Регулировка яркости светодиодных ламп


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.

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.

Отсюда следует:

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.

Принцип действия:

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.


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:

P=Uвх-Uвых/I

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.

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.

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.

Отсюда следует:

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.

Алексей Бартош

Источник: electrik.info


В чем заключается принцип работы диммера?

Диммеры – это светорегуляторы, позволяющие менять интенсивность искусственного освещения помещения. Регулирование электрической мощности нагрузки происходит за счет изменения напряжения в реостате, автотрансформаторе или электронном трансформаторе.
принцип работы диммера
В зависимости от вида управляющего сигнала, диммеры бывают:

  • аналоговыми;
  • цифровыми;
  • цифро-аналоговыми.

Диммеры различаются по типу и мощности ламп, для которых они предназначены:

  • для ламп накаливания и галогенных ламп напряжением 220 В;
  • для галогенных ламп с питанием от трансформаторов 12 – 24 В;
  • для светодиодных и люминесцентных ламп.

Светорегуляторы для светодиодных ламп: оцениваем преимущества


Диммер для светодиодных ламп 220в может быть встроен в саму лампу, используемую в бытовых целях. Или же представляет собой отдельное устройство и более мощные системы для театров или световых инсталляций.

Главное их отличие от диммеров для ламп накаливания: для регулирования светового потока не надо понижать или повышать силу тока в лампе.

Работа светодиодных ламп с диммером осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции, при котором светодиод питают импульсами постоянного тока. Амплитуда таких импульсов равна оптимальному значению тока. Варьируя их ширину, изменяют яркость свечения диодной лампы для дома. При высокой, до 300 кГц, частоте импульсов глаз человека воспринимает совокупность импульсов как ровное свечение.

Диммирование не снижает срока службы светодиодных светильников. Если сравнивать с обычным режимом работы светодиодов, это позволяет сэкономить до 35% потребляемой электроэнергии. В отличие от ламп накаливания диммирование LED ламп эффективно работает в условиях небольшой освещенности.

Кроме этого, существует еще ряд преимуществ:

  • надежность;
  • бесшумность;
  • небольшой вес и компактные размеры диммера;
  • безопасность;
  • устойчивость к перегрузкам сети;
  • плавный пуск;
  • возможность управления одним или группой светильников.

Виды диммеров: как регулировать и где устанавливать

Светорегуляторы различаются по способу управления:

  • Механические: кнопочные или повортные, самые простые по устройству и управлению.
  • Электронные: сенсорные или с бесконтактным датчиком срабатывания.
  • Акустические. Срабатывание происходит от голосовой команды или громкого звука.
  • Дистанционные. Регулирование освещение производится с пульта дистанционного управления.

В зависимости от способа монтажа они бывают:

  • наружной установки – накладные;
  • внутренней установки – встраиваемые;
  • модульные – для установки в электрощите на DIN-рейку.

Правило совместного использования светодиодных ламп с диммером

Не все светодиоды пригодны для регулирования яркости освещения. Работа светодиодной лампы через диммер может сказаться на её функционировании. И к тому же может стать причиной отказа в гарантийном обслуживании светильника.

Важно! Для корректной работы регулятора яркости, с ним можно использовать только светодиодные лампы под диммер.

Какой регулятор яркости LED ламп выбрать?

Магазины, торгующие электротоварами, предлагают диммеры известных фирм:

Schneider Electric, Philips, LEGRANDи других, продукцию отечественных производителей, диммеры турецкого и китайского производства. Это позволяет каждому найти для себя оптимальный вариант по функциональности, удобству эксплуатации, дизайну и стоимости.

Те, кто руководствуется принципом «чем проще – тем лучше», может приобрести диммер, управляемый клавишей или поворотным колесом. Как правило, это недорогие модели, одновременно выполняющие функции выключателя и регулятора освещения.

Электронный регулятор света можно подключить параллельно с выключателем. Включать свет можно будет выключателем, а изменять освещенность диммером.

Акустический светорегулятор обеспечит независимое управления из разных мест.

Диммеры с дистанционным управлением стоят в разы больше простых моделей и, кроме регулирования уровня освещенности, предоставляют дополнительные возможности:
диммер с дистанционным управлением

  • широкий выбор различных команд управления освещением;
  • автоматическое отключение света;
  • имитацию присутствия людей в доме;
  • плавное включение и отключение освещения;
  • установку минимального и максимального уровня освещенности.

Возможность диммирования в широких пределах, высокая светоотдача и экономичность LED-ламп делают их все более востребованными на рынке светотехнической продукции. Кроме существенной экономической выгоды их использование позволит сделать свет не только полноправным элементом интерьера, но средством его изменения.
Регулируя освещенность, вы сможете зонировать помещение в зависимости от ситуации, выделять и подсвечивать отдельные детали интерьера. Особенно перспективно применение диммеров и светодиодов в системах «умный дом».

Источник: elektrik24.net

В продаже начинают появляться диммеры, специально предназначенные для светодиодных ламп. Я купил и протестировал две модели: Legrand Etika 672219 и Schneider Blanca BLNSS04001.

Большинство светодиодных ламп не поддерживают регулировку яркости, но есть и диммируемые лампы, яркость которых по идее можно регулировать обычным диммером для ламп накаливания.

Многие столкнулись с тем, что диммируемые лампы работают плохо: или слишком ярко светят на минимальном уровне, или на некоторых уровнях их свет начинает дрожать, или гудят при диммировании, или вообще вспыхивают и мигают. Выяснилось, что чуть ли не каждая модель ламп по-своему работает с каждой моделью диммера. В первую очередь причина этого в том, что обычные диммеры не рассчитаны на светодиодные лампы, на многих из них указана минимальная нагрузка 40-60 Вт и часто это меньше потребления всей люстры со светодиодными лампами.

В прошлом году я проверил, как десять разных диммеров работают с пятнадцатью моделями светодиодных ламп (habr.com/ru/company/lamptest/blog/430678). Лишь один диммер из десяти безукоризненно работал со всеми лампами, но это был радиоуправляемый диммер, специально предназначенный для светодиодных ламп.

Среди сотен обычных диммеров с крутящейся ручкой в продаже можно найти несколько моделей, предназначенных для светодиодных ламп. На их упаковках указано, что они работают с LED-лампами, но большинство продавцов и интернет-магазинов по неграмотности это никак не указывают.

Такие диммеры можно отличить по нескольким признакам:

  • явное указание на упаковке и в инструкции, что диммер работает со светодиодными лампами;
  • низкий уровень минимальной мощности (обычно от 5 Вт) и невысокий уровень максимальной мощности (100-400 Вт);
  • наличие подстройки минимального уровня диммирования;
  • возможность переключения способа диммирования по переднему или заднему фронту.

Разные лампы по-разному работают при диммировании по переднему и по заднему фронту. Бывает так, что при диммировании по переднему фронту лампы громко гудят, а по заднему звука почти нет. Другие же при диммировании по заднему фронту «сходят с ума» — вспыхивают, мигают. Третьи при диммировании по переднему фронту светятся слишком ярко даже на самом минимуме диммирования, а при диммировании по заднему фронту могут гаснуть почти до нуля. Именно поэтому возможность переключения способа диммирования важна для светодиодных ламп.

Все признаки, перечисленные выше, есть у двух диммеров, которые я нашёл и купил для эксперимента.

Legrand Etika 672219 стоит 1475 рублей и к нему нужно покупать дополнительную рамку. Schneider Blanca BLNSS040011 (последняя цифра означает цвет) стоит от 1425 рублей и у него рамка уже в комплекте.

Legrand Etika 672219 может работать с обычными лампами накаливания или галогенными лампами общей мощностью до 300 Вт или диммируемыми светодиодными лампами от 5 до 75 Вт (максимально 10 ламп). Он управляется бесконечно вращающейся ручкой-энкодером (регулировка от минимума до максимума — 1.5-2 оборота). Нажатие на ручку включает и выключает свет.

Есть возможность подключения дополнительных управляющих кнопок, с помощью которых можно как включать и выключать свет (короткое нажатие), так и регулировать его яркость (длинное нажатие).

Для подключения кнопок есть дополнительный контакт, два контакта L соединены между собой.

Способ диммирования меняется микропереключателем на боковой стенке.

Уровень минимальной яркости настраивается после долгого нажатия на ручку.

Диммер запоминает состояние и при включении устанавливает ту яркость, которая была перед выключением.

Schneider Blanca BLNSS04001 работает с лампами накаливания и галогенными лампами до 400 Вт или диммируемыми светодиодными лампами от 5 до 150 Вт. Он управляется шаговой ручкой-энкодером с 16 положениями и упором в крайних положениях, соответственно возможны только 16 уровней яркости. Нажатие на ручку включает и выключает свет. Уровень яркости и состояние (включён или выключен) запоминается даже при отключении электричества.

У диммера три контакта.

Два входа L1 и L2 позволяют реализовать внешнее управление светом: если подключить к ним переключатель, он будет включать и выключать свет (если диммер был включен, при переключении переключателя свет выключится, если был выключен — включится). Когда эта функция не нужна, электричество можно подключить к любому из входов.

На передней панели есть отверстие, под которым расположена служебная кнопка.

С помощью этой кнопки и основной ручки настраивается минимальный уровень яркости и выбирается способ диммирования.

Иногда диммируемые светодиодные лампы ведут себя по разному, когда к диммеру подключена одна или несколько ламп, поэтому я испытывал диммеры с 4-6 лампами, включёнными параллельно, ведь именно так будет в реальной люстре.

Оба диммера достаточно хорошо работают с разными лампами и в том или ином режиме каждый из них нормально работал с каждым набором ламп. Из-за того, что диммеры включаются по двухпроводной схеме не все лампы горят на полную яркость при максимуме регулировки (они дают 95-99%, что почти неотличимо от полной яркости).

У всех ламп удаётся снижать яркость до уровней менее 1% от полной яркости, но в некоторых случаях лампы не загораются на таких низких яркостях и после включения приходится повернуть ручку вправо, чтобы лампы загорелись, а потом уже снижать яркость, если это нужно. Впрочем, можно установить минимальную яркость на уровне 3-5%, при которой лампы будут гарантированно включаться (бывают и такие, что включаются даже на уровне 0.1%).

С диммером Legrand произошла странная вещь. Сначала он всегда включался на яркости 100% и плавно, за 5 секунд, снижал яркость до запомненной, а потом вдруг перестал это делать и начал сразу включаться на запомненную яркость. Скорее всего у него есть разные режимы включения, которые как-то настраиваются манипуляциями с ручкой и нажатиями на неё, но в инструкции про это ни слова.

Странности были и со Schneider: в инструкции написано, что он переключает способ регулирования по переднему или заднему фронту долгим нажатием служебной кнопки, при этом свет мигает один или два раза. Фактически оказалось, что работа по переднему фронту включается долгим нажатием служебной кнопки, когда яркость установлена на максимум (свет мигает три раза). Работа по заднему фронту включается долгим нажатием служебной кнопки, когда яркость не максимальна (свет мигает один раз).

Плюсы диммера Schneider Blanca BLNSS04001:

— Работает со всеми светодиодными лампами;
— Удобно, что ручка имеет крайние положения;
— Для переключения типа регулирования не нужно вынимать диммер из стены;
— Можно управлять светом внешним переключателем.

Минусы диммера Schneider Blanca BLNSS04001:

— Для настроек нужно снимать переднюю панель;
— Достаточно тугое нажатие.

Плюсы диммера Legrand Etika 672219:

— Работает со всеми светодиодными лампами;
— Плавная регулировка за счёт того, что ручка крутится бесконечно;
— Поддержка дополнительных кнопок управления светом;
— Для настройки минимума яркости не нужно снимать переднюю панель.

Минусы диммера Legrand Etika 672219:

— В режиме регулировки по заднему фронту с некоторыми лампами гудит, некоторые начинают мигать;
— Для переключения способа регулировки нужно вынимать диммер из стены.

Оба диммера не идеальны, но для светодиодных ламп они гораздо лучше, чем обычные, — с каждым из этих двух диммеров мне удавалось добиться стабильной регулировки яркости ламп в широком диапазоне.

P.S. Если вам нужен один из этих двух диммеров, обращайтесь. Я их покупал только для изучения и этой статьи. Я в Москве. Отдам чуть дешевле рыночной стоимости.

© 2019, Алексей Надёжин

Источник: habr.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.