Как сделать диммируемую светодиодную лампу
Схема диммера для светодиодных ламп на 220В
Регулировать яркость освещения в комнате, где установлена люстра с несколькими лампами накаливания, не представляет труда. Берем выключатель на несколько кнопок и при необходимости включаем либо выключаем часть ламп.
Даже если люстра рассчитана на одну лампу, ее яркость можно изменять в широких пределах увеличивая либо уменьшая подаваемое напряжение. Светодиод работает в очень узком диапазоне напряжения и при его снижении просто гаснет.
Для изменения яркости светодиодных ламп используют диммер, представляющий собой ШИМ-контроллер (контроллер с широтно-импульсной модуляцией мощности).
Принцип широтно-полюсной модуляции (ШИМ)
Изменения мощности питающего напряжения при применении шим-контроллера обеспечивается благодаря подаче на коммутирующий элемент (в случае со светодиодами – полевой транзистор, симистор либо динистор) сигналов с изменяющейся скважностью.
S=T/T1, где Т – период импульсов, Т1 – период положительного фронта.
В ШИМ-контроллере импульсы следуют с постоянной частотой, изменяется лишь длительность пауз.
Ниже представлена принципиальная схема ШИМ-контроллера:
Увеличение ширины импульса увеличивает время поступления тока через транзистор к нагрузке, следовательно, и пропускаемый ток. Частота следования импульса значительно выше той, которую способен уловить глаз, обычно 100-200Гц, потому мерцания светодиодов мы не ощущаем. Преимущество регуляторов нагрузки на основе ШИМ-контроллеров, значительно более высокий КПД сравнительно с резистивными, поскольку избыточная нагрузка гасится, а не потребляется.
Подключение диммера в схему питания светодиодной лампы
Существует два варианта подключения:
Промышленные варианты диммеров для светодиодных ламп
Тип управления диммером:
Диммер, монтируемый вместо выключателя, с пультом дистанционного управления. Обычно устанавливаются при переоборудовании обыкновенного освещения лампами накаливания на светодиодные ленты.
Диммер, устанавливаемый перед драйвером питания светодиодов на дистанционном управлении с инфракрасным управлением.
Образец с управлением через радиоканал. В отличие от инфракрасного передатчика, такой пульт способен включить освещение даже с улицы.
Выпускают образцы с механическим либо сенсорным управлением. Есть даже модели, позволяющие управлять освещением с помощью смартфона через WiFi.
Основной недостаток всех устройств – достаточно высокая цена.
Если у вас нет желания переплачивать за ненужные функции, изготовить диммер для светодиодных ламп 220в своими руками совсем не сложно.
Собираем диммер своими руками
Схема на симисторах:
В этой схеме задающий генератор построен на двух симисторах, триаке VS1 и диаке VS2. После включения схемы конденсаторы начинают заряжаться через резисторную цепочку. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения открытия симистора, через них начинает течь ток, а конденсатор разряжается. Чем меньше сопротивление резистора, тем быстрее заряжается конденсатор, тем меньше скважнось импульсов.
Изменение сопротивления переменного резистора регулирует глубину стробирования в широком диапазоне. Такую схему можно использовать не только для светодиодов, но и для любой сетевой нагрузки.
Подключение диммера в качестве выключателя
Схема подключения к сети переменного тока:
Диммер на микросхеме N555
Микросхема N555 представляет собой аналогово-цифровой таймер. Важнейшее ее преимущество – способность работать в большом диапазоне питающего напряжения. Обыкновенные микросхемы с TTL логикой работают от 5В, а логическая единица у них – 2,4В. КМОП серии более высоковольтные.
Но схема генератора с возможностью изменения скважности получается достаточно громоздкая. Так же у микросхем со стандартной логикой повышение частоты уменьшает напряжение выходного сигнала, что не даёт возможность коммутировать мощные полевые транзисторы и подходит лишь для небольших по мощности нагрузок.
Таймер на микросхеме N555 идеально подходит для шим-контроллеров, поскольку одновременно позволяет регулировать и частоту, и скважность импульсов. Напряжение на выходе составляет около 70% напряжения питания, за счёт чего ей можно управлять даже мосфетовскими полевыми транзисторами с током до 9А. При крайне низкой стоимости используемых деталей затраты на сборку составят 40-50 рублей.
А эта схема позволит управлять нагрузкой на 220В с мощностью до 30 Вт:
Микросхему ICEA2A после небольшой доработки можно безболезненно заменить менее дефицитной N555. Затруднение может вызвать необходимость самостоятельной намотки трансформатора. Мотать обмотки можно на обычном Ш-образном каркасе от старого перегоревшего трансформатора на 50-100Вт. Первая обмотка — 100 витков эмалированного провода диаметр 0.224мм. Вторая обмотка — 34 витка проводом 0.75мм (площадь сечения допустимо уменьшить до 0.5мм), третья обмотка – 8 витков проводом 0.224 – 0.3мм.
Диммер на тиристорах и динисторах
Светодиодный диммер 220В с нагрузкой до 2А:
Это двухмостовая полуволновая схема состоит их двух зеркальных каскадов. Каждая полуволна напряжения проходит через свою цепочку тиристор-динистор. Глубина скважности регулируется переменным резистором и конденсатором.
При достижении определённого заряда на конденсаторе он открывает динистор, через который течёт ток на управляющий тиристор. При смене полярности полуволны процесс повторяется во второй цепочке.
Диммер для светодиодной ленты
Схема диммера для светодиодной ленты на интегральном стабилизаторе серии КРЕН.
В классической схеме подключения стабилизатора напряжения, значение стабилизации задается резистором, подключённым к управляющему входу. Добавление в схему конденсатора С2 и переменного резистора превращает стабилизатор в некое подобие компаратора.
Преимущество схемы в том, что она совмещает сразу и драйвер питания и диммер, поэтому подключение не требует дополнительных цепей. Недостаток – при большом количестве светодиодов на стабилизаторе будет значительное тепловыделение, что требует установки мощного радиатора.
Как подключить диммер к светодиодной ленте зависит от задач диммирования. Подключение перед драйвером питания светодиодов позволит регулировать только общую освещённость, а если собрать несколько диммеров для светодиода своими руками и установить их на каждый участок светодиодной ленты уже после блока питания, появится возможность регулировать зональное освещение.
«Диммер» с фиксированным уровнем яркости
Номинал резисторов 100-500 кОм, мощность 1-2 Вт.
Это даже не димер, поскольку ШИМ контроллера тут и близко нет. Но идеально подойдет для тех, кто взял первый раз в руки паяльник.
Диммирование светодиодных ламп
Для регулировки яркости ламп накаливания давным-давно был изобретён диммер — простое электронное устройство, меняющее яркость лампы за счёт «обрезания» части синусоиды сетевого напряжения.
Лампа накаливания проста, а светодиодная лампа содержит сложную электронную схему, поэтому с диммированием там всё непросто. Сегодня я расскажу, что делают диммеры, чем они отличаются между собой, и как себя ведут диммируемые светодиодные лампы по сравнению с лампами накаливания при регулировке яркости.
Начнём с того, что делают диммеры. Вот осциллограмма сетевого напряжения.
Диммер «отрезает» кусок синусоиды. При половине яркости остаются «половинки» синусоиды в каждом полупериоде.
При минимальном уровне яркости остаются только маленькие «хвостики».
Фактически, диммер включает и выключает нагрузку 100 раз в секунду и яркость зависит от момента включения.
Все диммеры с двухпроводным подключением не могут «открываться» полностью — для работы им нужно питание, которое они получают за счёт небольшого напряжения, остающегося при неполном «открытии». На максимальной яркости осциллограмма на выходе диммера выглядит так.
Обычные светодиодные лампы при включении через диммер будут включатся на полную яркость с определённого момента регулирования или мигать при попытке диммирования. Регулировать яркость позволяют диммируемые светодиодные лампы, которые содержат специальную схему, распознающую диммирование и управляющую схемой стабилизатора лампы.
При диммировании светодиодные лампы ведут себя не так, как лампы накаливания. Когда лампа накаливания горит совсем слабо, светодиодная лампа ещё довольно ярко светится. Вот так выглядят лампы, подлюченные через один и тот же диммер на минимальной яркости.
Все диммеры имеют разный минимальный уровень. Например, у одного из китайских диммеров осциллограмма на минимальном уровне выглядела так.
При этом светодиодные диммируемые лампы светились довольно ярко.
Для диммирования светодиодных ламп важно, чтобы минимальный уровень регулировки был как можно меньше. Если нить лампы накаливания на минимальном уровне регулировки чуть светится тёмно-красным цветом, такой диммер подойдёт для светодиодных ламп, если же нить лампы накаливания горит жёлтым светом, светодиодные лампы на минимальном уровне диммирования будут светить слишком ярко.
Я подключил лампу накаливания к трём имеющимся у меня диммерам и измерил True RMS мультиметром напряжение на выходе.
Чёрный китайский диммер на проводе — 98 В.
Диммер IKEA — 66 В.
Китайский диммер с блестящей ручкой — 46 В.
Максимальный уровень у всех диммеров тоже разный:
В сети — 228 В.
Чёрный китайский диммер на проводе — 211 В.
Диммер IKEA — 221 В.
Китайский диммер с блестящей ручкой — 220 В.
Диммируемые светодиодные лампы отличаются по минимальному уровню диммирования. Некоторые позволяют снижать яркость до 5%, а некоторые только до 20%. Вот, к примеру лампы Navigator NLL-C37-5-230-2.7K-E14-FR-DIMM и IKEA 102.667.54, включённые в один и тот же диммер на минимальном уровне яркости.
Ещё одна проблема при диммировании светодиодных ламп — звук. Практически все диммируемые лампы тихо зудят при диммировании, но некоторые лампы с некоторыми диммерами начинают гудеть довольно громко. Зудеть может и сам диммер.
Ещё одна проблема — несовместимость диммеров со светодиодными лампами. Некоторые диммеры «сходят с ума», когда в них включены светодиодные лампы. У меня в комнате стоит выключатель Univex с диммированием и управлением пультом. Когда в люстру вкручены светодиодные лампы, свет выключается сразу после включения. Помогла замена одной из шести ламп обычной лампой накаливания. Теперь в люстре пять светодиодных ламп и одна лампа накаливания и выключатель работает корректно.
Последняя проблема — несовместимость ламп и диммера. При этом некоторые светодиодные лампы могут не включаться или включаться через раз. Например из шести ламп в люстре при включении могут зажечься только пять или четыре, а при повторном включении зажгутся все шесть. Причина скорее всего в помехах, вносимых диммером. У китайского чёрного диммера на половине яркости осциллограмма на выходе выглядит так:
Вполне возможно, что импульс помехи влияет на работу электроники ламп.
1. У всех диммеров разный уровень минимума. Для светодиодных ламп нужно, чтобы он был как можно ниже;
2. Уровень максимума тоже отличается. Если он недостаточно высок, лампы никогда не будут гореть на полную яркость;
3. Все диммируемые светодиодные лампы имеют разный уровень минимума диммирования;
4. Возможна несовместимость модели ламп с моделью диммера;
5. При диммировании лампы могут гудеть, при смене диммера гудение может уменьшится.
p.s. Вот так я провожу выходной. 🙂
p.p.s. На сайте lamptest.ru появились реквизиты для финансовой поддержки проекта, кроме того теперь можно заказать тестирование любой лампы из любого интернет-магазина.
upd.: Помимо простых диммеров, отрезающих передний фронт синусоиды (leading edge), существуют диммеры, отсекающие задний фронт (trailing edge) и диммеры на ШИМ. Мне пока такие не встречались. Спасибо Илье Савинкину за подсказку.
Диммирование освещения с Умного Дома
Коснёмся актуального вопроса диммирования светильников с системы Умный Дом, особенно светодиодных. Я постоянно сталкиваюсь с тем, что вопрос о том, какие будут светильники, и как именно они будут диммироваться, всегда оставляется на самый последний момент, что приводит к неопределённости при проектировании. Как правило, в дизайн-проекте обозначены диммируемые группы света, остаётся продумать способ диммирования и подобрать подходящие лампы.
С точки зрения возможности диммирования у нас есть четыре категории светильников:
Плохо, когда из дизайн-проекта не понять, к какой категории относится светильник. Потолочный спот может быть как светильником с драйвером, лежащим за потолком, так и лампой в цоколе GU5.3. Люстра тоже может быть и со стандартными лампами, и с собственными лампами и драйвером, спрятанным в корпусе, и с лампами накаливания. Даже светодиодные ленты могут оказаться на деле не лентами, а длинными люминесцентными светильниками. В более продуманном проекте уже указаны модели ламп и их мощности.
В интернете (специально поискал) какая-то каша информации по поводу способов диммирования, сейчас попробую максимально конкретно классифицировать способы диммирования со стороны управляющего элемента (Умного Дома, то есть).
TRIAС диммирование (симисторное)
Диммированием управляет симистор (который представляет собой два тиристора, но не забивайте этим голову), он же ключ. Включение ключа происходит по сигналу с управляющего блока, выключение в нуле. Вот такая картинка на входе и на выходе:
Это обрезание начала синусоиды, по-английски, leading edge. Это старый тип диммирования, подходит для ламп накаливания. Лампам накаливания, на самом деле, всё равно, какую часть синусоиды обрезать, начало или конец, им важно просто уменьшение подаваемой на них мощности. Все диммеры систем автоматики и настенные крутилки для управления светом, выпущенные 5-7 и более лет назад — этого типа.
Слышал теории о том, что диммеры ламп накаливания меняют амплитуду синусоиды, то есть, снижают напряжение переменного тока, но это уже ЛАТР (трансформатор), они слишком крупные для диммера, симисторные практичнее и дешевле. Такой способ в быту не используется.
Транзисторные диммеры
Более современные диммеры, они могут резать как начало синусоиды (leading edge), так и конец синусоиды (trailing edge). Иногда на них даже есть переключатель режима диммирования. Настенные крутилки для диммирования светодиодных ламп как раз транзисторные, обрезают конец синусоиды.
Вот диммер Finder с переключателем режима leading edge или trailing edge:
Управление сигналом 0-10 вольт от контроллера. Переключатель режима наверху, под надписью finder, ниже регулировка минимального уровня светодиодной лампы.
Лампы накаливания диммируются на всём диапазоне регулирования, если на лампу подать 5% мощности, она и будет на 5% светить. Светодиодная лампа имеет диапазон диммирования гораздо уже, хорошо если от 40 до 80%. Меньше минимума она будет мерцать или погаснет, выше максимума уже не будет регулироваться.
Вот диммер Fibaro, работающий по протоколу Z-Wave, он также диммирует светильники любого типа.
ШИМ диммирование
Это способ диммирования светодиодных лент и галогеновых ламп постоянного напряжения. Смысл в том, что мы то подаём постоянное напряжение, то убираем.
Подробнее о том, что такое ШИМ — в этой статье.
Если ключ открыт всё время, то лента светит на 100%. Если каждые 20 миллисекунд закрываем ключ, а потом открываем снова, то лента светит на 50%. Если 10мс ключ открыт, затем 90мс закрыт, то лента светит на 10% и видно её мерцание.
Для управления лентой мы используем ШИМ диммер, который может управляться сигналом 0-10 вольт или по ModBus. Вот удобный ШИМ диммер Razumdom, он управляет четырьмя каналами диммирования, для каждого у него отдельный вход 0-10 вольт, либо можно всем управлять по ModBus. Совместим с контроллером EasyHomePLC и Beckhoff.
Надо при выборе диммера всегда в характеристиках смотреть максимально допустимый ток, который коммутирует ключ. Обычно это от 3 до 8 ампер. Если лента мощнее — то надо брать усилитель.
Собственное диммирование
Это самый удобный способ диммирования, его выполняет диммируемый драйвер светильника. Удобен он тем, что диммирование конкретного светильника обеспечивает драйвер именно для этого светильника, причём способ управления можно выбирать при выборе модификации светильника, это может быть как TRIAС, так и 0-10 вольт или даже DALI.
Протокол DALI удобен для большого количества светильников, если контроллер этот протокол поддерживает (Beckhoff поддерживает, но нужен специальный модуль DALI, один на 64 светильника). Самый лучший вариант 0-10 вольт. Нужен только модуль аналогового вывода 0-10 вольт, он есть и у Beckhoff, и у ОВЕН, и у EasyHomePLC, и у всех прочих контроллеров.
Вот светильник Arlight (у него в комплекте недиммируемый драйвер) и варианты драйверов на замену:
Что мы видим. Светильнику нужно 18-22V 1200mA или 27-42V 600mA. Под эти параметры подбираем к нему драйвер на замену комплектному недиммируемому. За 1770 рублей мы можем взять драйвер с управлением TRIAC от настенной крутилки, за те же деньги можем взять драйвер с управлением 0-10 вольт. Даже при необходимости безо всякого умного дома управлять с настенной панельки, удобнее взять с управлением 0-10 вольт, такой регулятор будет гораздо дешевле. Вдвое дороже стоит драйвер для управления по протоколу DALI.
Подбор диммера
Подбираем диммер под светильники.
Примечание 1. Для управления по ModBus надо, чтобы контроллер Умного Дома и диммер, работающий по протоколу ModBus, были совместимы. То есть, в контроллере был драйвер для работы с этим диммером. ModBus — не универсальный язык общения всей автоматики. Вот DALI — универсальный протокол, если контроллер и драйвер работают по DALI, то они работают вместе. А если они работают по ModBus — значит, они теоретически могут работать вместе, надо только написать драйвер разработчикам. Например, EasyHomePLC работает с диммерами RazumDom. И с модулями ОВЕН МУ и МВ. Но не работает с модулями WirenBoard.
Примечание 2. Важно учитывать мощность диммера. Если на диммере написано, что он диммирует 400 ватт резистивной нагрузки (как диммер Finder на картинке выше), то для ёмкостной нагрузки (это светодиодные лампы) надо учитывать 100 ватт. На диммерах RazumDom написано, что их мощность до 1000 ватт, но это опять-таки лампы накаливания, для светодиодных ламп это 250-300 ватт, не больше. Если мы говорим о диммируемых драйверах для светильников, то там проблем нет, сколько на нём написано, такой светильник можно вешать, он же для светодиодного светильника и сделан.
Примечание 3. Поясню, что драйвер, блок питания и источник питания — немного разные вещи.
Блок питания (он же адаптер) понижает напряжения и стабилизирует его. А драйвер стабилизирует ток, через него подключаются светильники и ленты, которым нужно не стабильное напряжение, а стабильный ток.
Но часто эти понятия путают и называют драйвером, адаптером или блоком питания любой модуль, который из 230 вольт делает питание для светильника или ленты.
Примечание 4. Бывает 0-10 вольт, а бывает 1-10 вольт. Это одно и то же в плане управления. Но драйвер с управлением 1-10 вольт может при отсутствии напряжения на управляющем входе посчитать, что от него отвалился кабель управления и, в зависимости от своих настроек, либо не включаться вообще, либо включаться всегда на 100%. 1 вольт — это контроль линии.
Кабели для диммируемых ламп
Если со светильником и типом диммирования определились, то надо предусмотреть правильный кабель.
Для ламп накаливания и светодиодных ламп — силовой кабель от щита. Толщина кабеля выбирается согласно мощности светильников. Универсальный вариант — это кабель 3х1.5. Но 1.5мм2 сечения соответствует больше двух киловатт мощности, так что вполне можно использовать кабель сечением не больше 0.75мм2. Количество жил может быть две или три. Три жилы — для люстр и светильников в металлическим корпусом, у которых есть контакт заземления. Две жилы — для светильников без заземления. Ещё третью жилу можно использовать как резерв на случай необходимости разделить группу света на две.
Для светильников с управлением TRIAC — также один силовой кабель от щита до драйвера.
Для светильников с управлением 0-10 вольт — силовой кабель и 2-жильный слаботочный кабель (FTP либо ES-04S, лучше всегда иметь запасные жилы и экран) от щита до драйвера.
Для светильников с управлением DALI — один силовой кабель 5х0.75 от щита до драйвера. Либо 3х0.75 и любой тонкий 2-жильный кабель для шины DALI.
Для светодиодных лент — кабель соответствующий току ленты. Вот статья про Выбор кабеля светодиодных лент (там же есть калькулятор расчёта сечения). Если блок питания находится у начала ленты, то ведём туда питания 230 вольт и управляющий кабель ES-04 или UTP. Количество жил кабеля питания 2 или 3, в зависимости от необходимости заземления корпуса светильника.
Часто хотят отнести драйвер светодиодного светильника подальше от светильника, например, в щит. Не всегда это допустимо. Скорее, почти всегда это недопустимо, расстояние должно быть не больше 2-3 метров. Блок питания светодиодной ленты можно отнести от ленты, но надо считать падение напряжения в кабеле.
Универсальный вариант, когда не знаете, какой будет светильник, и как им управлять — силовой кабель 3х0.75 (или 3х1.5) и слаботочный экранированный кабель (витая пара FTP либо сигнальный ES-04S) для управления 0-10 вольт либо DALI.
114,970 просмотров всего, 104 просмотров сегодня