Меню

Переменный резистор для регулировки яркости лампы

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:  Фонарик с регулировкой яркости своими руками

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:  Правила настройки и регулировки контрольно измерительных инструментов

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

Как регулировать яркость и цвет светодиодных ламп? 6 готовых решений

Содержание

Типы светодиодного освещения

Прежде чем говорить про регулировку работы светодиодов, нужно разобраться, какие они бывают и как подключаются к сети. Это важно как на этапе выбора осветительных приборов, например, если у вас новая квартира и вы только подбираете лампочки, так и при наличии готовой системы освещения. Вы поймете, какой вариант вам подходит и какие дополнения могут потребоваться.

Для справки: светодиоды могут изменять яркость свечения при изменении силы тока. Регулировать этот ток нужно при определенном значении напряжения.

Лампочки с рабочим напряжением 220 В

Это светодиодные лампочки, например, с цоколем Е14 и Е27, которые устанавливаются в светильники, бра, люстры, напрямую подключенные к сети 220 В. Но не все могут менять свечение – нужны диммируемые лампы, о которых мы расскажем во втором блоке статьи.

Светодиоды с напряжением 12 – 24 В

Такие источники света используются в потолочных светильниках, споттерах и других приборах с цоколем, например, G4, GX57, G5.3. Низковольтными считаются светодиодные LED-ленты, для их работы используется драйвер. Управление осуществляется через контроллер, о котором мы расскажем далее – в числе готовых решений.

Готовые решения

Мы собрали самые популярные товары на рынке осветительных устройств. С их помощью вы сможете управлять интенсивностью и цветовым оттенком ламп. У нас получился список из 6 пунктов.

1. Для плавного изменения яркости диммером

Диммируемые лампочки – это светоизлучающие устройства с плавно изменяемой интенсивностью светового потока. Для регулировки нужно дополнительное приспособление – диммер. Он может устанавливаться на место выключателя, если нужно регулировать освещение встроенных электроосветительных приборов. В светильниках и бра может быть предусмотрен регулятор с вращающимся колесиком – тот же диммер, но установленный непосредственно на проводе к осветительному прибору.

Читайте также:  Сцепление зил 130 лепестковое регулировка

Современные диммеры могут иметь поворотный, нажимной или поворотно-прижимной регулятор. Есть модели, которыми можно управлять дистанционно – с пульта или звуковыми командами. При выборе стоит обратить внимание на максимально допустимую мощность подключаемых лампочек. Например, ее значение может составлять 300, 400 или 600 Вт.

2. Для шаговой регулировки яркости

В этом сегменте вы найдете диммируемые лампочки с маркировкой step dimmable. К примеру, такие есть у бренда Gauss. Интенсивность свечения у них меняется не плавно, а ступенчато. Диммер не нужен – достаточно серийного нажатия на обычный выключатель. С каждым щелчком яркость меняется.

Например, запрограммированный цикл может быть таким: яркость 100% (максимальная) – яркость 75% – яркость 50% – яркость 20% (минимальная) – яркость 100% (максимальная) – далее по кругу.

3. Для шаговой регулировки цветовой температуры

Такое решение необходимо для многофункциональных помещений, которые в разные часы могут быть местом отдыха, работы, семейных встреч. Эту задачу решают лампы с регулировкой цветовой температуры между нейтральным (белым) и теплым (желтым) свечением. Изменение этого параметра осуществляется пошагово – при каждом нажатии на выключатель.

4. Для шагового переключения между белым цветом и УФ-режимом

Существуют бактерицидные лампы, которые выполняют две функции – освещение и обеззараживание помещения. Регулировка осуществляется так же, как у предыдущих шаговых устройств: при нажатии на выключатель можно выбрать нужный режим – освещение или стерилизация. За счет ультрафиолетового излучения уничтожается до 99% известных бактерий. В зависимости от мощности одна лампа способна охватить помещение площадью до 10 – 20 кв. м. Использовать ее рекомендуется в светильниках с открытым плафоном.

5. Для шаговой регулировки цвета

6. Для плавной регулировки яркости и цвета по Wi-Fi

Такие решения используются в системе умного дома, которая позволяет управлять всеми процессами с мобильного телефона. К примеру, у производителя Gauss вышла серия для освещения – она называется «Умный свет» и включает в себя светодиодные лампы различной формы. Их можно объединять в группы через приложение и задавать настройки. Вы сами устанавливаете временной интервал диммирования – от 0 до 100 секунд. Для вашего комфорта предусмотрены световые режимы по расписанию, например, «Пробуждение» и «Перед сном». Можно задействовать режим «Отпуск» на время длительного отсутствия, чтобы создать иллюзию нахождения в доме людей.

У бренда Rubetek тоже есть лампочки, светом которых можно управлять по Wi-Fi. Например, у модели RL-3103 меняется интенсивность и цвет – предусмотрено более 16 млн оттенков. Для работы надо скачать на телефон приложение rubetek. Вы сможете настраивать разные режимы и задействовать функцию «Имитация присутствия владельцев». Умная лампа синхронизируется с помощниками Сири и Алиса.

Светодиодные лампы с Wi-Fi очень экономичны – они потребляют в 5 раз меньше энергии, чем лампы накаливания. А за счет снижения интенсивности яркости можно сэкономить еще больше электроэнергии.

Все ваши плюсы

Изменяемая яркость и цветность ламп – сравнительно новое решение на рынке освещения. И если лампочки, которые включаются по хлопку или датчику движения, есть даже в подъездах домов, то другие технологии остаются пока без внимания. А зря! Ведь управление освещением открывает массу возможностей.

А какое решение для управления освещением выберете вы? Светодиодные технологии открывают массу возможностей! Выбирайте то, что нужно вам – в нашем каталоге.

Источник