Dioda elektroluminescencyjna (LED) stała się w ostatnich latach prawdziwą sensacją technologii oświetleniowej. Ich zakup i eksploatacja są niedrogie, działają znacznie dłużej niż konwencjonalne źródła światła, nie wytwarzają prawie żadnego ciepła, są małe, lekkie i mechanicznie dość niewrażliwe. Swoją popularność zawdzięczają specjalnym, nowo opracowanym materiałom. Doprowadziły one do niebieskich, a w końcu do białych egzemplarzy świecących. Jednak diody LED są dość idiosynkratyczne pod względem dostarczanej energii. Tutaj dowiesz się dlaczego tzw. sterowniki LED są polecane do pracy, jak działają i na co powinieneś zwrócić uwagę przy ich zakupie i podłączeniu.
Diody elektroluminescencyjne jako źródło światła wymagają do pracy prądu stałego ze źródła stałego prądu lub stałego napięcia. Napięcie zależy od koloru światła i wynosi na przykład od 2,7 do 3,5 V dla białych diod LED. Prąd musi być ograniczony, aby zapobiec uszkodzeniu diody. Spadek napięcia w diodzie LED jest prawie stały w szerokim zakresie prądu roboczego. Oznacza to, że niewielki wzrost przyłożonego napięcia powoduje duży wzrost prądu. W efekcie dioda LED nagrzewa się zbyt mocno i może się "przepalić".
W przypadku diod świecących o stosunkowo niewielkiej mocy - na przykład lampek sygnalizacyjnych w obszarze wyświetlacza - wystarczą proste układy. Tutaj zwykle jako ogranicznik można zastosować rezystor szeregowy o wartości kilkuset omów, w zależności od źródła zasilania. Taki obwód nie jest jednak energooszczędny, ponieważ energia w rezystorze jest rozpraszana w postaci ciepła. Jeśli natomiast ma się sterować diodami świecącymi o dużej mocy, to wymagane są bardziej skomplikowane układy. Regulują one zarówno emitowany prąd (sterownik LED), jak i - w definicji jako transformator lub zasilacz LED - emitowane napięcie.
Regulatory dla diod LED dużej mocy
Aktywny regulator jest zwykle stosowany w diodach świecących dużej mocy. Stabilizuje strumień światła w szerokim zakresie. Stały prąd jest zwykle kontrolowany przez MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor). Uważany jest za najprostszy ogranicznik prądu. Układy scalone są często stosowane do bezpośredniego napędzania MOSFETów bez dodatkowych obwodów. Te oparte na MOSFET-ach układy są najczęściej spotykanymi sterownikami do oświetlenia diodami LED.
Na co należy zwrócić uwagę podczas zakupu, montażu i eksploatacji
Oferta sterowników i transformatorów LED jest dość duża. Dlatego tym bardziej ważne jest, aby najpierw określić swoje potrzeby. Obejmuje to odpowiedzi na następujące pytania:
- Ile lamp ma być podłączonych?
- Jakie jest całkowite zapotrzebowanie na prąd lub napięcie podłączanych lamp?
- Czy istnieje ryzyko przegrzania sterownika lub transformatora (brak cyrkulacji powietrza w obszarze instalacji)?
- Czy sterownik/transformator byłby narażony na działanie czynników środowiskowych (takich jak deszcz, śnieg, ciepło, zimno)?
Po uzyskaniu odpowiedzi na te pytania, łatwiej jest dobrać odpowiednie urządzenia. Najważniejszymi kryteriami są:
Szeregowe lub równoległe połączenie lamp LED
W zależności od konstrukcji lamp, które mają być połączone, możliwe jest połączenie szeregowe lub równoległe. W połączeniu szeregowym prąd płynie od dodatniego bieguna sterownika LED do dodatniego bieguna pierwszej diody LED, której ujemny biegun połączony jest z dodatnim biegunem drugiej diody LED. Biegun ujemny drugiej diody jest połączony z biegunem dodatnim trzeciej diody i tak dalej. Na koniec minusowy biegun ostatniej lampy jest połączony z minusowym biegunem sterownika.
To połączenie szeregowe jest wspólne dla lamp LED o łącznym poborze mocy 350, 500, 700 i 1050 miliamperów. Maksymalny możliwy prąd wyjściowy sterownika LED powinien być odpowiednio zwymiarowany, przy czym ze względów bezpieczeństwa należy zawsze uwzględnić nadwyżkę 20 do 30 procent.
W połączeniu równoległym każda pojedyncza lampa LED jest podłączona do dwóch biegunów zasilacza LED, tzw. doprowadzenie napięcia. Realizowane jest to poprzez linię dla biegunów dodatnich lamp i linię dla biegunów ujemnych. Zazwyczaj spotykane napięcia to 12, 24 i 230 V.
Obowiązujące środki zabezpieczające
Prawie wszystkie wysokiej jakości sterowniki i transformatory LED posiadają zabezpieczenie przed przeciążeniem, które przerywa zasilanie diod w przypadku zbyt dużego obciążenia. Z kolei bardzo ważnym kryterium doboru zasilania lamp LED jest miejsce, w którym ma być zainstalowany sterownik LED lub transformator LED. Dzieje się tak dlatego, że oba typy urządzeń muszą być chronione przed zbyt wysokimi temperaturami.
Należy zatem dokładnie rozważyć bezpośredni montaż w oprawie oświetleniowej, ponieważ niewystarczająca cyrkulacja powietrza może prowadzić do akumulacji ciepła, a tym samym do przedwczesnej awarii. Przy odpowiednio dużej przestrzeni montażowej i ochronie przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych nie należy spodziewać się uszkodzeń. Sterowniki LED lub transformatory LED pracują wtedy często bez zarzutu dłużej niż 50 000 godzin.
W przypadku zasilania zewnętrznego oświetlenia LED, sterowniki lub transformatory mogą być również instalowane na zewnątrz. Decydującym czynnikiem jest tutaj - oprócz okablowania zabezpieczonego przed wpływem środowiska - tzw. klasa ochrony IP urządzenia. Podczas gdy klasa IP20 jest wystarczająca do instalacji w suchych pomieszczeniach, klasa IP67 jest wymagana do użytku zewnętrznego. Urządzenie certyfikowane tą klasą jest wodoszczelne i zabezpieczone przed pyłem, kontaktem i zanurzeniem. Wiele sterowników i transformatorów LED posiada również "homologację meblową", czyli urządzenia te mogą być montowane bezpośrednio np. w szafach lub szafkach kuchennych. Ich wytwarzanie ciepła podczas pracy jest odpowiednio niskie.
Czy istnieją również sterowniki lub transformatory, za pomocą których można ściemniać moduły LED?
W przeciwieństwie do powszechnych w przeszłości lamp żarowych lub halogenowych, jasności lampy LED nie można tak łatwo zmniejszyć. W przypadku lamp konwencjonalnych wystarczy niższe napięcie. Z kolei diody LED migoczą lub całkowicie się wyłączają, gdy napięcie spadnie poniżej określonej wartości.
Obecnie do ściemniania diod LED najczęściej stosuje się modulację szerokości impulsu (PWM). Odpowiednie moduły elektroniczne włączają i wyłączają napięcie zasilające z dużą, nieodczuwalną dla oka częstotliwością - w zależności od pożądanej jasności. Obwody te znajdują się zarówno wewnątrz ściemnianych lamp LED, jak i zintegrowane w ściemnianych sterownikach LED. W tym drugim przypadku należy zwrócić uwagę na oznaczenie " ściemnialne".
Czy zawsze muszę wybierać między sterownikiem dla stałego prądu a transformatorem dla stałego napięcia?
Nie, dostępne są również sterowniki LED, transformatory czy zasilacze, które łączą obie funkcje w jednym urządzeniu. W zależności od potrzeb, elementy tego typu mogą być wykorzystywane do realizacji obwodów zarówno szeregowych, jak i równoległych.