Сегодня речь пойдет о LED-драйверах MEAN WELL популярных семейств APC, PLD, PCD, LDC и LCM, которые оптимальны для выполнения наиболее распространенных задач светодиодного освещения в различных областях и условиях эксплуатации.

Замена старых светильников на LED – вопрос времени. Сегодня мощные белые светодиоды являются лучшими источниками света и обладают такими преимуществами, как долговечность, компактность, светоотдача, спектр излучения и экономичность, что гарантирует LED-светильникам перспективность применения в энергосберегающих технологиях.

Однако светодиод как светоизлучающий компонент нуждается в особом «отношении»: ему необходимо питание постоянным током стабильного значения, а падение напряжения на одном его кристалле - всего несколько вольт. Это вызывает необходимость использования в светильниках специального драйвера для светодиодов – как правило, импульсного источника питания (ИИП), отвечающего таким требованиям, как:

• пульсации светового потока в пределах требований СанПиН и СНиП (отсутствие инерции у светодиода вызывает мгновенное изменение свечения из-за пульсаций источника питания);
• высокий КПД преобразования, обеспечивающий энергосбережение;
• регулировка драйвера для изменения яркости светильника (в некоторых случаях);
• соответствие действующим нормам электромагнитной совместимости (ЭМС), безопасности эксплуатации и прочих характеристик оборудования, использующего сеть переменного тока.

Разработка такого ИИП под силу только специалистам, которые могут отсутствовать в штате компаний, производящих осветительное оборудование. Кроме того, как проектирование, так и производство драйверов требуют времени и могут оказаться экономически невыгодными в случае относительно небольших партий. Более простое, быстрое и выгодное решение - использовать готовые источники питания. Среди компаний, специализирующихся на разработке и производстве LED-драйверов, высоким авторитетом пользуется MEAN WELL – один из мировых лидеров среди производителей ИИП.

Продукция этой компании была одним из первых предложений на рынке драйверов для светодиодного освещения. К настоящему времени MEAN WELL накопил огромный опыт в разработке ИИП и, отвечая современным тенденциям, выпускает широчайший ассортимент источников питания для LED-светильников, используемых как в жилищно-коммунальном хозяйстве (простые бюджетные драйверы), так и в интеллектуальных системах освещения (драйверы с интерфейсами KNX, DALI). ИИП MEAN WELL соответствуют отраслевым нормативам и стандартам, действующим на территории РФ.

Нормативные требования к светодиодным драйверам

Правила, регламентирующие эксплуатацию осветительных систем на территории Российской Федерации, требуют от светодиодного светильника соответствия нормам по пульсациям и спектру светового потока, а также ЭМС. Спектр излучения определяется только параметрами светодиода, а за уровень пульсаций несет ответственность источник питания. Как упоминалось выше, светодиод безынерционен, любое изменение тока, проходящего через него, вызывает мгновенное изменение яркости свечения, притом зависимость этих изменений практически линейна. Это позволяет легко проверить соблюдение уровня пульсаций светового потока по коэффициенту пульсаций выходного тока драйвера.

Ниже приведены нормы пульсаций светового потока (коэффициент пульсаций, не более, %), которые допустимы для определенных областей применения:

• Рабочее место оператора ПЭВМ – 5%;
• Различение объектов очень высокой точности – 10%;
• Детские дошкольные и учебные учреждения – 10%;
• Различение объектов высокой точности – 15%;
• Различение объектов средней точности – 20%;
• Временное присутствие человека – не нормировано;
• Остальные области – 20%.

Еще один важный параметр – коэффициент мощности ИИП. Это величина, равная отношению активной мощности к полной (потребляемой). В идеальном варианте напряжение и ток полностью совпадают по фазе и форме, то есть коэффициент мощности равен единице. LED-драйвер является нелинейным преобразователем, работа которого изменяет в цепи нагрузки форму тока, что приводит к генерации помех в электрической сети и сказывается на уменьшении значения коэффициента. Это допустимо, если мощность электрооборудования менее 25 Вт. В устройствах с большей мощностью необходимо приблизить значение коэффициента к единице, например, с помощью корректоров коэффициента мощности (ККМ).

Диапазон рабочих температур и степень защиты – два нормативных требования, определяющих условия эксплуатации. Для светильников, работающих внутри помещений, используются драйверы со степенью защиты не ниже IP20 и диапазоном положительных температур с верхней границей не ниже 40°С. Освещение вне помещений требует источников питания со степенью защиты IP65 и выше, диапазон температур должен быть с отрицательной областью: -40…40°С.

LED-драйверы MEAN WELL

Преимущества использования продукции MEAN WELL заключаются не только в высоком качестве и возможности выбрать подходящую модель из множества вариантов, но и в достаточной простоте ориентирования по наименованиям этих ИИП. Компания подразделяет источники питания на несколько семейств, внутри которых конструкция, схемотехническое решение и условия эксплуатации практически одинаковы. Различия могут быть лишь в выходной мощности (ее значения обособляют серию ИП внутри семейства) и связанных с ней габаритов, а также в некоторых иных непринципиальных изменениях. Каждая серия с определенной выходной мощностью состоит из ряда LED-драйверов, отличающихся значением номинального тока. Такое разделение позволяет удобно проектировать светодиодные светильники для одинаковых условий эксплуатации, но с различной мощностью светового потока. Замена ИП одного семейства минимизирует затраты на изменения в конструкции при модернизации и обслуживании существующих устройств.

Экономичные нерегулируемые LED-драйверы семейства APC

Малая стоимость – основное достоинство светодиодных драйверов APC, внешний вид которых изображен на рисунке 1. Они предназначены для эксплуатации в системах внутреннего освещения (класс защиты IP42).

Это единственное семейство, в котором есть LED-драйвер мощностью всего 8 Вт. Другие семейства драйверов MEAN WELL имеют минимальную мощность 16…25 Вт, что избыточно при освещении подсобных помещений, коридоров, лестниц и прочих мест, где достаточно небольшой освещенности, и нет необходимости переплачивать за более дорогие модели.

 Рис. 1. Внешний вид LED-драйвера семейства APC

Несмотря на малую стоимость, модели LED-драйверов семейства APC обладают высокими техническими характеристиками (приведены ниже). Низкий уровень колебаний выходного тока позволяет светильникам отвечать самым жестким требованиям к пульсациям светового потока. Эти LED-драйверы имеют защиту от коротких замыканий, перегрузок и перенапряжений. Гарантийный срок службы – 2 года.

Параметры драйверов семейства APC:

• диапазон входных напряжений: 90…264 В;
• серии по мощности: 8, 12, 16, 25 и 35 Вт;
• фиксированные выходные токи: 
  для всех серий: 350 и 700 мА;
  дополнительно для серии APC-8: 250 и 500 мА;
  дополнительно для серий APC-25 и APC-35: 500 и 1050 мА.
• КПД до 84%;
• пульсации выходного тока не более 5%;
• отсутствие корректора коэффициента мощности;
• защита от коротких замыканий, перегрузок и перенапряжений;
• температурный диапазон: -30…70°C;
• класс защиты IP42;
• размеры:
  серия APC-8: 60х30х23,5 мм;
  серии APC-12 и APC-16: 77х40х29 мм;
  серии APC-25 и APC-35: 84х57х29,5 мм.

Примечание. Семейство APC не имеет встроенного ККМ, а значит, серия APC-35 не может эксплуатироваться на территории РФ из-за превышения допустимой мощности (25 Вт) без корректора.

Семейство PLD для систем освещения внутри помещений

LED-драйверы семейства PLD по корпусу (рисунок 2) и классу защиты (IP42) аналогичны семейству APC и так же обладают невысокой стоимостью. Однако их отличает наличие встроенного ККМ, бóльшая мощность и довольно высокий уровень колебаний выходного тока. Такие характеристики позволяют применять источники питания PLD в недорогих, но мощных светильниках для помещений с низкими требованиями к пульсациям светового потока. Это достаточно широкая область, поэтому среди производителей светодиодных светильников семейство PLD пользуется повышенным спросом.
 

Рис. 2. Внешний вид LED-драйвера семейства PLD мощностью 16 Вт

Основные характеристики драйверов семейства PLD:

• диапазон входных напряжений: 180…295 В;
• серии по мощности: 16, 25, 40 и 60 Вт;
• фиксированные выходные токи:
  для серий PLD-16 и PLD-25: 350, 700, 1050 и 1400 мА;
  для серии PLD-40: 350, 500, 700, 1050, 1400 и 1750 мА;
  для серии PLD-60: 500, 700, 1050, 1400, 1750, 2000 и 2400 мА.
• КПД до 88%;
• пульсации выходного тока: 15…20%;
• коэффициент мощности более 0,9;
• защита от коротких замыканий и перегрева;
• температурный диапазон: -30…50°C;
• класс защиты IP42;
• размеры:
  серии PLD-16 и PLD-25: 84х57х29,5 мм;
  серии PLD-40 и PLD-60: 128х60х31,5 мм.

Драйверы PLD имеют защиту от коротких замыканий и перегрузок. Гарантийный срок службы – 3 года.

LED-драйверы семейства PCD

Следующее семейство драйверов MEAN WELL является продолжением развития семейства PLD: модели имеют такой же корпус (рисунок 3) и характеристики, встроенную защиту от коротких замыканий и перегрева, гарантийный срок составляет 3 года. Однако семейство PCD обладает важной особенностью, позволяющей использовать LED-драйверы там, где необходимо изменение яркости освещения - возможностью работы с внешним диммером.

Рис. 3. LED-драйвер семейства PCD

Параметры LED-драйверов семейства PCD:

• диапазон входных напряжений: 180…295 В;
• серии по мощности: 16, 25, 40 и 60 Вт;
• выходные токи (без диммирования):
  для серий PCD-16 и PCD-25: 350, 700, 1050 и 1400 мА;
  для серии PCD-40: 350, 500, 700, 1050, 1400 и 1750 мА;
  для серии PCD-60: 500, 700, 1050, 1400, 1750, 2000 и 2400 мА.
• КПД:
  для серий PCD-16 и PCD-25: 80…82%;
  для серии PCD-40: 85…87%;
  для серии PCD-60: 84…87%.
• пульсации выходного тока:15…20%;
• коэффициент мощности более 0,9;
• защита от коротких замыканий и перегрева;
• температурный диапазон: -30…50°C;
• класс защиты IP42;
• размеры:
  серии PCD-16 и PCD-25: 84х57х29,5 мм;
  серии PCD-40 и PCD-60: 128х60х31,5 мм.

Принцип управления симисторного диммера заключен в смещении включения источника света от перехода фазы через ноль (рисунок 4). Таким образом, лампы накаливания получают меньшую мощность и, как следствие, снижают яркость, а мерцание незаметно из-за огромной инерции нити. Но для работы подобных диммеров с ИИП светодиодных светильников необходимы дополнительные схемотехнические решения, примененные в семействе PCD.

Рис. 4. Работа LED-драйвера PCD совместно с симисторным диммером

Несмотря на то, что драйверы PCD способны «понимать» практически любое диммирование отсечкой фазы по переднему или заднему фронту, существует ненулевая вероятность, что ранее производитель диммеров использовал решение, несовместимое с LED-драйвером PCD и способное вызвать его некорректную работу, поэтому MEAN WELL приводит в документации список наименований рекомендуемых диммеров.

Назначение драйверов PCD аналогично семейству PLD: их можно применять в системах внутреннего освещения помещений, не требовательных к пульсациям светового потока. Регулировка яркости диммером позволит дополнительно сэкономить расходы на электроэнергию и создать более комфортные условия пребывания в помещении.

LDC – семейство регулируемых светодиодных драйверов

LED-драйверы семейства LDC, в отличие от предыдущего семейства, имеют не только удлиненный металлический корпус (рисунок 5), но и двойную систему регулировки значения выходного тока. Первая система ограничивает номинальный ток, позволяя использовать один и тот же драйвер для светильников одной мощности, но с различными решениями в соединении светодиодов. Вторую более подробно рассмотрим далее.

Рис. 5. LED-драйвер семейства LDC

Установка значения выходного тока осуществляется внешним резистором (рисунок 6), значение сопротивления выбирается согласно технической документации к драйверу.

Установка номинального тока драйверов LDC производится с помощью подключения внешнего резистора между выводами IADJ разъема TB2 (рисунок 6). Значения выходных токов и соответствующие им номиналы резисторов приведены в технической документации на драйверы LDC.

Рис. 6. Установка значения тока LED-драйвера LDC внешним резистором

Вторая система регулирования осуществляет изменение яркости в процессе работы, но, в отличие от семейства PCD, диммирование в LDC осуществляется иначе:

• системой «3 в 1» (рисунок 7), которая позволяет регулировать яркость через контакты DIM+ и DIM- аналоговым напряжением в диапазоне 0…10 В (ток прямо пропорционален напряжению), ШИМ-сигналом частотой 100…3000 Гц (ток прямо пропорционален коэффициенту заполнения) и сопротивлением переменного резистора 100 кОм (ток прямо пропорционален значению сопротивления);
• через интерфейс DALI/DALI-2 или кнопкой.

Вариант диммирования конкретного драйвера семейства LDC можно определить по суффиксу в наименовании:

• B: «3 в 1»;
• DA и DA2: DALI или DALI-2, соответственно.

Если суффикс отсутствует, диммирование в данном LED-драйвере не поддерживается.

Рис. 7. Диммирование «3 в 1»

Управлять яркостью по интерфейсу «3 в 1» допускается независимо от способа и сразу несколькими драйверами, объединенными в одну цепь. Надо лишь рассчитать минимальный ток управления, учитывая, что потребление по шине DIM+/DIM- одним драйвером составляет около 100 мкА, а номинальное значение сопротивления переменного резистора должно быть уменьшено в N раз, где N равно количеству драйверов.

LED-драйверы семейства LDC с интерфейсом DALI/DALI-2 позволяют осуществить диммирование кнопкой (рисунок 8). Управление происходит посредством длительности удержания нажатой кнопки:

• 0,1…1 с – «ВКЛ-ВЫКЛ»;
• 1,5…10 с – изменение яркости (направление меняется поочередно с нажатиями);
• 11…∞ с – максимальная яркость.

Интерфейс DALI позволяет объединить до 64 LED-драйверов, но управление кнопкой ограничивает максимальное число драйверов до 10, а также требует, чтобы длина проводников от кнопки до последнего драйвера была не более 20 м.

Рис. 8. Схема подключения кнопки ручного управления по интерфейсу DALI

На рисунке 8 изображена еще одна особенность драйверов семейства LDC - возможность подключения внешнего датчика температуры (термистора NTC). Этот датчик, размещенный непосредственно на подложке светодиода, позволяет драйверу уменьшить ток при недостаточном охлаждении светильника (перегреве). Драйвер LDC имеет собственную защиту от перегрева (а также от короткого замыкания и перенапряжения), а термистор предназначен для защиты светодиодов от тепловой деградации, что обеспечивает им максимальный срок службы.

Основные параметры драйверов семейства LDC:

• диапазон входных напряжений: 180…295 В;
• серии по мощности: 35, 55 и 80 Вт;
• диапазон выходных токов:
  для серии LDC-35: 300…1000 мА;
  для серии LDC-55: 500…1600 мА;
  для серии LDC-80: 700…2100 мА.
• КПД:
  для LDC-35: 88%;
  для LDC-55 и LDC-80: 90%.
• пульсации выходного тока не более 3%;
• коэффициент мощности не менее 0,95;
• защита от коротких замыканий, перенапряжений и перегрева;
• температурный диапазон: -25…80°C;
• размеры:
  серия LDC-35: 280х30х21 мм;
  серия LDC-55: 320х30х21 мм;
  серия LDC-80: 360х30х21 мм.

Гарантийный срок эксплуатации светодиодных драйверов семейства LDC составляет 5 лет, время безотказной работы - не менее 50000 ч, что сопоставимо со сроком службы самих светодиодов. Системы освещения, построенные с применением LED-драйверов LDC, способны удовлетворить практически любые требования, предъявляемые к светильникам для внутреннего освещения помещений. Но, несмотря на замечательные характеристики, драйвер LDC может оказаться неоптимальным выбором, если требуется меньшая мощность или интерфейс управления KNX. В этих случаях стоит обратить внимание на следующее семейство – LCM.

LCM – универсальные драйверы для светодиодного освещения

LED-драйверы LCM выполнены в пластиковом корпусе (рисунок 9) и обладают следующими особенностями:

• значение выходного тока устанавливается комбинацией DIP-переключателей;
• помимо интерфейсов управления яркостью «3 в 1» и DALI/DALI-2 (аналогично драйверам семейства LDC), есть вариант с интерфейсом KNX;
• модель LCM-xxTW позволяет регулировать температуру цвета светильника;
• существуют модели с дополнительным выходом (AUX) 12 В/50 мА.

Интерфейс управления определяется суффиксом в наименовании драйвера:

• DA и DA2 – DALI или DALI-2, соответственно, кнопка;
• KN – KNX, кнопка;
• TW – DALI, кнопка;
• без суффикса – «3 в 1».

По отдельным запросам компания MEAN WELL может комплектовать некоторые серии драйверов LCM модулем беспроводной связи EnOcean, в этом случае в наименовании будет стоять суффикс EO.

Рис. 9. Внешний вид LED-драйвера семейства LCM

Технические характеристики и некоторые функциональные особенности несколько различаются внутри семейства, в зависимости от серии.

Параметры LED-драйверов семейства LCM:

• диапазон входных напряжений:
  для серии LCM—25: 180…277 В;
  для серий LCM-40 и LCM-60: 180…295 В.
• серии по мощности: 25, 40 и 60 Вт;
• выходные токи:
  для LCM-25 и LCM-40: 350, 500, 600, 700, 900 и 1050 мА;
  для LCM-60: 500, 600, 700, 900, 1050 и 1400 мА.
• КПД:
  для серий LCM-25 и LCM-25DA: 86%;
  для LCM-25KN: 85%;
  для LCM-40 и LCM-40DA: 91%;
  для LCM-40KN: 90%
  для серий LCM-60 и LCM-60DA: 92%;
  для LCM-60KN: 91%.
• пульсации выходного тока не более 5%;
• коэффициент мощности:
  для LCM-25: не менее 0,94;
  для LCM-40 и LCM-60: не менее 0,975.
• защита:
  для LCM-25: от коротких замыканий и перегрева;
  для LCM-40 и LCM-60: от коротких замыканий, перенапряжений и перегрева.
• функции:
  для LCM-25: диммирование, синхронизация;
  для LCM-40 и LCM-60: диммирование, синхронизация, температурная компенсация.
• температурный диапазон:
  для LCM-25: -30…85°C;
  для LCM-40 и LCM-60: -30…90°C.
• размеры:
  для LCM-25: 105х68х23 мм;
  для LCM-40 и LCM-60: 123,5х81,5х23 мм.

Отдельно следует рассмотреть драйвер LCM-40TW, предназначенный для обеспечения максимального комфорта в помещении посредством регулировки цветовой температуры. LCM-40TW имеет два выходных канала с регулируемым током (DT6 или DT8), которые управляются по интерфейсу DALI и обеспечивают питание светодиодов с различной температурой свечения. Микшированием яркости «холодных» и «теплых» светодиодов можно получить наиболее благоприятный оттенок освещения для работы или отдыха. Кроме того, этот LED-драйвер имеет наименьшие значения пульсаций светового потока.

Контроль температуры светодиодов драйверами серий LCM-40 и LCM-60 аналогичен LDC, различие лишь в зависимости значений выходного тока от температуры и сопротивления термистора (рисунок 10).

Рис. 10. График температурной компенсации LCM-40 и LCM-60 в зависимости от сопротивления NTC

На рисунке 11 показано объединение нескольких LED-драйверов семейства LCM в одну группу благодаря специальному интерфейсу синхронизации (отсутствует у LCM-40TW). Один из драйверов является мастером, другие – подчиненными. Их количество может доходить до 9, а длина кабеля между ними и мастером не должна превышать 5 м. Диммирование мастера синхронно проецируется на подчиненных.

Рис. 11. Синхронизация LED-драйверов семейства LCM

Интерфейс DALI разработан исключительно для систем освещения, что и заключено в его названии: цифровой адресный интерфейс освещения (Digital Addressable Lighting Interface). В системах умного дома более целесообразным может оказаться использование интерфейса KNX, который, в отличие от DALI, обеспечивает двусторонний обмен информацией и позволяет управлять не только светильниками, но и остальными компонентами системами, например, датчиками и исполнительными механизмами. Каждый элемент системы имеет уникальный адрес. Адреса могут группироваться для более удобного управления. Сеть устройств, построенная на основе KNX, достаточно сложна, может иметь различные топологию и среды передачи данных, и для упрощения ее построения, программирования логики работы, настройки параметров и связей используется специальное программное обеспечение, работающее на ОС Windows - Engineering Tool Software (ETS). Версия ETS5 Demo может использоваться бесплатно, при условии, что количество компонентов системы не превышает 5. Остальные две версии - Professional (полнофункциональная) и Lite (до 20 устройств) - стоят €1000 и €200, соответственно.

Драйверы LCM/KN способны не только регулировать яркость освещения, но и осуществлять мониторинг входного напряжения, если вместо кнопки подключить вход PUSH согласно рисунку 12.

Рис. 12. Подключение в режимах мониторинга входного напряжения (а) и ручного диммирования кнопкой (б)

При диммировании кнопкой ее параметры задаются в ETS, что позволяет настроить управление в соответствии с предпочтениями пользователя.

Система умного дома, построенная на основе KNX, способна существенно повысить энергосбережение и обеспечить единообразную работу светильника благодаря функции Constant Light Output (CLO), которая компенсирует снижение светового потока с течением времени из-за деградации светодиодов. На рисунке 13 поясняется принцип работы LED-драйвера со включенной и выключенной функциями CLO.

Рис. 13. Экономия энергии и равномерность светового потока при использовании функции CLO

Заключение

Даже в устаревших системах внутреннего освещения разработчики старались обеспечить комфорт и экономичность, предлагая комбинированное управление группами ламп и замену обычных выключателей на диммеры. Установка проходных выключателей требовала дополнительных проводов, зато пользователь мог включать свет в одном конце коридора, а выключать в другом. Сегодня развитие технологий позволяет сделать освещение максимально энергосберегающим и комфортным, изменять интенсивность, локализацию и температуру светового потока, обеспечивать удобство работы, необходимую психологическую и физиологическую обстановку под конкретного пользователя и область применения. Это было бы сложно без широкого выбора драйверов для светодиодных светильников, который предоставляет компания MEAN WELL. К сожалению, невозможно рассмотреть все модели за один раз, поэтому сегодня ограничимся лишь наиболее популярными семействами, а остальные LED-драйверы рассмотрим в следующих обзорах.