Управление яркостью светодиодной ленты. Драйверы, диммеры, контроллеры

диммер

Светодиодные ленты быстро завоевали популярность и прочно входят в нашу жизнь и быт. Они оказались незаменимыми для декоративной или фоновой подсветки интерьеров жилых и офисных помещений. В то же время эти световые приборы обладают уникальными качествами для создания необычных эффектов при создании архитектурного светового дизайна в экстерьере как частных домов, так и административных зданий или промышленных объектов.

Но, в отличие от тех же светодиодных ламп, оснащённых схемой управления и предназначенных для непосредственного включения в электрическую сеть, светодиодные ленты должны включаться через дополнительные адаптеры‑драйверы (блоки питания, диммеры, блоки управления). Подробнее об их характеристиках тут. С одной стороны, это создаёт дополнительную сложность при монтаже, с другой — позволяет значительно разнообразить способы включения, создавая уникальные световые эффекты, а также наладить управление яркостью их свечения, или диммирование.

Особенности управления светодиодными лентами

Полупроводниковый светодиод — прибор специфический. Он обладает значительно нелинейной вольт‑амперной характеристикой (ВАХ). Протекающий через него ток, начиная с некоторого «порогового» значения, растёт очень сильно, вплоть до перегорания самого светодиода, даже при небольшом изменении падения напряжения на нём. Поэтому подключение его напрямую к источнику питания либо не даст никакого эффекта, если ЭДС источника меньше порога «открывания» диода, либо в противном случае вызовет мгновенное перегорание светодиода.

Это заставляет в схемах устройств управления использовать элементы, ограничивающие ток через прибор, так в схемотехнике и называемые «источниками стабильного тока».

В простейшем случае такую функцию может выполнять обычный резистор, а чтобы обеспечить эту стабильность, его сопротивление должно быть достаточно большим. Но при этом и ЭДС источника напряжения должна быть высокой.

Казалось бы, чего проще! Подключаем светодиод через гасящее сопротивление прямо к электрической сети — напряжение высокое, ограничительный резистор потребуется большого значения: всё, как мы хотели! Но у этой схемы есть существенный недостаток. К примеру:

  • Для среднестатистического белого светодиода в рабочем режиме при падении напряжения около 3 V, ток ≈ 20 mA.
  • Сопротивление гасящего резистора — (220 – 3) / 0,02 ≈ 10,85 κΩ.
  • При этом рассеиваемая на нём мощность — 217 × 0,02 ≈ 4,3 Wt.

Как видно из примера, на ограничительном резисторе будет бесполезно теряться электрическая мощность, большая по величине, чем требуется самому светодиоду для его работы.

Для того чтобы компенсировать недостатки такой схемы, светодиодные осветительные приборы должны запитываться от специального низковольтного источника, обеспечивающего им при этом стабильный выходной ток. В осветительных светодиодных лампах стандартов Е27, Е14 и других такая схема встроена в конструкцию их цоколя, подобно тому, как выполнено управление малогабаритными люминесцентными газоразрядными лампами. Притом в зависимости от назначения включается не только драйвер диода, но и схема диммера.

Для светодиодных лент такой источник тока изготавливается в виде отдельного модуля. Он имеет выходное напряжение 12 или 24 V с ограничением выходного тока. Подключаемая к нему лента должна иметь соответствующее входное напряжение, ограничительные резисторы для него установлены конструктивно на самой ленте, обеспечивая оптимальный режим её работы. Выходная мощность блока питания диммера и блока управления должны соответствовать количеству светодиодных модулей ленты.

расчет диммера

Соотношение мощности блока к количеству модулей ленты

Лента также должна иметь определённую длину, не превышающую некоторого значения — обычно это 5 м. Если требуется лента меньшей длины, её можно укоротить, но только в указанных для этого точках. Когда же требуется удлинить ленту, то следующий её кусок должен подключаться не к выходу предыдущего, а непосредственно к блоку питания либо к специальному усилителю, даже если для этого придётся проложить дополнительную пару проводов.

После того как обеспечено правильное электропитание этих приборов, перед нами встаёт задача регулировки яркости их свечения. О том, как регулируется яркость диммерами у светодиодных ламп, читайте в этой статье. Сейчас же рассмотрим то, что касается светодиодных лент.

Основные виды диммеров для светодиодных лент

Для решения поставленного вопроса можно опять воспользоваться простейшим способом регулировки: переменным резистором — реостатом или потенциометром. Но здесь снова вступает в игру высокая нелинейность ВАХ светодиода: регулировка, даже при использовании потенциометров с логарифмической характеристикой изменения сопротивления, происходит на очень маленьком участке их шкалы.

К тому же потери мощности такой схемы хотя и не такие значительные, но всё же существенно понижают её энергоэффективность.

Вместо пассивных регуляторов для этой цели были разработаны активные диммерные регулирующие схемы на полупроводниковых приборах:

Управляемые источники тока

Аналоговые регулирующие схемы, которые позволяют поддерживать стабильный выходной ток в необходимом диапазоне регулировки при малом падении напряжения, а следовательно, и при небольших потерях мощности на регулирующем элементе.
Однако эти устройства не лишены и недостатков:

  • При изменении рабочего тока через светодиод в пределах 20~100 mA довольно широко меняется рассеиваемая на нём мощность, а следовательно, и температура прибора.
  • При сильном нагревании светодиода существенно изменяются многие его характеристики, в том числе цветовая температура, что выражается в изменении спектрального состава излучаемого света.
  • Длительная работа при сильном нагреве снижает долговечность прибора и увеличивает риск его отказа.

Импульсные регуляторы яркости свечения

Большинства этих недостатков лишены импульсные регуляторы яркости свечения светодиодов, наиболее часто используемым видом которых являются широтно‑импульсные модуляторы (ШИМ). Причем вследствие очень малой инерционности светодиодов, такие диммеры оказались для них наиболее эффективными.

диммер для светодиодной ленты

Мини-диммер ШИМ

Суть их действия заключается в изменении длительности рабочей доли периода прямоугольно‑импульсного тока, подаваемого на прибор, относительно нулевого уровня. Эта доля периода, когда в нём действует максимальное напряжение, и называется широтой. Она может изменяться от 0 до 100%, соответственно вызывая изменение действующего значения напряжения на приборе.
Выходной ток при этом остаётся стабильным на уровне наиболее оптимального. Спектральный состав излучения не меняется, рассеиваемая мощность держится в диапазоне номинальных значений. Да и потери мощности на самом диммере при импульсном режиме его работы остаются минимальными.

Кроме того, регуляторы с импульсным методом регулировки наиболее подходят для цифрового и компьютерного управления освещением.

Схема подключения диммера к светодиодной ленте

В конструкции светодиодных лент применяются два типа излучателей‑светодиодов:

  1. RGB — трёхцветные, которые при смешении дают белое свечение. При раздельном включении могут использоваться для создания различных цветовых эффектов.
  2. Люминофорные — используют вторичное излучение специального жёлтого слоя‑люминофора, освещаемого мощным синим светодиодом.

Для их питания должны применяться соответствующие конструкции драйверов и диммеров, сложность схем которых определяется кругом поставленных задач и набором требуемых эффектов.

Для белых монокристалльных лент — одноканальные диммеры, включаемые после блока питания.

диммер для светодиодной ленты схема

Схема подключения одноканального диммера

Для RGB‑лент — трёхканальные контроллеры с раздельным управлением по каждому каналу.

подключение диммера к светодиодной ленте

Схема подключения трехканального диммера

Различаются диммеры также и способом регулировки:

  • с помощью потенциометра, встраиваемого в стандартную настенную коробку выключателя;
  • инфракрасным или радиочастотным пультом дистанционного управления;
  • подключением в компьютерную сеть по проводному интерфейсу Ethernet или беспроводному Wi‑Fi либо Bluetooth.

Помимо отдельных модулей диммеров выпускаются также комбинированные устройства, совмещённые в одном корпусе с драйвером.

Преимущества и недостатки

Основным недостатком дешёвых ШИМ‑регуляторов является повышенное мерцание, особенно при маленьких уровнях яркости, когда глаз особенно чувствителен к таким колебаниям. Кроме неприятных ощущений, при длительном влиянии оно может вызывать психофизиологические воздействия в виде головных болей, повышения усталости, ухудшения внимания и остроты зрения.

Для качественного управления светодиодами промышленность сейчас выпускает специализированные микроконтроллеры. Например, микросхема LM3409, позволяет осуществлять управление в двух аналоговых и двух импульсных режимах.

Здесь надо ещё сказать, что хороший диммер должен учитывать не только характерную нелинейность полупроводникового светодиода, но и нелинейную характеристику нашего зрительного восприятия при малых уровнях яркости.

Преимущества светодиодных светильников сегодня очевидны всем. А рост производства и непрерывно снижающиеся цены дают возможность каждому оценить их в действии. Тем более что они перестают быть просто осветительными приборами, а становятся ещё и уникальными элементами декора.

Оставить ответ