Светодиодные драйверы. Особенности применения. Типовые решения.

Светодиодная лампочка в цоколе Е27Повсеместное внедрение технологий энергосбережения в различных отраслях промышленности и ЖКХ создало перспективу развития рынка светодиодных светильников. Современные светодиодные системы освещения конструктивно состоят из светоизлучающего элемента, источника электропитания, устройств фокусировки освещения и крепежно-конструктивных элементов. Светоизлучающий элемент – конструктивно законченная схема соединения светодиодов в единую электрическую цепь. Устройство фокусировки – линзы и отражатель, позволяющие светильнику повысить КПД светового потока за счет направленного излучения.

Устройство электропитания (светодиодный драйвер либо LED-драйвер) – это импульсный источник тока для энергообеспечения светоизлучающего элемента. Основным параметром светодиодного драйвера является стабилизированное значение выходного тока. Необходимо отметить, что светодиодные драйверы по определению делятся на две категории: AC-DC и DC-DC преобразователи.

В рамках данной статьи более подробно остановимся на требованиях и особенностях проектирования качетсвенного источника питания для светодиодного светильника.
Из Постановления Правительства Российской Федерации от 20 июля 2011 г. N 602 г. Москва "Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения" можно выделить основные требования к светодиодному светильнику:

1. КПД – обеспечивающий световую отдачу:

  • при значении цветовой температуры 2700 К, 3000 К - 50 лм/Вт;
  • при значении цветовой температуры 3500 К, 4000 К, 4500 К - 60 лм/Вт;
  • при значении цветовой температуры 5000 К, 5500 К, 6500 К - 70 лм/Вт;

2. Коэффициент мощности:

  • от 5 Вт до 25 Вт - не менее 0,7;
  • более 25 Вт - не менее 0,85

3. Продолжительность работы

  • не менее 25 тысяч часов

4. Коэффициент пульсаций светового потока:

  • 5% для рабочих мест ПЭВМ;
  • 10%, 15%, 20%, или не нормирован – для жилых и производственных помещений

5. Соответствие стандартам ЭМС (электро-магнитной совместимости)

Соответствие данным требованиям, так или иначе, зависит от правильного выбора источника питания. И если с первыми тремя пунктами проблем, как правило, не возникает, то нормы по пульсациям и электромагнитной совместимости выполняются далеко не всегда.

Самым надежным вариантом построения светодиодного драйвера является схема двухкаскадного преобразователя. Первый каскад должен являться корректором коэффициента мощности, а второй классическим полумостом с контуром стабилизации тока протекающего в выходной цепи. Данное схемотехническое решение обеспечивает достижение значения коэффициента мощности, стремящегося к 0,92 – 0,96. При таком схемотехническом решении пульсации светового потока светильника не должны превышать 1%. Также в данном случае не будет возникать проблем с соответствием светильника требованиям электромагнитной совместимости.

Однако подобная схема построения ощутимо повышает стоимость конечного изделия. Рыночная стоимость офисного светильника в России варьируется от 1400 руб до 6000 руб, но, по мнению экспертов, качественное устройство можно создать не менее чем за 2000 руб. Именно поэтому разработчику светодиодного светильника приходится постоянно делать выбор между ценой и качеством решения. Ввиду этого, российский рынок светодиодных драйверов заполнен неполноценными решениями, ведь качественный источник электропитания для офисного светильника - это слишком дорого, а источник тока с большими пульсациями не пройдет по применению относительно действующих стандартов. Ярким примером такого драйвера является раскрученное многими производителями построение по топологии FLYBACK с двойным преобразованием. Реализуется ли в данном случае полноценное двойное преобразование – вряд ли. Тем не менее, устройство работает достаточно надежно с коэффициентом мощности около 0.95 в диапазоне загрузки по мощности от 60 до 100%. Узким моментом данной топологии является наличие 100 Гц пульсации выходного тока, которые могут приводить к пульсациям светового потока на грани предельно допустимых значений.

Драйвер DR3062Однако есть применения, где нет строгих требований по пульсациям светового потока. Например светильники ЖКХ, где вообще отсутствуют требования к подобным пульсациям. Именно поэтому разработчики светильников для подъездных помещений все чаще применяют высоковольтные светодиоды c прямым падением напряжения 46 - 50 В и драйверную микросхему DR3062.

Важнейшим недостатком данной конструкции являются высокие пульсации светового потока и малая схемотехническая надежность конечных изделий. К сожалению, определяющим фактором здесь является достаточно низкая себестоимость готовой продукции. И если высокий уровень пульсаций не является важным фактором для светильников ЖКХ, то ужасное состояние российский энергосетей ставит под сомнение успешность готовых модулей со встроенным драйвером. По словам некоторых заказчиков, для приемлемой работы подобных светильников необходимо прокладывать новую электропроводку с блоком стабилизации на входе. Об этом факте производитель дешёвых светодиодных светильников на высоковольтных светодиодах, как правило, умалчивает.

Выводы

Основная причина хаоса, творящегося сейчас на рынке светодиодных драйверов в России - легкость входа на наш рынок, доступная для любых производителей. Дешёвые решения, собранные под «отвёрточную сборку» из некачественных комплектующих из Юго-Восточной Азии - синоним современности. Благодаря низкой цене, закрываются глаза на качество данных изделий. По мнению экспертов, следующим этапом развития рынка светодиодного освещения неминуемо станет смещение акцента в пользу качества и надёжности светильников.