Jak wybrać zasilacz do LED?

A co w tym trudnego? Napięcie zasilania 230 V na wyjściu 12 V (czasami 5 lub 24 V) moc, lub prąd i tyle, no i jeszcze AC czy DC.

Takie odpowiedzi często padają, gdy podczas szkoleń pytam uczestników o dobór zasilaczy do oświetlenia LED. Czy mają rację? Zobaczmy 😉

W bardzo dużym uproszczeniu, jeśli wymiary i inne parametry są dla Ciebie obojętne, to wybierając zasilacz do LED, można dobrać wartość i rodzaj napięcia i przyjąć zapas mocy w przedziale od 30 do 50%. Np. do LED-owego paska RGBW o mocy 60 W warto zastosować zasilacz o mocy od 78 do 90 W.

Tyle i aż tyle, na ten temat, a jeśli chcesz wiedzieć więcej i poznać różne możliwości zapraszam do lektury.

Dobierając zasilacz do LED-owego oświetlenia musimy zacząć od ustalenia:

• Jakie napięcie zasilacz ma dawać na wyjściu?
• Napięcie stałe DC, czy przemienne AC?
• Prąd, jaki możemy z niego pobierać?
• Sposób montażu.
• Stopień ochrony przed wodą i pyłem
• Czy zasilacz ma mieć możliwość ściemniania?
• Czy zasilacz ma być stałonapięciowy, czy stałoprądowy?
• Minimalna moc obciążenia.

Dla bardziej świadomych użytkowników jest jeszcze zestaw pytań dodatkowych;

• Czy zasilacz ma mieć wbudowane zabezpieczenia zwarciowe i przeciążeniowe?
• Jaka jest sprawność zasilacza?
• Czy zasilacz ma możliwość korekty napięcia wyjściowego?
• Czy zasilacze można łączyć równolegle?
• Czy zasilacz ma mieć zaciski przyłączeniowe, czy ma mieć wyprowadzone przewody, ma być do wlutowania lub mieć zamontowaną jakąś wtyczkę?
• Czy i jakie certyfikaty ma posiadać dany zasilacz?
• Temperatura pracy zasilacza.
• Zakres napięć zasilania.
• Wymiary zasilacza.

Dlaczego zająłem się tym banalnym tematem? Poruszam tę kwestię, ponieważ dość często otrzymuję pytania, dlaczego podczas włączania LED-y przestają świecić? Bo zasilacze są jakieś kiepskie. Bo…

Zacznijmy od początku. Ustalmy, w jakich sytuacjach najczęściej poszukujemy zasilacza do oświetlenia LED? Najczęściej osobno dobiera się zasilacze w przypadku wykonywania oświetlenia głównego lub dekoracyjnego złożonego z:

• Taśm LED
• Żarówek LED np. GU 5,3
• Paneli LED

Samodzielnie (bez wzywania wykwalifikowanego elektryka) najczęściej wykonywane są instalacje z taśm lub żarówek LED zasilanych napięciem od 5 do 24 V, przy czym najpopularniejszym napięciem jest 12 V.

Napięcie 5 V jest dość popularne przy nowoczesnych adresowalnych taśmach LED opartych na układach np. WS2812B. Natomiast napięcie 12 V jest najbardziej popularnym standardem zasilania LED-owego oświetlenia, a 24 V najczęściej używane jest w większych układach, gdzie są stosunkowo duże moce i zależy nam na zmniejszeniu prądów płynących w układzie. Powiedzmy szczerze. Zasilacz jest niezbędnym dodatkiem, bo użytkownik chce wykonać oświetlenie LED np. podświetlić dookoła pokój.

Dekoracyjne oświetlenie LED

Standardowo nie dobiera się zasilacza a dopiero potem oświetlenia LED, ale na odwrót. Najpierw określa się, co chcemy oświetlić, określa się ile i jakie światło potrzebujemy (barwa, RGB, RGBW itd.), a następnie wybiera się LED-owe źródła światła i sposób jego sterowania. Skoro LED jest już wybrany, znamy jego napięcie i możemy określić łączną moc potrzebną do zasilenia całego obwodu. Na tym etapie konieczne jest określenie, w jaki sposób będziemy zasilać nasz obwód świetlny? Musimy określić, czy będziemy korzystać z jednego a może z kilku zasilaczy?

A miało być tak prosto 😉

O co chodzi? Napisać można wszystko, ale gorzej to wykonać a jeszcze trudniej zrobić tak, aby bezawaryjnie działało długie lata. W przypadku niskonapięciowego oświetlenia LED problemem, z którym się mierzymy, nie jest moc, lecz płynący przez przewody prąd.

Dlaczego?

Płynący prąd powoduje, że przewody, lub ścieżki taśmy LED się rozgrzewają. Nie ma w tym nic złego, jeśli jest to w dopuszczonym przez producenta zakresie, ale gdy przez przewód lub ścieżkę puścimy zbyt duży prąd, to wydzieli się duża ilość ciepła, która może doprowadzić do uszkodzenia, lub stopienia izolacji a w konsekwencji do zwarcia i powstania pożaru. Zbyt dużo ciepła wydzielane na taśmie LED powoduje przegrzanie LED-owych źródeł światła, co może skracać ich żywotność, powodować przebarwienia lub inne niekorzystne konsekwencje. Koniec tego przynudzania, na przykładzie zobaczmy, o co chodzi z tym prądem?

Zobaczmy jak w zależności od zmiany napięcia, zmieni się prąd, jaki powinien dostarczyć zasilacz, jeśli będziemy mieli do podłączenia 1 metr paska LED o mocy 21 W zasilanego napięciem stałym. Do obliczeń wykorzystamy wzór:

I = P/U

I – prąd w Amperach jednostka A
P – moc w Watach jednostka W
U – napięcie w Woltach jednostka V

Pamiętajmy, że rozmawiamy o pasku długości 1 metra, a o jakich prądach będziemy rozmawiać, jeśli będziemy chcieli oświetlić dookoła pokój o powierzchni 12 m²? W tym wypadku musimy obliczyć, jaki obwód ma takie pomieszczenie (jak długi musi być pasek LED)?

12 m² ma pomieszczenie o wymiarach 3 × 4 m, więc obwód takiego pomieszczenia wynosi 14 m. Dla ułatwienia będziemy analizować ten sam pasek LED o mocy 21 W/m co daje nam łączną moc LED:

21 W * 14 m = 294 W

Korzystając z wcześniej omawianego wzoru, otrzymujemy prądy:

Okazuje się, że dla naszego przykładu oświetlenia LED w zależności od napięcia możemy mieć prądy od 12 do 59 A! Czy to dużo? Standardowy obwód gniazd zasilających zabezpieczony jest 16 A.

Aby kompleksowo omówić temat, powinienem teraz poruszyć dobór przewodów itd., ale nie będę tego omawiał szczegółowo (nie dotyczy to doboru zasilacza), a tylko dla łatwiejszego zrozumienia dalszej części materiału zasygnalizuję zagadnienie 😉

Przykład doboru przewodu

Najłatwiej zagadnienia tłumaczy się na realnym przykładzie, więc zróbmy założenia i zobaczmy, jakie mamy możliwości?

Założenia:

Mamy wykonać dekoracyjne oświetlenie pokoju o wymiarach 3 × 4 m. Oświetlić mamy cały obwód sufitu o łącznej długości 14 m. Wybrałem taśmę LED line 300 SMD5060 12 V RGBW 6100-6800K 245657/5m/. Z danych producenta i instrukcji obsługi (tak pasek LED ma instrukcje obsługi) ustaliłem:

• Napięcie zasilania 12 V DC
• Prąd pobierany przez 1 m taśmy 1,6 A
• Moc 1 metra taśmy 19,2 W
• Na jednym metrze taśmy jest umieszczone 60 diod LED
• Minimalny odcinek cięcia taśmy wynosi 5 cm (zawiera 3 diody LED)
• Temperatura pracy od -20 do 45 ^oC

W instrukcji obsługi znalazłem jeszcze zapisy, które pośrednio mogą być związane z wyborem rodzaju zasilania:

Zwróć uwagę, że producent kilkukrotnie zwraca uwagę na właściwe odprowadzenie ciepła, oraz na konieczność stosowania odpowiednich przekrojów przewodów, aby zapobiec spadkom napięć.

Dlaczego?

W dużym uproszczeniu diody podczas świecenia wytwarzają ciepło, dodatkowo prąd przepływający przez ścieżki wytwarza ciepło, które musi być odprowadzone za pomocą radiatora, którym jest np. aluminiowy profil, w którym umieszczamy taśmę LED. W zależności od mocy taśmy LED i warunków za budowy profil musi być odpowiednio dobrany, aby mógł skutecznie odprowadzić do otoczenia wytwarzaną ilość ciepła (ale to materiał na inny artykuł). Aby ograniczyć wartość prądu przepływającego przez ścieżki taśmy LED, możemy np. 5-metrowy odcinek podzielić na mniejsze kawałki, przez co zmniejszymy wartość prądu płynącego przez początek taśmy (ten kawałek będzie się mniej grzał) i co bardzo ważne dla utrzymania jednakowej jasności świecenia przy krótszych odcinkach minimalizujemy ryzyko wystąpienia odczuwalnych spadków napięcia.

Wydaje się skomplikowane? Zobacz poniższy rysunek, który powinien wiele wyjaśnić. Przedstawia on 1 metr paska LED z założeniem, że:

• Pasek LED zasilany jest z jednej strony
• Pasek LED zasilony jest z dwóch stron
• Pasek LED zasilany jest z trzech stron

Szczególnie zwróć uwagę, jaką wartość mają prądy dopływające do paska LED w poszczególnych układach połączeń.

Wspomniałem, że metrowy pasek jest zasilany z trzech stron i pamiętaj, że rozmawiamy tu o odczuciu klienta (osoby, która patrzy na ostateczny efekt), a nie o technicznych rozwiązaniach instalatora. Czy pasek LED będzie w całości, czy zostanie pocięty na odcinki, czy do całego paska podlutowane będą przewody tak, aby zasilanie doprowadzić w różne miejsca, dla klienta jest rzeczą wtórną, ponieważ ma równomiernie świecić. Ważne, aby instalator pamiętał o technicznych możliwościach zasilania paska LED w różnych formach, przez co jak widać, w zależności od układu połączeń pierwotny prąd 1,6 A zredukowaliśmy czterokrotnie, bo aż do 0,4 A.

Po co?

Aby ograniczyć wydzielanie się temperatury na ścieżkach, przez które przepływa duży prąd i aby ograniczyć spadki napięcia, które wystąpią na długim pasku LED. Oczywiście 1-metrowy odcinek posłużył nam do omówienia pewnego zagadnienia, które jest analogiczne w omawianym u nas przypadku oświetlenia pokoju paskami o łącznej długości 14 m.

Wróćmy do tematu doboru zasilacza do naszego przykładu.

Taśma LED ma długość 5 m, natomiast mamy cztery proste odcinki 2 × 4 i 2 × 3 m. Będziemy potrzebować trzech rolek taśmy LED, którą możemy dowolnie pociąć i połączyć w odcinki.

Na ile odcinków podzielić taśmę LED? To zależy od tego, jaki e są możliwości odprowadzenia ciepła wytworzonego na LED-owym pasku. Im więcej ciepła możemy skutecznie odprowadzić, tym dłuższy odcinek taśmy LED można zastosować (nie powinniśmy przekraczać długości 5 m deklarowanej przez producenta).

Co pasek LED ma wspólnego z zasilaczem? Moim zdaniem dużo, ponieważ musimy podjąć decyzję, czy całość będziemy zasilać z jednego, czy z kilku zasilaczy? Jeden większy (gdzie go schować)? Czy kilka mniejszych? Każdy zasilacz musi mieć doprowadzone zasilanie (w naszym przypadku 230 V), powstaje, więc pytanie, czy w pomieszczeniu, które mamy oświetlić instalacja jest przygotowana pod jeden, czy pod kilka zasilaczy? Jednocześnie musimy pamiętać o odpowiednich przekrojach przewodów, jakimi zasilimy pasek LED.

Dla ułatwienia przeanalizuj poniższą tabelę

Ale musimy jeszcze pamiętać, że pomiędzy zasilaczem a pakiem LED nie mogą wystąpić zbyt duże spadki napięcia, ponieważ LED-y mogą wówczas świecić z różną jasnością (początek paska będzie świecił jaśniej niż jego koniec).

W poniższej tabeli uwzględniłem 3% spadek napięcia. Zwróć uwagę jak w zależności od mocy paska LED i przekroju żyły przewodu zmienia się odległość, jaka możesz uzyskać pomiędzy zasilaczem i paskiem LED.

Przypominam, że obwody gniazd zasilających najczęściej wykonane są przewodami o przekroju 2,5 mm², 4 mm² często wykorzystuje się do zasilania piekarnika a przekrój 10, lub 16 mm² najczęściej używa się do zasilania domków jednorodzinnych. W powyższej tabeli przekroje kończą się na 35 mm².

Wielu powie, że kwestia związana ze spadkami napięć nie dotyczy doboru zasilacza do oświetlenia LED tylko doboru przewodów. Może i będą mieli rację, ale warto wiedzieć, że problem ze spadkami napięć jest na tyle poważny, że różni producenci w swoich zasilaczach stosują możliwość ręcznej korekty (podniesienia napięcia na wyjściu) tak, aby móc skorygować spadki napięcia występujące na przewodach. Na poniższym przykładzie 12 V zasilacz ma możliwość ręcznej korekty napięcia do poziomu 15 V.

Warto zwrócić uwagę, że nowoczesne zasilacze mają sporą tolerancję napięcia zasilającego

W powyższym przykładzie zasilacz na wyjściu utrzyma stałą wartość 12 V niezależnie od wahań napięcia zasilania w zakresie od 110 do 240 V.

Ale zamieszanie 😉 a miało być tak pięknie. To w końcu, jaki przekrój przewodu dać pomiędzy zasilaczem i LED-ami?

To zależy, gdzie umieścisz zasilacz i jakiej długości będą przewody. Zobacz na przykładzie omawianego w tym materiale pomieszczenia, jeśli zamontujesz zasilacz w rogu to ze względu na spadki napięcia dłuższy odcinek przewodu powinien mieć przekrój 4 mm².

Ale jeśli masz podwieszany sufit i zasilacz umieścisz centralnie, to wystarczy przewód 2,5 mm².

Za to, gdy zamontujesz dwa zasilacze, których przewody będą miały długość 80 cm, to wystarczy przekrój 0,5 mm².

Zostawmy już w spokoju przewody. Zobacz, na poniższych zdjęciach znajdują się „takie same” zasilacze 12 V 60W. Pomimo że napięcie i moc mają taką samą, to różnią się kształtem.

Realnie tylko osoba, która zna techniczne możliwości montażu, wie jakie warunki (poza elektrycznymi) musi spełniać zasilacz — mam na myśli wymiary, sposób montażu i ochronę przed pyłem i wodą np. IP20; IP56 itp. co jest powiązane ze sposobem podłączania i wyprowadzeniem zasilania.

Analizując dobór zasilacza do oświetlenia LED, należy ustalić, w jaki sposób dane oświetlenie ma być sterowane? Jeśli sterowanie odbywa się po stronie napięcia wyjściowego, np. 12 V to nie mamy o czym rozmawiać (to za zasilaczem), ale są sytuacje, w których oświetlenie LED montuje się zamiast dotychczasowego oświetlenia halogenowego i użytkownik oczekuje, że żarówki halogenowe GU 5,3 wymienimy na LED-owe źródła światła (również z trzonkiem GU 5,3), transformator 12 V wymienimy na nowoczesny zasilacz i reszta (np. ściemniacz zamontowany na ścianie) zostanie po staremu.

Takie podejście może wielu osobom wydawać się dziwne, ale w rzeczywistości nie należy do rzadkości. Niestety w takich sytuacjach dobór zasilacza jest bardzo mocno utrudniony. Dlaczego?

Ponieważ musimy znaleźć zasilacz, który nadaje się do ściemniania i standard regulowania ściemniania w zasilaczu i ściemniaczu musi być taki sam. Dlaczego? Ponieważ jest kilka standardów, a najpopularniejszymi jest regulacja wycięciem fazy zboczem narastającym lub zboczem opadającym.

Co się stanie, jeśli standardy regulacji ściemniania nie będą takie same? Układ nie będzie działał lub będzie działał wadliwie. Warto wiedzieć, że w sprzedaży są również ściemniacze uniwersalne np. dimmerBox które same wykrywają czy podłączone do nich urządzenie należy sterować zboczem narastającym, czy zboczem opadającym.

Skoro jesteśmy przy zagadnieniu sterowania mocą źródła świata, to warto wspomnieć, że cześć zasilaczy ma określone minimalne obciążenie i jeśli podłączymy do nich LED-owe źródła światła o mocy mniejszej, niż minimalne obciążenie zasilacz nie poda napięcia. W ten sposób płynnie przeszliśmy do tematu zabezpieczeń, które mogą być wbudowane w zasilacze. Najczęściej spotykamy wbudowane zabezpieczenia przeciwprzepięciowe, przeciążeniowe i zwarciowe. Omawiając zagadnienie doboru zasilacza do oświetlenia LED, należy zwrócić szczególną uwagę na zabezpieczenia przeciążeniowe (). Ledy podczas „startu” (szczególnie RGBW włączone na pełną jasność) pobierają dość dużo prądu, co w zasilaczach dobranych pod względem mocy „na styk” może powodować zadziałanie zabezpieczeń przeciążeniowych i wyłączenie się zasilacza. W tym miejscu aż chce się zadać pytanie — o ile razy prąd rozruchowy LED-owych źródeł światła jest większy od prądu, jaki pobierają w trakcie swojej pracy? Niestety udzielenie jednoznacznej odpowiedzi jest praktycznie niemożliwe, ponieważ LED-owe źródła światła mają różną konstrukcję znajdującej się w nich elektroniki. Pozostaje, więc ustalić o ile proc. należy przewymiarować w stosunku do mocy LED-ów zasilacz, aby wszystko dobrze działało? Ponieważ wiele rzeczy jest niewiadomych, patrząc na wygodę użytkownika i uwzględniając aspekt ekonomiczny, wybierając moc zasilacza do LED-ów, warto przyjmować zapas od 30 do 50% mocy (sugeruję raczej zapas około 50% mocy). Elektrycy działający w przemyśle i osoby z wykształceniem elektronicznym zadają często pytanie:

Czy dać jeden większy zasilacz, czy połączyć równolegle kilka mniejszych zasilaczy?

Połączenie równoległe zasilaczy jest dość powszechne w przemyśle oraz jest poniekąd naturalne dla elektroników, ale należy pamiętać, że zasilacze dedykowane do oświetlenia LED (nawet te markowe) to w swojej klasie rozwiązania budżetowe (w porównaniu do rozwiązań przemysłowych) i tylko w nielicznych rozwiązaniach producenci dopuszczają możliwość równoległego ich łączenia. Jeśli producent wyraźnie nie dopuścił swojego zasilacza do pracy równoległej (jeśli to zrobił to bardzo duży atut i będzie się tym chwalił). Aby lepiej zobrazować różnice pomiędzy zasilaczami stosowanymi przeważnie do oświetlenia LED a zasilaczami przemysłowymi zobacz poniższe porównanie. Oba zasilacze mają na wyjściu: 12 V DC 1A.

Jak widzisz różnica w cenie pomiędzy zasilaczami przemysłowymi i dedykowanymi do LED jest spora i nie polega tylko na możliwości równoległego łączenia zasilaczy (różnic jest dużo więcej, ale nie będę ich tu omawiał). Warto dodać, że wszystkie zasilacze np. Wago, Finder, czy Phoenix Contact można łączyć równolegle (najlepiej z zasilaczami tego samego producenta), ale muszą mieć zgodność napięć (oba muszą być np. 12 V DC) i zgodnie z zaleceniami producenta np. Phoenix Contact należy łączyć je poprzez diodę (zainteresowani doczytają w dokumentacji technicznej).

Jako ciekawostkę wspomnę, że praca równoległa może występować w dwóch rodzajach:

• redundancja,
• zwiększenie mocy wyjściowej.

Przeanalizuj poniższy schemat. W momencie redundancji działa jeden zasilacz, natomiast drugi jest w „rezerwie” i załączany jest w momencie awarii lub niefunkcjonowania pierwszego zasilacza.

Połączenie równoległe jest robione w celu zwiększenia mocy wyjściowej zasilacza. W momencie połączenie równoległego lub redundantnego Finder nakazuje, aby obowiązkowo dołączyć diody na wyjściu „+" dla obu zasilaczy.

Nie można popadać w rutynę, bo np. Wago odnośnie połączeń równoległych zasilaczy zaleca:

Warto również zastanowić się jakie zalecenia dają producenci, gdy łączymy równolegle zasilacze o różnych mocach? Czy łącząc równolegle zasilacz 15 W z zasilaczem 5 W mamy do dyspozycji 20 W? Czy jesteś pewny odpowiedzi?

Źródło: Piotr Kubaszewski Regionalny Przedstawiciel Techniczno- Handlowy Finder

Podsumowując pracę równoległą zasilaczy — jeśli producent wyraźnie nie zaznaczył możliwości równoległego łączenia zasilaczy, należy przyjąć zasadę, że zasilaczy do oświetlenia LED NIE MOŻNA łączyć równolegle.

Zostawmy już temat łączenia zasilaczy i zastanówmy się, gdzie dany zasilacz będzie umieszczony?

Temperatura pracy zasilacza LED

Każdy zasilacz ma pewne straty, więc wytwarza ciepło, co łatwo możesz zaobserwować np. na zasilaczu telefonu komórkowego lub laptopa. Zwróć uwagę, że gdy po całym dniu masz rozładowany telefon lub laptop i bierzesz zasilacz (który przez kilka godzin nie był używany) to jego temperatura jest bardzo zbliżona do temperatury otoczenia, w jakim był przechowywany. Gdy podłączymy go do zasilania i rozładowanego np. telefonu (rozpoczyna się proces ładowania) to zasilacz dość szybko się rozgrzewa (łatwo sprawdzić to dotykając go ręka np. po 10 minutach). Identycznie zachowują się zasilacze do LED. Każdy zasilacz podczas pracy rozgrzewa się (to normalne) i należy zapewnić mu możliwość odprowadzenia ciepła do otoczenia. Dlaczego o tym wspominam? Ile to razy, będąc u klientów, spotykam się z kłopotem migającego oświetlenia LED (po dłuższym czasie świecenia LED-y się wyłączają).

Najczęściej okazuje się, że zasilacz wciśnięty jest w małą szczelnie zamkniętą puszkę lub w przypadku sufitów podwieszanych wciśnięty jest pod warstwę izolacji, lub wytłumienia, przez co rozgrzewa się do tak wysokiej temperatury, że włącza się zabezpieczenie termiczne, które wyłącza zasilacz do czasu ostygnięcia.

Zwróć uwagę na poniższy przykład. Producent podaje zakres temperatur pracy od -20 ^oC do 40 ^oC.

O ile dolny zakres temperatur w większości przypadków nie będzie problemem, o tyle osiągnięcie górnej granicy (w naszym przypadku 40 ^oC) nie jest trudne.

Zobacz, oświetlenie w warunkach domowych najczęściej i najdłużej używa się zimą, czyli w okresie grzewczym. Zasilacz do LED-ów najczęściej montuje się w pobliżu sufitu, więc jeśli w pomieszczeniu jest ogrzewanie za pomocą grzejników i mamy w pomieszczeniu ustawioną temperaturę 22 ^oC to pod sufitem mamy temperaturę około 28 – 29 ^oC. Wszystko wygląda niewinnie, ale zwróć uwagę, że w naszym przypadku mamy rezerwę jedynie 11 ^oC. Zasilacz podczas swojej pracy będzie oddawał temperaturę do otoczenia (będzie działał jak mały grzejnik) i jeśli temperatura ta nie zostanie skutecznie odprowadzona, to osiągniemy wartość graniczną, w której zasilacz się wyłączy.

Warto zwrócić uwagę, że w zależności od producenta i modelu zasilacze mogą różnić się maksymalną temperaturą otoczenia, w którym będą pracować, ale niezależnie od producenta w każdym zasilaczu są kondensatory elektrolityczne i to one najczęściej stanowią słaby punkt. Im niższa będzie temperatura pracy zasilacza, tym lepsze warunki pracy dla kondensatorów elektrolitycznych, co najczęściej przekłada się na wydłużenie czasu „życia” zasilacza. Jednak czy słyszałeś o zasilaczu stałoprądowym zwanym również stałomocowym?

Zasilacze stałoprądowe

Na początek musimy sobie odpowiedzieć na pytanie, co to jest zasilacz stałoprądowy lub przez innych zwanych stałomocowy, oraz zasilacz napięciowy. Zasilaczem stałoprądowym jest zasilacz zaprojektowany tak, że na wyjściu mamy stałą wartość prądu (np. 10 A) przy określonym napięciu zasilania. Stąd też często zasilacze stałoprądowe określa się mianem stałomocowych. Nawet przy zmianie obciążenia na zaciskach nie zostanie przekroczona maksymalna wartość prądu. Zasilacze stałonapięciowe zaś na wyjściu starają się utrzymywać zadaną wartość napięcia (np. 12 V), ale taki zasilacz może zmieniać wartość prądu do wartości maksymalnej wartości danego zasilacza.

Oczywiście mamy również zasilacze regulowane i dzielimy je na te z regulacją napięcia, jak i prądu.

Wychodząc od omawianego już w tym artykule wzoru na pąd i moc w układach zasilania prądem stałym zobaczyć można zależność mocy na przepływający prąd i napięcie.

I = P/U

I – prąd w Amperach jednostka A
P – moc w Watach jednostka W
U – napięcie w Woltach jednostka V

Biorąc pod uwagę zasilanie odbiorników typu LED, najkorzystniejsze jest zasilanie ich stałym prądem.

Dlaczego?

Jak już wcześniej było to powiedziane i uzasadnione, wraz ze zmianą napięcia zasilania, zmienia się wartość przepływającego przez układ prądu, co jest konieczne dla zapewnienia tej samej jasności świecenia LED-owych źródeł światła. Natomiast wzrost wartości przepływającego przez układ prądu wymusza konieczność użycia przewodów o większym przekroju. Nie zawsze istnieje możliwość zastosowania przewodów o dużych przekrojach. Chociażby ze względu na fabrycznie istniejące w odbiornikach przyłącze elektryczne, ale i konstrukcyjnie może powstać problem z umiejscowieniem takiego przewodu.
Powinniśmy troszkę zgłębić się w elektronikę. Ze względu na budowę złącza diody LED, wartość prądu płynącego przez diodę zmienia się w zależności od przyłożonego do niej napięcia (to mogą być duże zmiany wartości płynącego prądu). Należy pamiętać, że wartość prądu na złączu diody LED zmienia się wraz z temperaturą pracy.

Co to oznacza?

Jeżeli dane źródło światła LED pracuje dłużej, czyli świeci dłużej, wytwarza określoną temperaturę, co z kolei wpływa na pobór prądu i tu dochodzimy do konieczności montażu (np. pasków LED na odpowiednich profilach radiatorach) tak, aby temperatura była skutecznie i szybko odprowadzana do otoczenia. I tu należy jeszcze wspomnieć o temperaturze otoczenia, bo im chłodniej, tym łatwiej schłodzić LED-owe źródło światła.
LED-a zasilamy najczęściej z 12, 24 lub 230 V, ale jeśli popatrzymy na sam LED-owy chip, to wymaga on zdecydowanie niższych napięć. Przeanalizuj poniższe wykresy, na których pokazane są zależności prądu i napięcia w zależności od temperatury.

Źródło: Z opracowania — Maciej OLEKSY, Jarosław KRAŚNIEWSKI, Włodzimierz JANKE — „Wpływ temperatury na charakterystyki optyczne i elektryczne diod LED mocy”.

Podsumowując, zaprojektowanie zasilacza stałoprądowego jest o wiele trudniejsze, niż stało napięciowego. Najczęściej konstrukcja zasilacza stałoprądowego oparta jest na mikrokontrolerze z regulowanym PWM, czyli tzw. modulacją szerokości impulsu. Specjalizowany układ mikroprocesorowy kontroluje współczynnik wypełnienia na podstawie sygnałów „zwrotnych” o napięciu i prądzie na wyjściu zasilacza. Utrzymywanie stałego prądu na wyjściu ma bardzo dobry wpływ na zasilanie obwodów LED, na diody, którym sprzyja praca o stałych parametrach prądowych, ale niesie ze sobą również zagrożenia, bo w przypadku uszkodzenia choćby jednej z diod, wzrasta prąd i powoduje komplikacje w całym układzie zasilania. Aby jednak zapewnić długi okres użytkowania diody LED, najlepszym rozwiązaniem jest zasilanie jej odpowiednim prądem.

Przy bardzo wymagającym oświetleniu LED stosuje się zasilacze stałomocowe, gdzie mamy szeroki zakres prądu, ale i napięcia.

UWAGA!

Istnieją LED-y, które wymagają użycia zasilaczy stałonapięciowych lub stałoprądowych. Błędnie dobranie zasilacza do LED-owego źródła światła może doprowadzić do sytuacji niebezpiecznych w tym do uszkodzenia zasilacza lub LED-a.

Przejdźmy płynnie do innego zagadnienia, które nierozerwalnie wiąże się z nowoczesnymi zasilaczami. Czasami, gdy włącza się oświetlenie, to zaczynają się kłopoty z inną znajdującą się w pobliżu elektroniką. O co chodzi? To zakłócenia elektromagnetyczne, czyli kompatybilność elektromagnetyczna.

Kompatybilność elektromagnetyczna zasilaczy

Konstrukcja nowoczesnego zasilacza stałoprądowego, ale i stałonapięciowego jest oparta na przetwornicy. Zaletą tego rozwiązania jest to, że nie trzeba stosować dużych i ciężkich transformatorów zasilających, wadą natomiast jest toto, że układ zasilania wykonany jest na układach wysokoczęstotliwościowych, a co za tym idzie, jest bardziej skomplikowany, no i mamy do czynienia z wpływem takich układów na inne urządzenia. O ile zasilacze oparte na tradycyjnych układach nie mają bardzo wielkiego wpływu na otoczenie, to zasilacze z przetwornicami powinny być dobrze przebadane w związku z kompatybilnością elektromagnetyczną. Nawet pobieżne omówienie tego tematu wymagałoby obszernego artykułu, ale postaram się skrócić zagadnienie do niezbędnego minimum.

Każdy wyrób zawierający elementy elektryczne i elektroniczne podlega dyrektywie EMC, czyli kompatybilności elektromagnetycznej. (DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2014/30/UE z dnia 26 lutego 2014 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do kompatybilności elektromagnetycznej). Każde urządzenie elektroniczne i elektryczne powinno być przebadane pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej i posiadać poprawne oznaczenie CE lub EMC (znaki te są często podrabiane). Dlaczego jest to takie ważne?

Wszędzie gdzie mamy do czynienia z dużymi częstotliwościami musimy się liczyć z ich wpływem i odziaływaniem na inne urządzenia bądź generowanymi zakłóceniami. Niewłaściwie zaprojektowana lub źle ekranowana przetwornica umieszczona nawet w małym zasilaczu może wpływać na działanie słuchawek, telewizorów, wzmacniaczy audio, tunerów radiowych i szereg innych urządzeń, w których znajdują się układy odbiorcze. Zakłócenia mogą się pojawić na ekranach monitorów, laptopów lub mogą powstawać zakłócenia w pracy urządzeń bezprzewodowych, a nawet w układach automatyki np. Smart Home. W niektórych przypadkach zakłócenia mogą pojawiać się tam, gdzie wcześniej ich nie było. To może świadczyć o tym, że któryś z zasilaczy niewłaściwie już pracuje i należy go wymienić.

Należy zwrócić też uwagę na właściwy dobór obciążenia zasilacza. Źle dobrany pod względem obciążenia zasilacz może generować częstotliwości o większej mocy, mogące wpływać negatywnie na działanie innych urządzeń np. podczas odsłuchiwania treści przez sprzęt audio mogą pojawiać się charakterystyczne „brumienia”. Czasami mogą pojawić się trudności z dostrojeniem stacji radiowych, zwłaszcza na falach długich i UKF. Zdarzały się przypadki wpływu wadliwego zasilacza na zakłócenia w odbiorze programów satelitarnych. Czasami zakłócenia źle pracujących zasilaczy, w nie właściwym miejscu usytuowanych lub źle dobranych pod względem obciążenia wpływają na zasięg pilotów radiowych do urządzeń bezprzewodowych. Mają również wpływ na prace urządzeń automatyki domowej i urządzeń smart.

Dobór zasilacza do LED — podsumowanie

Jak widzisz, świadomy dobór zasilacza do oświetlenia LED nie jest tak prosty, jak mogłoby się pierwotnie wydawać. Jest wiele zagadnień, które trzeba przemyśleć, a które mają wpływ na ostateczny wybór zasilacza. W tym materiale nie wyczerpałem, a jedynie zasygnalizowałem najważniejsze zagadnienia. Ponieważ to opracowanie dedykowane jest dla użytkowników domowych, więc nie poruszałem tu ważnego w innych branżach tematu posiadania odpowiednich certyfikatów i atestów.

W związku z tym wróćmy do pytania: Jak wybrać zasilacz do LED? W komentarzu pod artykułem napisz, jakie jest Twoje zdanie i jak teraz (po przeczytaniu tego artykułu) podejdziesz do tematu doboru zasilacza do oświetlenia LED?

Autorzy: Piotr Bibik i Sławomir Lesiak