Статьи

Обычно выбор светодиодного драйвера не представляет особой проблемы для разработчиков. Впрочем, есть определенные нюансы, о которых следует помнить во избежание некорректной работы светодиодных систем.
Питание светодиодных модулей строится по одной из трех приведенных ниже схем:
• Светодиодный драйвер стабилизированного тока (СС) подключается к светодиодам непосредственно, управление яркостью осуществляется выходным током светодиодного драйвера.
• Светодиодный источник питания со стабилизированным по напряжению выходом (CV), типично 12 или 24 В, подключается к светодиодным лентам, которые имеют резистор или простую схему ограничения тока. Резистор или схема определяют ток и, соответственно, яркость.
• Каскадное подключение источника питания со стабилизированным по напряжению выходом (CV) и DC/DC- преобразователя. Выходным током, который подается на светодиодную плату, управляет только преобразователь постоянного тока DC/DC.
В первых двух схемах между источником питания и светодиодами нет никаких активных компонентов. Выбор источника питания в этих случаях сравнительно простой и сводится к выбору соответствующих номиналов тока или напряжения. Третий случай включает активный компонент между светодиодами и сетевым преобразователем и связанную с этим потенциальную проблему совместимости. В чем может заключаться проблема?

DC/DC-преобразователи

Преобразователи постоянного тока бывают трех типов: понижающие (Buck), повышающие (Boost) и понижающе-повышающие (Buck-boost). Независимо от типа большинство из них имеют широкий рабочий диапазон входных напряжений. В рамках этого входного диапазона DC/DC-преобразователь будет конвертировать выходную мощность в исходную с нужным выходным напряжением и/или током. Если нагрузки фиксированы, входная мощность также будет фиксированной. При фиксированной мощности, при увеличении напряжения на входе входной ток пропорционально уменьшится, и наоборот. Формула преобразования мощности очень проста:

Входная мощность = (Выходное напряжение × Выходной ток) / КПД =

= Входное напряжение ×Входной ток

Проблема совместимости между сетевым источником питания со стабилизированным выходным напряжением (CV) и преобразователем постоянного тока
Светодиодные светильники (магистральные или единичные), которые питаются постоянным током, как правило, уже имеют встроенные DC/DC-преобразователи (рис. 1). В инструкции к ним обычно указывается только фиксированное входное напряжение, например, «вход 24 В постоянного тока». При подаче этого напряжения на светильник он, конечно же, будет работать, однако фактический диапазон рабочих напряжений светильника может быть гораздо шире, а минимальное напряжет значительно меньше номинального. Это значение обусловлено типом встроенного DC/DC-преобразователя.

Для объяснения данного явления возьмем как пример DC/DC-преобразователь серии LDD-350H производства Mean Well (рис. 2). LDD-350H обеспечивает стабилизированный ток 350 мА на выходе. Диапазон входного напряжения преобразователя составляет 9-56 В постоянно тока, а диапазон выходного напряжения, которое подается на светодиод, составляет 2-52 В постоянного тока. Поскольку это понижающий преобразователь, то входное напряжение должно быть на 3V выше исходного в соответствии со спецификацией. То есть для питания светодиода с прямым падением напряжения 9 В LDD-350H может работать на любом из входных напряжений между 12 и 56 В постоянного тока.

У светильника с таким встроенным DC/DC-преобразователем, скорее всего, будет в инструкции указанно входное напряжение как «вход 24 В постоянного тока», поскольку источники питания на 24 В обычно доступны на рынке.
Имея недостаточное количество информации, инсталлятор системы с подобными светильниками может не заметить потенциальную проблему совместимости и испытать неудачи при запуске, например, пульсацию, недостаточную яркость или даже отсутствие света. Проблема связана с переходными процессами при включении питания и поведением преобразователя постоянного тока. Рассмотрим возможные сценарии:

Сценарий 1. Стабилизированный по входному напряжению сетевой блок питания претерпевает превышение выходного тока при низком выходном напряжении
Типичная схема светодиодной системы показана на рис. 3. Каждый LDD-1000H со светодиодами составляют один светильник. Предположим, светодиоды рассчитаны на питание 9 В/1 А, поэтому 30 таких светильников суммарно потребляют 270 Вт. Если в инструкциях к светильникам указано «вход 24 В», то в этом случае мы могли бы выбрать в качестве сетевого блока питания HLG-320H-24 (производства Mean Well), разве нет?

По спецификации максимальная выходная мощность LED-драйвера HLG-320H-24 составляет 320,16 Вт, а номинальный выходной ток — 13,34 А 
(рис. 4)

Кажется, использование HLG-320H-24 для нашей системы 24 В/270 Вт — это совершенно правильный выбор и даже с умным запасом. Однако реальная ситуация заключается в том, что LDD-1000H начнет работать, когда напряжение не его входе превысит 12 В. Если сетевой источник питания имеет относительно медленное время роста выходного напряжения по сравнению со временем запуска преобразователя постоянного тока, то он войдет в режим полной мощности прежде, чем выходное напряжение AC/DC-преобразователя повысится до нужного уровня. В таком состоянии, — поскольку напряжение на входе DC/DC-преобразователя низкое, но он «пытается» все-таки обеспечить полную мощность для своей нагрузки, — он будет принимать высокий входной ток, чем ожидалось, который, в конце концов, может превысить границу, заданную в спецификации HLG-320H-24 (рис. 5). Это приведет к срабатыванию защиты и перезагрузке AC/DC-преобразователя.  Как результат, светильник будет мигать и не сможет запуститься. Выходной ток АС/ DC-преобразователя зависит от входного напряжения DC/DC-преобразователя: 
• Для входного напряжения DC/DC-преобразователя 24 В 270 Вт = 
= 24 В×11,25 А;
• Для входного напряжения DC/DC-преобразователя 12 В 270 Вт =
= 12 В × 22,5 А.

То есть, пренебрегая нелинейными потерями, DC/DC-преобразователь нуждается вдвое большем токе при вдвое уменьшенном входном напряжении.

Сценарий 2. Источник питания стабилизированного выходного напряжения не может выйти в рабочий режим

На рис. 6 показан еще один возможный сценарий с LDD-1000H. Напряжение на выходе HLG-320H растет и достигает 9 В. На выходе понижающего DC/DC-преобразователя напряжение питания светодиодов уже достигло 6 В (на 3 В меньше входа), а общий выходной ток всей системы — 20 А. В этот момент суммарная мощность достигает 120 Вт (рис. 7). При такой мощности на входе HLG-320H (не считая расчета КПД) ток составит 13,34 А. Дальнейшая работа в режиме низкого напряжения приведет к превышению уставки срабатывания защиты AC/DC-преобразователя, как в предыдущем сценарии. Впрочем, в этой точке возможен интересный эффект.

Достигнув предела по выходному току, сетевой источник питания перестанет повышать свое выходное напряжение и будет оставаться в режиме стабилизи­рованного выходного тока. Есть вероят­ность, что источник питания и преоб­разователь постоянного тока могут быть сбалансированы в этом ненормальном, но стабильном состоянии. Впрочем, для HLG-320H-24 область напряжения, в ко­торой происходит стабилизация по току, составляет 12-24 В, а 9 В, очевидно, ниже этого диапазона. Поэтому AC/DC- преобразователь, скорее всего, перейдет в режим hiccup («икоты»). Вероятно, после нескольких всплесков выходного напряжения источник питания наконец войдет в трудоспособный диапазон, и в конечном итоге светильники вклю­чатся нормально. Исходя из двух приведенных при­меров можно сказать, что проблемы, связанные с запуском системы с DC/DC- преобразователем, в основном связаны с его фактическим рабочим диапазоном. При низкой скорости нарастания на­пряжения на выходе сетевого источника питания именно оно может не выйти в ожидаемый режим и, таким образом, создавать различные проблемы с за­пуском.

Решение проблемы

Если у осветительной системы возникли проблемы с запуском, подобные приведенным выше, имеет смысл рассмотреть несколько предложений:

1. Выбор DC/DC-преобразователя с функцией мягкого старта или с задержкой старта. После включения DC/DC-преобразователь с плавным стартом постепенно увеличивает свою выходную мощность до нужного уровня. Это помогает уменьшить пусковой ток и предотвратить выход из строя сетевого источника питания во время запуска. Запуск с задержкой не снижает пусковой ток, но подключает нагрузки, только когда напряжение питания достигло нужного уровня.

2. Функции управления яркостью (димминг) или дистанционного включения DC/DC-преобразователя, если они предусмотрены (рис. 8). Постепенное увеличение яркости (мощности) или включение после того, как сетевой блок питания достиг нужного уровня выходного напряжения, позволят избежать проблемы запуска. Обычно задержка при запуске LED-драйвера не превышает 0,5с при 230 В переменного тока. Поэтому включение DC/DC- преобразователя на 0,5с позже вполне решает проблему. 

3. Увеличение номинального выходного тока AC/DC-преобразователя. С увеличением этого показателя уменьшается вероятность возникновения проблем при запуске. Чтобы увеличить выходной ток, можно просто выбрать LED-драйвер с большей мощностью. Например, заменив в проекте HLG-320H-24 на HLG- 480Н-24. Или выбрать LED-драйвер той же мощности, но с меньшим номиналом выходного напряжения. В частности, вместо HLG-320H-24 (13,34 А) выбрать HLG-320H-12 (22 А), конечно, если выбранное напряжение находится в рабочем диапазоне DC/DC-преобразователя.

4. Можно также обратиться в компанию Mean Well, чтобы получить собственные решения. Конечно, если речь идет о масштабных проектах. Некоторые источники питания могут выдерживать высокую пиковую мощность, другие имеют более сбалансированные характеристики. В любом случае номинал избранного LED-драйвера не должен значительно превышать среднюю мощность системы.

Выводы

Вопрос совместимости в значительной степени связан с условиями работы системы. Если возникает проблема запуска светодиодных светильников, рекомендуется проверить спецификации светодиодов и DC/DC-преобразователя. Неплохо и проконсультироваться с экспертами Mean Well и прислушиваться к предложениям. Mean Well имеет полный спектр светодиодных источников питания номиналом 8-1000 Вт - с их помощью достижимы проекты общей мощностью 25000 Вт и выше. Независимо от того, идет речь об отдельном светодиодном светильнике или о масштабной системе светодиодного освещения (например, освещение теплиц), Mean Well имеет решение для всех случаев.