Меню

Схема для регулировки яркости светодиодных ламп



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

Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.

Стильные и актуальные дизайнерские решения включают в себя плавную регулировку общей освещенности при условии свечения всех ламп. Это позволяет создать как интимную обстановку для отдыха, так и яркую для торжеств или работы с мелкими деталями.

Ранее, когда основными источниками света были лампы накаливания и точечные светильники с галогенными лампами проблем с регулировкой не возникало. Использовался обычный 220В диммер на симисторе (или тиристорах). Который обычно был в виде выключателя, с поворотной ручкой вместо клавиш.

С приходом энергосберегающих (компактных люминесцентных ламп), а потом и светодиодных такой подход стал невозможен. В последнее же время подавляющее большинство источников света – это светодиодные светильники и лампочки, а лампы накаливания запрещены для использования в осветительных целях во многих странах.

Занятно то, что на упаковке от отечественных ламп накаливания сейчас указывают что-то вроде: «Электрический теплоизлучатель».

В этой статье вы узнаете о принципе регулирования яркости светодиодов, а также о том, как это выглядит на практике.

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.

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

Яркость идеального теоретического светодиода линейно зависит от тока, но в реальности дела несколько отличаются. Это связано с дифференциальным сопротивлением диода и его тепловыми потерями.

Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока.

Разумеется, что сила тока зависит от приложенного напряжения, но как вы можете судить из первого графика, даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока.

Поэтому регулирование яркости с помощью простого реостата – занятие бесполезное. В такой схеме, при уменьшении сопротивления реостата светодиод внезапно загорится, а после его яркость незначительно возрастет, далее, при чрезмерном приложенном напряжении, он начнет сильно греется и выйдет из строя.

Отсюда выходит задание: Регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.

Способы регулирования яркости светодиодов: линейные «аналоговые» регуляторы

Первое что приходит в голову это использовать биполярный транзистор, ведь его выходной ток (коллектора) зависит от входного тока (базы), включенного по схеме общего коллектора. Мы уже рассматривали их работу в большой статье о биполярных транзисторах.

Вы изменяете ток базы изменяя падение напряжения на переходе эмиттер-база с помощью потенциометра R2, резисторы R1 и R3 нужны для ограничения тока при максимально открытом транзисторе рассчитываются исходя из формулы:

R=(Uпитания-Uпадения на светодиодах-Uпадения на транзисторе)/Iсвет.ном.

Эту схему я проверял, она неплохо регулирует ток через светодиоды и яркость свечения, но заметна некоторая ступенчатость на определенных положениях потенциометра, возможно это связано с тем, что потенциометр был логарифмическим, а возможно из-за того что любой pn-переход транзистора это тот же диод с такой же ВАХ.

Лучше для этой задачи подойдет схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317, хотя её чаще применяют в роли стабилизатора напряжения.

Её можно и использовать для получения фиксированного тока при постоянном напряжении. Это особенно полезно при подключении светодиодов к бортовой сети автомобиля, где напряжение в сети при заглушенном двигателе около 11.7-12В, а при заведенном доходит до 14.7В, разница более чем в 10%. Также отлично работает и при питании от блока питания.

Читайте также:  Регулировка ножей электрорубанка hander ep 750

Расчёт выходного тока достаточно прост:

Получается достаточно компактное решение:

Этот способ не отличается высоким КПД, он зависит от разницы напряжений между входом стабилизатора и его выходом. Всё напряжение «сгорает» на LM-ке. Потери мощности здесь определяются по формуле:

Чтобы повысить эффективность работы регулятора, нужен кардинально другой подход – импульсный регулятор или ШИМ-регулятор.

Способы регулирования яркости: ШИМ-регулировка

ШИМ расшифровывается, как «широтно-импульсная модуляция». В её основе лежит включение и выключение питания нагрузки на высокой скорости. Таким образом, мы получаем изменение тока через светодиод, поскольку каждый раз на него подается полное напряжение, необходимое для его открытия. Он быстро включается и отключается на полную яркость, но из-за инерционности зрения мы этого не замечаем и это выглядит как снижение яркости.

При таком подходе источник света может выдавать пульсации, не рекомендуется использовать источники света с пульсациями более 10%. Подробные значения для каждого вида помещений описаны в СНИП-23-05-95 (или 2010).

Работа под пульсирующим светом вызывает повышенную утомляемость, головные боли, а также может вызвать стробоскопический эффект, когда вращающиеся детали кажутся неподвижными. Это недопустимо при работе на токарных станках, с дрелями и прочим.

Схем и вариантов исполнения ШИМ-регуляторов великое множество, поэтому все их перечислять бессмысленно. Простейший вариант – это собрать ШИМ-контроллер на базе микросхемы-таймера NE555. Это популярная микросхема. Ниже вы видите схему такого светодиодного диммера:

А вот фактически это одна и та же схема, разница в том, что здесь исключен силовой транзистор и она подходит для регулировки 1-2 маломощных светодиодов с током в пару десятков миллиампер. Также из неё исключен стабилизатор напряжения для 555-микросхемы.

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.

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.

Различают такие диммеры по фронту работы:

1. Диммеры срезающие передний фронт полуволны (leading edge). Именно такие схемы чаще всего встречаются в бытовых регуляторах. Вот график их выходного напряжения:

2. Диммеры срезающие задний фронт полуволны (Falling Edge). Различные источники утверждают, что такие регуляторы лучше работают как с обычными, так и с диммируемыми светодиодными лампами. Но встречаются они гораздо реже.

Обычные светодиодные лампы практически не будут изменять яркость с таким диммером, к тому же это может ускорить их выход из строя. Эффект такой же, как и в схеме с реостатом, приведенной в предыдущем разделе статьи.

Стоит отметить, что большинство дешевых регулируемых LED-ламп ведут себя точно также, как и обычные, а стоят дороже.

Регулировка яркости светодиодных ламп – рациональное решение 12В

Светодиодные лампы на 12В широко распространены в цоколях для точечных светильников, например G4, GX57, G5.3 и другие. Дело в том, что зачастую в этих лампах отсутствует схема питания как таковая. Хотя в некоторых установлен на входе диодный мост и фильтрующий конденсатор, но это не влияет на возможность регулирования.

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

Таким же образом, как и регулируют яркость LED-ленты. Простейший вариант регулятора, вот такой вот на проводках, в магазинах они обычно называются как: «12-24В диммер для светодиодной ленты».

Они выдерживают, в зависимости от модели, порядка 10 Ампер. Если вам нужно использовать в красивой форме, т.е. встроить вместо обычного выключателя, то в продаже можно найти такие сенсорные 12В диммеры, или варианты с вращающейся ручкой.

Вот пример использования такого решения:

Ранее применялись галогеновые лампы на 12В их питали от электронных трансформаторов, и это было отличным решением. 12 вольт – это безопасное напряжение. Чтобы запитать эти лампы на 12В электронный трансформатор не подойдет, нужен блок питания для светодиодных лент. В принципе, переделка освещения с галогеновых на светодиодные лампы в этом и заключается.

Читайте также:  Как отрегулировать систему зажигания ваз 2107

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.

Обратите внимание! Только 11 ноября 2020 года главная распродажа года на Алиэкспресс: Товары на Алиэкспресс с самыми большими скидками

Источник

Диммер для Светодиодной Лампы. Делаем Сами

Для создания более комфортных условий, связанных с освещением, применяют специальные устройства регулировки яркости — диммеры. Применение диммеров было очень распространено для использования ламп накаливания. Есть множество фабричных устройств в продаже объединённых с выключателем, а также немало схем в Рунете для самостоятельной сборки. Но лампам накаливания пришли на смену светодиодные и тема эта как-то поутихла.

Почему? Дело в том, что в основе работы диммера для ламп накаливания, как правило, лежит применение симистора или тиристора с фазоимпульсным управлением. Лампа накаливания обладает только активным сопротивлением и мощность на ней, а значит и её яркость прекрасно регулируется этим методом. В светодиодной лампе на 230 VAC встроен драйвер SMPS , который содержит также и реактивную составляющую сопротивления. При использовании обычного диммера со светодиодной лампой, яркость её не регулируется как положено, а ведёт себя неустойчиво — мерцает или вовсе не горит.

Если взять отдельный светодиод, как электронный компонент, то он легко подаётся регулировке яркости свечения, например, используя метод ШИМ . Т.е. попросту говоря, этот метод надо адаптировать под светодиодную лампу 230 VAC со встроенным драйвером. О такой схеме и пойдёт речь.

На DD1 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой 1 кГц . Ширину импульсов или по другому их заполнение или скважность можно регулировать в широких пределах переменным резистором R1 от до 100% . К выходу ( 3 ) DD1 через резистор R3 подключена оптопара с транзисторным выходом, которая управляет транзистором VT1 .

В итоге на светодиодную лампу подаются импульсы выпрямленного напряжения с диодного моста VD5 , которые промодулированы выходом генератора DD1 . На каждый полупериод частоты 100 Гц с VD5 , будет приходится 10 импульсов с генератора DD1 с регулируемой скважностью. Данная простая схема позволит применить привычный диммер для плавной регулировки яркости светодиодных ламп, рассчитанных на работу от напряжения бытовой сети.

Печатная плата показана на рисунке. Оптопара может быть H11D1 , SFH619A , или другая с напряжением КЭ не менее 300 В . Следует соблюдать технику безопасности при работе с устройством, т.к. схема не развязана от сети, а в законченном изделии ручка регулировки R1 должна быть хорошо изолирована.

Источник

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:

  1. Схема подключения перед драйвером питания, когда диммируется переменное напряжение;
  2. Подключение после драйвера питания, с ШИМ-регуляцией постоянного напряжения.
Читайте также:  Регулировка задних тормозных колодок ниссан эксперт

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.

Источник

Adblock
detector