Меню

Как регулировать ток для светодиода

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.

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

  • Лампы RGB – имеют стандартный цоколь, например, Е14 или Е27, а переключение по цветам осуществляется при каждом нажатии на выключатель. К примеру, такие модели есть в ассортименте бренда Volpe. Их используют в качестве декоративной подсветки, дизайнерских решений и элементов оформления.
  • Светодиодные ленты RGB – встраиваются в конструкции подвесных потолков, ниш, кухонных гарнитуров. Эти источники света могут играть роль дополнительной и декоративной подсветки. Имеют низковольтное напряжение – 12 или 24 В, поэтому подключаются к сети через адаптер. Для смены режимов используется RGB-контроллер, управляемый с пульта. Как правило, наиболее удобным решением является покупка набора, в который входит все необходимое для подключения и работы такой системы.

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.

  • Экономия – уменьшив интенсивность светового потока, можно снизить энергопотребление.
  • Функциональность – одну лампочку удается использовать для разных целей: работы, отдыха, чтения, дежурного освещения.
  • Комфорт – настраивайте свет так, как вам удобно: для расслабления и медитации или наоборот, для сосредоточенной деятельности.
  • Стиль – изменяемый оттенок или цвет может стать частью дизайнерского оформления жилых помещений, кафе, ресторанов, зон коворкинга, клубов и детских центров.
  • Шаг вперед – светодиодные технологии освещения используются в системах умного дома и синхронизируются с голосовыми помощниками.

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

Источник

Регулировка яркости LED. Все о диммерах для светодиодных ламп

Диммирование с английского языка переводится не иначе, как «затемнение». Что такое диммер, какие они бывают и где еще могут применяться мы расскажем в этой статье. От истоков и до конечной реализации. Самый главный вопрос можно ли использовать светодиодные лампы с диммером?

Диммер для светодиодных ламп

Что такое диммер и зачем он нужен?

Диммер – электронный прибор способный регулировать мощность, за счёт регулирования напряжения, поступающего к нагрузке. Определение весьма сухое и скучное, давайте более простым языком объясним принцип действия.

Мощность зависит от напряжения и тока в нагрузке. Это значит, что если уменьшить одну из составляющих уменьшиться и мощность. Напряжение и ток связаны законом Ома, а значит уменьшить мощность вашего прибора (яркость светильника) можно, увеличив общее сопротивление нагрузки. То есть использовать балластные резисторы, дроссели или конденсаторы.

Балластные гасители мощности – преобразуют лишнюю энергию в тепло и имеют низкий КПД. Чтобы регулировать мощность прибора, в нашем случае яркость лампочки, нужно другое устройство – диммер.

Можно ли подключать светодиодные лампы через диммер? Можно. Но не все будут стабильно регулироваться. Тут нужны специальные светодиодные лампы под диммер.

Светодиодные лампы, регулируемые диммером, подойдут для работы с любым регулятором. Но есть некоторые нюансы в отличии типа регулировки напряжения. Это определяется схемотехникой диммера, различия будут подробно описаны в следующих разделах статьи. От типа диммера зависит насколько хорошо будут регулироваться LED.

Какие светодиодные лампы можно использовать с диммером? В этом вопросе всё крайне индивидуально. Все зависит как от схемы самой лампочки, так и от схематики регулятора. В общем случае – отлично подходят так называемые диммируемые светодиодные лампы.

Какие бывают диммеры

Регуляторы мощности можно разделить на две больших группы:

  • Для работы в цепях переменного напряжения (220В);
  • для работы в цепях постоянного напряжения (для светодиодной ленты на 12В).

В дрелях тоже нужен регулятор, для корректировки оборотов, он располагается в кнопке.

Димиир в электродрели

Его можно использовать в различных целях, в этом списке они расположены по популярности:

  1. Регулировка яркости света, диммирование светодиодных и ламп накаливания;
  2. регулировка температуры тэна в различных нагревателях;
  3. регулировка оборотов коллекторного двигателя.

В чем различия диммеров?

Если вы собрались использовать выключатель с регулировкой яркости, сперва нужно узнать какие они бывают. И вообще все ли светодиодные лампы можно диммировать?

Диммеры различаются по следующим критериям:

  • По типу монтажа;
  • по исполнению и способу управления;
  • по способу регулирования.

Давайте разберемся по подробнее с каждым из них.

По типу монтажа

Для наружного монтажа – накладной выключатель с диммером для светодиодных ламп. Для установки такого прибора не нужно высверливать в стене нишу, он просто крепится сверху на стену. Очень удобно использовать в тех случаях, когда интерьер не в приоритете или проложена наружная проводка.

Накладной диммер

Для внутреннего монтажа – отлично впишутся в любой интерьер, как например этот.

Диммер для внутреннего монтажа

Для монтажа на DIN рейку весьма специфичны и сперва может показаться, что они не практичны. Однако этот регулятор освещения для светодиодных ламп работает с пультом дистанционного управления, при этом спрятан от посторонних глаз в электрощите.

Читайте также:  Как нельзя трогать ток

Диммер на DIN рейку

По исполнению

По исполнению регулятор света для светодиодных и ламп накаливания может быть:

  • Поворотным;
  • поворотно-нажимного типа;
  • кнопочным;
  • сенсорным;

Поворотный – один из самых простых вариантов регулятора яркости светодиодной лампы, выглядит незатейливо обладает простейшим функционалом.

Поворотный диммер

Поворотно-нажимной выглядит практически также, как и поворотный. Благодаря своей конструкции, при нажатии на него зажигается свет с такой яркостью, какая была установлена при последнем включении.

Поворотно-нажимной тип диммера

Кнопочный регулятор для светодиодного освещения выглядит уже более технологично и органично впишется в современную квартиру. Как например этот выключатель с регулятором яркости для светодиодных ламп.

Кнопочный диммер

Сенсорные модели и вовсе могут быть совершенно различны – начиная от светящихся кружочков, заканчивая ровными одноцветными панелями для регулировки напряжения светодиодных ламп.

Сенсорный тип диммера

По способу регулировки

Диммеры бывают разные не только по их исполнению, но и по принципу работы. Это касается именно диммеров переменного тока.

Первый тип диммеров более распространённый и дешевый, по причине простоты своей схемы – это диммер с отсечкой по переднему фронту (англ. leading edge). Немного дальше будет подробно рассмотрен его принцип работы и схема, для сравнения взгляните на вид напряжения на выходе такого регулятора.

Схема напряжения на leading edge

По графику видно, что на нагрузку подается остаток полуволны, а её начало срезается. Из-за характера включения нагрузки, в электросетях наводятся помехи, что мешает работе телевизоров и других устройство. На лампу подаётся напряжение установленной амплитуды, а затем оно затухает, когда синусоида переходит через ноль.

Можно ли использовать leading edge диммер для диодных ламп? Можно. Светодиодные лампы с диммером этого типа будут хорошо поддаваться регулировке, только если они изначально для этого созданы. Об этом свидетельствуют символы на её упаковке. Они еще называются «диммируемые».

Второй тип работает иначе, создает меньше помех и лучше работает с разными лампочками – это диммер с отсечкой по заднему фронту (англ. falling edge).

График напряжения по принципу falling edge

Регулировка светодиодных ламп с диммерами такого типа происходит лучше, а его конструкция лучше поддерживает недиммируемые источники света. Единственный недостаток – эти лампы могут регулировать свою яркость не с «нуля», а в определенном диапазоне. При этом диммируемые светодиодные лампы – просто великолепно регулируются.

Лучшее решение — использовать Falling Edge диммер для светодиодных светильников.

Отдельное слово можно сказать о готовых светодиодных светильниках с регулировкой яркости. Это отдельный класс осветительных устройств, которые не нуждаются в установке дополнительных регуляторов, а имеют его в своей конструкции. Их регулировки производятся с помощью кнопок на корпусе или с пульта.

Готовые светильники с регулировкой яркости

Схемы диммеров

Диммер для напряжения 220В, с отсечкой по переднему фронту, работает по принципу фазоимпульсного управления напряжением. В процессе работы, элементы такого диммера подают напряжение на нагрузку в определенные моменты, отрезая часть синусоиды. Подробно и более наглядно это изображено на графиках.

График напряжения leading edge

Площадь синусоиды, заштрихованная серым цветом – это площадь напряжения или его действующая величина, которая подаётся в нагрузку (светильник или любое другое описанное выше устройство).

Красной пунктирной линией изображена форма напряжения на входе диммера для led ламп. В таком виде она подается через обычный выключатель без регулировок.

Как подключить светодиоды через диммер?

Простейший регулятор мощности на симисторе

Номиналы компонентов и все сведения указаны на схеме диммера.

Устройство устанавливается в разрыв провода идущего к источнику света, двигателю, тэну или любому другому устройству.

Логика работы схемы следующая: конденсатор С1 заряжается через цепочку R1 и потенциометр R2. В зависимости от положения потенциометра, конденсатор заряжается до напряжения открытия динистора VD1.

В схеме использовался динистор DB3, это примерно 30В. Через открытый динистор подаётся управляющий импульс открытия симистора (двунаправленный тиристор), на его управляющий электрод.

Чем больше сопротивление, выставленное ручкой потенциометра – тем дольше заряжается конденсатор, соответственно тем позже откроется цепь динистор-симистор, а напряжение будет ниже, так как срежется большая часть синусоиды. И наоборот – меньше сопротивление – больше напряжение на выходе регулятора.

Схема и модель регулятора напряжения

В интернете есть много вариантов схем со всевозможными доработками, все они хорошие. Здесь приведена простейшая схема, на рисунке изображен монтаж этого варианта схемы.

Как регулировать освещенность LED

Какие лампочки можно использовать с диммером? Когда для освещения использовались преимущественно лампы накаливания, всё было просто – обычный диммер легко справлялся с регулировкой яркости.

Лампы накаливания были заменены энергосберегающими люминесцентными экономками, их вообще нельзя было регулировать. Конечно, встречались ЭПРА для трубчатых люминесцентных лампочек с возможностью диммирования, но крайне редко и стоили они дорого.

Сейчас энергосберегающие лампы вытесняются светодиодными. Процесс излучения квантов света хоть и сложен, но с точки зрения регулирования, пожалуй, более прост, чем регулировка газоразрядных источников света.

Диммируемые светодиодные лампы – что это такое?

Что значит диммируемая светодиодная лампа? Это лампочка, которая поддаётся регулировке яркости с помощью ЛЮБОГО диммера, который разработан под переменный или постоянный ток (в зависимости от типа).

В ее схему питания заложены функции изменения яркости, в зависимости от питающего напряжения. Диммируемые светодиодные лампы работают со схемами диммеров типа того, что представлена выше.

Сетевой диммер регулирует подаваемое напряжение. Это значит, что при любых значениях напряжений, в определенном производителем диапазоне (он указан на коробке от лампочки), схема лампы будет стремиться поддерживать заданный ток. Яркость в свою очередь зависит от тока.

Обычные светодиодные лампы регулировать не получится, в лучшем случае она будет просто включаться и выключаться, в худшем — сгорит при низких значениях, установленных на диммере.

В самых дешевых светодиодных лампах стоит гасящий конденсатор. Они если и будут регулироваться, то только в очень узких пределах, значит они тоже не подходят. Пример диммирования обычных светодиодных лампочек посмотрите на видео.

Диммируемые светодиодные лампы на 220 Вольт

Регулировка яркости светодиодных ламп на 220В затруднена, потому что там установлена схема стабилизации тока на специализированном драйвере. Его задача стабилизировать выходной ток, для обеспечения равномерного и долгого свечения светодиодов, не зависимо от значений напряжения питающей сети.

Обычные светодиодные лампы не очень сильно поддаются диммированию. Чтобы выбрать правильную Led лампу для диммера – нужно внимательно изучить описание и обозначения, указанные на коробке и корпусе лампочки.

Примеры обозначений возможности диммирования

Светодиодные лампы с диммированием можно распознать по надписи: «для диммера», «регулируемая» или что-то подобное, возможно будет просто нарисовано условное изображение диммера, как на примерах ниже.

Можно ли регулировать яркость светодиодных ламп, работающих от постоянного тока?

На фото led диммер для 12В светодиодной ленты. Давайте разбираться как работает такой диммер со светодиодными лампами.

Диимер для постоянного напряжения

Для цепей постоянного тока принцип работы регулятора отличается. Здесь в качестве дозирующего элемента используется биполярный или полевой транзистор, а в качестве дозатора – генератор импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения.

Способ этого управления называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Чтобы понять, как это работает нужно ознакомиться с графиками.

Принцип работы ШИМ

Vcc – напряжение на входе диммера постоянного тока, Vсреднее – напряжение на выходе. Вы можете видеть, как изменяется среднее напряжение. При увеличении длительности импульса и сокращении длины паузы (повышаем коэффициент заполнения) увеличивается выходное напряжение.

Принципиальная схема ШИМ регулятора

Выше приведена принципиальная электрическая схема «ШИМ-регулятора яркости led ламп на NE555». Он может выступать в роли устройства для диммирования светодиодов. Работает следующим образом:

NE555 – это таймер, подключен здесь в режиме генератора импульсов, частота и длительность которых задаётся RC цепью состоящей из R2, потенциометра R1 и конденсатора C5, как и в предыдущей схеме потенциометр регулирует скорость заряда конденсатора, в соответствии со скоростью заряда формируется ширина импульса.

Изначально схема выдает симметричные импульсы, то есть длина паузы равна длине импульса. Но благодаря наличию потенциометра и цепочки из двух диодов VD1 и VD2, происходит заряд и перезаряд ёмкости через разные сопротивления потенциометра, вернее через разные пары его контактов.

Поэтому формируются ШИМ регулируемые импульсы с постоянной частотой, но изменяемым коэффициентом заполнения.

Если вы будете использовать его в автомобиле или для диммирования светодиодной ленты, можно исключить дополнительный источник питания 9 вольт, на базе 7809 линейного стабилизатора и подавать питание в первую точку после него на схеме.

А вот фотографии самодельного диммера для светодиодов, если нужно – вы можете срисовать расположение дорожек и повторить его. Или собрать на макетной плате.

Самодельный диммер для светодиодов

Видео того как работает диммирование светодиодных светильников с помощью этой схемы, на примере ленты бокового свечения расположено ниже.


С помощью этой схемы возможно диммирование светодиодных цепей на 12В и любой другой нагрузки постоянного тока. Например, регулировать скорость оборотов кулера для ПК, коллекторных двигателей, нагревателей, в общем всего, что вы придумаете. В одной из статей мы уже рассказывали про изготовление светодиодного диммера своими руками.

Какой диммер нужен для светодиодных лампочек?

Чтобы подобрать диммер к светодиодным лампам и обеспечить их совместимость, нужно сначала определится, какие лампы вы будете использовать. Если вы планируете покупать 220В LED лампочки – для этого подойдут фазоимпульсные приборы, которые были рассмотрены в начале статьи. Берите модели с отсечкой по заднему фронту.

Для низковольтных ламп постоянного тока (например 12В, которые используются в точечных светильниках, настольном освещении или лампах для автомобиля) – подойдет любой ШИМ регулятор или диммер для светодиодных лент. Все они работают по принципу широтно-импульсной модуляции, линейное регулирование уже далеко в прошлом.

Читайте также:  Формула для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Также лучше покупать специальные светодиодные лампы под диммер. Хоть и стоят они дороже, но проблем с их регулировкой не будет. Вы создадите нужное световое решение, только если правильно подберете диммер и светодиодные лампы к нему.

Делитесь в комментариях своим опытом регулировки яркости светодиодов и светодиодных светильников!

Источник

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.

Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

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».

Лампы накаливания

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.

Вольтампеная характеристика светодиода

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него. Это отражено на графике ниже.

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него

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.

Регулирование яркости с помощью простого реостата

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.

Схема с биполярным транзистором

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.

Схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317

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:

Расчёт выходного тока

Получается достаточно компактное решение:

Устройство для регулирования яркости светодиодов

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.

ШИМ-регулировка

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:

Схема ШИМ-регулятора на NE555

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.

Диммируемая светодиодная лампа

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.

Светодиодный диммер

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:

График выходного напряжения диммера срезающего передний фронт полуволны

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.

График выходного напряжения диммера срезающего задний фронт полуволны

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.

Светодиодные лампы на 12В

Это значит, что можно регулировать такие лампочки с помощью ШИМ-регулятора.

Светодиодные лампы на 12В

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».

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.

Сенсорный диммер на 12 вольт

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.

Читайте также:  Удар тока в машину

Источник



Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Rich Rosen, National Semiconductor

Введение

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (IF) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении IF. При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1. Зависимость светового потока от тока через светодиод.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение VIN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе RSNS. Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор RSNS, и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и RSNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Рисунок 2. Топология понижающего преобразователя.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование – это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока RSNS, либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой RSNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины RSNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

IDIM-LED – средний ток через светодиод,
DDIM – коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
ILED – номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления RSNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Двухпроводное ШИМ диммирование.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).

а)
б)
Рисунок 4. Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406, а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа Si3458.

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала RDS-ON.

Многорежимный диммер LM3409

National Semiconductor выпускает уникальный многорежимный драйвер светодиодов LM3409, предназначенный как для аналогового, так и ШИМ регулирования яркости. Диммирование может осуществляться одним из четырех способов:

  1. Аналоговое регулирование прямой подачей напряжения 0 … 1.24 В на вывод IADJ.
  2. Аналоговое регулирование с помощью потенциометра, подключенного между выводом IADJ и «землей».
  3. ШИМ регулирование с помощью вывода EN.
  4. ШИМ регулирование с помощью шунтирующего MOSFET транзистора.

На Рисунке 5 показана схема включения LM3409 для управления яркостью с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении RADJ, которое, в свою очередь, влияет на внутренний порог схемы измерения тока светодиода. С точно таким же эффектом можно управлять микросхемой, непосредственно подавая постоянное напряжение на вывод IADJ.

Рисунок 5. Аналоговое управление яркостью.

Рисунок 6 демонстрирует зависимость измеренного тока светодиода от сопротивления включенного между IADJ и «землей» потенциометра. Плато на уровне 1 А в верхней части графика определяется величиной показанного на Рисунке 4 резистора RSNS, задающего максимальный номинальный ток светодиода.

Рисунок 6. Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра.

На Рисунке 7 изображена зависимость измеренного тока светодиода от постоянного напряжения, приложенного к выводу IADJ. Заметим, что максимальный ток здесь также определяется величиной RSNS.

Рисунок 7. Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ.

Обе аналоговые технологии диммирования просты в реализации и позволяют с очень высокой линейностью регулировать яркость свечения, вплоть до уровня 10% от максимума.

Заключение

Регулировать яркость свечения светодиодов, питающихся от импульсных преобразователей, можно различными способами. Для каждого из двух основных методов, ШИМ и аналогового, характерны свои достоинства и недостатки. Ценою использования дополнительной логики, ШИМ регулирование значительно уменьшает вариации цвета светодиода при изменении яркости. Схемотехника аналогового диммирования проще, но неприменима там, где требуется поддержания постоянной цветовой температуры.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник