Лампы светодиодные с регулировкой 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.

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

electrik.info

Как работают диммируемые светодиодные лампы?

После появления в широкой продаже светодиодных ламп вскоре возник вопрос их диммирования (регулировка яркости лампы). Дело в том, что в этом случае неприемлемо регулировать яркость света, меняя напряжение или ток, поэтому большинство диммеров некорректно работают с диодными приборами освещения. Последние либо мигают после включения, либо вообще не диммируются. Если вы желаете контролировать интенсивность LED-освещения, нужны специальные диммируемые светодиодные лампы и светорегуляторы к ним.

Особенности управления яркостью свечения светодиодной лампы

Драйверы не всех светодиодных ламп поддерживают функцию диммирования. Произвольно менять интенсивность свечения с помощью обычного светорегулятора можно только у приборов с пометкой dimmable (диммируемая) либо специальным логотипом на упаковке.

В качественных диммированных светодиодных лампах, яркостью которых можно управлять, установлены драйверы с функцией ШИМ (широтно-импульсного модулирования). Они поддерживают регулировку яркости в пределах от 0-5 % до 95-100 %. Принцип работы таких драйверов состоит в изменении ширины импульса сигнала при постоянной его частоте и амплитуде.

Чтобы понять эту схему, представим подключенный к двигателю маховик. Если его включить на целый час, он раскрутится до предельной скорости, которая постепенно начнет снижаться только после выключения двигателя. А что произойдет, если включать двигатель через каждые 10 минут? Очевидно, что маховик не сможет выйти на максимальную скорость. Причем, чем больше будут интервалы простоя двигателя, тем медленнее станет вращаться маховик. Но скорость можно снизить и другим способом: оставить момент включения неизменным, а менять лишь время работы двигателя. То есть, регулируя период и длительность включения двигателя, можно управлять маховиком.

ШИМ работает по схожему принципу. Но включать-выключать ток в цепи приходится с очень большой частотой, так как светодиод не имеет такой же инерции, как маховик, и после выключения сразу гаснет.

Виды диммеров для светодиодных ламп

На рынке есть возможность приобрести регуляторы для светодиодных диммируемых ламп с различными техническими характеристиками. В отличие от обычных выключателей, в устройстве диммера предусмотрена сложная схема, от качества которой зависит его работоспособность и долговечность.

Более дорогие модели. Качественные модели недешевы, но в их устройстве используются универсальные схемы без предохранителей. Такие светорегуляторы проще подключать: не надо разбираться, где фаза, а где ноль. Это особенно актуально в тех случаях, когда проводку сделали неграмотно, поэтому легко перепутать полярность подключения.

Некоторые модели качественных выключателей оснащаются не только вращающейся ручкой-регулятором, но и маленькой клавишей, с помощью которой можно включать и выключать свет при настроенной яркости. Есть также диммеры с большим переключателем. Они работают так: длительное нажатие при включенной клавише меняет яркость освещения до заранее настроенного на ШИМ-контроллере минимального или максимального значения. Чтобы остановиться на выбранной интенсивности свечения лампы, надо снять руку с клавиши. Такие модели удобны тем, что при включении лампы яркость света останется такой же, какой была до выключения.

Простые дешевые диммеры. Китайские диммеры устроены проще, поэтому они значительно дешевле. Но ненадежны, поскольку у таких моделей нет предохранителей, и они начинают «плавиться» уже при нагрузке, составляющей всего 2/3 от номинальной. При выборе диммера нежелательно экономить, так как стремление сберечь несколько сотен рублей может обернуться новыми затратами

Универсальные диммеры с дополнительными функциями

В последнее время на рынке появились дорогие универсальные диммеры. Они автоматически распознают тип источника света и устанавливают область его диммирования.

Такие универсальные регуляторы особенно удобно использовать для диммирования светодиодных ламп, установленных в детских комнатах. При этом возможны три режима работы:

  1. «Сон». В течение получаса контроллер поддерживает 30%-ную яркость освещения, после чего свет выключается.
  2. «Спокойной ночи» и «Доброе утро». Вечером интенсивность освещения уменьшается в течение 30 минут до полного отключения лампы, а утром все происходит наоборот.
  3. «100 %». Клавиша включается на полную мощность с помощью короткого двукратного нажатия.

Влияние диммирования на пульсации лампы

Диодная лампа с качественным высокоэффективным ШИМ драйвером производит свет с допустимым коэффициентом пульсаций (не выше 10-20 %). Если электронная начинка устроена проще, то такие лампы могут мигать при снижении яркости или коэффициент их пульсации окажется слишком высоким, что небезопасно для здоровья.

Определить на глаз тип драйвера невозможно. Пульсирует или нет ваша светодиодная лампа, покажет лишь специальный прибор – люксметр пульсметр. Иногда превышение нормативов наблюдается даже у разрекламированных светодиодных ламп с функцией диммирования, поэтому ориентироваться лучше на реальные значения измерительного прибора, а не на марку производителя и цену.

www.quarta-rad.ru

Светодиодные диммеры и их использование

Для регулировки яркости свечения ламп применяют специальные электронные устройства - диммеры. И если раньше это касалось только ламп накаливания, то с появлением на рынке светодиодных ламп, возникла необходимость регулировать и их. Вообще, функция диммера – понижать до нужного уровня средний ток через лампу, и таким образом уменьшать интенсивность излучаемого ею света.

Так, с лампами накаливания традиционно применяют симисторные и тиристорные диммеры, которые корректируют подачу мощности на лампу путем отсечки части фазы сетевого напряжения. Поскольку лампы накаливания – приборы довольно бесхитростные, то и диммеры для них довольно просты по устройству. Со светодиодными лампами дело обстоит сложнее.

Обычные светодиодные лампы иногда содержат в своей конструкции, кроме светодиодов, еще и схему простейшего импульсного преобразователя, который предназначен для взаимодействия с обычным сетевым напряжением синусоидальной формы.

Этот драйвер зачастую очень прост, а иногда отсутствует даже он. Если такую лампу подключить через диммер, то встроенная в ее корпус схема управления быстро выйдет из строя, или, в лучшем случае, не сможет корректно работать.

Для решения возникшей проблемы, некоторые производители светодиодных ламп стали выпускать линейки специальных диммируемых светодиодных ламп, драйвер которых несколько усложнен, и может легко работать даже при включении лампы через обычный диммер с отсечкой фазы. Такие лампы дороже обычных, и далеко не каждого покупателя это положение дел устраивает.

Единственной альтернативой является применение специальных диммеров, предназначенных для управления непосредственно светодиодными лампами. Эти электронные устройства сами являются преобразователями с широтно-импульсной модуляцией, и подают на светодиодную лампу стабилизированное напряжение, которое схема лампы принимает без нарушения штатного режима своей работы.

Такие светодиодные диммеры позволяют плавно регулировать яркость света светодиодной лампы, повышают экономичность, и продлевают срок службы даже самых обычных светодиодных ламп.

Довольно часто бывает, что освещение какого-нибудь помещения в течение продолжительного времени было бы лишним, поскольку это сказывается на перерасходе электроэнергии; на помощь приходит именно диммер, к тому же современные диммеры имеют КПД – более 90%. Оригинальные дизайнерские решения гораздо проще реализовать при помощи диммеров, которые могут иметь запрограммированные световые сценарии.

В конце концов, применение диммеров управляемых с пультов дистанционного управления попросту повышает уровень комфорта. Наконец, управление яркостью света, изменение цвета и реализация различных сценариев легко интегрируются в современные системы «Умный дом».

Из вышесказанного видно, что светодиодные диммеры – сложные электронные устройства, они могут включать свет по таймеру, осуществлять плавный пуск, и даже управляться дистанционно с пульта. Эти диммеры встречаются в различных исполнениях и для различного монтажа.

Диммеры для установки в монтажную коробку удобно заменяют собой выключатель, управление производится либо кнопкой, либо с подключаемого к диммеру дополнительного блока.

Модульные светодиодные диммеры для установки в щиток на DIN-рейку позволяют реализовывать различные световые сценарии, и могут работать в системах «Умный дом»; они управляются посредством выносных регуляторов и кнопок, либо пультом дистанционного управления. Модульные диммеры дороже обычных диммеров.

Диммеры управляемые пультом бывают как с радио, так и с инфракрасным управлением. В первом случае управлять устройством можно на расстоянии, тогда как для управления при помощи инфракрасного пульта необходима прямая видимость.

Выносные блоки – еще одна разновидность диммеров. Потолочные светодиодные ленты часто используются вместе с такими диммируемыми блоками, и к ним можно подключить точечные светильники со светодиодными лампами, важно лишь соблюсти требования относительно суммарной мощности.

Сами эти блоки управляются с обычных диммеров, либо со специальных выносных панелей или с пультов, а иногда управление осуществляемо всеми этими способами.

Главным образом, способов управления диммерами четыре:

  • поворотом ручки, когда включение лампы и регулирование ее яркости осуществляется поворотом ручки, а выключение сопровождается щелчком;

  • поворотно-нажимным способом, когда выключить или включить можно нажатием, а регулировать яркость – поворотом, при этом не обязательно для включения каждый раз поворачивать ручку, достаточно просто нажать на нее, и яркость сразу будет на заранее установленном уровне;

  • управление клавишей;

  • сенсорное управление; часто дополняется пультом дистанционного управления;

Пожалуй, единственный недостаток светодиодных диммеров – расходы на их приобретение, которые, однако, окупаются эффективностью и экономичностью оснащенных ими систем освещения.

Важно лишь помнить, что при покупке светодиодного диммера и светодиодной лампы, либо обычного диммера и диммируемой светодиодной лампы, желательно проверить их совместную работу прямо в магазине, где для этой цели должен быть оборудован специальный стенд.

Андрей Повный

electrik.info

Принцип регулировки яркости светодиодов

Если упустить подробности и объяснения, то схема регулировки яркости светодиодов предстанет в самом простом виде. Такое управление отлично от метода ШИМ, который мы рассмотрим чуть позже.Итак, элементарный регулятор будет включать в себя всего четыре элемента:

  • блок питания;
  • стабилизатор;
  • переменный резистор;
  • непосредственно лампочка.

И резистор, и стабилизатор можно купить в любом радиомагазине. Подключаются они точно так, как показано на схеме. Отличия могут заключаться в индивидуальных параметрах каждого элемента и в способе соединения стабилизатора и резистора (проводами или пайкой напрямую).

Собрав своими руками такую схему за несколько минут, вы сможете убедиться, что меняя сопротивление, то есть, вращая ручку резистора, вы будете осуществлять регулировку яркости лампы.

В показательном примере аккумулятор берут на 12 Вольт, резистор на 1 кОм, а стабилизатор используют на самой распространенной микросхеме Lm317. Схема хороша тем, что помогает нам сделать первые шаги в радиоэлектронике. Это аналоговый способ управления яркость. Однако он не подойдет для приборов, требующих более тонкой регулировки.

Необходимость в регуляторах яркости

Теперь разберем вопрос немного подробнее, узнаем, зачем нужна регулировка яркости, и как можно по-другому управлять яркостью светодиодов.

  • Самый известный случай, когда необходим регулятор яркости для нескольких светодиодов, связан с освещением жилого помещения. Мы привыкли управлять яркостью света: делать его мягче в вечернее время, включать на всю мощность во время работы, подсвечивать отдельные предметы и участки комнаты.
  • Регулировать яркость необходимо и в более сложных приборах, таких как мониторы телевизоров и ноутбуков. Без нее не обходятся автомобильные фары и карманные фонарики.
  • Регулировка яркости позволяет экономить нам электроэнергию, если речь идет о мощных потребителях.
  • Зная правила регулировки, можно создать автоматическое или дистанционное управление светом, что очень удобно.

В некоторых приборах просто уменьшать значение тока, увеличивая сопротивление, нельзя, поскольку это может привести к изменению белого цвета на зеленоватый. К тому же увеличение сопротивления приводит к нежелательному повышенному выделению тепла.

ШИМ управление

Выходом из, казалось бы, сложной ситуации стало ШИМ управление (широтно-импульсная модуляция). Ток на светодиод подается импульсами. Причем значение его либо ноль, либо номинальное – самое оптимальное для свечения. Получается, что светодиод периодически то загорается, то гаснет. Чем больше время свечении, тем ярче, как нам кажется, светит лампа. Чем меньше время свечения, тем лампочка светит тусклее. В этом и состоит принцип ШИМ.

Управлять яркими светодиодами и светодиодными лентами можно непосредственно с помощью мощных МОП-транзисторов или, как их еще называют, MOSFET. Если же требуется управлять одной-двумя маломощными светодиодными лампочками, то в роли ключей используют обычные биполярные транзисторы или подсоединяют светодиоды напрямую к выходам микросхемы.

Вращая ручку реостата R2, мы будет регулировать яркость свечения светодиодов. Здесь представлены светодиодные ленты (3 шт.), которые присоединили к одному источнику питания.

Зная теорию, можно собрать схему ШИМ устройства самостоятельно, не прибегая к готовым стабилизаторам и диммерам. Например, такую, как предлагается на просторах интернета.

NE555 – это и есть генератор импульсов, в котором все временные характеристики стабильны. IRFZ44N – тот самый мощный транзистор, способный управлять нагрузкой высокой мощности. Конденсаторы задают частоту импульсов, а к клеммам «выход» подсоединятся нагрузка.

Поскольку светодиод обладает малой инертностью, то есть, очень быстро загорается и гаснет, то метод ШИМ регулирования является оптимальным для него.

Готовые к использованию регуляторы яркости

Регулятор, который продается в готовом виде для светодиодных ламп, называются диммером. Частота импульсов, создавая им, достаточно велика для того, чтобы мы не чувствовали мерцания. Благодаря ШИМ контролеру осуществляется плавная регулировка, позволяющая добиваться максимальной яркости свечения или угасания лампы.

Встраивая такой диммер в стену, можно пользоваться им, как обычным выключателем. Для исключительно удобства регулятор яркости светодиодов может управляться радио пультом.

Способность ламп, созданных на основе светодиодов, менять свою яркость открывает большие возможности для проведения световых шоу, создания красивой уличной подсветки. Да и обычным карманным фонариком становится значительно удобнее пользоваться, если есть возможность регулировать интенсивность его свечения.

le-diod.ru


Смотрите также