Блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп: устройство для устранения мерцания и скачков напряжения

Индивидуальная защита светодиода

Шунтирующее устройство защиты в светодиодной цепочке (см. рис. 3) позволит цепи работать в разомкнутом состоянии в случае обрыва в отдельном светодиоде. Это также обеспечит защиту драйвера светодиода от излишнего роста тока или напряжения на нем из-за отказа светодиодной цепочки.

Когда речь идет о защите индивидуальных светодиодов и участка последовательной цепи, в которой установлена светодиодная цепочка, выбор надлежащего устройства защиты имеет решающее значение. Для этого требуются знания механизма потенциального отказа светодиода и особенностей работы различных видов устройств защиты. Это позволит разработчику системы выбрать подходящее устройство, в том числе такое, которое позволит сохранить в рабочем состоянии последовательную светодиодную цепочку, когда отказывает один светодиод, размыкая при этом всю цепочку.

Вначале рассмотрим, как осуществляется управление светодиодами, и обсудим возможные режимы отказов. Последовательно соединенная светодиодная цепочка управляется постоянным током, который генерируется импульсным источником питания. Ток обеспечивает необходимый уровень яркости, цвет и интенсивность свечения светодиодов. Такая схема питания постоянным током гарантирует эффективное управление яркостью группы светодиодов, а также равномерную яркость свечения светодиодов в группе.

Светодиоды — это довольно чувствительные твердотельные устройства, которые, по существу, являются диодами с p-n-переходом, излучающими свет при подаче на них напряжения прямого смещения. Основные механизмы отказов светодиода связаны с воздействием механических и тепловых факторов; например, тепловые циклы, тепловые удары и высокая температура могут вызвать старение и обрыв проволочных соединений. Со временем при окислении металл становится хрупким, поэтому вероятность отказов светодиодов увеличивается. Другой распространенной причиной отказов светодиодов являются электростатические разряды или выбросы, индуцированные разрядом молнии.

Возможные факторы

Если все-таки с вашей светодиодной лентой случилась беда и все, или часть ее светодиодов начали мигать во включенном состоянии, то не нужно паниковать, возможно, причины не слишком серьезны, и вы сможете самостоятельно, без особых затрат, решить эту проблему. Давайте разберем всевозможные причины, которые помогут понять, почему моргает светодиодная лента. Вот полный перечень факторов, которые могут повлиять.

Неправильный монтаж:

выключатель с подсветкой;
перепутана фаза и ноль.

Сама лента:

выход из строя диода, резистора;
проблема с токоведущей дорожкой;
окисление контакта.

Дополнительные элементы:

блок питания;
контроллер, диммер;
пульт управления.

Дальше мы разберем подробнее каждый из них.

Использование выключателя с подсветкой чаще всего вызывает мерцание светодиодной ленты. Это происходит за счет взаимодействия светодиода в выключателе с драйвером самой ленты. Следующей по полярности причиной может стать нарушения правил монтажа выключателя. Даже если в нем нет подсветки, но вы установили его так, что разрыв происходит по нулевому проводу, а не по фазному, как это предусматривают правила, то проблемы гарантированы. Иногда, это касается не только моргания во включенном состоянии, но и легкой подсветки в выключенном. Поэтому, во избежание подобных проблем, внимательно подходите к монтажу электроприборов, и если своих знаний и опыта не хватает, лучше воспользуйтесь услугами мастеров.

Также, причина может крыться в самой ленте. Устройство состоит из печатной платы, на которую напаяны диоды и резисторы. Выход из строя одного элемента может привести к мерцанию определенного участка. Не забываем еще о том, что открытые светодиодные ленты можно использовать только в соответствующих климатических условиях. Например, вы используете открытую ленту во влажном помещении, или слишком близко к плите и на нее попадают брызги раскаленного масла во время жарки. Этого делать ни в коем случае нельзя потому, что это приводит, в частности, к обсуждаемой проблеме и это еще самое безобидное. Но даже если вы правильно подобрали ленту, со временем токоведущие дорожки могут подгореть. Это возможно также из-за слишком большого количества кислотного флюса, используемого при пайке. Следующей весьма распространенной причиной является окисление и прогорание контактов.

Плохой контакт светодиодной ленты — распространенная причина мигания

И отдельное внимание уделим причинам, связанным с дополнительными элементами, обеспечивающими работу светодиодных лент. Например, нехватка мощности блока питания, дающее ленте постоянное напряжение

Это связано с тем, что, к сожалению, часто заявленные характеристики, как ленты, так и блока питания не соответствуют действительности. Проще говоря, лента потребляет больше, чем заявлено, блок питания вырабатывает меньше. Еще мигание может вызвать вышедший из строя контроллер или диммер. И легче всего будет устранить неприятный зрительный эффект, если проблема кроется в севших батарейках от пульта управления.

Почему лампы перегорают?

Все лампы со спиралью накаливания работают по принципу термоэлектронной эмиссии, то есть при прохождении тока спираль раскаляется, излучая свет видимой части спектра. Интенсивность тепловыделения обратно пропорциональна толщине проводника, соответственно истончённые зоны спирали нагреваются значительно сильнее, теряя прочность. На этих участках и происходят разрывы.

В качестве методов борьбы с этой «болезнью» разработано множество схем плавного розжига спирали, что действительно способно значительно увеличить срок её службы. Все эти схемы относятся к устройствам защиты.

Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали…

Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали. Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.

Перепады в сети напряжения довольно привычное событие в нашей стране. Как ни странно, но к повышению напряжения выше номинального значения светодиодные лампы относятся достаточно спокойно. Драйверы питания способны легко с ними справиться.

Более опасны для светодиодов падения напряжения, когда за доли секунды ток, проходящий через полупроводниковый слой, падает, а потом возвращается к исходным величинам. Тогда в пространстве p-n перехода может произойти точечный пробой. Драйвер питания способен отсечь избыток тока, но не способен компенсировать его выраженное падение.

Защита светодиодных ламп частично решается установленным перед драйвером высоковольтным конденсатором средней ёмкости, играющим роль сглаживающего фильтра.

Фатальные скачки напряжения

Ситуация, которой я хочу коснуться скорее исключение из правил, тем не менее, такие случаи происходят с завидной регулярностью. Речь идет об ударах молний. Но не в линию электропередачи – такие ситуации как раз безопасны, поскольку из-за мгновенного расплавления проводов, заряд, скорее всего, не дойдёт до конечного потребителя электроэнергии. Опасны удары молний в непосредственной близости от линии электропередачи.

Напряжение коронного разряда достигает миллионов вольт и вокруг канала молнии образуется мощнейшее электромагнитное поле. Если в зоне его действия окажется линия передач, произойдет мгновенный скачок силы тока и напряжения.

Фронт нарастания амплитуды напряжения настолько быстрый, что защитные каскады электроники не успевают справиться и выгорают целые платы. В светодиодной лампочке будут многочисленные пробои кристаллов. Мы отнесли такие скачки напряжения к фатальным, поскольку адекватной защиты от такого форс-мажора нет.

При штатном режиме эксплуатации возникает такое явление как мерцание ламп в выключенном состоянии.

Модель IS 200 EK-17

Еще одним популярным БАО является модель IS 200 EK-17. Данное устройство также предназначено доя работы с люминесцентными и led осветительными приборами.

Модель IS 200 EK-17

Такой БАО может обеспечить свечение светильников в течение 1-3 часов. Здесь на светодиоды подается напряжение более 200 В.
Технические характеристики этого устройства следующие:

в аварийном режиме выходная мощность равняется – 8 Вт;
мощность подключаемого светильника – 200 Вт;
время для зарядки аккумулятора — 24 часа;
в аварийном режиме работает 1 час;
емкость/напряжение встроенного аккумулятора составляет 1,5 Ач/7,2 В.

Это самые распространенные модели БАО на сегодняшний день.

Наведённая пульсация

Сила тока, требующаяся для работы светодиодов очень мала — микроамперы. Если две линии внутриквартирной проводки находятся в непосредственной близости, а в одной из линий включена мощная нагрузка, электромагнитные волны способны возбуждать ток в проводнике достаточный для свечения светодиода.

Вечные светодиоды такой же миф, как и вечный двигатель. Каждый эпизод включения/выключения на чуть-чуть уменьшает срок его жизни. Никто не измерял такой параметр для светодиодов, но при частоте события пятьдесят раз в секунду (частота пульсации сети 50 Гц) даже очень большие числа — понятие относительное.

Варианты схем

В магазинах предлагается широкий выбор устройств плавного пуска для ламп от российских и зарубежных производителей. Монтаж не требует особой квалификации. Нужно сделать разрыв провода фазы, ведущего к лампе накаливания, и подключить прибор при помощи клеммников.

При отсутствии клеммников провода спаиваются.

Чаще всего на производствах используется одна из трех схем:

туристорная;
симисторная;
специализированная (обычно микросхема КР1182ПМ1или DIP8).

В сети 220 В

Самая простая схема плавного включения ламп туристорная.

Для самостоятельного изготовления требуются:

лампа накаливания;
4 диода (для создания выпрямительного моста);
туристор;
конденсатор (10 мкФ);
2 резистора (один из них переменной емкости).

Время включение определяет переменное сопротивление.

В момент включения ток проходит через лампочку, выпрямляется мостом, проходит через резистор и начинает скапливаться в конденсаторе. После достижения определенного порога зарядки ток подается на туристор, он немного открывается. По мере наполнения конденсатора туристор открывается все больше, лампочка постепенно загорается. Максимальная мощность света достигается при полной зарядке конденсатора.

Лампочки накаливания рассчитаны на 220 В (на практике может быть до 240 В). Диоды и туристор выбираются, базируясь на этот показатель. При самостоятельном изготовлении необходимо учесть, что можно использовать любые диоды с напряжением от 300 В и туристор, способный выдерживать мощность от 2 кВт. Емкость накопителя тоже большого значения не имеет

Важно знать, что при ее уменьшении лампочка будет зажигаться быстрее

Использование симистора (попупроводникового ключа) позволяет уменьшить количество элементов в туристорной схеме.

Используется:

дроссель;
2 резистора;
конденсатор;
диод;
симистор.

По принципу действия эта схема мало отличается от предыдущей. Время включения определяет цепочка из резистора и конденсатора, которые подключены через диод. По мере наполнения емкости конденсатора постепенно открывается симистор, через который подпитана лампочка накаливания. Она загорается не мгновенно, а плавно. Такой прибор более удобен в использовании благодаря небольшим размерам.

Плавный пуск ламп при помощи приборов, созданных на основе микросхемы КР1182ПМ1(DIP8), можно использовать с источниками освещения, обладающими мощностью до 150 Ватт.

Основа этого прибора – 2 туристора и 2 системы управления. Время регулируется резистором и конденсатором. Силовую часть от управляющей отделяет симистор, подключенный через задающий ток резистор. Работу внутренних туристоров регулируют 2 наружных конденсатора, от помех, создаваемых сетью, защищает дополнительный конденсатор и резистор.

При использовании этой схемы свет не только плавно включается, но и плавно выключается. Длительность загорания и затухания регулируется подбором емкости конденсаторов.

Плавное включение обладает существенным недостатком – снижением яркости светового потока. Для достижения оптимального уровня освещения требуются лампы с максимальной мощностью.

Для одноклавишных выключателей существует схема на основе транзистора. Когда лампочка накаливания выключена, он закрыт. После включения напряжение через резистор и диод поступает на конденсатор, он начинает заряжаться. Максимальный уровень (9,1 В) ограничивает стабилитрон.

После достижении оптимального напряжения транзистор начинает открываться, нить накаливания лампочки, подключенной последовательно, постепенно нагревается. Обязателен второй резистор у конденсатора, обеспечивающий его разрядку после выключения. Основное преимущество использования транзистора – отсутствие мерцания лампочки накаливания.

При напряжении 12 В

Если светильник точечный, то используется трансформатор, преобразующий 220 вольт в 12 вольт. Для подключения к 12 В устройства плавного пуска он устанавливается перед преобразователем напряжения.

Если такой прибор необходим для автомобиля, требуются специальные схемы – импульсные или линейные (ШИМ-регуляторы).

Линейные подключаются к источникам света параллельно. После включения ток проходит через резистор, лампы тусклые. После подключения реле они загораются на всю мощность.

Резистор должен быть керамический, мощность примерно 5 Вт, сопротивление 0,1-0,5 Ом.

Импульсные схемы создаются на основе полевого транзистора, подающего ток короткими импульсами. За счет этого нити накаливания не нагреваются до уровня, при котором возможен разрыв. В перерывах между импульсами ток успевает равномерно распределиться по нити, выравнивая сопротивление.

Прайс-лист

Подписаться на новости

Когда вы читаете, обедаете или отдыхаете, уровень освещения должен быть таким, чтобы вы не испытывали неудобств. Диммирование источников света было обычным делом, когда для освещения использовались лампы накаливания и галогенные лампы.

Но с появлением энергосберегающих (люминесцентных) ламп про диммирование пришлось забыть. Электроника в лампе и сама технология источника света не позволяли изменять уровень освещённости в зависимости от входного напряжения 220В.

Шло время, и появились светодиодные лампы. Изначально они тоже не имели возможности корректно работать с диммерами.

Но со временем производители стали устанавливать в лампы специальную электронику для этой задачи. В зависимости от входного напряжения или его формы электронная схема изменяет значение тока, протекающего через светодиоды. Этим и достигается изменение яркости.

Лампы, которые рассчитаны на использование с диммерами (светорегуляторами) — называются диммируемыми светодиодными лампами. Они обычно всегда дороже, чем обычные светодиодные лампы той же мощноcти и, как правило, не так широко распространенны. Однако они есть и их при желании можно приобрести. Главное что требуется помнить — на самой лампе или на её упаковке должно быть явно указано, что лампа диммируемая (dimmable).

Из недостатков таких ламп можно назвать уменьшенный диапазон регулировки. Если обычную лампу накаливания можно диммировать в диапазоне от 0 до 100% яркости, то светодиодные лампы в лучшем случае имеют диапазон от 20-30% до 100%.

Однако, если с лампами все ясно, то вопрос выбор диммера часто ставит в тупик, т.к. большинство диммеров рассчитаны на «последовательное» подключение с нагрузкой.

В выключенном состоянии через лампочку протекает незначительный ток, который необходим для работы электронной схемы диммера. На лампе накаливания наличие этого тока никак не проявляется (ток нити накала намного больше), а вот светодиодная лампа может периодически вспыхивать или вовсе не гаснуть полностью.

Для диммирования светодиодных ламп желательно использовать диммеры, которые имеют постоянное питание от сети (фаза и ноль приходят на диммер без разрыва нагрузкой). Однако это требует усложнения проводки.

Задачу диммирования светодиодных ламп можно решить с применением системы nooLite.

Для управления яркостью вместо регулятора используется пульт-радиопередатчик (варианты пультов), который можно установить в любое удобное место.

При необходимости, можно записать выбранный уровень яркости в память (в сценарий), и затем коротким нажатием вызывать его.

Пульт не требует проводки, т.к. работает от батарейки (2-3 года) и передаёт команды включения/выключения света по радио.

В качестве диммера используется силовой блок серии ST, SU или SB (варианты силовых блоков), который получает команды управления или изменения яркости от пульта.

Cиловой блок серии ST или SU устанавливается непосредственно возле самого источника света или в месте, где два провода идут к светильнику со светодиодной диммируемой лампочкой.

Силовой блок серии SB устанавливается в монтажную коробку обычного выключателя. В то же время SB111-150 принимает команды и по радиоканалу.

Как установить себе такой беспроводной выключатель?

— воспользоваться готовыми наборами (набор №3 и №6), в которых есть пульт и силовой блок серии ST. Они полностью готовы к установке и использованию.

— приобрести по отдельности силовой блок серии ST, SU или SB — 1 шт. и пульт (PU212 например) — 1 шт. При этом необходимо будет связать пульт с блоком, выполнив процедуру привязки.

Мировые стандарты защиты светодиодного освещения

Во многих странах разработаны или разрабатываются стандарты защиты для светодиодного освещения. С развитием светодиодного освещения меняются и стандарты его защиты – как правило, они становятся все более жесткими.

Безопасность определяется максимальной токовой защитой, в частности, от короткого замыкания, и защитой от перегрузки. В Северной Америке UL8750 является стандартом безопасности светодиодного оборудования, относящегося к бытовым светодиодным лампам и уличным светильникам. Целью этого требования является свести к минимуму риск поражения электрическим током и снизить возможность возникновения пожара. Оно устанавливает нормы эксплуатации устройства защиты от перегрузок по току, чтобы прервать или ограничить ток во время короткого замыкания или состояния перегрузки. Плавкие предохранители являются надежной технологией защиты от таких угроз и, соответственно, наиболее часто используются.

За пределами США стандартом для светодиодных драйверов (источников питания, стабилизированных по току) являются спецификации IEC/EN 61347 и IEC/EN 62031. В Европе требования к защите от перегрузок по перенапряжению и току определяются такими документами как IEC/EN 61547, которые базируются на IEC/EN 61000-4-5. В них разграничиваются различные уровни пиков тока на основе 8 кА/20 мкс короткого замыкания и сочетания формы волны. Для применений в наружном освещении эти уровни могут варьироваться от 4 кВ/2 кА во многих азиатских странах до 10 кВ/5 кА в Европе.

В США очень важным стандартом для проверки защиты от скачков тока является ANSI/IEEE C.62.41-2002. Этот стандарт определяет две категории защиты освещения в зависимости от местоположения и связанных с ним требований к испытаниям, переходным перенапряжениям. В зависимости от места применения осветительного оборудования, например, в помещении или на улице, определяется категория. Скажем, на открытом воздухе светильники подпадают под категорию С (высокий или низкий тест требований) – они гораздо более подвержены ударам молний и, следовательно, будут подлежать испытаниям защиты от скачков тока. В таблице 1 представлены сводные показатели уровней перенапряжений IEEE C.62.41-2002 и их применение.

Таблица 1. Сводные показатели уровней перенапряжения и требования к испытаниям IEEE C.62.41-2002 для светодиодных светильников

Категория местоположения	Макс. имп. напряжение, кВ	Макс. имп. ток, кA	Источник	Применение
1,2/50 мкс	8/20 мкс	Импеданс, Ом
A (в закрытом помещении)	6	0,5	12	Закрытые помещения, жилые помещения, офисы
B	6	3	2	Уличное освещение возле зданий
C (низкий)	6	3	2	Коммерческое промышленное освещение, освещение складов и гаражей
C High (на открытом воздухе)	20	10	2	Уличное освещение, парковки, освещение на открытом воздухе

Плавкие предохранители, MOVs и TVS-диоды производства компании Littelfuse имеют важное значение в обеспечении защиты LED-ламп. Они соответствуют главным нормативным стандартам и нормам безопасности

В настоящее время Соединенные Штаты являются страной, где наиболее проработаны стандарты защиты освещения, эффективности и безопасности для коммерческих помещений, уличного освещения, промышленного и складского. Существуют международные стандарты, которые определяются Международной электротехнической комиссией (МЭК), где указаны нормы защиты от перенапряжений, условия проведения тестирования в соответствии с МЭК 61000-4-5. Кроме того, часть IEC61547 «Оборудование для освещения общего назначения» требует тестирования на электромагнитную совместимость (ЭМС).

Все стандарты защиты можно разделить на две группы: стандарты безопасности, описывающие необходимую защиту от перегрузок по току, и стандарты, определяющие надежность и регламентирующие требования к устройству выдерживать перенапряжения.

Проверка люстры, выявление дефектов

Если провода в результате проверки оказались в исправном состоянии, следует проверить, почему перегорают светодиодные лампочки в люстре. Вполне возможно, что причина заключается именно в неудовлетворительном техническом состоянии светильника. Поскольку светодиодные лампочки отличаются повышенной чувствительностью к перепадам напряжения, необходимо в первую очередь проверить качество подключения люстры к проводам домашней сети.

После этого нужно выполнить проверку самого светильника. Устройство и электрические схемы большинства люстр достаточно простые, что позволяет легко разобраться в проблеме и выявить возможную неисправность. В самом начале ревизии рекомендуется проверить контакты, расположенные в патронах. Их следует не только осмотреть, но и обязательно зачистить

Особое внимание должно быть обращено на центральный контакт, называемый в обиходе язычком. В случае необходимости он подгибается вверх, что значительно повышает надежность соединения контактов и лампочки

Основные выводы

Блок
защиты устраняет перепады напряжения в сети, обеспечивая длительный срок службы
галогенным и прочим энергосберегающим и светодиодным лампам. Чаще всего
причиной перегорания лампочек являются:

Скачки напряжения.
Фатальное повышение силы тока.
Наведенная пульсация.
Паразитарная пульсация.

Для
надежной защиты энергосберегающих ламп и светодиодных светильников необходимо в
начало электросхемы установить параллельно или последовательно (в зависимости
от конструкции) специальный блок. При его выборе нужно учесть суммарную
мощность электроприборов, а также напряжение на входе и выходе и условия
будущей эксплуатации.

ПредыдущаяСветодиодыКак отключить подсветку в выключателеСледующаяСветодиодыОсобенности и характеристики блока аварийного питания для светодиодных светильников

https://www.youtube.com/embed/

Основные выводы

Скачки напряжения.
Фатальное повышение силы тока.
Наведенная пульсация.
Паразитарная пульсация.

https://www.youtube.com/embed/

В заключение

Блоки аварийного питания широко применяются в России и за границей, в различных видах помещений. Некоторые энтузиасты используют эти системы в квартире, на даче, в гараже и других местах, где нужен долгий бесперебойный свет.

products not found

Согласно федеральному закону РФ № 123 от 01.05.2009 и СП 52.13330-2016 производственные и общественные объекты, места общего пользования многоквартирных жилых домов должны иметь аварийное освещение. Оно включает в себя светильники и блоки аварийного питания (БАП) с аккумуляторами, которые в аварийной ситуации питают светильники постоянным током.

БАП состоит из аккумуляторной батареи и самого блока аварийного питания с индикатором состояния и кнопкой индивидуального тестирования. В рабочем режиме аккумулятор находится в режиме подзарядки, а в аварийной ситуации расходует накопленный заряд на питание светильника. Светодиодный индикатор отображает режим работы и состояние БАП. Кнопка тестирования проверяет работоспособность БАП, имитируя аварийную ситуацию.

Блок аварийного питания подключается к щитку освещения, LED-линейке светильника или дополнительной аварийной линейке. Некоторые модификации БАП питают не отдельную LED-линейку, а драйвер светильника (т.е. светильник целиком). Монтируется в корпус осветительного прибора или в отдельную выносную коробку.

Все о блоках защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп

Индивидуальная защита светодиода

Возможные факторы