Диммер для led: что такое, какой выбрать, почему не работает

Возможно, что удивительно, индуктивные нагрузки (такие как обычные трансформаторы с железным сердечником или обычные электродвигатели вентиляторов) вполне безопасны с передовыми диммерами, поскольку индуктивность ограничивает время нарастания тока до безопасных значений.Эти нагрузки должны всегда использовать подходящий диммер передней кромки, который должен быть сертифицирован производителем как подходящий для нагрузок двигателя или трансформатора.

Рисунок 5 – Внутренняя часть переднего диммера

Черное устройство слева – это TRIAC. Хотя он оснащен радиатором, контакт между радиатором и TRIAC лучше всего описать как случайный. Когда его разобрали, в нем почти не было контакта, однако он надежно проработал 12 лет и, вероятно, прослужит еще столько же.Простота схемы очевидна в отсутствии изощренности печатной платы. Все немногие используемые компоненты имеют сквозные отверстия, а на задней стороне платы нет никаких деталей.

Схема почти идентична показанной выше. Катушка и оранжевый конденсатор предназначены для подавления помех, но предохранитель не установлен. Если в диммере произойдет короткое замыкание, лампа просто включится на полную яркость.

В то время как производители передовых диммеров часто заявляют, что они подходят для использования с трансформаторами с железным сердечником, некоторые, безусловно, нет.Распространенная проблема с простыми диммерами TRIAC заключается в том, что они переходят в «полуволновой» режим – проводят только на одной полярности формы волны сети. Это катастрофа для любого трансформатора, который сразу же потребляет очень большой ток, ограниченный только сопротивлением первичной обмотки. Вероятно, лучше использовать «универсальный» диммер для индуктивных нагрузок, потому что они имеют гораздо более сложную схему и гораздо менее вероятно, что они будут «обмануты» для работы с одной полярностью (полуволновой).

Имеется полная схема известного рабочего (т.е.е. построен и протестирован) 3-проводной диммер передней кромки на страницах проекта ESP. См. Подробности в Project 157B.

Также известны как диммеры с обратным фазовым регулированием. Диммер по заднему фронту – это значительно более сложная схема. Простая схема, которая является общей для типов с передним фронтом, больше не может использоваться, потому что большинство TRIAC не может быть отключено. TRIAC выключения затвора (GTO) существуют, но они намного дороже и реже имеют относительно небольшие размеры, необходимые для освещения.Чтобы иметь возможность реализовать диммер по заднему фронту, переключающее устройство должно включаться, когда форма сигнала переменного тока проходит через ноль, с использованием схемы, называемой детектором перехода через ноль. По прошествии заранее определенного времени, установленного системой управления, переключающее устройство отключается, и оставшаяся часть формы сигнала не используется нагрузкой.

Диммеры с задней кромкой обычно используют полевой МОП-транзистор , так как они почти не требуют тока управления и являются прочными и надежными. Кроме того, они относительно дешевы и легко доступны при номинальном напряжении, подходящем для работы от сети.Другой вариант – использовать IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), который сочетает в себе преимущества полевого МОП-транзистора и биполярного транзистора. Как правило, они дороже, чем полевые МОП-транзисторы. Опять же, форма сигнала идеальна, и из реальной формы сигнала, показанной на рисунке 9, очевидно, что имеется значительное отклонение, особенно при полной мощности. Это вызвано тем, что часть приложенного напряжения всегда будет потеряна, поскольку для работы сложной электроники требуется некоторое напряжение.

У большинства диммеров задней кромки есть еще одна полезная функция – по крайней мере, при использовании с лампами накаливания.Схема разработана для обеспечения «плавного пуска», при котором напряжение на лампе увеличивается относительно медленно. С лампами накаливания это почти исключает «тепловой удар» – тот короткий период при включении, когда лампа потребляет примерно в 10 раз больший рабочий ток. Термический шок является причиной большинства ранних отказов ламп – действительно, очень редко любая лампа накаливания выходит из строя, когда она включена. Выход из строя почти всегда происходит в момент включения переключателя. Благодаря включению функции плавного пуска срок службы лампы увеличивается, но это не сильно помогает КЛЛ или светодиодным лампам.

Рисунок 6 – Форма сигнала идеального диммера задней кромки

И снова точки переключения и задержка показаны на осциллограмме. Полная принципиальная схема не особенно полезна для диммера по заднему фронту, потому что они обычно используют специализированные интегральные схемы (или довольно сложные схемы с более распространенными ИС) для выполнения необходимых функций. На рисунке 7 показана блок-схема основных частей схемы, а на рисунке 8 показана схема диммера с использованием коммерческой ИС [1].

Рисунок 6A – Форма сигнала диммера задней кромки захваченного сигнала

Идеал близок к реальности. Форма волны тока, показанная выше, была получена с помощью диммера по заднему фронту с использованием лампы накаливания мощностью 75 Вт в качестве нагрузки. Как видите, форма волны практически идентична теоретической (идеальной) форме волны, показанной выше. Среднеквадратичный ток составляет 200 мА. Измеренное время спада (от максимального до нулевого тока) составило около 30 мкс, но это неопасно, потому что это снятие напряжения, а не приложение напряжения – очень, очень разные сценарии.

Рисунок 7 – Блок-схема диммера задней кромки

C1 и L1 снова являются компонентами подавления радиопомех. Выпрямитель необходим, потому что полевые МОП-транзисторы не могут переключать переменный ток, только постоянный ток. Источник питания, детектор перехода через ноль и таймер обычно являются частью ИС, предназначенной для этой цели. Формы сигналов показаны в каждой точке цепи. Выходной сигнал детектора пересечения нуля сбрасывает таймер, отправляя на его выход высокий уровень, и, таким образом, включает полевой МОП-транзистор. По прошествии времени от нуля до 10 мс для 50 Гц на выходе таймера становится низкий уровень, полевой МОП-транзистор выключается, и ток через нагрузку прерывается.

Во многих отношениях диммеры передней и задней кромок являются полной противоположностью друг друга.

Поскольку выходное напряжение растет относительно медленно, массивный всплеск тока, который передний диммер вызывает в емкостной нагрузке, больше не является проблемой, и некоторые регулируемые CFL и светодиодные лампы прекрасно работают с этим типом диммера. Однако диммеры с задним фронтом никогда не должны использоваться с трансформаторами с железным сердечником, и это всегда указывается в инструкциях.

Почему? Казалось бы, диммер задней кромки должен быть в порядке, но проблема в значительной степени связана с обратной ЭДС, которая возникает, когда переключатель выключается 100 или 120 раз в секунду.Энергия обратной ЭДС не может быть рассеяна, поэтому она накапливается до потенциально разрушительного напряжения. Кроме того, включение любой индуктивной нагрузки при переходе через нуль сигнала сети приводит к намного большему, чем обычно, току намагничивания. Наиболее вероятным результатом будет выход диммера из строя из-за перегрузки по току или перенапряжения. Маловероятно, что коммерческие установки смогут справиться с дополнительным током или рассеивать энергию обратной ЭДС без сильного перегрева или разрушения.

Обратная ЭДС генерируется при любой индуктивной нагрузке, потому что индуктор является накопителем энергии (реактивным). Энергия сохраняется в виде магнитного поля, и когда ток прерывается, магнитное поле схлопывается, генерируя ток в процессе. Если к индуктивному компоненту не подключена нагрузка (например, лампа), даже небольшой ток становится очень высоким напряжением. Этот эффект наблюдается регулярно, но обычно рассеивается в виде небольшой дуги на контактах переключателя. Такие дуги безвредны, если они возникают только несколько раз в день, но если они повторяются 100 или 120 раз в секунду, средняя мощность становится значительной, равно как и нагревание и возможность возгорания.

Рисунок 8 – Схема диммера задней кромки

Как видите, нелегко понять, как работает схема, если просто столкнуться с многополюсной ИС. Тем не менее, я обозначил функции контактов, и полезно увидеть схему, чтобы увидеть некоторые из того, что было сделано. Обратите внимание, что показанная схема предназначена для 3-проводного подключения, которое намного более стабильно, чем более распространенные 2-проводные диммеры. Естественно, это не единственный способ, и некоторые коммерческие диммеры с задней кромкой, такие как изображенный ниже, используют одну или несколько микросхем таймера 555 и множество других деталей для поверхностного монтажа для достижения той же цели.Однако почти все коммерческие диммеры являются только 2-проводными и часто плохо работают с электронными нагрузками (например, КЛЛ или светодиодные лампы). Atmel U2102B был бы хорошей стартовой базой для правильного 3-проводного диммера, но, к сожалению, сейчас он устарел, и я не могу найти эквивалента. Показанная схема адаптирована из таблицы данных U2102B, но использует полевой МОП-транзистор вместо IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), показанный в примере схемы. См. Рисунок 10A для обновленной схемы (хотя ИС нелегко достать).

Рисунок 9 – Внутренние части коммерческого диммера задней кромки

Два больших устройства на левой плате – это силовые полевые МОП-транзисторы. Обратите внимание, что нижняя сторона печатной платы также покрыта деталями, включая таймер, еще одну микросхему, которую невозможно идентифицировать, четыре транзистора и несколько резисторов и конденсаторов. Хотя изображенное устройство было бы довольно дешевым в производстве, я полагаю, что усовершенствование конструкции для обеспечения высокой надежности при нормальном использовании могло занять много времени.Стоит около 50 австралийских долларов в моем местном магазине оборудования, это не дешево по сравнению с более распространенным диммером по задней кромке (обычно около 16-20 долларов, но некоторые намного дороже).

Рисунок 10 – Формы измеренного тока

Изображенный коммерческий диммер задней кромки был протестирован с лампой накаливания мощностью 60 Вт и дал формы волны, показанные выше. Хотя максимальная настройка отличается от идеальной формы сигнала, показанной на рисунке 5, при настройке на минимальную (и примерно половину мощности) теория и реальность очень хорошо совпадают.Схема не может действовать как настоящее короткое замыкание, когда она полностью включена, потому что часть приложенного напряжения требуется для питания электроники. Это вызывает нарушение непрерывности, наблюдаемое в области нулевого тока, когда диммер установлен на максимум. Обратите внимание, что вышеупомянутые формы сигналов были захвачены, когда эта статья была впервые написана в 2008 году, но они так же действительны, как и захват цифрового осциллографа, показанный на рис.

Обратите внимание, что если только электронная лампа , в частности заявлена ​​как регулируемая, двухпроводной диммер задней кромки не будет работать.Просто для теста попробовал с обычным КЛЛ. Не было сильных скачков тока, но лампа не гасла разумным или предсказуемым образом, а сама схема диммера запуталась и не могла работать должным образом. Это в равной мере относится к лампам CFL и LED, если в инструкции они не заявляют о возможности регулировки яркости. Продолжение использования любой электронной лампы с диммером может привести к повреждению цепи, сильному перегреву или возгоранию. Как отмечалось ранее, во всех электронных осветительных приборах с регулируемой яркостью следует использовать только «универсальные» диммеры или диммеры по задней кромке, , даже если производитель заявляет, что разрешены диммеры на основе TRIAC .

Рисунок 10A – Диммер передней / задней кромки FL5150

Приведенный выше рисунок адаптирован из таблицы данных Fairchild (теперь ON Semiconductor) для ИС диммера FL5150MX. Показана только 3-проводная версия 230 В, 50 Гц, а приведенная выше схема является модифицированной по сравнению с версиями, показанными в исходном техническом описании. Максимальный выходной уровень составляет , только доступен, когда ИС используется в 3-проводном режиме, а 2-проводный режим не рекомендуется для любой электронной нагрузки . Микросхема доступна в небольшом количестве торговых точек (одна только на последний взгляд), но она не была построена и не протестирована.Хотя показаны полевые МОП-транзисторы IRF840, более крупные можно использовать для получения большей мощности. С установленными IRF840 максимальная нагрузка ограничена примерно 1 А (до 230 Вт, в зависимости от коэффициента мощности нагрузки). Для работы с частотой 60 Гц используйте FL5160MX (внутренние таймеры другие). Эти микросхемы доступны только в SMD-корпусах. Щелкните здесь для просмотра таблицы.

На страницах проекта ESP также есть полная схема известного рабочего (т.е. построенного и испытанного) 3-проводного диммера задней кромки.См. Подробности в проекте 157A.

имеют встроенные «интеллектуальные» функции, которые позволяют диммеру решать, должен ли он работать как передний или задний фронт. Схема обнаружения не всегда настолько умна, как можно было бы надеяться, и иногда они могут принять неправильное решение. Некоторые системы домашней автоматизации имеют переключатели, которые позволяют настраивать универсальные диммеры на автоматическое определение, передний или задний край. Тем не менее, в помещении обычно нет небольших диммеров с «настенными пластинами», поэтому вам придется полагаться на диммер, который сделает правильное решение.

Рисунок 11 – Универсальный диммер для кишечника

Выше показана внутренняя часть довольно типичного «универсального» настенного диммера. Хотя можно было ожидать, что можно будет использовать небольшой микроконтроллер, похоже, что он основан на двойном таймере 555 и паре полевых МОП-транзисторов. Есть еще несколько пассивных компонентов и несколько диодов, и это в основном все, что нужно. Эти диммеры обычно подходят для регулируемых электронных нагрузок, но, как уже отмечалось, они не всегда принимают правильное решение.Как и все двухпроводные диммеры, они часто не работают с электронными нагрузками.

На данный момент тесты показывают, что он достаточно хорошо работает с некоторыми блоками питания для светодиодов с регулируемой яркостью, и само собой разумеется, что производительность с лампами накаливания близка к идеальной. Этот конкретный блок был предназначен для питания регулируемых источников света мощностью 4 x 12 Вт для даунлайтов, которые у меня были в течение некоторого времени, но которые я не использовал, потому что драйверы были мусором и не регулировались.

Важно, чтобы универсальные диммеры не использовались со смешанными нагрузками, такими как электронные трансформаторы и трансформаторы с железным сердечником.Поскольку требования к каждому из них полностью противоположны, диммер никогда не может выбрать правильный режим. Он либо выйдет из строя, либо вызовет внешний отказ подключенного оборудования (или того и другого).

Если вам интересно, я опишу способ, которым некоторые (и, возможно, большинство) универсальных диммеров решают, должны ли они работать как передний или задний фронт. Если присутствует индуктивная нагрузка, когда диммер выключается под нагрузкой, возникает всплеск высокого напряжения. Это тот же пик, который мы укрощаем с помощью диода при включении реле.Диммер имеет схему для обнаружения всплеска, и в случае обнаружения он переключается из режима заднего фронта в режим переднего фронта. Индуктивным нагрузкам вполне подходит диммер по переднему фронту, поэтому диммер останется в режиме переднего фронта после того, как схема обнаружит выбросы.

Этот процесс происходит каждый раз при включении схемы, потому что диммер не имеет памяти, поэтому не может просто запомнить настройку, которую он использовал последней. Обнаружение обычно происходит очень быстро – максимум несколько циклов сети и когда напряжение на нагрузке достаточно низкое.Все задние кромки и универсальные диммеры, которые я видел, имеют функцию «плавного пуска», при которой напряжение на нагрузке повышается в течение нескольких секунд. В это время диммер обнаруживает скачки высокого напряжения, вызванные индуктивной нагрузкой, и переходит в режим переднего фронта.

Процесс защищен патентом – см. Универсальный диммер – EP 1961278 B1, выданный Clipsal Australia в 2012 году. Я думаю, что это очень умное приложение. Он основан на использовании полевых МОП-транзисторов с определенным и гарантированным лавинным рейтингом, поэтому они не будут разрушены шипами, но в наши дни они очень распространены.

Диммеры по переднему и заднему фронту имеют одинаковый коэффициент мощности при одинаковой выходной мощности нагрузки. Ни один из этих типов не позволяет использовать какой-либо реальный или полезный метод коррекции коэффициента мощности, и единственным смягчающим фактором является то, что при низких настройках ток берется из сети во время частей цикла, которые не используются в большинстве небольших источников питания. Однако коэффициент мощности по-прежнему ужасен – особенно при очень низких настройках мощности. Несмотря на это, нет никаких сомнений в том, что потребление энергии уменьшается пропорционально – особенно со светодиодами.С лампами накаливания также снижается мощность, но не в такой степени.

В столбце «Угол наклона» указывается количество градусов формы волны, при которой мощность подается на лампу. Полный цикл составляет 360 °, а каждое полупериод – 180 °. Было использовано приращение 18 °, потому что при 50 Гц 18 ° соответствует интервалу в 1 миллисекунду. Это было использовано для облегчения расчетов для таблицы. Эти данные точно такие же для источника 60 Гц, с той лишь разницей, что время для одного полного цикла при 60 Гц составляет 16.67 мс вместо 20 мс. Это не влияет на угол наклона, мощность или коэффициент мощности, но ток будет другим из-за разного напряжения, используемого в странах с 60 Гц.

Обратите внимание, что нагрузка, используемая в приведенной выше таблице, является чисто резистивной (отсюда «идеальные» ток и мощность) и остается постоянной при всех настройках.Лампы накаливания , но не , представляют постоянную нагрузку. Поскольку при низких настройках нить накала работает меньше, ее сопротивление ниже, и она потребляет больше тока, чем ожидалось. По этой причине, хотя диммирование, несомненно, снижает потребляемую мощность, оно не снижает ее настолько, насколько можно было бы ожидать (или надеяться).

Типичная лампа GLS (общего освещения) мощностью 100 Вт будет потреблять около 18 Вт при тусклом свечении – обычно можно ожидать меньшего. Сопротивление нити накала падает примерно до половины сопротивления полной мощности, потому что она намного холоднее, поэтому потребляется в два раза больше тока, чем было бы в случае фиксированного сопротивления.Для справки, была протестирована лампа GLS мощностью 100 Вт, и ее измерения показали 44 Ом в холодном состоянии и 552 Ом в горячем состоянии (при полной мощности – 95,8 Вт).

Во многих новых установках, использующих галогенные лампы низкого напряжения, теперь используется электронный трансформатор. Традиционный трансформатор с железным сердечником работает хорошо и прослужит вечно, но он дорог. Некоторые из них также построены по очень высокой цене и довольно неэффективны, тратя 20% или более общей потребляемой мощности на тепло.Электронные трансформаторы обычно намного меньше и легче, поэтому им не хватает ощущения «безупречного качества», но большинство из них достаточно эффективны, обычно расходуя меньше 10% от общей мощности. Меньшие потери означают меньше тепла и незначительно меньшие счета за электроэнергию. Хотя рассеивание каждого блока по отдельности может показаться разумным, когда тысячи из них работают, дополнительные потери становятся значительными.

Обычный трансформатор с железным сердечником работает на частоте сети (50 или 60 Гц), а сердечник должен быть достаточно большим из-за низкой частоты.Размер сердечника обратно пропорционален частоте, поэтому работа на высокой частоте означает, что трансформатор может быть намного меньше. Термин «электронный трансформатор» на самом деле неправильный – на самом деле это импульсный источник питания (SMPS). Электронные схемы используются для выпрямления сети и преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Этот пульсирующий постоянный ток затем подается на высокочастотную коммутационную схему и небольшой трансформатор. На рисунке 10 представлена ​​фотография типового агрегата.

Рисунок 12 – Внутренние устройства электронного трансформатора

Клеммы питания находятся слева, а выходные клеммы 12 В – справа.На входе присутствует некоторая ВЧ-фильтрация, а два переключающих транзистора расположены вертикально вдоль нижнего края. Маленькое зеленое кольцо – это переключающий трансформатор транзистора (T1 на рисунке 12), а выходной трансформатор – это большой белый пластиковый объект. Он имеет ферритовый сердечник с первичной обмоткой внутри, а вторичная (выход 12 В) намотана снаружи пластиковой изолирующей крышки.

Выход не выпрямленный – это переменный ток, но он приходит в виде пакетов высокочастотного сигнала (форма выходного сигнала см. На рисунке 13).

Рисунок 13 – Схема электронного трансформатора

T1 – транзисторный переключающий трансформатор. Он имеет три обмотки: первичную (T1A) и две вторичные (T1B и C). Сравните это с зеленым трансформатором на рисунке 10. Первичная обмотка имеет один виток, а каждая обмотка транзистора – 4 витка. Т2 – выходной трансформатор. DB1 – это DIAC (используемый в диммере по переднему фронту), и он используется для запуска колебания схемы, когда напряжение превышает примерно 30 В.Как только начинается колебание, оно будет продолжаться, пока напряжение не упадет почти до нуля. Обратите внимание, что базовая выходная частота в два раза превышает частоту сети, поэтому электронный трансформатор, используемый на частоте 50 Гц, на самом деле имеет сигнал выходной частоты 100 Гц, который состоит из множества высокочастотных циклов переключения.

Большинство электронных трансформаторов не работают без нагрузки (или без нагрузки). Например, для устройства мощностью 60 Вт обычно требуется нагрузка, потребляющая не менее 20 Вт, прежде чем он сможет нормально работать. При очень малой нагрузке через первичную обмотку переключающего трансформатора недостаточно тока для поддержания колебаний.

Рисунок 14 – Форма выходного сигнала электронного трансформатора

Несмотря на то, что показанная форма сигнала в точности такая же, как у моего осциллографа на базе ПК, четко видимые переходы являются артефактом процесса оцифровки – частота намного выше указанной. Среднеквадратичное значение напряжения показанной формы сигнала составляет 12,36 В, но эту форму сигнала сложно точно измерить. Я ожидаю, что фактическое напряжение было ближе к 10 В, измеренному с помощью аналогового измерителя (номинал на паспортной табличке – 11.5В). При нагрузке 2 Ом (5 А) выходная мощность составляла около 50 Вт. Источник потреблял 231 мА от сети (52,2 ВА). Измеренная входная мощность составила 52 Вт, поэтому коэффициент мощности достаточно близок к единице. КПД почти 96% – действительно очень респектабельная цифра.

Следует проявлять осторожность при использовании электронного трансформатора с низковольтными светодиодными лампами или КЛЛ. Поскольку эти лампы имеют внутренний выпрямитель, диоды должны быть быстродействующими. Обычные выпрямительные диоды сильно нагреваются, потому что рабочая частота намного выше, чем та, на которую рассчитаны обычные диоды.Хотя огибающая сигнала составляет всего 100 Гц, частота переключения намного выше – обычно около 30-50 кГц (частота обычно уменьшается с увеличением нагрузки).

Следует отметить, что экономия энергии электронных трансформаторов часто может быть завышена. В то время как обычные трансформаторы служат практически вечно, электронные трансформаторы могут выйти из строя в любой момент, и это можно доказать. Высокие температуры, наблюдаемые в пространстве под крышей многих домов, вызывают нагрузку на полупроводниковые устройства, а широкое использование бессвинцового припоя гарантирует, что отказы паяных соединений не являются редкостью.Я видел несколько неисправных блоков, и хотя я могу исправить некоторые из них, 99% домовладельцев просто выбросят неисправный блок и установят новый. При изготовлении, доставке и поездке в магазины для приобретения нового устройства вам (и окружающей среде), возможно, было бы лучше, если бы вместо него был использован «неэффективный» трансформатор с железным сердечником.

В то время как многие люди (включая меня 40 с лишним лет назад) экспериментировали с диммерами постоянного тока, до недавнего времени они не были особо востребованы.Бывают случаи, когда автомобильную лампу (точечный или другой) нужно приглушить, и в большинстве автомобилей есть регулируемое освещение приборной панели. В последнем случае, как правило, переменный резистор используется последовательно с лампами или, в некоторых случаях, резисторы различных номиналов включаются и выключаются по мере необходимости.

Хотя это нормально для систем с низким энергопотреблением и низким КПД, нет смысла делать высокоэффективные осветительные приборы и тратить энергию на резистивные диммеры.Чтобы показать ненужную мощность, можно выполнить простой расчет, предполагая, что используется простой источник питания 12 В и лампа 12 Вт …

Для простоты предполагается, что лампа имеет постоянное сопротивление, но это неверно для настоящих ламп накаливания любого напряжения и только усугубляет проблему. Однако это не меняет принципа, и включение сопротивления лампы для различных настроек просто запутает проблему.Обратите внимание, что для выхода 3 Вт ток (батареи) должен составлять 250 мА (без учета потерь), но с резистивным диммером он составляет 500 мА, а 3 Вт рассеивается на резисторе. Даже если бы источник света был эффективен на 100%, резистор уменьшил его до 50%.

Понятно, что этот метод нельзя использовать, если мы хотим максимальной эффективности. Хотя 3W не похоже на много тепла, попытка утилизировать его в замкнутом пространстве очень сложно, если высокие температуры являются проблемой. Проблема эффективности становится гораздо более важной по мере увеличения мощности лампы, и для обеспечения гибкости требуется лучшее решение.К счастью, есть очень простой ответ. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – распространенный метод в электронике, обеспечивающий чрезвычайно высокий КПД электронных схем. Модулируя периоды включения-выключения напряжения, подаваемого на лампу, можно легко управлять ее яркостью с очень низкими потерями.

Если напряжение включается и выключается с одинаковой синхронизацией (соотношение отметки и пространства 50%), подключенная лампа (или светодиоды высокой мощности) видит полное напряжение (и полную мощность) в течение половины времени, и, следовательно, светодиоды работают при ½ мощности.Поскольку соотношение может быть изменено от нуля (полностью выключено) до максимального (полностью включено) с помощью потенциометра или управляющего напряжения 0-10 В постоянного тока, эта система идеально подходит для светодиодов, питаемых от источника питания с постоянным напряжением .

ШИМ-системы могут сбивать с толку, потому что в некоторых из них есть фильтр на выходе для удаления составляющей переменного тока формы волны. Если это сделано, на лампу подается среднее напряжение. При 50% модуляции лампа будет получать 6 В постоянного тока, а мощность составит всего 3 Вт (мощности).Фильтр нельзя использовать со светодиодными лампами, потому что они сильно зависят от напряжения. Если бы напряжение на светодиодной матрице 12 В было уменьшено до 6 В с помощью системы ШИМ с фильтром, светового выхода не было бы вообще. На светодиодах не хватит напряжения, чтобы преодолеть прямое напряжение ~ 3,3 В. Большинство белых светодиодов имеют прямое напряжение от 3,1 В до 3,3 В или более, а массив 12 В будет использовать 3 последовательно соединенных (9,9 В), а оставшиеся 2,1 В будут поглощаться токоограничивающими резисторами.

Рисунок 15 – Формы сигналов широтно-импульсной модуляции для диммера постоянного тока

Для диммирования светодиодных ламп мы не используем фильтр, а частота переключения может быть достаточно низкой, чтобы минимизировать радиочастотные помехи.Около 300 Гц работает очень хорошо, и хотя светодиоды будут полностью включаться и выключаться 300 раз в секунду, наши глаза не могут видеть частоту мерцания, поскольку она слишком высока. Мерцание лампы – горячая тема в некоторых областях, но при условии, что оно намного превышает максимальную видимую скорость, проблем возникнуть не должно. Обычно считается, что все, что выше 100 вспышек в секунду, намного превышает наш порог стойкости зрения (многие ссылки доступны в сети). Однако …

Отсутствие фильтра также максимизирует эффективность, но подчеркивает возможность стробирования. В типичном импульсном диммере постоянного тока потери мощности на полевом МОП-транзисторе будут менее 100 мВт при питании 12 В и нагрузке 10 А, если используется надежный полевой МОП-транзистор. Опорный сигнал для системы ШИМ обычно представляет собой сигнал треугольной формы, как показано (Рисунок 14, красный цвет).Он сравнивается с управляющим напряжением (синий), и если управляющее напряжение больше треугольной волны, включается силовой полевой МОП-транзистор и на нагрузку подается питание (зеленый). Аналогичным образом, если треугольная волна больше, чем управляющее напряжение, полевой МОП-транзистор выключится. Изменение управляющего напряжения изменяет соотношение включения-выключения и мощность нагрузки.

Рисунок 16 – Блок-схема диммера постоянного тока

Этот тип диммера, конечно, не нов, и аналогичные схемы также используются для управления скоростью двигателя постоянного тока.Его применение для освещения общего назначения еще не принято, но, вероятно, станет таковым для систем с низким энергопотреблением. Поскольку схема настолько проста и легка в управлении, она, вероятно, получит широкое распространение по мере того, как станут популярными комплектные светодиодные светильники. Это только вопрос времени, поскольку нет необходимости иметь возможность менять лампу из-за очень длительного срока службы светодиодов. Полноценные светильники, подходящие для бытовых и коммерческих применений, не будут нуждаться в заменяемых лампах в том виде, в котором мы их знаем сейчас, а простая схема и полный диапазон (и практически без потерь) диммирования в конечном итоге определят выбор светильников.Диммер может быть установлен в светильник (как часть источника питания), для чего потребуется только пара низковольтных проводов для управления.

Это также упрощает внедрение систем домашней автоматизации, поскольку отпадает необходимость в изменении сетевого напряжения переменного тока – все можно делать при низком напряжении. Модуль источника питания легко заставить потреблять очень мало энергии, когда не используется питание постоянного тока, так что даже без переключателя можно обойтись. Созданный мной тестовый диммер вполне способен выдерживать до 120 Вт (12 В при 10 А), но потребляет менее 20 мА (менее Вт) при установке на минимум.Рассеивание самого диммера обычно составляет около 3 Вт или меньше при максимальной мощности (почти все в полевом МОП-транзисторе), поэтому он имеет КПД выше 97%.

Этот диммер идеально подходит для светодиодных ламп. Он обеспечивает полный контроль от полного выключения до полного включения и последующее снижение мощности при затемнении светодиодов. Как показано, этот метод диммера подходит только для светодиодных матриц, которые уже имеют ограничение тока. Следующим этапом управления светодиодной лампой является отказ от резисторов для ограничения тока и использование вместо этого ограничения тока ШИМ.Ограничение тока PWM уже используется со многими лампами, особенно с типами высокой мощности, и можно ожидать, что оно станет более распространенным, поскольку светодиоды становятся предпочтительным методом освещения для большинства приложений.

Простота управления светодиодами делает это очень привлекательным, а высокая световая отдача, которая достигается в настоящее время (до 180 люмен / Вт и постоянно улучшается), означает больше света при меньшей мощности и очень небольшом нагреве. .

Рисунок 17 – Типовая светодиодная матрица 12 В постоянного тока (источник постоянного напряжения)

Типичная светодиодная матрица, предназначенная для работы на 12 В, показана выше – обычно используются резисторы 3 x 120 Ом, потому что в большинстве массивов используются резисторы для поверхностного монтажа, которые имеют гораздо меньшую мощность, чем традиционные типы сквозных отверстий.Ограничительные резисторы на 40 Ом устанавливают ток через каждую цепочку светодиодов на 52,5 мА, при этом четыре цепочки включены параллельно. Общий ток составит 210 мА для общей мощности 2,5 Вт. С резисторами не повезло, потому что они рассеивают мощность, но не делают полезной работы. Каждый резистор рассеивает около 37 мВт, поэтому в целом теряется 0,44 Вт. Эта схема очень чувствительна к напряжению – увеличение всего на 0,5 В приведет к увеличению тока светодиода до 65 мА, а падение на 0,5 В приведет к падению тока до 40 мА.Хотя это далеко не идеально, в настоящее время неэкономично включать отдельные высокоэффективные регуляторы тока вместо резисторов. Обилие светодиодов средней и высокой мощности теперь делает небольшие массивы, подобные показанным, избыточными.

Обратите внимание, что ШИМ-регулирование яркости между источником питания и светодиодами возможно только в том случае, если матрица светодиодов запитана от источника постоянного напряжения. Если используются источники постоянного тока , добавление внешней схемы ШИМ может вызвать отказ светодиода, потому что напряжение будет расти, когда светодиоды выключены.При повторном включении более высокое, чем обычно, напряжение вызовет чрезмерный ток и неизбежно повреждение светодиода. Когда используются источники постоянного тока, диммирование является внутренним по отношению к источнику питания. ШИМ-контроллер либо включает и выключает регулятор тока, либо изменяет выходной ток.

Многие светодиодные матрицы в настоящее время изготавливаются с использованием согласованных светодиодов, и они подключаются напрямую последовательно / параллельно без какого-либо сопротивления. Эти массивы неизменно приводятся в действие от источника питания с регулируемым током и доступны в модулях очень высокой мощности.Я работал с модулями мощностью 100 и 150 Вт, но обычно лучше использовать большее количество светодиодных матриц с низким энергопотреблением, потому что слишком сложно отвести модуль от радиатора, когда рассеиваемая мощность составляет порядка 100 Вт или более.

Резисторы используются только с маломощными светодиодами, и в большинстве последних светодиодных матриц вместо них используются согласованные светодиоды – даже для относительно низкой мощности. Специализированные микросхемы импульсных регуляторов тока теперь широко распространены и ограничивают ток до требуемого значения, но почти не рассеивают мощность.Для светодиодов большей мощности (например, типа 1-100 Вт) ограничение активного тока используется практически во всех качественных лампах. Неизвестные бренды, которые вы можете найти в супермаркетах или на сайтах онлайн-аукционов, – это авантюра, и даже у некоторых крупных производителей были серьезные проблемы со светодиодной продукцией.

Принято считать, что цвет «белых» светодиодов изменится при линейном уменьшении тока, в отличие от использования ШИМ. Обычно это неверно, и использование ШИМ не является обязательным.Простое изменение установившегося тока для получения требуемой яркости обычно работает очень хорошо. Хотя у почти наверняка есть сдвиг цвета и / или изменение индекса цветопередачи (CRI) , с современными светодиодами это редко является проблемой. Затемненные светодиоды не только снижают энергопотребление, но и уменьшают тепло, выделяемое самими светодиодами, поэтому их срок службы увеличивается. Светодиоды также улучшат свою эффективность (измеренная в лм / Вт ) по мере уменьшения тока, поскольку они работают при более низкой температуре.

Более низкая температура = больший срок службы и больший световой поток на каждый поставляемый ватт.

По мере того, как продукты светодиодного освещения становятся зрелыми, совершенствуются и ИС, необходимые для их управления. Есть довольно много крупных производителей, которые производят микросхемы драйверов светодиодов, и некоторые из них включают возможность обеспечения затемнения – обычно путем включения и выключения источника тока в режиме переключения с частотой в несколько сотен герц (ШИМ). Мы придерживаемся существующих осветительных приборов в течение следующих нескольких лет, потому что люди обычно предпочитают просто заменять лампы, а не заменять их на специальный светодиодный светильник.Сейчас мы видим светильники, которые разработаны специально для светодиодов и имеют встроенные блоки питания (балласты) и средства затемнения. Это укомплектованные светильники, для которых не требуются сменные лампы. Светодиодные модули и блоки питания можно заменять самостоятельно.

Это делается, но в настоящее время существует несколько стандартов, поэтому каждый производитель использует свою собственную проприетарную систему. Несмотря на то, что ситуация меняется, относительно немногие производители освещения, похоже, готовы принять идею использования стандартизованных световых модулей (обычно известных как «световые двигатели»).Возможность для производителей светильников выбирать оптимальный световой двигатель от множества производителей – это непрерывный процесс, который, например, только начинает развиваться [3, 4]. Наличие нескольких органов по «стандартизации» бесполезно. Официальные (регулируемые государством) стандарты также существуют во многих странах.

Характеристики затемнения (с использованием диммеров текущего поколения) значительно улучшаются, если полностью скорректировать коэффициент мощности источника питания / балласта. Этот тип источника питания больше похож на резистивную нагрузку, чем на простые конденсаторные нагрузки входного фильтра, такие как показанные на рисунке 2 (нелинейный).Во многих новейших источниках питания для светодиодов используется коррекция коэффициента мощности, но не все из них регулируются.

Изготовление светильников со слишком сложными характеристиками или не отвечающими реальным потребностям потребителей задержит распространение светодиодного освещения. Диммирование остается одним из величайших препятствий, и было сделано много попыток. Некоторые работают достаточно хорошо (или, по крайней мере, в ограниченной степени) с существующими диммерами, как в случае с «диммируемыми» КЛЛ, но результаты обычно не очень удовлетворительны. Большая часть проблемы (опять же) заключается в том, что нет стандартов, и люди ожидают, что смогут использовать существующие диммеры – типа «срезания фазы» по переднему или заднему фронту.

Что необходимо, так это протокол регулирования яркости, совместимый с существующей проводкой, но работающий должным образом и стабильно, и, похоже, на данный момент решения нет. В общем, бесполезно упоминать в рекламе, что «Контроллер Wi-Fi приносит вам удобную жизнь» (sic), когда вы знаете, что вся система является проприетарной, и если она выйдет из строя, вам некуда больше обратиться для замены. Предложение «Другой четырехканальный контроллер и усилитель RGBW» совершенно бессмысленно, особенно если я не знаю, с чем его сравнивают (в конце концов, он «другой»).«Полностью сенсорный контроллер 2.4G: приятная форма и удобное приложение» говорит само за себя – это реальные утверждения, которые я получил в электронном письме, когда я писал этот раздел.

Один простой протокол, который имеет смысл, – это вернуться к старому стандарту 0-10 В (ток поступает от диммируемого драйвера), и есть несколько светодиодных светильников, которые именно это и делают. Это позволяет одиночным установкам использовать переменный резистор для изменения напряжения, поэтому «диммер» – это всего лишь потенциометр на 10 кОм в настенной панели и мало что еще.К сожалению, большинство из них несовместимо с существующей проводкой. Для систем домашней автоматизации C-Bus и DALI уже имеют интерфейсные модули 0-10 В. При использовании простой аналоговой системы управления затраты минимальны для любого типа установленной системы. Если диммирование не требуется, контакты диммера можно просто оставить отсоединенными. Такая компоновка даже позволяет управлять несколькими осветительными приборами с одного пульта управления, а добавленная стоимость каждого светильника минимальна, когда они находятся в массовом производстве.Некоторые светодиодные светильники имеют встроенный интерфейс DALI, хотя есть некоторые заявления о том, что соответствующие стандарты не всегда соблюдаются, поэтому производительность не гарантируется.

К сожалению, даже 0–10 В имеет два разных «стандарта»: в одном диммер обеспечивает ток (IEC 60929), а в другом (ANSI E1.3) ток подается от источника питания / балласта. Хотя общепринято, что линия 0-10 В должна давать или опускать около 1 мА, это также не стандартизировано. Что еще хуже, нет фиксированного стандарта для проводки управления низким напряжением.Никто не может быть полностью уверен, относится ли он к категории «SELV» (безопасное сверхнизкое напряжение) или же его следует считать «находящимся под напряжением» вместе с сетевой проводкой. Это определяет тип проводки, необходимой от источника питания к контроллеру светорегулятора, и степень разделения, необходимой между сетью и проводкой управления. Почти всегда для источников питания требуется отдельный переключаемый активный элемент, потому что нулевое напряжение редко означает, что источник питания будет отключен.

Было бы полезно, если бы поставщики балластов / источников питания, которые используют диммирование 0-10 В, включили переключатель или перемычку, чтобы один блок мог быть настроен на источник тока (1 мА или 10 мА), а остальные – так, чтобы они просто воспринимали уровень напряжения.Это позволит использовать простой потенциометр 10 кОм (1 кОм для 10 мА) для установки напряжения, и все подключенные устройства будут работать в унисон. В настоящее время единственный способ добиться успеха диммирования 0-10 В – это использовать «диммерный модуль» с питанием, который может подавать или потреблять ток по мере необходимости. Использование переключателя позволяет одному «главному» интерфейсу 0-10 В управлять до (скажем) 10 «подчиненных» интерфейсов. Любой отключенный блок просто увеличивал яркость до полной.

Было бы большой ошибкой создавать новые цифровые протоколы только для того, чтобы гарантировать, что люди должны покупать приспособления и элементы управления у определенного поставщика.Есть несколько светильников, которые делают именно это, используя инфракрасный (инфракрасный) или RF (радиочастотный) пульт дистанционного управления, аналогичный тому, который используется в домашнем развлекательном оборудовании. Хотя это удобно, стандарты необходимы для совместимости пультов дистанционного управления. Никому не нужна система, которая есть у нас с телевизором, приставками, DVD-плеерами и т. Д., Где у нас обычно есть несколько пультов дистанционного управления, по одному для каждого элемента, которым нужно управлять.

Этот подход приведет к тому, что FUD появится на рынке, и (за исключением нескольких уловок потребительских товаров) до сих пор в значительной степени избегали.В то время как цифровые системы (в том числе управляемые с помощью пульта дистанционного управления) могут предложить гораздо большую гибкость (например, изменение цвета и другие эффекты), большинство домовладельцев не захотят использовать освещение в своей комнате в качестве домашней дискотеки. В настоящее время большинство владельцев домов даже не используют диммеры, поэтому попытка продать универсальные осветительные приборы просто оттолкнет людей, которые уже сбиты с толку новой технологией. Кто-нибудь действительно хочет, чтобы в его комнате с 14:00 до 14:30 светился красный свет, а затем зеленый до 16:30? Нет? Я так не думал.

Промышленность в целом окажет себе большую медвежью услугу, если светодиодные светильники не будут обеспечивать простоту эксплуатации, присущую традиционному освещению. Хотя идея системы «домашней дискотеки» сначала понравится нескольким людям, новизна довольно быстро исчезнет. Если арматура не обеспечивает простую работу с минимумом хлопот, она в конечном итоге ужасно выйдет из строя. До сих пор подавляющее большинство профессиональных продуктов, которые я видел и / или оценивал, избегают уловок, наворотов и просто выполняют ту работу, для которой они были разработаны – большинство делают это очень хорошо.

Даже с коммерческими светодиодными светильниками «верхней полки» протокол 0–10 В на удивление распространен и часто используется для обеспечения «сбора дневного света». При этом используется простой датчик для обнаружения окружающего освещения и уменьшения яркости светодиодной арматуры, когда уровень освещенности превышает заданный порог. Лампы могут управляться индивидуально или группами, а световые датчики 0-10 В упрощают установку. Нет необходимости в центральном контроллере, протоколах цифрового управления или какой-либо сложной электронике, только приспособление с регулировкой яркости 0-10 В и подходящий датчик, установленный там, где он может «видеть» дневной свет.

Выше отмечалось, что самые ранние диммеры были либо переменными резисторами (реостатами), либо вариаками, либо (иногда) магнитными усилителями. Сейчас мы живем в эпоху, когда в электросети используются буквально тысячи очень недружелюбных нагрузок. Импульсные источники питания, которые используются в компьютерах всех типов, бесчисленное количество небольших коммутируемых источников питания типа plug-pack (также известных как «настенные бородавки»), компактные люминесцентные лампы, многие светодиодные лампы и сотни других продуктов, которые используют их, и подавляющее большинство искажение формы сигнала сети.По отдельности они никогда не являются проблемой, но когда их много, проблема становится серьезной и вызывает серьезные проблемы с инфраструктурой распределения электроэнергии.

Из-за этого появляется все больше и больше правил, направленных на ограничение уровней гармонических искажений, которые могут создавать источники питания. Это гарантирует, что сеть будет достаточно «чистой» (минимальные искажения), так что распределительные трансформаторы и генераторы могут использоваться с максимальной мощностью. Поскольку большинство энергетических компаний во всем мире, похоже, очень неохотно заменяют устаревшее оборудование, они хотят получить максимальную производительность и срок службы того, что у них уже есть.

Как показано в этой статье, диммеры с отсечкой по фазе имеют ужасный коэффициент мощности при средних и низких настройках, и его невозможно исправить без значительных затрат. Они также генерируют большие гармонические токи в форме волны сети, а некоторые (особенно старые домашние диммеры на базе TRIAC) могут вызывать радиопомехи.Итак, диммеры в том виде, в каком мы их знаем, находятся (или будут) уходят, потому что они не могут соответствовать ни одному из новых требований, которые вступают в силу. Возврат к использованию Variacs – это один из способов, но они дороги и требуют двигателя и шестерен, чтобы их можно было менять дистанционно или с помощью систем автоматизации. Тем не менее, поиск в Интернете показывает, что все еще есть люди, которые используют вариаки в качестве диммеров, потому что они устраняют все проблемы, создаваемые диммерами со срезанной фазой.

Развитие современной электроники вполне может быть решением, потому что сегодня мы можем делать то, что было немыслимо всего несколько лет назад.Один из них – диммер синусоидального сигнала без потерь. Хотя они еще не стали массовым явлением, а небольшие конструкции настенных панелей еще не появились (или я не смог их найти), они используются в театрах и других помещениях, где используется большое количество источников света и требуется быть тусклым. Основная концепция показана ниже. Хотя концепция на самом деле довольно проста, реальность несколько отличается из-за необходимой фильтрации и характера сетевых нагрузок переменного тока в целом. Хотя показано использование полевого МОП-транзистора, именно появление IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) позволило разработать эту технологию.БТИЗ очень надежны и имеют меньшие потери, чем полевые МОП-транзисторы – основные требования для этого приложения. Подход MOSFET по-прежнему применим для небольших диммеров (~ 200 Вт или меньше).

Рисунок 18 – Базовая концепция синусоидального диммера

Показанная схема использует схему управления для очень быстрого включения и выключения MOSFET (Switch). Чтобы снизить сетевое напряжение, переключатель открыт дольше, поэтому ток не может проходить через цепь. Синусоидальные диммеры используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) почти так же, как усилители мощности класса D.При включении и выключении переключателя (скажем) на частоте 25 кГц потери переключения минимальны, поэтому система может иметь высокий КПД. Хотя концепция проста, исполнение сложно и недешево. Высокие частоты делают фильтр более простым в использовании, меньшим по размеру и более дешевым, но увеличивают коммутационные потери. Обратное также верно.

Ток является более или менее синусоидальным, и он будет следовать за током через нагрузку. Если нагрузка имеет хороший коэффициент мощности, диммер синусоидального сигнала тоже.Комбинированная нагрузка лампы с высоким коэффициентом мощности и диммера синусоидальной формы «дружественна к сети» и не будет раздражать поставщиков электроэнергии. Цепи фильтров, которые используются для удаления высокочастотного сигнала переключения, должны быть очень эффективными, иначе будут создаваться радиочастотные помехи, которые могут вызвать проблемы в другом месте (например, при приеме радио и телевидения).

Обратите внимание, что показанная схема сильно упрощена и не может использоваться в показанном виде. Да, схема будет работать, но она не предназначена для того, чтобы кто-то мог ее построить, это просто средство демонстрации основной концепции.«Настоящие» синусоидальные диммеры значительно сложнее, и найти работоспособную схему в сети – это, мягко говоря, непростая задача. Как и следовало ожидать, производители синусоидальных диммеров не стремятся публиковать свои схемы.

Несмотря на то, что синусоидальные диммеры являются относительно сложными и дорогими, они имеют большое преимущество в том, что они могут использоваться с любой нагрузкой , которая обычно подключена к сети. Можно использовать двигатели всех типов (но с большой осторожностью, чтобы не допустить их перегрузки при пониженном напряжении), трансформаторы (обычные или электронные) и даже лампы, которые обычно не считаются диммируемыми (хотя для большинства из них только в ограниченном диапазоне напряжений). нагрузки без диммирования).Некоторые производители называют свои синусоидальные диммеры эквивалентом электронного трансформатора.

Без фильтрации сигнал будет выглядеть как красная кривая на следующем графике. Сигнал 50 Гц был переключен с рабочим циклом 50% на частоте 50 кГц, а отфильтрованная форма волны показана зеленой кривой. Входная сеть составляла 230 В / 50 Гц, а напряжение на диммере и нагрузке примерно одинаково (~ 115 В на каждом).

Рисунок 19 – Формы сигналов синусоидального диммера

Путем изменения рабочего цикла выходное напряжение на нагрузке может составлять полные 230 В (за вычетом некоторых небольших потерь) вплоть до нуля.На самом деле невозможно получить достаточно низкий рабочий цикл для напряжений, намного меньших, чем около 10 В, потому что схемы ШИМ обычно будут несколько нестабильными с низким временем включения (например, менее ~ 200 нс). Для справки, в верхнем правом углу показаны развернутые детали прерванной формы волны (рабочий цикл 50%).

На данном этапе невозможно угадать, когда синусоидальные диммеры появятся в ближайшем к вам хозяйственном магазине. Я предполагаю, что вам, вероятно, не стоит задерживать дыхание, потому что это может занять некоторое время.Однако, когда станут доступны бытовые диммеры, использующие синусоидальную технологию, тогда (и только тогда) появятся какие-либо разумные шансы на успех и постоянство при затемнении светодиодных ламп или другой арматуры с использованием настенных диммеров. Я предполагаю, что производители микросхем (в конечном итоге), скорее всего, будут изготавливать почти все необходимое в одной микросхеме, для чего потребуется всего несколько пассивных частей и основные переключатели питания, чтобы сделать полный диммер. В настоящее время, кажется, нет никакого способа, чтобы синусоидальный диммер мог быть построен достаточно маленьким, чтобы поместиться в стандартную настенную пластину.

Я заявил, что настоящий синусоидальный диммер более сложен, чем простая концептуальная схема, показанная выше, но насколько сложна «сложная»? Смотрите рисунок 20 для ответа. Даже логический блок PWM сам по себе не является тривиальным, но нам также нужно использовать не один, а четыре MOSFET, плюс все вспомогательные схемы и привод затвора MOSFET с плавающей точкой. Возможно, может использовать более простую схему, но становится очень трудно предотвратить деструктивные выбросы напряжения или тока, если только активная схема ограничения (Q3 и Q4) не используется, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 20 – Общее устройство синусоидального диммера

Теперь вы можете сами убедиться, почему настенные диммеры с синусоидальной волной на данном этапе невозможны. На рисунке 20 показана упрощенная схема работоспособного синусоидального диммера – здесь много переключающих устройств, а для выходных MOSFET или IGBT требуется изолированная приводная электроника. На приведенном выше рисунке показаны небольшие импульсные трансформаторы (T1 и T2), но есть также электронные эквиваленты, которые могут делать то же самое.Важно понимать, что схема намного сложнее, чем у обычного диммера с отсечкой фазы, и до тех пор, пока вся логика и системы привода не будут интегрированы в одну ИС, кажется, нет способа сделать «мелкомасштабная» версия.

Форма нефильтрованного выходного сигнала остается такой же, как показано на рисунке 19.

Обратите внимание, что в обеих показанных схемах секция источника питания не показана. Для питания логической схемы ШИМ необходим источник питания, а синусоидальные диммеры должны быть 3-проводными – активными, нейтралью и нагрузкой, а также заземление / заземление для более крупных (автономных) устройств.Попытка сделать двухпроводной синусоидальный диммер невозможна из-за требований к мощности схемы, и даже если бы это было возможно, это сделало бы синусоидальный диммер столь же чувствительным к колебаниям нагрузки (и таким же ненадежным), как и «традиционный» 2- проводные диммеры уже широко используются.

Во многих отношениях синусоидальный диммер – это, по сути, форма усилителя мощности класса D, но он напрямую использует линию переменного тока, а не сначала преобразует ее в постоянный ток. Если вы уже не знакомы с принципами работы усилителей класса D, это, вероятно, вам не очень поможет, но если вы понимаете класс D, то у вас уже есть некоторая информация о том, как работает диммер синусоидального сигнала.Управляющий сигнал, устанавливающий яркость лампы (выходное напряжение), аналогичен аудиовходу. Основное отличие состоит в том, что синусоидальный диммер использует источник переменного тока, а не постоянного тока, а напряжение питания намного выше (пики 325 В, а не более традиционные ± 70 В постоянного тока, например). Два полевых МОП-транзистора, которые используются спина к спине, образуют схему переключения переменного тока – они пропускают (или блокируют) вход независимо от полярности (см. Статью ESP о реле МОП-транзистора, чтобы узнать, как они работают).

Ключ к правильной работе синусоидального диммера с ШИМ заключается в схемах возбуждения полевого МОП-транзистора, входных и выходных фильтрах, а также в точном определении мертвого времени (очень короткий период, когда все полевые МОП-транзисторы выключены).Все это нетривиально. Индуктивность коммутируемого выхода вызывает большие всплески напряжения «обратного хода», которые либо должны быть поглощены (что резко увеличивает потери), либо возвращены в систему, чего трудно добиться. Конденсаторы и резисторы должны быть «импульсными» из-за очень высокого пикового тока. Как бы я ни хотел дать читателям известную рабочую схему, я боюсь, что в настоящее время это невозможно. У меня есть симуляция, которая хорошо работает и имеет низкие потери, но преобразовать ее в рабочую схему – совсем другое дело.

Регулировка яркости – это непростая задача, и лишь немногие производители бытовой осветительной продукции готовы ее решить. Почти все диммеры отлично работают с резистивными лампами (лампами накаливания), но их характеристики очень изменчивы с электронными нагрузками. Хотя производители светодиодных балластов / источников питания могут заявлять, что их продукция «регулируется яркостью», не ожидайте найти какую-либо полезную информацию – где угодно! Проблемы усугубляются тем фактом, что подавляющее большинство диммеров являются двухпроводными и зависят от нагрузки, чтобы обеспечить их эталонное значение при переходе через нуль в сети (что означает, что полупериод закончился).

Диммеры и блоки питания представляют собой набор довольно сложной электроники, и нет гарантии, что диммер «А» будет работать с балластом (источником питания) «В» или наоборот. Не существует стандартов для диммеров или источников питания с регулируемой яркостью, и вся проблема усугубляется, когда клиенты настаивают на возможности использовать «устаревшие» продукты, которые были разработаны для использования с лампами накаливания. В некоторых случаях диммер «А» может идеально работать с одним источником питания, но тот же источник питания ужасно не работает с другим диммером – даже с одним из сопоставимых типов.Точно так же диммеры очень разнообразны и могут нормально работать с одним типом источника питания, но выходить из строя с другим. Мигание, мерцание и общая нестабильность – все это неудачи, потому что клиенты не приемлют нестабильное освещение.

До тех пор, пока не будут внедрены стандарты, определяющие взаимодействие диммеров и источников питания, проблема вряд ли улучшится. Одним из методов является использование 0-10 В, но клиентам это часто не нравится, потому что это означает, что необходимо проложить дополнительные провода и заменить любые существующие диммеры модулями 0-10 В.Системы автоматизации (C-Bus, DALI) не подходят, потому что они дороги и требуют дополнительного оборудования, проводки и ввода в эксплуатацию, что значительно увеличивает стоимость установки. Также не хватает диммируемых источников питания / балластов 0-10В – они есть, но не особо распространены. Те, которые вы найдете, могут быть несовместимы с контроллерами диммера.

В настоящее время нет простого ответа, и до тех пор, пока не будут приняты стандарты, обеспечивающие взаимодействие между диммерами и балластами / источниками питания, ситуация не улучшится.Между тем, когда дело доходит до затемнения любой электронной лампы / приспособления (светодиодной или CFL), единственный способ получить шанс – это если вы готовы провести свои собственные тесты. Некоторые комбинации будут работать, некоторые будут нестабильными (мигать / мигать, особенно при низких настройках), а другие могут быть совершенно неудовлетворительными. В некоторых случаях вы можете обнаружить, что не существует комбинаций , которые работают, поэтому необходимо заменить диммер и как источника питания (или всего прибора).

Заявления производителя следует считать в лучшем случае апокрифом, потому что вы редко или никогда не узнаете точный тип диммера, который использовался для их тестов на «совместимость». Если производитель может предоставить и блок питания , и диммер , это, вероятно, будет лучше, чем покупать каждый из разных поставщиков. Во время тестирования я обнаружил, что Variac обычно является лучшим диммером из всех (это настоящий синусоидальный диммер) и может обеспечить плавное затемнение от 1% до максимальной яркости.Тесты с диммерами по передней и задней кромке показали, что результаты варьируются от бесполезных до труднопроходимых и приемлемых. Ни один из них не так хорош, как затемнение лампы накаливания, кроме некоторых специальных регуляторов 0-10 В. Как отмечалось ранее, диммеры TRIAC (передние) никогда не должны использоваться с электронными источниками питания из-за чрезмерного повторяющегося пикового тока, который в конечном итоге приведет к выходу из строя диммера и / или источника питания. Интересно, что я видел драйверы светодиодов, которые будут правильно работать только с передним диммером, но, как и ожидалось, потребляют чрезмерный пиковый ток и могут выйти из строя намного раньше, чем можно было бы надеяться.

Вы должны быть готовы экспериментировать. Не ждите, что найдете комбинацию, которая сработает безупречно с первой попытки, кроме как по чистой случайности. Светодиодная арматура / светильники сами по себе не являются проблемой – способность диммирования в конечном итоге зависит от источника питания и диммера. Иногда вы обнаружите, что способ – только для получения удовлетворительного конечного результата – это подключить лампу накаливания параллельно источникам питания светодиодов или КЛЛ с регулируемой яркостью – вряд ли идеальная ситуация.Другие комбинации диммера / источника питания могут оказаться неудовлетворительными независимо от того, что вы делаете.

Не ждите, что светодиодные или CFL лампы или арматура будут тускнеть так же, как лампы накаливания. Это нереально, потому что нельзя ожидать, что электронный блок питания будет вести себя так же, как простая резистивная нить накала. Хотя светодиоды идеально подходят для затемнения, этого не произойдет до тех пор, пока производители не примут решение о стандартах, которые позволяют подключать источники питания и управлять ими с помощью простого аналогового интерфейса, такого как 0-10 В или какого-либо аналогичного (простого) протокола, который не требует дорогое дополнительное оборудование.Они довольно распространены для коммерческих / промышленных приложений, но не для бытовых продуктов.

Эта статья была написана в 2008 году, и по состоянию на конец 2017 года мало что изменилось. Производители освещения по-прежнему производят полностью герметичные внутренние светильники, которые полностью непригодны для использования с электронными лампами, большинство диммеров по-прежнему двухпроводные, и мало или ничего не было сделано для решения проблем совместимости диммеров и ламп. Трудно найти комбинации, которые хорошо работают вместе, и ни один из основных производителей не потрудится провести тесты и рекомендовать конкретный диммер как подходящий для их ламп.Большинство (по-прежнему) не рекомендуют использовать только диммеры с задней кромкой и подразумевают, что подходят типы с передней кромкой. Это редко бывает правдой.

Наконец, конечно, мы можем только надеяться, что настенные диммеры синусоидального сигнала станут доступными в недалеком будущем, поскольку это единственная технология, которая обеспечит некоторую степень уверенности. Диммеры задней кромки также могут работать очень хорошо, но их можно предсказать, только если они спроектированы как 3-проводные, с фиксированным опорным нейтралью, обеспечивающим надежную работу диммера.К сожалению, их очень сложно найти в оборудовании или осветительных приборах.

1. Двухступенчатое управление обратной фазой с функцией диммирования, Atmel
2. Электронный трансформатор затемнения галогенной лампы – EDN
3. Консорциум Жага
4. Консорциум Designlights
5. Затемнение светодиодов – что работает и что требует ремонта (конференция Lightfair)
6. Strand Lighting – Один из немногих полезных документов по синусоидальному затемнению, которые я нашел.

Страница создана и авторские права © 15 сентября 2008 г. / Обновлено август / сентябрь 2013 г. – добавлено немного дополнительной информации о диммерах и использовании. / Декабрь 2013 г. – диммеры синусоидальной волны. / Ноябрь 2017 г. – добавлены Рис. 10A и текст, незначительные изменения в других местах.

404 Страница не найдена

• Бесплатная наземная доставка для всех заказов – Подробнее
  • Войти Зарегистрироваться

  • $ 0.00

    0 шт.

  0,00 долл. США

  0 шт.

  • ТОВАРЫ ТОВАРЫ Наши инновации Наши инновации
    • SOUNDFORM ™ ELITE Интеллектуальная акустическая система Hi-Fi + беспроводное зарядное устройство
    • Беспроводное зарядное устройство 3-в-1 с MagSafe
    • Автомобильное вентиляционное крепление PRO с MagSafe
    Предложения Предложения
    • распродажа
    • Эксклюзивные предложения
    • Сертифицированный Восстановленный
    • Студенческая скидка
    Здоровье и благополучие Здоровье и благополучие
    • Маски для лица
    • Дезинфицирующие средства для устройств
    • Просмотреть все
    Колонки и наушники Колонки и наушники
    • Наушники и вкладыши
    • Bluetooth и умные колонки
    • Просмотреть все
    Зарядка и питание Зарядка и питание
    • Беспроводные зарядные устройства
    • Настенные зарядные устройства
    • Силовые банки
    • Автомобильные зарядные устройства
    • Зарядные устройства для умных часов
    • Зарядные станции
    • Сетевые фильтры и удлинители
    • Просмотреть все
    Аксессуары MagSafe Защитные пленки Защитные пленки
    • Для iPhone
    • Для iPad
    • Для Apple Watch
    • Для Samsung Galaxy
    • Для Samsung Note
    • Найдите защитную пленку для экрана
    • Просмотреть все
    Кабели Кабели
    • Зарядные кабели
    • Кабели для передачи данных
    • Аудиокабели
    • Аудио / видео кабели
    • Сетевые кабели
    • Просмотреть все
    Адаптеры Адаптеры
    • Аудио + зарядные адаптеры
    • Аудио / видео адаптеры
    • Адаптеры HDMI
    • Адаптеры USB-C
    • Адаптеры Lightning
    • Адаптеры Ethernet
    • Просмотреть все
    Доки и концентраторы Док-станции и концентраторы
    • Доки Thunderbolt 3
    • Док-станции USB-C
    • Концентраторы
    • Просмотреть все
    Маршрутизаторы Умный дом Умный дом
    • Wemo
    • Умный помощник по воде Phyn
    • Просмотреть все
    Аксессуары Принадлежности
    • Компьютерные аксессуары
    • Мобильные аксессуары
    • Аксессуары для планшетов
    • Автомобильные крепления для громкой связи
    • Маршрутизаторы
    • Просмотреть все
    Коллекции Коллекции
    • Аксессуары для iPhone 12
    • Зарядные устройства для iPhone и iPad
    • Коллекция Chrome OS ™
    • Просмотреть все
  • Решения Решения За более здоровое будущее Работа на дому KVM и решения для кибербезопасности Подключиться из дома Зарядите свои умные часы Зарядите мобильное устройство Защити свой телефон Работает с Chromebook Новый взгляд на iPhone 12
  .

  No related posts.