Драйверы серии STANDARD для светодиодных светильников

Драйверы серии STANDARD для светодиодных светильников

Содержание:

• Драйверы серии STANDARD для светодиодных светильников - обзор
• Драйверы серии STANDARD для светодиодных светильников - тепловые режимы
• Драйверы серии STANDARD для светодиодных светильников - пусковые токи
• Перспективная топология AC/DC-преобразователей для питания осветительных приборов
  

В статье описано назначение драйверов серии STANDARD, их отличительные особенности, характеристики и функциональные возможности.

В настоящее время светодиодное освещение широко применяется в нашей повседневной жизни. Оно используется в квартирах, домах, промышленных зонах, транспорте и во многих других отраслях и практически вытеснило лампы накаливания.

В основе светодиодного светильника лежит полупроводниковый светодиод, созданный ещё в середине 20-го века. С тех пор доля светодиодного освещения активно растёт, а стоимость светильников снижается. Энергоэффективность светодиодного освещения гораздо выше лампового.

В свою очередь, светодиод весьма чувствителен к прилагаемому к нему повышенному напряжению и протекающему через него повышенному току, что приводит к снижению его ресурса. Светодиод не рекомендуется подключать к сети переменного тока через классический выпрямитель, поскольку в сети возникают микро- и наносекундные помехи, просадка и броски сетевого напряжения, происходят провалы и прерывания сетевого напряжения, что, как минимум, приводит к изменению яркости свечения, а зачастую и к отказу светодиода.

Для обеспечения долговечности, возможности управления яркостью светодиодов, а также компенсации деградации характеристик светодиодов во время эксплуатации, специалистами компании ООО «НПК «Инкотекс» были разработаны несколько серий светодиодных драйверов, одной из которых является серия STANDARD.

Светодиодные драйверы производятся на современном высокопроизводительном оборудовании.Поверхностный монтаж осуществляется на линиях YAMAHA, FUJI NXT, FUJI AIMEX, каждая линия обеспечена оптическим контролем OMRON и MORANTZ, контролю качества поверхностного монтажа подвергаются 100% изделий. Выводной монтаж осуществляется на установках селективной и волновой пайки SEHO и ERSA, а также на координатных роботах. В процессе сборки проводится сплошной контроль электрических параметров светодиодных драйверов, производятся выборочные испытания на надёжность.

На сегодняшний день производственные мощности предприятия позволяют выпускать порядка 5000…6000 светодиодных драйверов в смену, что обусловлено колоссальным парком оборудования ООО «НПК «Инкотекс»:

- 19 SMT-линий общей производительностью более 2 млн компонентов в час

- 8 линий селективной пайки

- 5 линий пайки волной

- 3 широкоформатных лазера по металлу

- 5 лазерных установок по пластмассе

- 3 автоматизированные и 2 ручные линии покраски металла и пластика

- 5 роботов нанесения клеевых составов и заливки

- 6 обрабатывающих центров по металлу

- 4 раскроечных автоматизированных станка по металлу

- 49 литьевых машин по пластмассе

Мощность светодиодных драйверов серии STANDARD составляет от 17 до 160 Вт, типовой ток — 500, 700, 900, 1050, 1400 и 1750 мА, а диапазон напряжений — от 25 до 250 В. Характеристики драйверов приведены в Табл. 2, Табл. 2.1 и Табл. 2.2.

Светодиодные драйверы серии STANDARD разделяются на подгруппы.

STANDARD_PRO имеют функции управления 1…10 В/ШИМ/резистор. Для обеспечения питания схемы управления в состав драйвера включён источник служебного питания 12 В/ 0,4 А. Подключение схемы управления и её питания осуществляется как классическим методом (3-жильный провод), так и при помощи универсального разъёма ZHAGA.

Драйверы соответствуют критерию качества функционирования «А» в соответствии с ГОСТ Р 51514-2013 и классу 3 в соответствии с ГОСТ 30804.4.11-2013 (при уровне напряжения 80% U в течение 250 периодов, критерий «В»).

Драйверы имеют встроенную защиту от микросекундных импульсов большой энергии амплитудой 10 кВ, а также схемы защиты от короткого замыкания и холостого хода на выходе, перегрева корпуса и превышения допустимого уровня входного напряжения.

Диапазон рабочих температур составляет от –60 до +85°C.

Степень защиты IP67.

STADARD_LITE является упрощённой версией и, соответственно, более дешёвой, обладает следующими характеристиками:

• две модификации, «вход-выход», «вход-выход-управление» 1…10 В/ШИМ/ резистор;
• критерий «В» в соответствии с ГОСТ Р 51514-2013 и ГОСТ 30804.4.11-2013;
• диапазон рабочих температур от –40 до +85°C;
• стойкость к импульсам большой энергии 4 кВ – LN/6 кВ – LGND, NGND;
• степень защиты IP67;
• защита от короткого замыкания и холостого хода на выходе, перегрева корпуса и превышения допустимого входного напряжения.

STANDARD_35 является аналогом STANDARD_LITE по характеристикам и функциональным возможностям. Отличием является форм-фактор. Драйверы серии STANDARD_35 имеют высоту и ширину 35 мм, что позволяет поместить их в консоль с внутренним диаметром 50 мм.

Светодиодные драйверы серии STANDARD имеют следующие функции по внешнему управлению, приведённые в Табл. 1.

Таблица 1. Внешнее управление

Серия	1…10 В	ШИМ	R	dim-to-off	Потенциометр	Программное	CLO	12 В/0,4 А
STANDARD_PRO	+	+	+	+	+	+	+	+
STANDARD_LITE	+	+	+	+	+	+
STANDARD_35	+	+	+	+	+	+

Таблица 2. Характеристики светодиодных драйверов серии STANDARD_PRO

Наименование драйвера	Габаритные размеры, мм (Д х Ш х В)	U вх., В	U вых., В	I вых., мА	P ном., Вт	Pf	Коэффициент пульсаций тока, %	КПД	Класс	Диапазон рабочих температур	Грозозащита, LN, LN/GND, кВ
IAC-035 (0700-ХХХ-67STA_PRO)	124 x 68 x 39	170...290	28...50	700	35	0,96	менее 5	0,86	I	–60…+85°C	6/10
IAC-050 (1050- ХХХ -67STA_PRO)	124 x 68 x 39	170...290	28...50	1050	50	0,97	менее 5	0,87	I	–60…+85°C	6/10
IAC-075 (0350- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	160...220	350	75	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-075 (0500- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	90...160	500	75	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-075 (0700- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	60...100	700	75	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-105 (0500- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	160...220	500	105	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-105 (0700- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	90...160	700	105	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-105 (1050- ХХХ -67STA_PRO)	214 x 68 x 39	170...290	60...100	1050	105	0,98	менее 5	0,89	I	–60…+85°C	6/10
IAC-135 (0600- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	160...220	600	135	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10
IAC-135 (0900- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	90...160	900	135	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10
IAC-135 (1400- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	60...100	1400	135	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10
IAC-160 (0900- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	160...220	900	160	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10
IAC-160 (1050- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	90...160	1050	160	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10
IAC-160 (1750- ХХХ -67STA_PRO)	251 x 68 x 39	170...290	60...100	1750	160	0,98	менее 5	0,9	I	–60…+85°C	6/10

Таблица 2.1 Характеристики светодиодных драйверов серии STANDARD_LITE

Наименование драйвера	Габаритные размеры, мм (Д х Ш х В)	U вх., В	U вых., В	I вых., мА	P ном., Вт	Pf	Коэффициент пульсаций тока, %	КПД	Класс	Диапазон рабочих температур	Грозозащита, LN, LN/GND, кВ
IAC-035 (0700-ХХХ-67STA_LITE)	124 x 68 x 39	170...290	28...50	700	35	0,96	менее 5	0,86	I	–40…+85°C	4/6
IAC-050 (1050- ХХХ -67STA_LITE)	124 x 68 x 39	170...290	28...50	1050	50	0,97	менее 5	0,87	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0350- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	160...220	350	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0500- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	90...160	500	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0700- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	60...100	700	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (0500- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	160...220	500	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (0700- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	90...160	700	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (1050- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	60...100	1050	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (0600- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	160...220	600	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (0900- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	90...160	900	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (1400- ХХХ -67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	60...100	1400	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-160 (0700-000-67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	160...220	900	160	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-160 (1050-000-67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	90...160	1050	160	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-160 (1750-000-67STA_LITE)	185 x 68 x 39	170...290	60...100	1750	160	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6

Таблица 2.2. Характеристики светодиодных драйверов серии STANDARD_35

Наименование драйвера	Габаритные размеры, мм (Д х Ш х В)	U вх., В	U вых., В	I вых., мА	P ном., Вт	Pf	Коэффициент пульсаций тока, %	КПД	Класс	Температурный диапазон	Грозозащита, LN, LN/GND, кВ
IAC-035 (0700-ХХХ-67STA_35)	200 x 35 x 35	170...290	28...50	700	35	0,96	менее 5	0,86	I	–40…+85°C	4/6
IAC-050 (1050- ХХХ -67STA_35)	200 x 35 x 35	170...290	28...50	1050	50	0,97	менее 5	0,87	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0350- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	160...220	350	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0500- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	90...160	500	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-075 (0700- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	60...100	700	75	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (0500- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	160...220	500	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (0700- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	90...160	700	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-105 (1050- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	60...100	1050	105	0,98	менее 5	0,89	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (0600- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	160...220	600	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (0900- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	90...160	900	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6
IAC-135 (1400- ХХХ -67STA_35)	260 x 35 x 35	170...290	60 - 100	1400	135	0,98	менее 5	0,9	I	–40…+85°C	4/6

Светодиодные драйверы серии STANDARD сертифицированы на требования ТР ТС и СЕ, а также имеют сертификат СТ-1 и включены в реестр Минпромторга и реестр радиоэлектронной продукции по Постановлению Правительства РФ № 878 от 10 июля 2019 года.

На предприятии действуют международные стандарты СМК, проводятся квалификационные, приёмо-сдаточные и периодические испытания в собственном заводском испытательном центре. Заводской испытательный центр обеспечен камерами тепла и хода, камерами испытаний на IP, камерами влаги, пыли, соляного тумана, вибростендами, испытательным оборудованием на ЭМС, таким как генератор микросекундных импульсов большой энергии, генератор статических разрядов, генератор наносекундных импульсов. Помимо этого, в рамках ОКР, периодических и квалификационных испытаний светодиодные драйверы проходят испытания в аккредитованных лабораториях, таких как «Циклон Тест», ВНИИОФИ.

В статье описаны процессы, происходящие во время включения светодиодных драйверов, а также отличительные особенности светодиодных драйверов серии STANDARD

В настоящее время 80% светодиодных драйверов представляют собой импульсный AC/DC-преобразователь. Драйверы, как и подобные импульсные устройства, создают электромагнитные помехи в сети, а также излучают их в окружающее пространство. Поэтому при их использовании для снижения уровня помех требуется установка помехоподавляющих фильтров, в которых имеются конденсаторы и индуктивности. В свою очередь, в конденсаторах возникают токи зарядки, а в сердечниках трансформаторов и индуктивностей — электромагнитные поля. Поскольку электромагнитные сигналы в светодиодных драйверах проходят две стадии преобразования, схема светодиодного драйвера включает в себя активный корректор коэффициента мощности и DC/DC- преобразователь (Рис.1).

Рис. 1

В маломощных источниках обычно применяют конденсаторы с номинальной ёмкостью около 50 мкФ (на схеме С2). В исходном состоянии конденсатор С2 разряжен, а при подаче напряжения питания он представляет собой короткозамкнутый элемент. В нём возникает ток большой величины, который определяется по формуле:

I = C х dv/dt, где

С — суммарная входная ёмкость DC/DC-преобразователя,

dv/dt — скорость нарастания напряжения.

Фрагменты паспортов светодиодных драйверов «Х» со значениями их пускового тока приведены на Рис. 2. Как видно из рисунка, значение пускового тока превышает потребляемый ток при напряжении питания 230 В (АС) и длительности 425 мкс в 86 раз.

Рис. 2.

В ходе эксплуатации светодиодного драйвера возникает проблема, связанная с появлением большого пускового тока (Inrush Current) в момент подключения устройства к сети. Его величина в десятки раз превышает ток, потребляемый драйвером при максимальной нагрузке. В случае одновременного включения нескольких светодиодных драйверов могут сработать устройства защиты от короткого замыкания, поэтому необходимо устанавливать автоматические выключатели либо с большим током, либо с большим временем срабатывания. Кроме того, при частом включении осветительных приборов значительно сокращается срок службы коммутирующих устройств — выключателей или реле, поскольку из-за чрезвычайно большого коммутируемого тока у них быстро прогорают контакты.

На сегодняшний день известно несколько способов снижения пусковых токов. Один из них заключается в применении термистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). При включении термистора начальное большое сопротивление ограничивает пусковой ток. Затем термистор достаточно быстро разогревается и его сопротивление уменьшается, позволяя источнику питания выдавать полную мощность. Несмотря на небольшие затраты на реализацию данного решения и компактную схему, термистор значительно разогревается во время работы, что снижет общий КПД. Этот способ также неэффективен при кратковременном выключении питания, поскольку за короткий промежуток времени NTC-термистор не успевает остыть, при этом входная ёмкость источника разряжается достаточно быстро.

С целью снижения пусковых токов также используют реле или полупроводниковый ключ для замыкания NTC-термистора во время нормальной работы. Это более громоздкое, дорогое, но вместе с тем наиболее эффективное решение, позволяющее отрабатывать краткосрочные выключения питания, поскольку во время нормальной работы термистор будет выключен.

Специалисты ООО «НПК «Инкотекс» при разработке светодиодных драйверов серий STANDARD_LITE и STANDARD_PRO применили иные схемотехнические методы. Структурная схема светодиодного драйвера серии STANDARD_LITE представлена на Рис. 3.

Рис. 3.

Как видно из рисунка, светодиодные драйверы серии STANDARD_LITE имеют двухкаскадную структуру. Первый каскад представляет собой изолированный активный корректор коэффициента мощности. Отличительной особенностью данной схемы является расположение конденсатора — он перенесён с выхода корректора мощности во вторичную часть источника питания и не участвует в формировании пускового тока. Благодаря этому существенно уменьшается входная ёмкость источника питания и, следовательно, амплитуда и длительность пускового тока. Процессы, происходящие при включении светодиодного драйвера IAC-160 (1050-000-67STA_LITE), показаны на Рис. 4.

Рис. 4.

Включение драйвера происходит в два этапа: первый — зарядка входных и паразитных ёмкостей, включение первого каскада; второй — включение второго каскада.

Для измерения пускового тока установлен резистор 0,5 Ом. В итоге пусковой ток составляет 1,9 А, а потребляемый ток — 0,8 А, т.е. пусковой ток превышает потребляемый всего в 2,4 раза.

Процессы при включении светодиодного драйвера IAC-160 (1050-000-67STA_PRO) показаны на Рис. 5.

Рис. 5

Для измерения пускового тока установлен резистор 0,5 Ом. В этом случае пусковой ток составляет 1 А, а потребляемый ток — 0,8 А. Таким образом, пусковой ток превышает потребляемый всего в 1,25 раза.

Отличие схемотехники драйверов серии STANDARD_PRO от STANDARD_LITE заключается в возможности МОП-транзистора первого каскада плавно включаться. Второй каскад драйверов серий STANDARD_PRO и STANDARD_LITE является понижающим преобразователем.

Таким образом, при эксплуатации драйверов серии STANDARD_LITE для снижения пускового токадостаточно установить автоматический выключатель, номинальный ток которого в 3 раза превышает потребляемый драйвером номинальный ток. Для драйверов серии STANDARD_PRO допустим выключатель с номинальным током, который больше всего в 1,5 раза.

Однако, несмотря на относительно малые пусковые токи драйверов серии STANDARD, разработчики ООО «НПК «Инкотекс» создали ограничители пусковых токов для электрического оборудования, питающегося от сети переменного напряжения 36…400 В. Их также можно применять в качестве электронных самовосстанавливающихся предохранителей для автоматического отключения нагрузки от электросети при коротком замыкании. Технические характеристики ограничителей пусковых токов приведены в таблице.

Таблица 3

Параметры	Минимальное значение	Максимальное значение	Примечание
Частота сети, Гц	47	63
Входное переменное напряжение, В	36	300
Потребляемая мощность, Вт		0,1	Входное напряжение 230 В (АС)
Мощность нагрузки, Вт		380	Входное напряжение 230 В (АС)
Время срабатывания защиты, нс		400	Входное напряжение 230 В (АС)
Ток ограничения, А	1	4	Устанавливается внешним переключателем
Время ограничения тока, с	4	5	Далее происходит выключение устройства
Температура корпуса, °C	–50	85
Класс электробезопасности	1

Эпюры пускового тока при включении лампы накаливания показаны на Рис. 6. Эпюры на рисунке: слева — без ограничителя, справа — с ограничителем.

Рис. 6

Эпюры пускового тока при включении светодиодного драйвера показаны на Рис. 7. Эпюры на рисунке: слева — без ограничителя, справа — с ограничителем.

Рис.7

В статье описаны тепловые режимы светодиодных драйверов серии STANDARD и их отличительные конструктивные особенности.

Как известно, одним из важнейших факторов, влияющих на надёжность работы светодиодных драйверов и, как следствие, на надёжность осветительного оборудования, в котором они установлены, является правильно выбранный тепловой режим полупроводниковых приборов и их качество, а также тепловой режим импульсных трансформаторов и дросселей. Известно, что повышение рабочей температуры электронных компонентов на 10°C приводит к сокращению их наработки на отказ вдвое, а перегрев импульсных трансформаторов и дросселей — к их насыщению. Поэтому выбор и обеспечение оптимального теплового режима работы полупроводниковых приборов, импульсных трансформаторов и дросселей — одно из первоочередных мероприятий при построении светодиодного драйвера.

Электронные компоненты обычно классифицируются по дипазонам рабочих температур следующим образом:

- коммерческого назначения (0…+70°С)

- индустриального назначения (–40…+85°С)

- автомобильного назначения (–40…+125°С)

- военного назначения (–55…+125°С)

В светодиодных драйверах серии STANDARD применяются высококачественные полупроводниковые приборы ведущих мировых производителей, таких как Infineon Technologies, Diotec Semiconductor и Wayon Electronics.

Данные производители устанавливают допустимую температуру корпуса прибора в диапазоне от –55 до + 150°C.

Несмотря на достаточно высокую допустимую температуру современных полупроводниковых приборов, их тепловой режим, а как следствие и ресурс, зависит и от конструкции теплоотвода. Многие производители, если не сказать, что все, решают проблему теплового режима полупроводниковых приборов установкой радиатора. Конструкция довольно распространённого решения отвода тепла от полупроводниковых приборов для светодиодных драйверов приведена на Рис. 8 и Рис. 8.1.

Рис. 8

Рис. 8.1

 

Данная конструкция, конечно же, удовлетворяет требованиям по обеспечению нужного теплового режима полупроводниковых приборов, но, в свою очередь, имеет ряд недостатков:

1.     Как видно из Рис. 8.1 между радиатором и корпусом драйвера находится достаточно толстый слой теплопроводящего компаунда, что создаёт высокое тепловое сопротивление и, как следствие, разницу температур в десятки градусов между полупроводниковым прибором и теплоотводящим корпусом драйвера.

Данный вывод подтверждён измерением температуры МОП-транзистора и корпуса драйвера одного из именитых производителей, назовём его «Х». Для измерения был взят драйвер мощностью 150 Вт. После наработки в течение 3 часов при температуре окружающей среды +25°C температура МОП-транзистора достигла +91°C, а корпуса — +50°C. При увеличении температуры корпуса до +60°C температура МОП-транзистора составила +102°C. Соответственно, разница температур между корпусом транзистора и корпусом светодиодного драйвера составила 41…42°C. При температуре окружающей среды +60°C и неизменной выходной мощности драйвера температура транзистора составит уже +126°C, а кристалла и того выше, при этом ресурс работы полупроводниковых приборов и расположенных рядом компонентов резко сокращается. Поэтому производитель вынужден был ограничить выходную мощность драйвера при температурах окружающей среды выше +60°C.

 

2.     Такое расположение компонентов довольно очевидно при конструировании, однако подразумевает крепление полупроводниковых приборов к радиатору, а это винты, гайки, шайбы, сверление радиаторов, трудозатраты, деньги. Кроме того, присутствует человеческий фактор, ведь необходимо плотно прижать полупроводниковый прибор к радиатору и зафиксировать его, в случае фиксации разных полупроводниковых приборов к одному радиатору нужно не ошибиться в порядке их установки. Это, конечно же, производственные издержки, но всё же.

Специалисты компании «Инкотекс» при разработке светодиодных драйверов приняли иное технологическое решение, которое обеспечило существенно меньшую разницу температур между полупроводниковыми приборами и корпусом светодиодного драйвера. Конструкция светодиодного драйвера приведена на Рис. 9.

Рис. 9.

 

Данное решение обеспечило следующий тепловой режим полупроводниковых приборов и индуктивностей: после выдержки светодиодного драйвера мощностью 160 Вт (IAC-160-1050-000-67STA_PRO) в течение 3 часов при температуре окружающей среды +25°C температура корпуса составила +48°C, а температура МОП-транзистора — +57°C. При увеличении температуры корпуса до +85°C температура МОП-транзистора составила +96,8°C, иными словами, разница температур между МОП-транзистором и корпусом составила 11,8°C, а сам транзистор работает в весьма для него комфортных условиях даже при максимальной температуре окружающей среды. Соответствующие тепловые графики приведены на Рис. 10 и Рис. 10.1.

Рис. 10. Тепловой график драйвера «Х»

Рис. 10.1. Тепловой график IAC-160-1050-000-67STA_PRO

 

Как видно из теплового графика, светодиодный драйвер серии STANDARD можно эксплуатировать на полную мощность при температуре корпуса +85°C. В случае, если температура окружающей среды составляет +85°C, то уровнять температуру корпуса драйвера и окружающей среды можно при помощи естественной конвекции, либо установив светодиодный драйвер на радиатор.

При естественной конвекции нужно учитывать, что поток воздуха должен беспрепятственно «омывать» теплоотводящую поверхность корпуса светодиодного драйвера. При этом более эффективным будет такое расположение теплоотводящих поверхностей, когда нагретый поток воздуха как можно быстрее отводится от места теплообмена.

Особенностью воздушных систем охлаждения является снижение их эффективности при увеличении высоты над уровнем моря или при снижении атмосферного давления. Так, например, уже на высоте 3500 м эффективность естественного конвективного воздушного охлаждения снижается на 25%.

Трудность в определении многочисленных параметров, влияющих на теплообменные эффекты, делает тепловые расчёты сложной задачей со множеством переменных, однако понимание физики происходящих процессов, компьютерное моделирование и подтверждение полученных результатов при испытаниях на стенде помогает реализовать наиболее качественную и недорогую систему охлаждения в кратчайшие сроки.

Рис. 11

Рис. 12 

Питание источника осуществляется от трёхфазной сети 400 В, 50 Гц. Нагрузкой является мощный светодиодный прожектор 800 Вт с номинальным напряжением 65 В (–10…+55 В) и током 1200 мА. Как видно из функциональной схемы (см. Рис. 12), напряжение с трёхфазного моста Ларионова подаётся на прожектор через последовательно включённый источник тока (ИТ). Сам ИТ питается от постоянного напряжения с выхода моста Ларионова. Вход и выход ИТ гальванически развязаны друг от друга. Функция ИТ заключается не только в стабилизации выходного тока, но и в компенсации пульсаций напряжения, присутствующих на выходе моста Ларионова, а также компенсации температурной зависимости ВАХ светодиодов. Эффективность такого преобразователя будет зависеть от КПД моста Ларионова и КПД источника тока с учётом его доли мощности, вносимой в выходную мощность всего устройства.

КПД всего источника питания можно рассчитать по формуле:

(1), где P_вых = 800 Вт суммарная выходная мощность источника питания,

P_потерь = P_вых(1-ƞ)/ƞ, потери на каждом из элементов источника питания.

После преобразования эта формула примет вид:

(2), где: P_ит = 145 Вт – мощность, вносимая в нагрузку источником тока,

ɳ_л = 0,995 – КПД моста Ларионова,

ɳ_ит = 0,975 – КПД источника тока,

P_{пот. л}– потери в выпрямителе Ларионова,

P_{пот. ит}– потери в источнике тока.

Таким образом, КПД всего источника питания будет равен:

При этом потери в выпрямителе Ларионова P_пот.л= 4,03 Вт, в источнике питания P_{пот. ит}= 3,72 Вт.

Графики зависимости КПД источника SY-LIGHTING 800 от фазного напряжения сети и от выходного тока при номинальном входном и выходном напряжении приведены на Рис. 13 и Рис. 14 соответственно.

Рис 13. 

Рис 14. 

Как видно из графика (см. рис. 13), при номинальном входном напряжении удалось достичь значения КПД источника питания более 99 %. При этом суммарные потери на всех элементах источника питания, включая входные и выходные фильтры, схемы служебного питания, управления и защиты, составили немногим более 7 Вт. При таких потерях источник не нуждается в искусственном теплоотводе. Температура его элементов внутри корпуса не превышает 50 °C в нормальных климатических условиях и при естественной конвекции. Следует отметить, что при реализации моста Ларионова на основе транзисторов вместо диодов можно получить КПД источника питания 99,2–99,4 %. Вход источника защищён от импульсов перенапряжения, на выходе реализован плавный запуск, ограничение выходного напряжения на уровне 730 В и защита от КЗ на выходе. При этом в источнике не используются электролитические конденсаторы, что немаловажно. В совокупности эти факторы позволяют рассчитывать на непрерывную безотказную работу источника на протяжении сотен тысяч часов.

Согласно формуле (4) за 100000 часов работы чистые потери энергии источника питания SY-LIGHTING составят:

При этом потери обычного источника питания с эффективностью 92 % за аналогичный период работы будут равны:

Таким образом, разница в потерях сравниваемых источников составит 6172 кВт*ч или более 1542 € по действующим на сегодняшний день тарифам на электроэнергию в Европе. Следовательно, исключительно благодаря более высокой эффективности источника питания, построенного по топологии SY-LIGHTING, удастся сэкономить сумму, многократно превышающую его стоимость. А учитывая высокую надёжность устройства и отсутствие необходимости его замены на протяжении непрерывной эксплуатации как минимум 10 лет, экономическая целесообразность выбора источника SY-LIGHTING становится очевидной.

Сам источник SY-LIGHTING имеет небольшие габариты, 68,2 х 39 х 222 мм, алюминиевый корпус cисполнением IP-68. Средние и квазипиковые значения кондуктивных помех источника SY-LIGHTING 800 Вт представлены на рис. 15, гармонические составляющие тока показаны на рис. 6.

По электромагнитной совместимости источник соответствует требованиям стандартов: IEC 61000-6-4:2006 [2] для промышленных объектов и CISPR 15:2013 [3] для светового оборудования. Эмиссия гармонических составляющих тока в сеть не превышает допустимых значений для класса А по IEC 61000-3-2:2009 [4] (см. рис. 16).

Рис. 15. 

Рис. 16

	Нормы согласно классу А ГОСТ 30804.3.2-2013	Ток в фазе в SY-800 Uвх ф=230 В AC	Ток в фазе в SY-800 Uвх ф=253 В AC	Ток в фазе в SY-800 Uвх ф=198 В AC
100	1,08	0	0	0
150	2,3	0	0	0
200	0,43	0	0	0
250	1,14	0,22	0,19	0,24
300	0,3	0	0	0
350	0,77	0,19	0,18	0,23
400	0,23	0	0	0
450	0,4	0	0	0
500	0,184	0	0	0
550	0,33	0,1	0,1	0,12
600	0,153	0	0	0
650	0,21	0,1	0,09	0,12
700	0,131	0	0	0
750	0,15	0	0	0
800	0,115	0	0	0
850	0,132	0,06	0,06	0,08
900	0,102	0	0	0
950	0,118	0,07	0,06	0,08
1000	0,092	0	0	0
1050	0,107	0	0	0
1100	0,084	0	0	0
1150	0,098	0,05	0,05	0,05
1200	0,077	0	0	0
1250	0,09	0,05	0,04	0,06
1300	0,071	0	0	0
1350	0,083	0	0	0
1400	0,067	0	0	0
1450	0,078	0,04	0,03	0,04
1500	0,061	0	0	0
1550	0,072	0,04	0,03	0,04
1600	0,057	0	0	0
1650	0,068	0	0	0
1700	0,054	0	0	0
1750	0,064	0,03	0,03	0,03
1800	0,051	0	0	0
1850	0,061	0,03	0,03	0,03
1900	0,048	0	0	0
1950	0,057	0	0	0
2000	0,046	0	0	0

Таблица к рисунку 16

Рассмотренный источник питания работает от трёхфазной сети переменного тока. Однако этот способ преобразования может быть использован также в однофазной и двухфазной сетях.

Литература:

1. Соколов Ю.Б. «SY-LIGHTING вызов времени». Lumen Expert Union. 01-02/2016.

2. IEC 61000-6-4:2006 «Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитные помехи от технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний».

3. «Нормы и методы измерения характеристик радиопомех от электрического осветительного и аналогичного оборудования» CISPR 15:2013.

4. IEC 61000-3-2:2009 «Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний».