Регулируем яркость светильника. Новостной и аналитический портал "время электроники"

Грамотно обустроенное освещение не только выполняет свою основную функцию подсветки, но и способствует созданию максимально удобных условий для работы или отдыха. Хорошо, когда светильник имеет универсальные характеристики, может справляться с основным освещением, играть роль ночника и выполнять функцию ночной подсветки. Для того чтобы переключение режимов работы было возможно, осветительный прибор должен иметь встроенный механизм изменения яркости подсветки. Рассмотрим особенности светильника с функцией регулировки яркости.

В этой статье:

Сфера использования ламп с регулировкой подсветки

Светильник с регулировкой яркости необходим в разных сферах. Он незаменим в жилых помещениях, рабочих кабинетах, общественных пространствах.

Работоспособность напрямую зависит от условий труда. Независимо от того, работает человек за станком, в офисе или делает дома уроки, рабочее место должно быть хорошо освещено. Искусственный свет дополняет естественное освещение, не всегда уместно включать лампу на полную мощность, поэтому светодиоды с изменением яркости света необходимы для подсветки рабочей зоны.

Продолжая речь о жилых помещениях, следует сказать, что регулируемые лампы отлично подойдут для подсветки спальни. Перед сном мощность светового потока можно снизить, это создаст романтическую атмосферу или настроит на сон. Регулируемые ночники или бра не будут мешать ярким светом спящему рядом человеку.

Мнение эксперта

Иван Зайцев

Задать вопрос эксперту

Многие жильцы квартир или загородных домов предпочитают не выключать свет в доме полностью, особенно если в помещении есть лестница или высокие пороги. Оставлять без подсветки такие комнаты небезопасно. С другой стороны, оставлять свет на полную мощность нецелесообразно, поэтому для коридоров, лестничных пролётов, холлов необходимы регулируемые светильники.

Общественные пространства, где проводятся различные мероприятия, лекции, концерты, также нуждаются в люстрах, имеющих возможность изменять мощность светового потока. На момент выступления спикера или артиста свет приглушают, а во время коллективной работы включают на полную мощность.

Технические характеристики регулируемых приборов

Регуляция интенсивности светового потока происходит с помощью специального механизма, встроенного в светильники. Это устройство называется диммер, он представляет собой низковольтный регулятор мощности постоянного тока, с помощью которого можно менять яркость светодиодов.

Мнение эксперта

Иван Зайцев

Специалист по освещению, консультант в отделе строительных материалов крупной сети магазинов

Задать вопрос эксперту

Принцип работы диммера заключается в том, что мощность светового потока диодов изменяется в зависимости от увеличения или уменьшения скважности положительных импульсов элементов механизма. Переменный резистор изменяет скважность импульсов таким образом, что мощность изменяется в пределах 5-95 % от максимальной. По сути, кнопка на светильнике, изменяющая яркость, напрямую воздействует на резистор, который в свою очередь влияет на скважность положительных импульсов.

Диммер позволяет менять яркость плавно, без скачков. Свет получается мягким, не слепящим глаза и не мерцающим.

Благодаря наличию диммера светильники обладают и другими настройками, дающими возможность организовать «умное» освещение:

• автоматическое отключение;
• дистанционное управление;
• режим мигания;
• режим затемнения.

Виды светильников с диммером

Осветительные устройства с регулировкой яркости могут быть самых разнообразных видов:

• потолочные люстры;
• настольные лампы;
• торшеры;
• споты;
• уличная подсветка.

Регулируемую лампу можно подобрать под любой стиль интерьера, потому что наличие диммера никаким образом не влияет на её дизайн, который может быть выполнен в стиле:

• классик;
• модерн;
• прованс;
• хай-тек;
• лофт;
• минимализм и т. д.

При выборе светотехники для дома или общественного пространства следует обратить внимание, есть ли у неё функция дистанционного управления. С помощью пульта удобно включать и выключать свет, а также регулировать яркость освещения.

Некоторые модели в качестве источника света используют лампочку накаливания. Это привычный всем прибор, который можно купить в любом хозяйственном магазине. Он легко регулируется, однако имеет ряд недостатков, в частности низкий КПД и небольшой срок работы.

Оптимальным источником света являются светодиоды. По цене они немного дороже других устройств, но их срок эксплуатации достигает 10 000 часов. Они безопасны в использовании, работают по энергосберегающему принципу и обладают широким цветовым диапазоном.

Преимущества регулируемых светильников

Модели, которые имеют возможность изменять яркость светового потока, обладают рядом преимуществ перед светильниками, имеющими только два режима - включен или выключен.

1. Возможность изменять яркость в зависимости от наличия естественного света. Часто бывает, что в дневное время суток солнечного света не хватает, например из-за повышенной облачности. Но и включать свет на полную мощность не требуется. В этих случаях хороши регулируемые светильники.
2. Экономия электроэнергии. Если осветительный прибор работает на малую мощность, он потребляет меньше электроэнергии.
3. Функция ночного света. Нет необходимости устанавливать дополнительную подсветку, которая будет гореть по ночам. Один прибор справится с функцией основного освещения вечером и будет служить фоновой подсветкой ночью.
4. Создание романтической атмосферы. Приглушённый мягкий свет в спальне настроит на романтический лад, особенно если в светильник встроены цветные светодиоды.
5. Яркий свет повышает работоспособность человека, в то время как мягкий, приглушённый обладает релаксирующим действием. После тяжёлого рабочего дня, перед сном можно уменьшить яркость люстры и постепенно настраиваться на сон.
6. Если ребёнок боится засыпать с выключенным светом, то можно оставлять в его комнате горящий ночник, постепенно уменьшая яркость. Таким образом, ребёнок будет постепенно привыкать к сумеркам и избавляться от фобии.

Регулируемые светильники - функциональное дизайнерское решение для подсветки жилых и общественных помещений. Осветительный прибор, имеющий несколько режимов работы или возможность плавного изменения мощности источника света, - необходимый элемент для обустройства «умного» дома.

Раньше регулирование освещенности помещений проводилось реостатом. Существенным недостатком у этих приборов было большое потребление электроэнергии, независимо от яркости. При минимальной мощности лампы электричество расходовалось в том же количестве, что и при максимальной, поскольку большая часть нагревала реостат.

Регулирование освещения в комнате

Преимущества и недостатки

Сейчас регулятор электрической нагрузки (диммер) можно купить в магазине электротоваров. Он применяется в основном для изменения яркости ламп разных типов и имеет следующие преимущества:

• изменение интенсивности свечения ламп;
• задание автоматического изменения яркости Автоматический диммер свечения с помощью таймера;
• дистанционное управление;
• используется как выключатель и для задания режимов свечения ламп: плавное изменение , создание световых картин, мигание;
• увеличение долговечности ламп за счет плавного пуска;
• экономия потребляемой электроэнергии.

Регуляторы имеют недостатки:

• посторонние помехи мешают работе устройств, у которых отсутствуют фильтры;
• генерация помех для других приборов, принимающих радиосигналы;
• не все устройства экономят электроэнергию;

Типы диммеров

Простейшее устройство с регулировкой имеет выключатель и поворачиваемую ручку. От положения потенциометра зависит яркость регулятора. Диммер подходит для управления лампами накаливания и галогенными. По мощности он подбирается не менее чем на 15% выше подключаемой максимальной нагрузки. У него должна быть встроенная защита от короткого замыкания. Самый простой вариант – это плавкий предохранитель.

Диммер бывает следующих типов:

1. Накладной. Чаще всего содержит вспомогательный реостат и используется для светодиодных лент.
2. Проходной – для больших площадей помещений.
3. Двух- и многоканальные – выбираются по количеству ламп и режимов контроля.

Где не надо устанавливать диммеры?

1. В местах общего пользования, где частое применение не позволит выполнять их основные функции. Везде можно устанавливать встроенные в выключатели приборы плавного включения ламп, позволяющие увеличить срок их службы.
2. В местах, где нет определенности с установкой светильников.

Способы регулирования

1. Механический – поворот ручки. Сначала диммер включается до щелчка, а затем делается установка яркости. Поворотно-нажимное устройство удобнее, поскольку можно применять выключатель с постоянной настройкой регулятора.
2. Электронный: кнопочный, клавишный. Можно использовать как выключатель и регулятор.
3. Сенсорный – на панели управления реализуется множество разных функций.
4. Дистанционный – управление по радиосигналу или с помощью ИК-пульта.

Типы ламп для диммеров

• Лампы накаливания и галогенные на 220В. Для изменения силы света могут применяться любые диммеры, поскольку нагрузка только активная (не обладает индуктивностью и емкостью). Недостатком является смещение спектра в сторону красного цвета при снижении напряжения. Ограничение по мощности у светорегуляторов существует в пределах 60-600 Вт.
• Низковольтные галогенные лампы. Для них применим понижающий обмоточный трансформатор, к которому требуется регулятор, способный работать с индуктивной нагрузкой. На нем присутствует маркировка RL. При использовании электронного трансформатора устанавливаются емкостные нагрузки.

Для галогенных ламп необходимо плавное изменение напряжения, что увеличивает срок их службы. Последние модели определяют тип нагрузки и подстраиваются под него, изменяя алгоритм управления. Можно одновременно регулировать разные группы ламп: накаливания и галогенные.

• Люминесцентные лампы. Если они запускаются через выключатель, стартер тлеющего разряда и электромагнитный дроссель, обычный диммер и реостат к ним не подходят. Здесь нужна электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА).
• Светодиодные лампы. Для них регулирование напряжения приводит к изменению спектра. Поэтому светодиоды регулируются изменением длительности подаваемых импульсов. Мерцание при этом не замечается, так как частота их следования достигает 300 кГц.

Подключение регуляторов к нагрузке

Подключение к нагрузке производится последовательно (рис. а). Регулятор работает также, как выключатель, но последний целесообразно устанавливать отдельно, поскольку при выходе из строя от частых переключений придется менять дорогостоящий диммер на новый.

Схемы подключения диммеров

Главным требованием является соблюдение полярности. Фаза всегда подключается к входной клемме диммера, обозначенной буквой L, а с выходной –провод идет на лампу. Обнаружить фазу можно индикатором напряжения.

В разрыв провода фазы часто устанавливают выключатель (рис. б). Он располагается ближе к двери, а диммер – около кровати, чтобы было удобно управлять.

Можно установить еще один регулятор и подключить их между собой параллельно (рис. в). Для этого в распределительную коробку следует провести по 3 провода от каждого устройства. Подобную коммутацию, похожую на проходные выключатели, делают в длинных коридорах.

Применение диммеров отличается по количеству нагрузок. Одинарный метод заключается в подключении одного прибора или объединенных в общую группу. Следующий способ управления основан на акцентных подсветках для выделения отдельных зон.

Регулируемая подсветка помещения

Подключение диммера

Регулятор крепится в монтажной коробке как обычный выключатель. Сначала его подключают при отсутствии напряжения в подводящих проводах, а затем устанавливают в коробку. Затем надеваются рамка и ручка регулирования яркости.

Основная схема регулирования интенсивности света ламп у большинства обычных приборов одинакова. Различие заключается только в дополнительных деталях для обеспечения более плавного управления и создания устойчивости на нижних пределах.

Для подачи напряжения на лампу следует открыть симистор (рис. а). Для этого между электродами надо создать напряжение.

Схемы с симисторной регулировкой для ламп накаливания: а – простейшая; б – усовершенствованная

В начале положительной полуволны заряжается конденсатор C через переменный резистор R. При достижении определенного значения симистор открывается. При этом загорается лампа. Затем симистор закрывается и аналогичная ситуация происходит на отрицательной полуволне, поскольку полупроводники пропускают ток в обоих направлениях.

Таким образом, на лампочку поступают “обрубки” полуволн с частотой 100Гц, чего не было, когда применялся реостат. Со снижением яркости все в большей степени проявляется мерцание света. Чтобы этого не было, в схему добавляются детали, как изображено на рис. б. Симисторы устанавливаются по действующей нагрузке, а допустимое напряжение составляет 400В.

Подбирая величины резисторов и конденсаторов, можно менять начальный и конечный моменты зажигания и стабильность свечения лампы.

Для светодиодных ламп

Несмотря на экономичность светодиодных ламп, гирлянд и лент, вопросы энергосбережения также к ним относятся. Часто возникает потребность снижения яркости свечения. Светодиодные лампы с обычными диммерами не работают и в процессе регулирования быстро выходят из строя. Для этого применяются специальные регуляторы двух разновидностей : изменение напряжения питания, управление методом широтно-импульсной модуляции – ШИМ (интервалов включения нагрузки).

Устройства с регулировкой освещенности путем изменения напряжения дорогие и громоздкие (реостат или потенциометр). При этом они плохо подходят к низковольтным лампам и включаются только при 9В и 18В.

Современный регулятор является сложным устройством, обеспечивающим плавный запуск ламп, управление яркостью и задание режимов переключения света по таймеру.

Светодиодная лампа отличается от обычных лент и сборок, подключить которые можно только с помощью дополнительных устройств. Ее основные особенности следующие:

1. Наличие стандартных цоколей типов E, G, MR для подключения.
2. Возможность работы с сетью без дополнительных приспособлений. Если лампа питается напряжением 12В, в ее характеристиках вспомогательные устройства оговариваются.
3. Создаваемый световой поток не должен существенно отличаться от стандартных значений.

Для обеспечения необходимого режима работы внутри лампы встраивается драйвер, выполняющий полезные функции. Если он предусматривает диммирование, в паспорте и на упаковке об этом сказано. Яркость таких ламп при этом может регулироваться с помощью обычных регуляторов.

Если диммирование не предусмотрено, следует приобретать специальные устройства управления с ШИМ-регулировкой. Они различаются типами установки:

• модульные (в распределительных щитках) с управлением от выносных регуляторов, дистанционных пультов или по специальным шинам;
• расположенные в монтажной коробке, как под выключатель, с поворотным или кнопочным управлением;
• выносные блоки, монтируемые в потолочных конструкциях (для точечных светильников и светодиодных лент).

Регуляторы на основе ШИМ работают на дорогостоящих микроконтроллерах, не подлежащих ремонту. Проще изготовить самодельное устройство на базе простой микросхемы. Диммер, изготовленный на основе таймера NE555, устойчиво работает при напряжении 3-18 В с выходным током до 0,2 А.

Схема диммера для светодиодных ламп

Периодичность колебаний обеспечивается генератором, состоящим из резистора и конденсатора. Величиной переменного резистора можно задавать интервал включения и отключения нагрузки на выходе 3 микросхемы. Полевой транзистор здесь служит усилителем мощности, поскольку микросхема не справится с нагрузкой от светодиодных ламп. Если ток через них превышает 1А, для транзистора необходим радиатор охлаждения.

Для люминесцентных ламп

Регулирование яркости ламп может производиться с помощью ЭПРА, выполняющих главную функцию их запуска. Простая схема приведена на рис. ниже.

Управление люминесцентной лампой с помощью ЭПРА

Напряжение на лампу подается с генератора частоты 20-50 кГц. Контур, образованный емкостью и дросселем, входит в резонанс и зажигает лампу. Чтобы изменить силу тока и тем самым интенсивность света, надо изменить частоту. Диммирование производится только после выхода лампы на полную мощность.

Регулируемый ЭПРА создается на базе контроллера IRS2530D с 8 выводами. Устройство является полумостовым драйвером на 600 В с функциями запуска, диммирования и защиты от выхода из строя. Интегральная схема позволяет реализовать все необходимые способы регулирования через 8 выводов и применяется во многих способах изменения яркости ламп.

Блок-схема электронного управления люминесцентными лампами

Выбор. Видео

Про правильный выбор диммеров лучше заранее узнать из видео.

При покупке диммера следует внимательно изучить его технические характеристики и определить, для каких типов ламп он предназначен. Правильный выбор устройства позволяет легко подключить его своими руками без помощи специалистов.

ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ!

Мы подключили «землю» светодиода и переменного резистора (потенциометра) к длинной рельсе «-» макетной платы, и уже ее соединили с входом GND микроконтроллера. Таким образом мы использовали меньше входов и от макетки к контроллеру тянется меньше проводов.

Подписи «+» и «-» на макетке не обязывают вас использовать их строго для питания, просто чаще всего они используются именно так и маркировка нам помогает.

Не важно, какая из крайних ножек потенциометра будет подключена к 5 В, а какая к GND, поменяется только направление, в котором нужно крутить ручку для увеличения напряжения. Запомните, что сигнал мы считываем со средней ножки

Для считывания аналогового сигнала, принимающего широкий спектр значений, а не просто 0 или 1, как цифровой, подходят только порты, помеченные на плате как «ANALOG IN» и пронумерованные с префиксом A . Для Arduino Uno - это A0-A5.

СКЕТЧ

КОММЕНТАРИИ К КОДУ

С помощью директивы #define мы сказали компилятору заменять идентификатор POT_PIN на A0 - номер аналогового входа. Вы можете встретить код, где обращение к аналоговому порту будет по номеру без индекса A . Такой код будет работать, но во избежание путаницы с цифровыми портами используйте индекс.

Переменным принято давать названия, начинающиеся со строчной буквы. Чтобы использовать переменную, необходимо ее объявить, что мы и делаем инструкцией:

Для объявления переменной необходимо указать ее тип, здесь - int (от англ. integer) - целочисленное значение в диапазоне от -32 768 до 32 767, с другими типами мы познакомимся позднее.

Переменные одного типа можно объявить в одной инструкции, перечислив их через запятую, что мы и сделали.

Функция analogRead(pinA) возвращает целочисленное значение в диапазоне от 0 до 1023, пропорциональное напряжению, поданному на аналоговый вход, номер которого мы передаем функции в качестве параметра pinA .

Обратите внимание, как мы получили значение, возвращенное функцией analogRead() : мы просто поместили его в переменную rotation с помощью оператора присваивания = , который записывает то, что находится справа от него в ту переменную, которая стоит слева.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Можем ли мы при сборке схемы подключить светодиод и потенциометр напрямую к разным входам GND микроконтроллера?

2. В какую сторону нужно крутить переменный резистор для увеличения яркости светодиода?

3. Что будет, если стереть из программы строчку pinMode(LED_PIN, OUTPUT) ? строчку pinMode(POT_PIN, INPUT) ?

4. Зачем мы делим значение, полученное с аналогового входа перед тем, как задать яркость светодиода? что будет, если этого не сделать?

ЗАДАНИЯ

1. Отключите питание платы, подключите к порту 5 еще один светодиод. Измените код таким образом, чтобы второй светодиод светился на 1/8 от яркости первого.

Одним из важных преимуществ светодиодных светильников по сравнению с традиционными газоразрядными является возможность управления световым потоком. В светодиодном светильнике достаточно легко организовать плавное управление световым потоком (димминг) в автоматическом или ручном режиме в зависимости от условий эксплуатации и назначения осветительного прибора. К условиям эксплуатации можно отнести: изменение уровня естественной освещенности в зависимости от времени суток или погодных условий, присутствие человека в освещаемой зоне, температуру наиболее важных и критичных узлов самого светильника и т.д.

Варианты управления яркостью свечения

Управлять яркостью свечения светодиодного светильника можно несколькими способами:

1. Изменяя количество светодиодов

2. Изменяя значение тока, протекающего через светодиоды

3. С помощью симисторного регулятора мощности (TRIAC-диммера).

4. С помощью переменного резистора

Первый способ управления практически не применяется в силу низкой эффективности, поскольку при нем некоторое количество светодиодов не будет использоваться в светильнике в течение всего срока его эксплуатации. Второй способ регулировки яркости применяется достаточно широко — он наиболее оптимален с точки зрения удобства применения и выполнения требований директив по электромагнитной совместимости. Третий и четвертый способы управления яркостью применяется в основном для бытовых нужд ввиду низкой стоимости, большого распространения симисторных регуляторов мощности и удобства интеграции в существующие системы освещения.

Применение источников питания с функцией димминга

Ведущие производители источников питания для светотехнических решений в своих разработках применяют два основных интерфейса управления выходным током (димминга): аналоговый и цифровой. Аналоговый — это интерфейс управления, который позволяет изменять значение выходного тока при помощи управляющего напряжения. Цифровой — это интерфейс управления, который позволяет изменять значение выходного тока при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Обобщенная схема светодиодного светильника с функцией управления представлена на рисунке 1.

Рис. 1.

Схема состоит из четырех основных блоков: источника питания со стабилизированным выходным током и встроенным интерфейсом управления, матрицы светодиодов, устройства управления и датчика Д. Для построения автономного светодиодного светильника необходим датчик, на основе показаний которого светильник будет включаться/выключаться (датчик движения) или изменять яркость (датчик уровня освещенности). В качестве устройства управления можно применить готовые контроллеры от производителей Philips и Osram или разработать собственное устройство. В таблице 1 приведены параметры источников питания со встроенными интерфейсами для управления выходным током (с диммингом).

Таблица 1. Источники питания для светодиодной техники с интерфейсом управления

Наименование	Производитель	Мощность, Вт	Аналоговый интерфейс	Цифровой интерфейс
LPF-16D-xx	MEAN WELL (MW)	16	Да	Да
LPF-25D-xx	MEAN WELL (MW)	25	Да	Да
EUC-025SxxxDS	INVENTRONICS	25	Да	Нет
EUC-035SxxxDT	INVENTRONICS	35	Да	Нет
HLP-40H-xx	MEAN WELL (MW)	40	Да	Да
LPF-40D-xx	MEAN WELL (MW)	40	Да	Да
HLG-40H-xxB	MEAN WELL (MW)		Да	Да
EUC-040SxxxDS	INVENTRONICS	40	Да	Нет
EUC-050SxxxDT	INVENTRONICS	50	Да	Нет
HLP-60H-xx	MEAN WELL (MW)	60	Да	Да
LPF-60D-xx	MEAN WELL (MW)	60	Да	Да
HLG-60H-xxB	MEAN WELL (MW)	60	Да	Да
EUC-075SxxxDT	INVENTRONICS	75	Да	Нет
HLP-80H-xx	MEAN WELL (MW)	80	Да	Да
HLG-80H-xxB	MEAN WELL (MW)	80	Да	Да < /font>
LPF-90D-xx	MEAN WELL (MW)	90	Да	Да
EUC-100SxxxDT	INVENTRONICS	100	Да	Нет
HLG-100H-xxB	MEAN WELL (MW)	80	Да	Да
HLG-120H-xxB	MEAN WELL (MW)	120	Да	Да
HLG-150H-xxB	MEAN WELL (MW)	150	Да	Да
EUC-150SxxxDT	INVENTRONICS	150	Да	Нет
HLG-185H-xxB	MEAN WELL (MW)	185	Да	Да
EUC-200SxxxDT	INVENTRONICS	200	Да	Нет
HLG-240H-xxB	MEAN WELL (MW)	240	Да	Да
HLG-320H-xxB	MEAN WELL (MW)	320	Да	Да

Аналоговый интерфейс управления позволяет регулировать выходной ток (предел ограничения выходного тока) при помощи внешнего управляющего напряжения, которое подается на управляющие выводы источника питания. Управляющее напряжение изменяется в диапазоне от 1 до 10 В, что приводит к изменению выходного тока источника питания. Пример регулировочной характеристики приведен на рисунке 2. Этот график не является общим для всех источников питания с аналоговым интерфейсом управления. Для каждого модуля питания регулировочная характеристика приведена в фирменном описании. В рассматриваемом примере подача максимального управляющего напряжения 10 В обеспечивает 100% значение выходного тока, 5 В на управляющем входе дают 50% выходного тока. Полностью выключить светодиодный светильник, питаемый этим источником, не получится: даже при минимальном управляющем напряжении 1 В выходной ток составит не менее 10% от номинала.

Рис. 2.

Все источники питания, у которых есть аналоговый интерфейс позволяют подключать внешний потенциометр. У разных производителей источников питания варианты подключения потенциометра различаются. Так, например, для моделей HLG-xxxH-xxB, LPF-xxD, HLP-xxH-xx компании MEAN WELL внешний потенциометр подключается к выводам управления ADJ1 (синий провод) и ADJ2 (белый провод). К источникам питания EUC-025SxxxDS, EUC-035SxxxDT, EUC-040SxxxDS, EUC-050SxxxDT, EUC-075SxxxDT, EUC-100SxxxDT, EUC-150SxxxDT, EUC-200SxxxDT компании Inventronics необходимо подключить резистивный делитель к выводам OUTPUT 10V (желтый провод), INPUT 1-10V (фиолетовый провод) и GND (зеленый провод).

Модули питания с аналоговым интерфейсом широко применяются в системах освещения с автономным управлением: в системах уличного освещения, подъездного освещения, при освещении парковок и т.д.

Встроенный цифровой интерфейс позволяет управлять значением выходного тока источника питания при помощи широтно-импульсной модуляции. На сигнал управления накладывается следующие ограничения:

• амплитуда сигнала управления должна быть не более 10В,
• частота управляющего сигнала выбирается из диапазона 100Гц…3кГц,
• длительность импульса управления должна быть не меньше 10% от периода следования импульсов.

Соответствие между значением длительности и выходным током можно найти по регулировочной характеристике.

Источники питания с цифровым интерфейсом применяются обычно в светильниках с централизованным управлением: в системах архитектурной подсветки зданий или внутренней подсветки помещений.

Заключение

В светодиодных светильниках сравнительно просто реализовать димминг, т.е. управления яркостью свечения. Это позволяет более экономно расходовать энергоэнергию; создавать необходимые сценарии освещенности в помещении или вне его в зависимости от условий и требований конкретного приложения. Это освещение автодорог, тоннелей, автостоянок, архитектурная, интерьерная подсветка, освещение лестниц и подъездов домов. Выбрать соответствующий задаче источник питания для светодиодного светильника можно на сайте в разделе «Модульные источники питания», где приведены технические параметры, реализован параметрический поиск, показаны цены и наличие на складе в Москве.

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 (I F) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении I F . При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1.

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 V IN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе R SNS . Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор R SNS , 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 R SNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

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 R SNS , 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 R SNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины R SNS 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:

I DIM-LED = D DIM × I LED

I DIM-LED - средний ток через светодиод,
D DIM - коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
I LED - номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления R SNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3.

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 .

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 R DS-ON .

Многорежимный диммер LM3409

• Глаз "инструмент" хороший, но без "численных" значений. Только спектрометр может что-то конкретное показать. Ссылку плиз. И Вы серьёзно верите, что что-то делается за пределами "Китая" (азиатские страны)?
• Ссылочку, пожалуйста.
• =Влад-Перм;111436][B]Владимир_007 [B]"Что бы продлить срок службы, рядом с ним ставят (в притык) еще несколько светодиодов,"? - У меня много светодиодов стоит рядом, чтобы увеличить суммарную яркость........... Я извиняюсь, чисто случайно попал на эту ветку повторно. Номеров 6 - 8 назад в радиолоцмане была статья, где так же вставлял свою реплику. За качество изделий на светодиодах упоминать не скромно, пару журнало назад у автомобилиста была статья на фары - о перегреве светодиода. Так 6 - 8 номеров назад в статье была схемка драйвера, представляющая собой переключатель гирлянд на 4 канала. "благодаря драйверу, увеличиваем срок службы светодиода в 4 раза за счет того, что он работает в 4 раза реже, так же 2_й +, продолжительность работы кристалла диода с графиком по экспоненте увеличивает срок службы за счет уменьшения температуры кристалла" - примерно дословно на память. Что касается фотографирования фар - светодиод, это стробоскоп для человеческого глаза, но с очень большой скоростью переключения и пока ни кто не похвастался увеличением (послесвечения) светодиода после пропадания напряжения.
• Уважаемый [b]Владимир_666, здравствуйте. С чего Вы это решили? При питании светодиода постоянным током формируется непрерывный поток светового излучения. При питании импульсным током - формируются световые импульсы. Светодиод [B]безынерционен. Это его замечательное свойство широко используется при передаче цифровой информации по оптическому волокну со скоростью десятки Гигабайт в секунду и более. Для него и люминофор нужен соответствующий, не создающий послесвечения. Полагаю, Вы это прекрасно понимаете. Говоря про стробоскоп Вы, очевидно, имеете ввиду отдельные кванты света. Но их пока не научились использовать по отдельности. Непонятно, кто и за что поставил "минус"?
• [b]САТИР, Вы отчасти травы в том, что [I] Светодиод безинерционен. Это справедливо для светодиодов с "голым" кристаллом. Белые светодиоды разрабатываемые для освещения имеют слой люминофора. А он имеет некоторое время послесвечения (несколько миллисекунд), что вполне достаточно при питании импульсами с частотой в килогерцы. Кроме того, в драйверах устанавливается фильтрующий конденсатор.
• Уважаемый [b]lllll, здравствуйте. Совершенно с Вами, абсолютно. Согласитесь, ведь люминофор лишь принадлежность самого светодиода для придания ему нужных свойств.
• Добрый день. Под словом стробоскоп с большой частотой - я подразумевал именно стробоскоп. Если взять свечение обычной лампочки у которой максимальное напряжение 220В и минимальное 0 и это с частотой 50 Гц - температура нити при 220В - 2200 градусов, но когда напряжение падает до 0 и опять поднимается до 220В, температура нити не падает до 0, а опускается до 1500 - 1800 градусов, что мы и видим "не вооружонным глазом". Что касается светодиода - у них принцип работы - стробоскоп, с большой скоростью переключения, который не видно человеческим глазом, но это не говорит о не влиянии на зрение. Что касается передачи данных гигпбайты в секунду - обычно передачу данных передают (азбукой морзе, мигающей лампочкой), я понимаю, что бы человеку поставить (-), можно быть и тупым, если Вы по отзывам людей считаете себя так же умным - определитесь сами где у Вас постоянно горящая лампочка и кому из нас нужно ставить -.
• Ну как-бы 50 Гц. это две полу синусоиды и реально моргают 100 Гц. и напряжение амплитудное около 300 В. Кто Вам такое сказал? Или где Вы это прочитали? О принципе работы почитайте в "Вике", а тема вроде о питании светодиодов. Нормальный драйвер питает светодиод постоянным таком. ШИМ регуляторы применяются только если надо ДЁШЕВО уменьшить яркость свечения. Хороший драйвер, опять же, умеет уменьшать ток на светодиод без использования ШИМ. ШИМ применяют в фонариках многорежимных - и если драйвер хоть немного адекватный частота ШИМ от нескольких кГц. Совсем незаметно при любом использовании. Ага, у меня тоже, когда винчестер данные передаёт, "лампочка" (светодиод) мигает, быстро так мигает! Это она данные передаёт!
• Не трогайте Владимира666. Не понимает он как работает светодиод. И, очевидно, не поймет. Придумал для себя объяснение неправильное и толкает его всем налево и на право.
• Всё выше сказанное - с точностью "до наоборот"
• ctc655 я думаю я Вам в понятной форме расписал, что постоянно горящая лампочка не может передавать информацию, если Вы пытаетесь своими действиями [B]не профессиональными защитить производителей светодиодов со своей минусовкой
• Спасибо Владимир666. Мое мнение о вас не улучшилось. Увы. Еще в детстве, лет 38 назад делали светотелефон на ЛАМПОЧКЕ. Запитана была от постоянного тока. Работало. Информацию передавал. Другое дело с какой скоростью, если можно так сказать. А вот ваше представление о работе светодиода - бред. То он у вас разрядник, то стробоскоп. Молодеж почитает и потом начнет говорить чушь. Если тяжело понять, не лезьте. За это и получили -1. Это оценка информативности сообщения. ВАаши сообщения не только не несут информативности, но еще и дают ошибочное представление о теме. Там где нет такой большой ахинеи, я ничего не ставлю.
• Просмотрите тему на этом же сате, что бы было понятно почему повторно! http://www..php?p=199007#post199007 Обсуждение: Осветительные приборы на основе светодиодов переменного тока находят свою нишу и, возможно, выйдут за ее пределы Мне так же не 10 и не 30 лет, но Вам почитать будет полезно. Увеличить знания кроме высокотехнологичного прибора с р-п переходом. Интересно, как же Вы 30 лет назад лампочкой горящей на постоянном токе инфорсацию передавали? Все световые приборы, не важно - оптрон, оптотиристор и т.д. все работают за счет прерываний светового потока. Наверно специально патент для этого создали?
• Обоснуйте или подтвердите. Я "электронщик" - можете не ограничиваться в терминологии. То, что драйвер (питание от 220 В.) работает по схеме АС (220 В.) -- DC (300 В.) -- AC ШИМ -- DC (стабильный нужный ток СС) -- СС на светодиод, не делает его ШИМ регулятором. (это можно назвать и просто выпрямителем напряжения!) ШИМ с обратной связью это просто один из способов выдерживать стабильную яркость (ток) светодиода. А вот регулировать яркость можно двумя способами: в указанной цепочке в "АС ШИМ" дополнительно ввести регулировку "заполнения" (светодиод будет питаться регулируемым стабильным током) или регулировать ШИМ-ом уже непосредственно [B]средний ток на светик. В первом случае питается стабильным током (пульсации нет!) во втором случае светодиод питается "импульсами" и их в принципе видно. (не обязательно глазами - в фонариках встречал частоту и 200 Гц. и 9 кГц.) Азбукой "Морзе" - это что-ли не передача информации?
• Честно говоря я не знаю зачем подтверждать известную истину. Может, конечно, есть какие то нюансы в разработке регулируемых драйверов(а они должны быть). Я не занимался пока этим. Поэтому предложенные вами методы регулирования имеют право на жизнь. Вот только применяются каждый по своему. По поводу азбуки Морзе. Да, это передача информации, но с перерывом светового потока. А тот светотелефон работал на изменении яркости лампочки без погасания. При отсутствии речи светил постоянно. Схему не нашел. Делали в кружке и еще не было привычки зарисовывать схемы. Также некоторые закрытые оптопары, резисторная например, может работать без прерывания светового потока.
• Уважаемый [b]ctc655, здравствуйте. [B]Вы абсолютно правы. Подобный метод передачи звука применяется до сих пор в кино. По краю плёнки есть световая дорожка, модулирующая световой поток, который преобразуется в электрический сигнал. Метод существует со времени изобретения звукового кино! Именно он погубил тапёров.
• Про это как то и забыл. Хотя может сейчас по другому. Честно давно не интересовался кино.
• Я не спорю, что без погасания лампочки и схемы могут быть разные, от обычной логики до 554СА..(3) компараторов, можно и просто свечение лампочки и перед лампочкой "флажком" дергать, но передача сигнала всегда работала по изменению "1" и "0".
• В цифровых устройствах - да. А датчики уровня освещённости что, тоже работают по погасанию лампочки или солнца? Причём уровень освещённости регулируется......
• Предыдущая тема или спор, если Вы читали - была о передаче данных "якобы постонно горящей лампочкой" от источника постоянного тока, то есть аккумулятор или стабилизированный источник питания. (Не хочу поднимать тему - где же заканчивается переменное напряжение и начинается постоянное, так как на эту тему сейчас в нете куча споров, начиная с самого аккумулятора.....) Что касается уровня освещенности, Вы о датчиках движения или о ночном освещении допустим вокруг витрин магазинов? Кажется во 1_х свет в обычном понятии - немного не соответствует теме, а вот принцип практически тот же!