Блоки питания для светодиодных ламп 12 вольт

При замене галогеновых ламп на 12В в точечных светильниках светодиодными часто возникает вопрос: «нужно ли менять источник питания?». Для галогенок использовали электронные трансформаторы с выходным напряжением 12 вольт, а для светодиодных ламп продаются специальные блоки питания (БП) с выходным напряжением также 12 вольт. В чем же их различие и взаимозаменяемы ли они? Давайте разбираться!

Что такое электронный трансформатор?

Электронным трансформатором называют схему импульсного источника питания на основе трансформатора и высокочастотного генератора на полупроводниковых ключах. Они питаются от сети 220В переменного тока, а на их выходе переменное напряжение с действующим значением порядка 12В.

Структурная схема устройства изображена на рисунке ниже.

Здесь мы видим, что питание 220В сначала поступает на выпрямитель, после чего выпрямленное пульсирующее с частотой 100Гц напряжение поступает на узел силовых ключей и генератора, рассмотрим пример типовой принципиальной электрической схемы электронного трансформатора.

Здесь изображена типичная автогенераторная двухтактная схема. Её особенностью является то, что для работы ключей в режиме коммутации (переключений) на высокой частоте им не требуется ШИМ-контроллеров или других специализированных ИМС. Говоря простыми словами работа автогенератора заключается в переключении транзистора в результате напряжений, наводимых на обмотках импульсного трансформатора и положительной обратной связи.

Что мы видим на схеме? Первое что бросается в глаза – отсутствие диодного моста на выходе, а значит, что выходное напряжение переменное, а также отсутствие цепей, предназначенных для стабилизации выходного напряжения. Вы можете подробнее ознакомится с принципом их работы посмотрев видео:

Подобная схема лежит и в основе большинства зарядных устройств для мобильных телефонов, ЭПРА для питания люминесцентных ламп, в том числе в энергосберегающих или компактных люминесцентных лампах в некоторых вариациях и некоторыми доработками.

Рассмотрим выходные осциллограммы.

Здесь видно, что переменное напряжение амплитуда которого пульсирует от нуля до + и – 17Вольт. Такие изменения амплитуды с течением времени – повторяют пульсации выпрямленного сетевого(100Гц). Получается интересная ситуация – есть высокочастотное выходное напряжение, изменяющееся с частотой в десятки тысяч герц, при этом его амплитуда изменяется от 0 до 17 вольт с частотой в 100 Гц или выпрямленные 50 Гц. Если растянуть ось времени и рассмотреть форму на уровне периодов, то картинка примет следующий вид.

Здесь видно, что сигнал по форме далёк от синусоиды, а скорее прямоугольник с небольшим уклоном в сторону заднего фронта.

Блоки питания для светодиодных ламп 12В

Их часто называют блоками питания для светодиодных лент, фактически для подключения и лент и ламп нужен любой источник постоянного стабилизированного напряжения 12В с минимальными пульсациями. На практике в современном мире используются импульсные источники питания, рассмотрим типовую схему.

Или другой вариант:

Что общего у этих двух, казалось бы, разных схем? Они построены на интегральном ШИМ-контроллера который управляет силовыми ключами – транзисторами, они могут быть и полевыми, и биполярными. Кроме того, в выходном каскаде схемы вы видите выпрямитель и конденсаторы для сглаживания пульсаций (фильтр). Всё это значит, что на выходе мы получаем стабилизированный DC источник питания. Величина его пульсаций будет зависеть от нагрузки и ёмкости фильтрующих конденсаторов.

Её также можно реализовать на автогенераторной схеме, подобной электронному трансформатору, добавив цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения. В результате получится схема наподобие такой.

Аналогичная конструкция используется в упомянутых выше зарядных для мобильны телефонов здесь за стабилизацию отвечает цепочка обратной связи на 11 вольтовом стабилитроне VD9 и транзисторной оптопаре U1.

Принцип работы подобных ИИП мы рассматривали в статье ранее – Схемотехника блоков питания светодиодных лент.

5 особенностей и отличий БП для LED-лент и ламп от электронных трансформаторов для галогенных ламп

Итак, подведем итоги и ответим на вопрос: «почему нельзя питать светодиодные лампы от электронного трансформатора?». Для этого мы перечислим основные особенности этих источников питания и требования для работы светодиодных изделий.

1. Для включения светодиодных лент и ламп на 12В нужно постоянное напряжение. Так как у светодиодов нелинейная вольтамперная характеристика – они очень чувствительны к отклонениям напряжения питания от номинального, и при его превышении быстро выйдут из строя.

2. Электронные трансформаторы выдают пульсирующее переменное высокочастотное напряжение. Величина всплесков и пиков может достигать и 40 вольт в некоторых случаях. Это может привести к выходу из строя светодиодов или драйверов, встроенных в LED-лампу, а также к их нестабильной работе.

3. У электронных трансформаторов есть такая характеристика как минимальная нагрузка (смотрите рисунок ниже). Это значит, что, если подключить нагрузку меньше указанной на блоке питания он может либо не запуститься, либо выдавать большие пульсации, а также отключаться или другим образом отклоняться от нормального режима работы. Это критично, поскольку галогенные лампы потребляют в разы большую мощность, чем светодиодные, поэтому электронный трансформатор может проявлять себя подобным образом.

Мощность указана от 20 до 105 Вт, что говорит об ограничении по минимальной подключаемой мощности.

4. У блоков питания для ламп на 12В выходное напряжение и постоянное, и стабилизированное при этом.

5. Для питания галогеновых ламп не разницы в роде тока (постоянный или переменный), которым её будут питать. Важно действующее значение напряжения на ней. Поэтому они подойдут под оба варианта источников питания.

Заключение

Нельзя использовать электронный трансформатор для питания светодиодных изделий. Подбирайте блок питания с постоянным стабилизированным выходным напряжением. В противном случае ваши светильники и лампы могут выйти из строя. Также будьте внимательны – сейчас популярны светильники, предназначенные для питания источником постоянного тока – драйвером, это отдельный вид устройств! Об этом читайте здесь – В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов

Светодиод, как ключевая составляющая светодиодной лампы или светильника, весьма "капризен" по отношению к сети электропитания. По своей природе светодиодам необходим такой источник электропитания, который обеспечивал бы постоянный ток и стабильное входное напряжение. Здесь есть небольшая проблема – дело в том, что подавляющее большинство электросетей построено с переменным током 220 вольт. Для того, чтобы светодиодная лампа или светодиодный светильник могли работать в такой сети нужны специальные блоки питания. Причем очень важно, что качество освещения (яркость) и срок службы светодиодов напрямую зависит от качества блока питания – чем стабильнее параметры электропитания, тем дольше "проживет" лампа. Для долговечности светодиодов еще крайне важен эффективный отвод тепла, но это тема отдельных статей, здесь же мы поговорим только о питании.

На сегодняшний день, на рынке присутствует множество моделей светодиодных ламп и светильников с уже встроенным в корпус блоком питания, либо с выносным и идущим в комплекте. Если говорить об обычных бытовых лампочках с цоколями Е27, Е14 и пр., то практически 100% из них уже оборудованы встроенным в корпус блоком питания и их можно включать в обычную сеть на 220 вольт. Однако, есть большой сегмент светодиодных ламп и светильников, рассчитанных на работу в сети 12 или 24 вольта (таких меньшинство). Они либо сразу идут в комплекте с блоком питания, либо его нужно покупать отдельно.

Из наиболее распространенных светодиодных ламп на 12-вольтовое напряжение рассчитаны лампы формы MR16 с цоколем GU5.3 (на рисунке слева) – это один из наиболее популярных форматов в России, используемых при создании точечного потолочного освещения. Это компактные лампы относительно невысокой яркости. Их монтируют как в гипсокартонный, так и в гибкий подвесной потолок. В подавляющем большинстве случаев используются галогенные лампочки на 12 вольт с питанием от обычной сети через специальный трансформатор, понижающий напряжение в сети с 220 до 12 вольт. Но галогенные лампочки и обычные лампы накаливания могут работать и с переменным током. Поэтому, если у Вас именно такие галогенные лампочки на 12 вольт, то просто купить на замену аналогичные по формату светодиодные лампы НЕДОСТАТОЧНО, нужно дополнительно приобрести блок питания, который будет трансформировать переменный ток в постоянный.

Другими словами, большой проблемы здесь нет и если Вы хотите использовать светодиодные лампы или светильники с питанием 12 вольт надо просто подобрать правильный блок питания. Здесь важно понимать, что блок питания подбирается исходя из расчетной мощности группы ламп или светильников, т.к. для каждого источника света отдельный блок питания покупать не придется. Например, на одну среднестатистическую квартиру, может хватить и 2-3 блока питания, а в некоторых случаях и одного.

Надо отметить, что все вышесказанное относится и к светодиодным линейкам и лентам – практически все они рассчитаны на напряжение в сети – 12 вольт и им тоже требуется блок питания, который, как правило, продается там же где и лента, либо уже сразу входит в комплект.

В нашем магазине купить светодиодные лампы и светильники любого типоразмера и мощности. У нас же можно приобрести и блоки питания для 12-ти и 24-х вольтовых светодиодных ламп, лент и светильников. Для подбора оптимального варианта, воспользуйтесь фильтром в левой части экрана, либо обратитесь за помощью к нашим менеджерам, см. раздел "Контакты".

При установке светодиодных ламп на место галогенных часто возникает необходимость замены старого источника питания. Галогенные лампы подключаются к электротрансформаторам на 12В, светодиодные требуют установки специальных блоков питания, имеющих аналогичное выходное напряжение. В связи с этим важно разобраться, можно ли использовать старый трансформатор или следует его поменять.

Что представляет собой электронный трансформатор

Электронный трансформатор – это схема импульсного источника питания, в основу которой входит высокочастотный генератор, работающий на полупроводниковых ключах, и непосредственно сам трансформатор. Питание такой схемы обеспечивается стандартной сетью переменного тока с напряжением 220В, но на выходе действующее значение находится в области 12В. Сначала питание из электросетей подается на выпрямитель, а затем уже выпрямленное напряжение отправляется в узел генератора и силовых ключей.

Стандартный вариант реализации такой схемы – использование автогенераторного двухтактного типа, ключевой особенностью которого является отсутствие необходимости в использовании каких-либо специальных импульсных источников питания наподобие ШИМ-контроллеров. Автоматический генератор в данном случае переключает транзистор под воздействием напряжений, которые наводятся на обмотки трансформатора, а также обеспечивает положительную обратную связь.

Чтобы обеспечить нормальную работу светодиодных ламп, потребуется любой источник, обеспечивающий стабильное напряжение 12В на постоянной основе и минимизирующий пульсации. Для этого чаще всего используются именно упомянутые выше ИМС.

Обе схемы предусматривают использование интегрального ШИМ-контроллера, которым обеспечивается регулировка работы биполярных или полевых транзисторов. Помимо этого, выходной каскад схемы включает в себя выпрямитель, а также конденсаторы, которыми обеспечивается сглаживание пульсаций – они выступают в роли своеобразного фильтра.

В конечном итоге получается стабилизированный источник питания, пульсации которого соответствуют текущей нагрузке, а также емкости фильтрующих конденсаторов. При необходимости можно обеспечить его реализацию на автогенераторной схеме по аналогии с электронным трансформатором, используя дополнительно цепи обратной связи, чтобы обеспечить необходимую стабилизацию выходного напряжения.

Почему нельзя использовать ЭТ со светодиодными лампами

Есть пять причин, по которым нельзя обеспечивать питание светодиодных ламп, используя стандартные электронные трансформаторы:

• Светодиодные лампы предусматривают необходимость постоянного напряжения, что обусловлено их нелинейной вольтамперной характеристикой и чувствительностью к любым отклонениям от номинального показателя напряжения. При малейшем превышении такие лампы в итоге могут быстро выйти из строя.
• Электронные трансформаторы являются источниками переменного напряжения с высокой частотой, а показатели всплесков и пиков в некоторых ситуациях достигают 40В, что в итоге часто приводит к полной поломке светодиодов или же драйверов, использующихся в конструкции современных LED-ламп. Помимо этого, подобный подход чреват их нестабильной работой.
• Электронные трансформаторы отличаются наличием в них минимальной нагрузки. Таким образом, если нагрузка подключенной лампы не будет достигать уровня, указанного на блоке питания, трансформатор может вообще не начать работать или же будет работать с повышенными пульсациями, отключаться. Это является критичным моментом, так как потребляемая мощность галогенных ламп значительно превышает аналогичные показатели у светодиодных.
• Блоки питания, предназначенные для энергоснабжения светодиодных ламп, обеспечивают стабилизированное и постоянное напряжение.
• Галогенные лампы отличаются непривередливостью к тому, идет через сеть постоянный или переменный ток. Роль играет только его напряжение. В связи с этим их можно подключать к любым источникам питания.

Классические электронные трансформаторы не могут использоваться в качестве источника питания любых светодиодных светильников. При замене ламп нужно будет обязательно подбирать специальный блок, обеспечивающий стабилизированное напряжение. Если проигнорировать это, можно столкнуться с преждевременным выходом из строя всех ламп.

Понижающий трансформатор

Стандартный срок службы светодиодных ламп в соответствии с характеристиками, заявленными производителями, составляет 4000 рабочих часов. Если не использовать в работе таких устройств специализированные понижающие трансформаторы, оставляя в качестве основы работы диод, период эксплуатации сокращается до 1200 часов бесперебойной работы.

Если лампы устанавливаются в помещения с повышенной концентрацией влаги или постоянными перепадами температуры (сауны, бассейны), нужно использовать специальный понижающий трансформатор, оснащенный защитой от воздействия воды. Также важно убедиться в том, что общая нагрузка светодиодных ламп находится в пределах 60%.

Как выбрать

В выборе понижающего трансформатора для светодиодных ламп нет ничего сложного. При возникновении каких-нибудь трудностей всегда можно проконсультироваться с менеджерами компаний, которые продают такое оборудование. Самое главное – правильно рассчитать мощность.

Вычисляется сумма всех светодиодных светильников, установленных в помещении, к полученному результату добавляется 20%, так как в преимущественном большинстве случаев трансформатор используется только один.

К примеру, в комнате будет шесть ламп 12В, их сумма 72В. Устройства, имеющие номинал 60В, уже не могут использоваться. Нужно приобретать оборудование на 100В или сокращать количество источников света. Если поставить мощный трансформатор, можно добавить еще лампу.

Экономия зависит не от мощности используемых источников света, а от напряжения. Она обеспечивается за счет использования трансформатора, который значительно увеличивает срок службы LED-ламп.

Особенности установки

Трансформатор представляет собой выносное устройство, но такой тип установки не всех устраивает, так как не хочется портить интерьер дополнительным оборудованием. Скрыть такое устройство и при этом обеспечить себе нормальное взаимодействие с ним не составит труда, если в доме есть подвесные потолки или накладные стены.

В идеале устройства закрепляются на бетонной плите. Чтобы обеспечить к ним простой доступ, в поверхности стены или потолка делается маленький люк. Нужно учесть, что с течением времени устройство нужно будет менять, поэтому врезное отверстие должно соответствовать его габаритам.

Решение спрятать трансформатор в кладовке не всегда целесообразно, особенно если будет устанавливаться несколько устройств. До источника нагрузки должно идти не более 2 метров провода, поэтому расположить трансформатор далеко от светильника не получится. Чтобы избежать всех этих проблем, рекомендуется покупать светильники со встроенным трансформатором.

Трансформатор нагревается при работе

Если куплен новый трансформатор, который после подключения и включения начал сильно нагреваться, нужно провести несколько операций:

1. Проверить нагрузку энергопотребления в помещении и соответствие допустимого номинала трансформатора количеству подключенных к нему ламп.
2. Проверит разводку розеток и освещения по группам.
3. Проверить идет ли нагрузка на устройство.
4. Посмотреть отзывы в интернете по купленному устройству. Вполне возможно, приобретен некачественный трансформатор.

Если нагревается трансформатор, который используется уже несколько лет, это показатель износа оборудования. Следует поменять его на новый. Лучше не игнорировать эти сигналы, так как можно столкнуться с оплавлением корпуса, а это создаст риск пожароопасной ситуации.