Нужен ли блок питания для подключения светодиодного светильника 36 Вт и как его выбрать

Особенности блоков питания

Для нормального функционирования светодиодов через них должен проходить постоянные ток и напряжение (вольамперная характеристика этих источников света нелинейная). При подключении к сети требуются источники питания, снижающие и выпрямляющее 220 В до требуемого значения. В противном случае при любом скачке резко увеличится электроток, p-n переход пекрегреется, светодиодный чип перегорит.

Основное требование к БП (блоку питания)
– способность сгладить скачки, повышающие вольтаж в сети при авариях,
коммутациях с мощным оборудованием, ударах молнии.

При покупке необходимо обратить внимание
на коэффициент мощности, который обозначается как λ или cos φ.
Чем этот показатель выше (от 0,85), тем качественнее блок и сложнее его
конструкция.

Сейчас можно купить Led лампы и светильники со встроенным в корпус (чаще всего цоколь) устройством для стабилизации электротока. Но они маломощные, поэтому способны обеспечить работу с сетью без значительных скачков. При малейших отклонениях в сторону повышения они выходят из строя. Чтобы избежать такой неприятности, желательно установить в систему светодиодного освещения отдельностоящий блок питания.

1. Рабочее напряжение (U)

Рабочее напряжение светодиодной ленты может быть 12 В, 24 В, иногда 36 В, управляемые ленты SPI обычно 5 В. Соответственно оно должно соответствовать выходному напряжению блока питания.

Существуют также блоки питания с возможностью плавной регулировки выходного напряжения, например источники напряжения Arlight серии JTS, такие можно применять в специальных проектах, где требуется нестандартное значение выходного напряжения, а также там, где необходимо скомпенсировать падение напряжения на длинных проводах.

Еще из нестандартных решений можно отметить блоки питания с несколькими каналами, в которых разное выходное напряжение, это может быть полезно, если нужно запитать ленты с разным рабочим напряжением на один источник напряжения.

Классификация

Проблема рядового
потребителя связана с запутанностью терминологии. Блоком питания называется
источник, предназначенный для подключения любого радриоэлектроного
оборудования, выдающий определенный уровень напряжения и тока. 

Для большинства светодиодов требуется 4 В, при последовательном соединение максимальное количество 15 элементов, что соответствует напряжению 60 В. В российской сети 220 В, поэтому блок питания включается в систему обязательно.

Обозначать БП словом «драйвер» неверно, так как этот вид оборудования обеспечивает только стабильность тока (существуют модели, обеспечивающие диммирование). Драйвером можно назвать устройство, которое обеспечивает питание при подключении к сети 12 В или 24 В. Если осветительный прибор необходимо подключить к 220 В, требуется блок питания.

Исторически устройство, обеспечивающее
параметры питания электроприбора, называется балластом (ПРА). При переходе на
светодиодное освещение термин не стали менять. То же относится к термину «электронный
трансформатор». Это устройство снижает напряжение и повышает частоты, запитать
от него можно гирлянду или похожий на нее источник света.

БП может размещаться в корпусе или
отдельно от осветительного прибора, включаться в комплект поставки или приобретаться отдельно.

По конструкции эти приборы делятся на 2
большие группы:

• изолированные;
• неизолированные.

У изолированного БП отсутствует
гальваническая связь между входом и выходом, что повышает уровень безопасности
во время эксплуатации благодаря невысокому уровню напряжения на выходе. Этот
вид блоков питания производится на основе трансформатора, первичная обмотка
которого подключается к сети. Светодиодный светильник или лента присоединяется
к вторичной обмотке. Изолированные модели сравнительно дорогие, но хорошо
сглаживают скачки и импульсы напряжения, что особенно важно для российской
электросети.

В неизолированных БП между
входом и выходом есть гальваническая связь. На выходе напряжение не превышает
60 В, но показатель между землей и одной из линий выхода может достигать
значения сетевого напряжения. Это оборудование компактное и сравнительно
дешевое, но с низким КПД. В комплект поставки их включают производители дешевой
светодиодной продукции. Если в процессе монтажа присоединить выключатель к
нулевому проводу, светодиодный осветительный прибор будет светиться в
выключенном состоянии.

Исходя из вышеизложенного, источники
питания для светодиодов можно разделить на 3 группы;

• трансформаторные;
• импульсные;
• драйверы.

Первые два
типа предназначены для выработки постоянного напряжения, которое остается
стабильным независимо от колебаний сети и изменения тока.

Трансформаторный БП
состоит из:

• трансформатора;
• выпрямителя;
• фильтра;
• стабилизатора.

Такой прибор просто установить, он хорошо переносит режим холостого хода, но не терпит перегрузок, имеет большой вес и низкий КПД.

Импульсный БП меньше по размерам и легче
благодаря работе с более высокими импульсами, но плохо переносит холостой ход и
перегрузки.

Функция драйвера – выровнять уже стабилизированный электроток. Он состоит из дросселя, транзисторного ключа и схемы, управляющей ключом. Драйвер работает с частотами 30-50 Гц, контролирует ток, поступающий на светодиоды, регулирует вольтаж. Качественное оборудование этого типа имеет встроенный каскад для подавления гармотик, искажающих ток сети.

Расчет мощности блока питания

Подбор блока питания по мощности осуществляется по следующему принципу: мощность должна быть равна суммарной мощности светодиодной ленты, умноженной на коэффициент запаса КЗ, равный 25÷30%, если пренебрегать коэффициентом запаса и использовать блок питания на пределе, то он не проработает долго из-за постоянного перегрева элементов.

Суммарная мощность светодиодной ленты вычисляется путем умножения мощности ленты на 1 метр длины PСД на общую длину L.

PБП = L*PСД*Kз, где

L — длина ленты (м)

PСД — удельная мощность светодиодной ленты на 1 метр (W/м){amp}gt;

Kз — коэффициент запаса (ед.)

При использовании светодиодной ленты важно, чтобы свечение было равномерным по всей длине, для этого падения напряжения на конце линии обычно не должно превышать 0.5 В, при условии, что длинные участки ленты запрещается подключать последовательно.

При расположении блока питания в непосредственной близости от ленты, проблемы, как правило, не возникает, но при удаленном расположении блока необходимо увеличивать толщину жилы для компенсации падения напряжения.

https://www.youtube.com/watch?v=FiGOY4cBIWY

Ниже представлен алгоритм вычисления для блока питания(источника напряжения для светодиодных изделий) максимальной выдаваемой мощностью 150 Вт, выдаваемому напряжению 24 В, падение напряжения не более 0.5 В, расстояние от блока до ленты 10м:

• Общее сопротивление линии R.

Общее сопротивление линии R = 0,5V / (150W/24V) = 0,08 Om.

Длину линии умножаем на удельное сопротивление материала (для меди 0,018 Ом*мм2/м), делим на сопротивление R.

Сечение жилы S = (10m*0,018 Om*mm2/m )/ 0,08 Om = 2,25 mm2.

Используем формулу площади круга: радиус равен корню из частного площади и Πи.

Диаметр жилы: D= 2 х √(2,25 mm2/ 3,14) = 1,75 mm.

Таким образом, получаем, что для 10 метрового кабеля от блока питания до истока света (led ленты) падение напряжения составит 0,5В при использовании провода сечением 2,25mm2 (что соответствует диаметру 1,7 мм).

Также из приведенных вычислений видно, что компенсировать падение напряжения можно, используя ленту с большим рабочим напряжением, 24 В или 36 В.

Если подключать блок питания и светодиодную ленты на большом расстоянии друг от друга, то необходимо не только исключать падение напряжения питания на соединяющем кабеле, но закладывать потери мощности, которые может создавать данный кабель. 

Важно: чем больше сечение кабеля, тем меньше потерь мощности при этом сопровождается. При сложным проектах — необходимо довериться профессионалам для расчета потерь мощности на кабелях. При больших расстояниях подбор максимальной выдаваемой мощности блока питания будет сопровождаться с большим запасом и кабель с большим сечением жилы.

Возврат к списку

Прежде всего, необходимо определить мощность, потребляемую лентами. Для этого мощность одного метра ленты, указанную на ней, умножают на общую длину. Если от одного блока питания подключены светодиодные ленты разных типов, то эту операцию повторяют для каждого типа в отдельности, после чего складывают получившиеся значения. Кроме этого необходимо брать 25-30% мощности запаса для большей надежности и долговечности блока для светодиодной ленты.

Предположим, вы хотите установить на кухне подсветку столов рабочей зоны. Для этого необходимо 2,5м ленты SMD5050 с плотностью 60 диодов на один метр. Мощность такой ленты 14,4Вт метр. Умножаем 14,4Вт на 2,5м. Получаем потребляемую мощность ленты 36Вт. Для получения запаса мощности в 30% 36Вт умножаем на 130% или на 1,30, в зависимости от используемого калькулятора.

Получаем минимальную мощность блока питания 46,8Вт. Выбираем ближайшее значение из имеющихся в продаже – 60Вт. Если же необходимо подключить ленты разных типов, то задача усложняется. Предположим, что на кухне подсвечена не только рабочая зона, но и пол. Значит, кроме 2,5м ленты SMD5050 плотностью 60 диодов на метр и мощностью 36Вт подключаем 4м ленты SMD3528 плотностью 60 диодов.

Определив необходимую мощность, можно решить, каких и сколько блоков питания необходимо. Блок недостаточной мощности быстро выйдет из строя, а слишком мощный блок будет дороже необходимого.

Для управления яркостью используется диммер. Его мощность должна соответствовать мощности блока питания.

Определив необходимую мощность, можно решить, каких и сколько бп для светодиодных лент необходимо. Блок для диодной ленты недостаточной мощности быстро выйдет из строя, а блок с лишней мощностью будет дороже необходимого.

RGB-лента подключается через RGB-контроллер. Мощность его выбирается также, как и для обычной ленты. Если от одного контроллера нельзя запитать все отрезки из-за большой мощности ленты или расстояния между ними, то используется RGB-усилитель. Каждый усилитель запитывается через отдельный блок питания, или, если есть возможность, можно несколько усилителей подключить к одному блоку питания. Подробнее об этом рассказывается в статье «Подключение светодиодной ленты«.

В некоторых случаях расчет БП для светодиодной ленты попросту не требуется. К примеру, если требуется подключить 1 метр светодиодной ленты на SMD светодиодах 3528 с питанием от 12 вольт. Рассчитывать нечего – подойдет любой источник питания со стабильным выходным напряжением 12 В. Если же идет речь о боле мощной нагрузки, то тут уже придется немного «повозиться» с цифрами.

Мощность блока питания подбирается, отталкиваясь от максимальной длины и мощности потребления одного метра LED-ленты. Чтобы упростить задачу с расчетом мощности, предлагаем воспользоваться справочными данными в таблице ниже. Так как рассчитать блок питания для светодиодной ленты? Произвести расчет можно самостоятельно по формуле Pобщ. = Pотр. × L × 30%. В данной формуле Pотр. – потребляемая мощность 1 метра LED-ленты, L – полная длинна отрезка, 30% – запас мощности.

Пример расчета. Допустим, необходимо рассчитать мощность БП для трёхметрового отрезка светодиодной ленты SMD 3528 с плотностью LED-чипов 60 штук в 1 метре. Отрезок длиною в 1 метр потребляет 4,8 Вт, следовательно, 3 метра будут потреблять 14,4 Вт. Если приобрести блок питания близкой к расчетной мощности, то он будет работать на пределе и прослужит недолго.

Основные производители БП

Теоретически
БП
должен поставляться вместе с осветительным прибором. На практике такое
встречается не всегда, Если БП в комплектацию не включен, нужно покупать
изделия компаний, специализирующихся на этой продукции (Трион,
Аргос-Электрон, Meanwell и др.).

Компания
«Трион» на
рынке с 2012 года, занимает третье место по стране по объемам производства,
продано 1, 5 млн модулей, отказов всего 0,2%. Производство БП для светодиодных
осветительных приборов в этой компании является один из основных видов
деятельности. Готовая продукция тестируется и испытывается по методикам,
разработанным штатными инженерами. Качество контролируется на всех этапах
производства.

Аргос-Электрон
из
Санкт-Петербурга на рынке с 2008 года. Это один из ведущих производителей
комплектующих для систем освещения со светодиодными источниками света. Аргос-Электрон
выпускает драйверы для промышленных, уличных и офисных светильников, приборы
освещения для ЖХК. Готовая продукция тестируется с имитаторами светодиодов, в
термошкафах и термокамерах.

Компания Meanwell Основа в 1982 году, поставляет импульсные блоки питания.  Предлагает примерно 5 тыс. стандартных
моделей для автоматизации светодиодного освещения. Продукция подвергается
жесткому контролю на всех этапах производства, начиная от разработки проекта и
отбора компонентов.

Под брендом Helvar
предлагаются изолированные и незаизолированные импульсные блоки питания,
управляемые и неуправляемые драйверы. Широкий ассортимент позволяется создавать
простые локальные и масштабные светодиодные системы освещения.

Компания Vossloh-Schwabe
(подразделения Panasonic Group) производит блоки питания, драйверы, системы
управления для светильников и лент, устанавливаемых в помещениях и на улице.
Оборудование поставляется укомплектованным. На производстве используется
современное оборудование и передовые технологии.

Чтобы не
ошибиться при выборе блока питания для светодиодного источника света,
необходимо знать,
какие виды этого оборудования доступны и для каких целей предназначены. Опытные
мастера считают, что в схеме подключения светильника обязательно должен быть
драйвер.

Если прибор освещения питается только от
БП, часть энергии расходуется на нагрев резистора. Драйвер защищает от скачков
вольтажа, таким образом продлевается срок службы светодиодного светильника.
Преимущество сборки своими руками – возможность подобрать параметры под ранее
купленные светодиоды.

Классификация

При выборе блока питания следует учитывать условия, в которых он будет находиться, если это обычное сухое жилое помещение, то подойдет блок питания в защитном кожухе с IP20 (защита от проникновения твердых предметов {amp}gt;12,5 мм, защиты от влаги нет).

Зачастую в блоках питания мощность более 250Вт в исполнении «Защитный кожух» IP20-IP40 используется активное охлаждение в виде кулера(вентилятора). Если Вы планируете рассматривать данные блоки питания, необходимо выбрать конструктив, когда кулер расположен перпендикулярно элементам платы в изделии, следовательно обдув воздуха будет более равномерный (воздух идет вдоль платы), и элементы будут меньше греться. На неудачных моделях вентиляторы расположены над платой и обдув платы источника напряжения происходит неравномерно.

Блоки питания и комплектующие для лент рекомендуется устанавливать в щитовые.

Установка светодиодной ленты в ванную комнату или помещение с повышенной влажностью требует класса защиты не менее IP65 (пылезащищен, защита от струй воды).

А. Б.

(А) Герметичный алюминиевый блок питания IP67 и (Б) блок питания в защитном кожухе IP20.

В условии использования на улице нужно предусматривать степень защиты IP67, такая степень обеспечивает защиту от струй воды под давлением во всех направлениях, возможно даже кратковременное погружение в воду до 1 м. Если необходима работа в погруженном режиме, то тогда используется максимальная защита IP68 или IP69 (при большом давлении воды).

При подборе мощный источников напряжения для светодиодных лент необходимо учитывать, что на блоках питания без защиты от влаги и пыли стоят вентиляторы. Данные вентиляторы сильно шумят при работе и могут создавать дискомфорт. Поэтому в дорогих проектах мы рекомендуем использовать источники напряжения в алюминиевом корпусе с пассивным охлаждением.

Какой блок выбрать

По данным статистики на российском рынке
основная масса блоков питания для светодиодных светильников импульсные
(линейных всего 1-2%).

При выборе учитывается мощность осветительного прибора и требования к качеству света. Если второй критерий не важен, подойдет и линейная модель. При желании получить поток света без пульсаций следует выбрать импульсную модель.

Немаловажная деталь – место установки.
Если создается система освещения для отапливаемого непыльного помещения, степень
защиты может быть минимальная. В любой ситуации БП должен быть заводской
сборки, иметь сертификат о совместимости и безопасности. Максимальный
коэффициент пульсации 1%, для уличного светильника обязательна защита от грома,
оптимальный КПД 88%.

Важно так же учесть вид осветительного
прибора (светильник или лента), рабочее напряжение, ток и мощность. Все эти
параметры обозначаются в маркировке, поэтому лучше всего покупать все элементы
комплекта одновременно.

Тип источника света

БАП применяются наиболее часто для люминесцентных или светодиодных систем. Советуем использовать второй вид светильника, он имеет ряд преимуществ, о них не составит большого труда узнать на просторах интернета.

В аварийных светодиодных светильниках с БАП сам блок подцепляется в линию светодиодов через преобразующий драйвер.

Эффективность

Старые модели БАП потребляют гораздо больше электроэнергии для зарядки аккумулятора. В современных аналогах применяются импульсные зарядные устройства, которые экономят энергию, и качественные батареи с низкими показателями саморазряда.

4. Габаритные размеры

Также следует обращать внимание на габаритные размеры блоков, в зависимости от того, куда Вы хотите его установить, мощные блоки питания могут достигать достаточно больших размеров, и спрятать такие будет затруднительно, к тому же часто они имеют вентилятор. Поэтому если требуется подключить длинный участок ленты, то можно пересмотреть схему подключения ленты и использовать несколько меньших по мощности блоков.

Также при выборе места установки следует учитывать то, что чем мощнее блок питания, тем больше он нагревается, поэтому рекомендуется обеспечивать достаточно места для теплоотвода, чтобы блок не перегревался.

Рассмотрим следующий пример: нужно сделать декоративную светодиодную подсветку в ванной комнате по периметру потолка общей длиной 8 м.

Выбираем подходящую светодиодную ленту с защитой IP65, например, лента Arlight RTW 2-5000SE 24V White 2X (5060,300 LED,LUX), мощность 72 Вт на 5 м.

Основные параметры ленты:

1. UСД = 24V
2. PСД = 14,4 W/m

Округляем в большую сторону и получаем, что нужно взять блок питания мощностью 150 Вт, его выходное напряжение 24 В, защитане менее IP65, например, блок питания ARPV-SS24150 (24V, 6.3A, 150W).

Внешние блоки питания не входящие в комплект поставки

При покупке внешнего БП нужно знать, что
он будет достигать максимального КПД при мощности 80% от номинальной. Чтобы
получить оптимальное значение, необходимо умножить мощность светодиодного
источника света на 1,2-1,15 (коэффициент запаса).

Если блок покупается с расчетом на то, что в будущем к нему будут подключаться дополнительные источники света, то мощность светильников, которые будут подключены сразу, должна быть в 1,2 раза меньше минимальной нагрузки БП. В противном случае при включении сработает защита от холостого хода.

Внешний блок желательно подключить даже
к тем осветительным приборам, в которые встроены драйверы. Важна так же степень
защиты БП. Если лампа будет установлена на улице или в помещении с повышенным
уровнем влажности, потребуется уровень защиты IP65. Не стоит переплачивать,
если система освещения устраивается в отапливаемом жилом помещении.

Что такое PFC в характеристиках трансформаторов(блоков питания)?

Иногда в маркировке блока питания можно увидеть буквы PFC, это аббревиатура PowerFactorCorrection или коррекция коэффициента мощности (коррекция реактивной мощности).

Не углубляясь в технические особенности, это означает, что блок питания выполнен в определенном схемотехническом решении, которое позволяет уменьшить потребление реактивной мощности (мощность имеет активную и реактивную составляющие, на показания счетчика обычно влияет только активная составляющая, но на общее потребление энергоресурсов влияют обе составляющие).

Такие блоки питания имеют высокое значение коэффициента эффективной мощности (Λ){amp}gt;0,9, что позволяет отнести их к блокам питания высокого класса, низкий пусковой ток, они позволяют сократить нагрузки на токопередающие линии, уменьшить требования к толщине подающего питание провода. При большом количестве используемых блоков не требуется применять специальные пусковые автоматы.

Блоки питания с корректором мощности более экологичны, т.к. эффективнее расходуют электроэнергию.

Собрать своими руками

Своими руками можно сделать не только Лед светильник, но и простой блок
питания для него (не импульсный). Схема может быть трансформаторная и бестрансформаторная
(вторая проще). Требуется диодный мост, резисторы и конденсаторы.

Первым устанавливается конденсатор,
ограничивающий переменный электроток. Правильно подобранная емкость – гарантия того, что на
светодиоды будет подаваться требуемая сила тока. Напряжение этого элемента от
300 В.

Параллельно подключается резистор-шунт с
сопротивлением, достаточным для разряжения конденсатора в момент отключения
светильника. Мощность большого значения не имеет.

Следующий элемент – диодный мост,
превращающий переменный ток в постоянный. Можно купить сборку или спаять
несколько диодов с подходящими для схемы характеристиками. Сила тока должна
быть больше той, которая протекает по светильнику, обратное напряжение от 300
В.

После моста электроток постоянный, но
скачкообразный. Ситуацию может улучшить сглаживающий конденсатор на 300-400 В с
емкостью от 10 микрофарад. Для шунтирования к нему подключается резистор.

Такой БП подходит для последовательного
подключения до 75-и ярких светодиодов с напряжением 3,5 В и током 20 мА.
Яркость свечения меняется с изменением емкости первого конденсатора.

Эта схема недостаточно безопасна, так как при попадании влаги светильник может бить током.

Если использовать трансформатор, то его
мощность должна быть в полтора раза больше мощности светильника. На выходе
должно быть 12-20 В. После трансформатора включается фильтрующая емкость и стабилизатор
на основе микросхемы 7812, обеспечивающей на выходе ток до 1,5 А.