Мы разобрались с видами диммеров и особенностями работы светодиодных источников света. Главная проблема в том, что для работы светодиодов нужно устройство, обеспечивающее стабильный питающий ток — драйвер. А для регулирования яркости, он должен еще и «уметь» регулировать этот самый ток.
Но на практике, диммирование светодиодного освещения — это задача не о выборе «правильных лампочек» и покупке диммера со срезом нужного фронта фазы питающего напряжения, а о комплексном подходе и подборе всех компонентов для создания единой системы.
Нет единого решения
Раньше практически все светильники состояли из корпуса, патронов для установки ламп и рассеивателя с рефлектором... Лампы были расходным материалом.
Срок службы ламп составлял тысячи часов, а качественные светодиодные источники света служат в десятки раз больше. Поэтому инженеры отошли от концепции светильников и со сменными лампами и начали разрабатывать светильники со встроенным светодиодными платами, или другими видами модулей.
Конечно, такая конструкция повышает стоимость ремонта осветительной установки, но это компенсируется увеличенным сроком службы. А ещё это позволило воплощать новые дизайнерские идеи, формы и типы светильников.
При регулировании яркости ламп накаливания и галогенных ламп мы напрямую влияли на напряжение, которое их питает. От этого напряжения, собственно, и зависит яркость свечения. Но полноценная регулировка яркости светодиодов таким образом невозможна.
Сравнение Leading edge и Trailing edge
Пример из предыдущей статьи: регулировка внешним Trailing Edge диммером - это частный случай. Если драйвер лампы или светильника не «понимает», что нужно изменить выходной ток при снижении питающего напряжения (от сети 220 В), то какой бы вы диммер ни установили, вменяемого результата - не добьётесь!
Что такое драйвер и что отвечает за функцию диммирования
Любой «нормальный» драйвер состоит из входного выпрямителя, сглаживающего фильтра, инвертора и выходного выпрямителя.
Инвертор — это устройство, которое формирует выходное напряжение или ток и состоит оно из силовых ключей, трансформатора или дросселя и управляющей микросхемы. За возможность диммирования и его способ как раз и отвечает эта микросхема.
Микросхема должна принять какой-то сигнал и изменить режим работы остальных компонентов так, чтобы изменился выходной ток и, как следствие, яркость светодиодов. В примере из предыдущей статьи микросхема должна была реагировать на изменение питающего напряжения, но это не единственный верный и возможный вариант, хоть и очень распространенный.
Поэтому нельзя выработать единую методику, а необходимые для диммирования устройства и цепи управления нужно закладывать еще на стадии проектирования.
Нужно относиться к каждому светильнику, как к «черному ящику» со своими «правилами игры». Обращайте внимание на техническую документацию на светильники или драйверы, которые вы используете для светодиодов и светодиодных лент. В них указывается информация не только о возможности диммирования, но и о способе.
Как управляют светом
Существует много способов управления освещением — от классических выключателей и простейших радиореле до сложных цифровых протоколов связи. Разберем, как это работает в разных случаях.
TRIAC — классика
Симисторные светорегуляторы, также называют TRIAC-диммерами. Это классические устройства, которые регулируют напряжение срезом части питающего напряжения, как мы уже рассказывали во второй части статьи. Они подключаются последовательно светильнику — на вход диммера подключается фаза из электросети, а фазу с выхода подключают к драйверу.
Схема подключения TRIAC-диммера
Преимущества этого варианта — распространенность и возможность установки на действующем объекте без переделки электропроводки. А вот к недостаткам можно отнести:
- Несовместимость с некоторыми драйверами, даже теми, которые должны поддерживать такой способ управления. Проблема может решаться заменой диммера или переключением типа нагрузки (срез переднего/заднего фронта фазы).
- Не всегда возможна регулировка яркости от 0 до 100%. Яркость может регулироваться, например от половины, или наоборот, не выходить на максимальный режим в крайнем положении регулятора.
- Посторонние звуки от драйвера. Наблюдается в минимальных положениях регулятора. Решить можно только заменой драйвера или его доработкой (заливкой трансформатора и других гудящих элементов воском или каким-либо компаундом).
Драйвер, совместимый с TRIAC-диммированием. На этой модели также указано, какие типы нагрузки можно выбирать на регуляторе для корректной работы
0-10 (1-10) вольт
Среди стандартов управления светом, можно выделить два популярных: 0-10V и 1-10V. Это аналоговые стандарты управления освещением, в которых управление происходит не в силовой цепи, а в дополнительной слаботочной. То есть управляющие панели в этом случае не влияют на яркость напрямую, они лишь работают с низковольтным управляющим сигналом.
Здесь для управления освещением изменяется напряжение от 0 до 10 вольт или от 1 до 10 вольт соответственно.
Разберемся в отличиях стандартов.
0-10V. Используется активный светорегулятор, который вырабатывает управляющий сигнал для диммеров или драйверов.
К управляющей панели (регулятору) подключается источник питания, а с её выхода сигнал подают на управляющие входы драйверов и диммеров.
1-10V. Здесь все наоборот: управляющий сигнал вырабатывается драйверами или диммерами. В качестве регулятора здесь используется обычный переменный резистор (потенциометр).
Принцип действия: при значении управляющего сигнала 10 вольт — яркость свечения светильника будет максимальной, при 5 вольтах — половина яркости, а при 0 вольт — светильник выключится.
Но при использовании 1-10 вольт при минимальном напряжении управляющего светильник продолжит светиться, для его полного отключения нужно добавить в цепь питания (220В) выключатель. Часто он встраивается в саму управляющую панель (см. схему ниже).
Схема подключения диммера 0-10 вольт
Схема подключения диммера 1-10 вольт
Устройства 1-10В и 0-10В частично совместимы, например:
- драйвер или диммер с управлением 1-10В будет работать с регуляторами обоих типов — 1-10В и 0-10В.
- драйвер или диммер с управлением 0-10 вольт не работает с 1-10 вольт регуляторами.
Таблица совместимости
Главный недостаток этого способа — сильная зависимость от помех, не подходит для больших проектов с множеством светильников. Также, если одна панель управляет множеством светильников, то если на дальнем конце управляющей линии будет затухать сигнал. Это приведет к разному свечению всех источников света.
Светорегулятор, управляемый сигналом 1-10 вольт
Драйвер, управляемый сигналами 0-10 В, резистором (так называют поддержку 1-10В) или ШИМ-сигналом
DALI
Следующий стандарт управления освещения — DALI. Он относится уже к цифровым протоколам.
DALI расшифровывается, как Digital Addressable Lighting Interface или «цифровой интерфейс освещения с возможностью адресации». Здесь управление происходит с помощью цифровых сигналов — единиц и нулей, а напряжение сигнала находится в пределах от 9,5 до 22,5 вольт.
Что значит: «с возможностью адресации»? В предыдущем примере к каждому светильнику или группе светильников нужно было прокладывать отдельный кабель для управляющего сигнала. При использовании DALI все устройства в схеме подключаются к одной управляющей линии. Для того, чтобы каждый светильник в цепи понимал, какая из команд в линии управления предназначена именно для него, используется 16+1-битный сигнал. Он состоит из двух частей — адреса и команды.
Адрес — это обращение к конкретному светильнику или их группе. С помощью этой части сигнала, приборы понимают кто именно из них должен принять команду. Во второй части сигнала указывается необходимое действие — включить, выключить, изменить яркость…
Управляющий сигнал
Для работы системы нужны DALI-маршуртизаторы и шлюзы, а к ним подключаются все устройства — выключатели, регуляторы, светильники. Для настройки системы понадобится компьютер с мастер-контроллером.
Пример построения системы DALI
Преимущества:
- Помехоустойчивость. Цифровые сигналы более устойчивы к помехам, чем аналоговые, поэтому могут проще передаваться на большие расстояния, например, в DALI можно передавать сигнал, по тому же кабелю, что и питание.
- Гибкость. Возможно объединение светильников в группы, создавать сцены, задавать практически любые алгоритмы работы: включение и выключение по времени и сигналу с датчиков движения или освещенности, изменение цветовой температуры, управление с нескольких мест и централизованное управление. Например, можно реализовать биодинамическое освещение.
Недостаток этой системы в её сложности и большей стоимости по сравнению с предыдущими в большинстве случаев из-за этого она будет непригодной к бытовому применению. Стихия этого и других «сложных» протоколов — производства, офисы, магазины, торговые центры и другие крупные объекты с множеством источников света.
LED-драйвер с поддержкой управления по DALI
Wi-Fi и ZigBee
Специалисты по системам «Умный дом» не любят эти способы управления, и относят их к «любительским» и «несерьезным».
В нашей стране эти устройства подключаются к Алисе, Марусе или Салюту, а умные колонки выступают в роли своеобразного хаба (центрального устройства). Собрав единую экосистему из управляющих и исполнительных устройств, вы можете задать их алгоритмы работы. Например, при нажатии на один из вай-фай выключателей будет включаться то или иное устройство. Здесь могут быть не только светильники, и вы можете задавать любые алгоритмы работы, вплоть до управления по сигналу с датчика температуры и влажности…
Пример источника питания с возможностью управления по ZigBee
Если используется ZigBee, то скорее всего, понадобится ZigBee хаб — это как бы «переводчик» или «переходник» с языка Wi-Fi на язык ZigBee. В итоге все устройства будут работать в единой системе и управляться через приложение вашего умного дома.
Для работы в этой системе в светильниках и лампах встраивают соответствующий модуль для беспроводной связи. Не все они поддерживают диммирование и эта возможность обуславливается их внутренней структурой.
В этой системе как и в предыдущих не используются различные TRIAC-диммеры, за регулировку отвечают управляющие панели. Обычно это кнопочные или сенсорные устройства, реже - с поворотной рукоятью. Они служат исключительно для передачи управляющего сигнала хабу.
Регулировать яркость «умных» светильников обычным диммером нельзя, они диммируются собственными способами (через управляющие панели, мобильные приложения и т.д.). Поэтому выше мы сказали, что к любому устройству нужно относиться как к «черному ящику»: управлять им способами, указанными в технической документации.
Постоянный ток — здесь есть 2 варианта
К системам постоянного тока относятся светодиодные ленты и низковольтные лампочки. Обычно они работают от 12, 24, 36 или 48 вольт. Наиболее распространены решения на 12 вольт, следом идёт 24 вольта. Для мощных инсталляций из светодиодных лент обычно используется 24 вольта. Как и в электроснабжении, повышенное напряжение используется для уменьшения потерь на проводниках при передаче высокой мощности.
Чаще всего, если речь идёт о постоянном токе, будут использоваться светодиодные ленты, но в целом сказанное далее применимо и к 12-вольтовым LED-лампочкам «для точечных светильников» (цоколи G4, GU5.3, GU10).
Чтобы получить такие напряжения используются источники напряжения (блоки питания), которые из 220 вольт делают 12 (24 и тд.). Здесь открываются два варианта регулировки яркости:
- Диммирование по «низкой» стороне. Регулятор устанавливается в цепи постоянного тока — 12 В.
- Диммирование по «высокой» стороне. Регулятор устанавливается на ходе источника питания — в цепи 220 В.
Схема подключения диммеров для 12В
В обоих случаях возможны варианты, перечисленные выше. Например, для TRIAC-регулирования существуют диммируемые источники напряжения. Здесь процесс регулировки происходит со стороны питающей сети 220В, а блок питания на основании входного напряжения формирует соответствующее выходное напряжение.
Блок питания на 24В
При этом существуют светорегуляторы для низковольтных цепей постоянного тока со всеми вариантами управления: 0(1)-10 вольт, DALI, Wi-Fi и прочими… Тогда диммер устанавливается между блоком питания и нагрузкой — лампами или светодиодной лентой.
Заключение
Невозможно сделать единую подборку советов по регулировке яркости источников света. Основная мысль этой статьи состоит в том, что эта функция должна закладываться на стадии проектирования объекта и для ее осуществления необходимо заранее закладывать необходимый вид и количество управляющих линий.
Для действующих объектов, где переделка схемы электроснабжения невозможна, остаётся использования одного из двух вариантов:
- TRIAС, при котором вместо обычных выключателей света устанавливаются диммеры и замена ламп, светильников, драйверов или блоков питания лент не поддерживающие такую функцию.
- Wi-Fi/ZigBee и прочие беспроводные «умные дома». Тогда управление светом будет осуществляться через беспроводные панели, со смартфона или с помощью голосового ассистента.
Проводные способы управления без капитальной переделки электропроводки реализовать не получится.
