе.

Дешевые люминисцентные лампы не будут работать корректно с регулятором яркости, так как в них используется однополосный люминофор низкого качества. Это обеспечивает плохую цветопередачу и отсутствие нужного эффекта при диммировании.

Также стоит обращать внимание на параметры проводки в помещении. Если используется точечное освещение галогенными светильниками, то нужно правильно все рассчитать. В противном случае, осветительные приборы, расположенные ближе к источнику питания, будут давать более яркий свет, а те, которые расположены вдалеке – более тусклый. Избежать этих проблем можно еще на этапе планирования освещения помещения.

Подытожим

Диммирование энергосберегающих ламп – вполне реальная задача. Однако есть нюансы, которые следует учитывать при выборе и монтаже осветительных приборов и регуляторов яркости. Главный критерий – совместимость двух элементов. Все параметры изделий указываются в инструкциях, потому их детальное изучение необходимо для приобретения подходящих товаров.

Источник