Как подключить светодиодный светильник к 220В – нюансы схем

Светодиоды как источники света становятся все более популярными как в освещении дома, так и на предприятиях. Это связано с их неоспоримыми преимуществами – экономичностью и долговечностью.

Сегодня только ленивый не знает, что подключение их напрямую к сети невозможно – требуется преобразование переменного напряжения в постоянное и согласование уровней. Поэтому вопрос, как подключить светодиодный светильник к сети 220В, интересует многих домашних мастеров.

Немного о терминологии

Основная часть проблемы в подключении светодиодного светильника к бытовой электросети 220 (230) В – неоднозначность терминологии.

Термином «светодиодный светильник» сегодня называют:

• Дискретные светодиоды или светодиодные ленты.
• Сборки светодиодов в корпусе, с отражателями, рассеивателями и прочей оснасткой.
• Полноценные светодиодные устройства в корпусе со встроенным устройством согласования.

Таким образом, вопрос подключения к сети можно разделить, как минимум, на 2:

1. Подключение полноценного светильника со встроенными цепями согласования.
2. Включение в сеть 220 В дискретного светодиода, светодиодной ленты или сборки в корпусе без согласующих устройств.

Первый случай не представляет сложности даже для тех, кто имеет самое поверхностное представление о работе с электрооборудованием. Достаточно просто смонтировать устройство на выбранном для него месте и присоединить его кабелем к электросети (в розетку, распределительную коробку, на щиток и т.д.).

Соответственно, вопрос в таком варианте в рассмотрении не нуждается и требует (и то не во всех случаях) только правильной трассировки кабельной линии.

Некоторые сложности могут возникнуть только при подключении нескольких таких светильников. Основная проблема при этом – выбор схемы подключения.

Второй вариант, когда осветительный прибор не оснащен согласующей схемой, требует большего внимания. Здесь необходимо:

• Правильно выбрать устройство сопряжения, соответствующее параметрам прибора и условиям эксплуатации.
• В случае с несколькими светильниками – определить схему подключения.

Обратитесь к нам и наш специалист бесплатно составит смету ➯Заказать услугу

Подключение одиночного светильника

Основной вопрос при подключении одиночного светильника – правильный выбор схемы устройства согласования (блока питания).

В настоящее время для питания дискретных светодиодов, светодиодных лент и светильников выпускаются 2 вида таких девайсов:

1. Блок с характеристиками стабилизатора тока. Из-за широкого применения с полупроводниковыми осветительными приборами получил название светодиодного драйвера (LED driver) или просто драйвера.
2. Устройство, стабилизирующее выходное напряжение.

LED driver – стабилизатор тока

Схема драйвера позволяет получать на выходе стабильный постоянный ток. При этом выходное напряжение определяется нагрузкой и нормируется, как правило, в определенном диапазоне. Например, указанные на корпусе прибора или в сопроводительной документации параметры 500 мА, 24-60В, указывают, что:

• На выходе драйвера поддерживается (с определенной точностью) стабильный ток на уровне 0.5А.
• При этом устройство позволяет работать с нагрузками, падение напряжения на которых при таком токе составляет от 24 до 60 В.

Если использовать такой источник для питания светодиодного светильника в состав которого входят 10 включенных последовательно белых светодиодов с номинальным током 0.5А и падением напряжения 3.3

В, общее напряжение на этой цепочке составит 33 В. Оно входит в допустимый диапазон, и, соответственно указанные драйвер и светильник могут работать в паре.

LED driver выбирают по следующему набору параметров

Выходной ток

В идеале его величина равна номинальному току светильника. Для практической эксплуатации для источника требуется запас по току в 15-20%. Т.е. для светильника с номинальным током 500 мА нужно выбрать драйвер с выходным током не менее 0.5А, лучше – 0.6А.

Диапазон выходного напряжения

Номинальное напряжение светильника, которое показывает падение напряжения на светодиодной сборке, должно входить в этот диапазон драйвера.

Максимальная мощность

На источниках питания обязательно указывается допустимая мощность нагрузки. Очевидно, что при выборе этот параметр драйвера должен превышать мощность, рассеиваемую на светодиодах.

Очень важно! Допустимая мощность драйвера далеко не всегда равна произведению выходного тока на верхнюю границу диапазона напряжений. Так, драйвер из рассмотренного выше примера может иметь допустимую мощность как 30 Вт, так и меньшую (реже –большую).

Потребляемая светильником мощность ВСЕГДА рассчитывается как произведение тока светодиодов на падение напряжения на них. Т.е. для упомянутого девайса с I=500мА и U=33В, потребляемая мощность P=16.5Вт, Для его питания потребуется драйвер с допустимой мощностью не ниже этой величины (лучше – с запасом 15-20%).

Степень защиты

Выбор степени защиты или исполнения драйвера зависит от условий эксплуатации светильника. Маркируется буквами и цифрами, имеет вид IPXY, где, X – цифра, показывающая степень защиты от проникновения предметов извне и пыли. Максимальное значение – 6 (полная пыленепроницаемость). Для жилых помещений достаточно 4 – защиты от проникновения предметов диаметром более от 1 мм.

Это гарантирует защищенность от:

• прикосновения человека к токоведущим частям;
• попадания внутрь посторонних предметов, в том числе, проводящих, способных вызвать аварийную ситуацию.

Y – цифра, характеризующая влагостойкость. Максимальный уровень – 9, при котором допускается работа в струях горячей воды.

Наиболее часто используют приборы с исполнением

• IP44 для нормальных условий;
• IP45, IP 46 – для влажных помещений;
• IP67, IP68 – для установки вне помещений.

На заметку! В продаже имеются LED драйверы в бескорпусном исполнении. В этом случае необходимо позаботиться о соответствующей защите (и зачастую, охлаждении) самостоятельно.

Безопасность

Вопрос электробезопасности стоит достаточно остро, особенно, в условиях, когда осветительные приборы находятся в непосредственной близости к человеку. Это повышает вероятность случайного прямого контакта с металлическими частями оборудования. Соответственно, должны быть соблюдены меры электробезопасности, исключающие поражение током.

На самих светильниках для этой цели применяют качественные изоляционные материалы, обязательно на устройствах, работающих с напряжением 220 (230)В, предусматривают заземляющие контакты.

При выборе драйверов основной вопрос безопасности – вид схемы. Большинство источников выполняют по 2 основным схемам – с непосредственной связью и с гальванической развязкой.

В типовой схеме с непосредственной связью (размещена в нижней части рисунка) светодиоды светильника соединены электрически с точками высокого потенциала (фазой питающей сети). Соответственно, при пробоях изоляции сетевое напряжение может попасть на корпус светильника.

Соответственно, использовать такие схемы (их разновидностей достаточно много) можно только там, где случайный контакт человека с токопроводящими элементами конструкции исключен и с обязательным защитным заземлением.

Как правило, такие схемы имеют меньшие габариты и стоят дешевле.

Схемы с гальванической развязкой (в верхней части рисунка) полностью изолируют нагрузку (светильник) от питающей сети. Для этой цели служит импульсный трансформатор. Попадание высокого напряжения на элементы конструкции возможно только при пробоях между первичной и вторичной обмотками.

Производители зачастую используют для изготовления этих узлов Ш-образные сердечники, а высоковольтную и низковольтную части разносят либо на разные стержни, либо в разные секции каркаса, надежно разделенные диэлектриком. В этом случае наличие опасного потенциала на корпусе светильника практически исключено.

Такие схемы, несмотря на более высокую стоимость, обеспечивают высокий уровень безопасности. Рекомендуется использовать их, когда вероятен случайный контакт человека с корпусом осветительного прибора.

Совет! В случае, когда подобрать нужный по всей совокупности параметров драйвер не удается, следует обратить на более мощные модели и использовать групповое подключение светильников к одному устройству.

Источник питания – стабилизатор напряжения

Отличие такого устройства от стабилизатора тока в том, что на его выходе поддерживается стабильное (с заданной точностью) постоянное напряжение, а выходной ток определяется нагрузкой.

Прямое подключение светодиодов (светодиодных светильников) без токоограничивающих элементов недопустимо!

Тем не менее, распространенное мнение, что запитать такой светильник от стабилизатора напряжения вообще нельзя – ошибочно.

Простой пример – подключение прибора с номинальным током 500 мА и падением напряжения 3.3В от стабилизатора с выходным напряжением 5В. Для безопасной работы приборов необходимо включить между источником и светодиодом токоограничивающий элемент, например, обычный резистор.

Падение напряжения на нем при номинальном токе должно составлять 5-3.3 = 1.7 В, Нетрудно рассчитать сопротивление по закону Ома – 1.7В/0.5А = 3.4 Ом. Выбирая резистор со стандартным номиналом 3.6Ом, ограничивают ток светодиода на уровне 95% от номинального, что несколько уменьшит светимость, но гарантирует длительную безаварийную работу.

Возникает единственный дополнительный вопрос – мощность токоограничивающих элементов. В примере, на сопротивлении будет рассеиваться 0.85Вт (достаточно резистора мощностью 1 Вт). Но при подключении к такому источнику сборки из 10 параллельных светодиодов, рассеиваемая мощность кратно увеличится и составит уже 8.5 Вт. Это тепло придется рассеивать.

Необходимость установки дополнительных токоограничивающих элементов, являющихся, к тому же, источниками тепла, существенно ограничивает применение стабилизаторов напряжения для питания обычных светодиодных светильников. Однако они находят применение при подключении светодиодных лент. В таких приборах резисторы уже введены в схему и расположены на гибкой плате рядом со светодиодами ленты. Соответственно, питание излучателя должно осуществляться именно от источника напряжения.

При выборе источника руководствуются теми же параметрами, что и для стабилизатора тока:

• Номинальным напряжением на выходе;
• Допустимым током;
• Максимальной мощностью;
• Исполнением;
• Требованиями электробезопасности.

К сведению! Зачастую стабилизаторы тока и напряжения строят на одних и тех же микросхемах (меняется только типовая схема включения). Поэтому соображения о выборе устройств с непосредственной связью или гальванической развязкой остаются в силе.

Обратитесь к нам и наш специалист бесплатно составит смету ➯Заказать услугу

Подключение к 220В светильников с драйверами 24, 12 или 5В

Производители серийно выпускают драйверы светодиодов и светодиодных сборок для питания от постоянного напряжения 24, 12В (например, для питания от бортовой автомобильной сети) или 5В (в основном, для применения в помещениях, оборудованных большим количеством компьютерной техники).

Осветительные приборы с такими драйверами также несложно подключить к сети 220В через соответствующее устройство согласования. В его качестве выступает преобразователь сетевого напряжения в постоянное с нужными выходными напряжением и мощностью.

Если подходящий драйвер или стабилизатор напряжения подобрать не удалось

Проблему с отсутствием стабилизатора тока/напряжения с нужными параметрами решают двумя путями:

1. Собирают нужное устройство собственными руками. На интернет-сайтах можно найти десятки типовых схем таких приборов с методиками расчета основных компонентов. С электронной базой также нет проблем – практически все используемые микросхемы есть в свободной продаже, а производители сопровождают их подробной документацией, в том числе, рекомендациями по расчетам и настройке готовых изделий.
2. Подобрать более мощное устройство и использовать групповое подключение светильников.

Групповое подключение светильников

Под групповым следует понимать подключение нескольких светильников к одному источнику. Следует также рассмотреть 2 случая:

1. Групповое подключение светильников со встроенными драйверами.
2. Подключение нескольких светильников к одному драйверу/стабилизатору напряжения.

Подключение светильников со встроенными драйверами

В этом случае следует рассматривать 2 варианта последовательное и параллельное включение.

Последовательное

Такой вариант можно использовать, когда в распоряжении есть несколько однотипных устройств с входным рабочим напряжением меньше напряжения сети.

Так, если есть светильники с драйверами 12 В, можно последовательно собрать 20 шт., чтобы распределить входное напряжение между девайсами, как показано на рисунке.

Вариант работоспособный, но имеет несколько существенных недостатков:

• Целое число устройств не позволяет точно подобрать количество приборов под входное напряжение. Небольшое отклонение можно получить только при значительной разнице между напряжениями сети и входным драйвером, т.е. при относительно большом числе последовательно включенных устройств. Так, при сборке из 20 светильников с драйверами 12 В, требуемое напряжение 240В, при сетевом 220(230В) отклонение составляет менее 10% и устройства сохраняют работоспособность. При небольшой разнице (гипотетический вариант – 3 светильника с драйверами на 90 В) напряжение распределится по 73 В на каждый вход. Отклонение от номинала больше допустимого (почти 20%) и корректная работа устройств не гарантирована.
• Для равномерного распределения напряжения необходимо подбирать устройства с идентичными входными характеристиками (в частности, сопротивлением). В противном случае возможен существенный перекос, некоторые устройства не получат необходимого питающего напряжения, а на других оно будет превышать номинальное значение. Решить проблему помогут внешние выравнивающие устройства, например, резистивно-емкостный делитель.
• Отказ одного из драйверов автоматически разрывает всю цепь.
• Большинство приборов (как драйверов, так и светильников) находятся под плавающим потенциалом, что может представлять серьезную опасность.
• Наблюдается существенное влияние входных цепей драйверов друг на друга.

Этих аргументов вполне достаточно, чтобы отказаться от такого варианта использования осветительного оборудования.

Обратитесь к нам и наш специалист бесплатно составит смету ➯Заказать услугу

Параллельное

В этом варианте все светильники подключаются к одной паре сетевых проводов. Фактически, это равносильно подключению нескольких независимых потребителей. Соответственно существенных недостатков и ограничений такое подключение не имеет.

Единственное требование – суммарный потребляемый от сети ток должен быть меньше уровня срабатывания защитной аппаратуры.

Некоторые электрики отмечают, что возможна разница в яркости свечения. Это закономерно, если параметры светодиодов в светильниках и драйверов заметно отличаются. Проблема легко решается подбором изделий (если не индивидуально, то хотя бы из одной партии).

Групповое подключение светильников к одному драйверу/стабилизатору напряжения

Возможны варианты последовательного, параллельного и смешанного подключения.

Последовательное

Для такого подключения необходимо, чтобы суммарное падение напряжения на светодиодных устройствах укладывалось в диапазон допустимых выходных напряжений драйвера. При этом через все устройства протекает одинаковый ток, равный выходному току LED driver.

Естественно, некоторые недостатки остаются:

• За счет разницы в характеристиках индивидуальных приборов суммарное напряжение может превышать паспортное номинальной значение. Соответственно, верхний предел выходного напряжения драйвера следует выбирать с запасом.
• При обрыве в одном из светильников вся цепочка теряет работоспособность.

Несмотря на эти минусы, последовательное подключение – рекомендованный выбор при работе с драйвером – стабилизатором тока.

Параллельное

При параллельном подключении к источнику тока наблюдается неравномерность распределения тока между ветвями из-за разницы в характеристиках приборов. В результате приборы будут иметь различное свечение. Именно поэтому такой вариант с драйверами – стабилизаторами тока использовать не рекомендуется.

Хороший метод – подключать параллельно светильники к источнику напряжения. В этом случае в каждую ветвь придется ввести токоограничивающие элементы.

К сведению! При подключении к источнику питания нескольких отрезков светодиодной ленты рекомендуют использовать не последовательное, а именно параллельное подключение, даже если отрезки имеют разную длину.

Комбинированное

Этот тип подключения хорошо работает как для источников тока, так и для источников напряжения.

Примером для иллюстрации послужит вариант подключения 30 светодиодов с током 100 мА и падением напряжения 3.3В к источнику тока 600 мА или источнику напряжения 20В.

Естественно, для подключения придется комбинировать – соединять светильники последовательно и параллельно.

2 крайних случая:

1. Собрать блоки по 5 светодиодов параллельно, затем включить 6 таких блоков последовательно.
2. Собрать ветви по 6 последовательных источников, и включить параллельно 5таких ветвей.

В первом случае собраны блоки с номинальным током 500 мА, во втором – ветви с номинальным напряжением 16.5 В.

При подключении к источнику тока по второму варианту неравномерно светиться будет целая ветвь. Зато первый вариант даст неравномерность засветки только некоторых светодиодов одного блока. Соответственно для стабилизатора тока выгоднее собирать модули из нескольких параллельных светильников и подключать их последовательно.

Аналогично параллельное включение ветвей к источнику напряжения позволяет минимизировать влияние разброса компонентов, а последовательное блоков только подчеркнет эту проблему.

Практическое замечание! Когда подключаются наборы светодиодов с заведомо разными параметрами (например, разных цветов) требуется равномерно распределить их по блокам и ветвям, так чтобы каждый структурный элемент был аналогичен остальным. Например, если в рассмотренном примере нужно последовательно подключить 18 белых и 12 зеленых светодиодов, их нужно скомпоновать в блоки по 3 белых и 2 зеленых.

Таким образом, для правильного подключения светодиодных светильников к сети 200 В необходимо выполнить 3 основных действия:

1. Выбрать тип источника питания (стабилизатор тока или напряжения).
2. Определить схему подключения.
3. Рассчитать параметры нагрузки и выбрать источник питания.

Обратитесь к нам и наш специалист бесплатно составит смету ➯Заказать услугу