Выбор LED-драйверов MEAN WELL: системный подход к проектированию осветительных систем

Выбор источника питания – основной этап разработки светодиодной системы освещения. На примере широкой производственной линейки светодиодных драйверов компании MEAN WELL для наружного и внутреннего освещения подробно рассматриваются критерии выбора и его алгоритм.

Часть 1. Ключевые критерии выбора LED-драйвера для наружного и промышленного освещения

При разработке светодиодных (LED) систем освещения или даже простого светильника выбор источника питания (LED-драйвера) становится ключевым этапом, влияющим на надежность, эффективность и долговечность разрабатываемого изделия. У компании MEAN WELL имеются решения по питанию практически для всех сегментов — от интерьерного освещения и архитектурно-декоративной подсветки до освещения промышленных складов, улиц и магистралей. В линейке продукции компании отсутствуют лишь многоканальные управляемые драйверы для сценического RGB(W) света.

Если исходить из принятой градации по типу семейство-серия-модель, общее количество семейств драйверов MEAN WELL – более тридцати, а серий и моделей – в десятки раз больше.

Семейство – верхний уровень градации ИП по схемотехнической и технологической  основе – задает диапазон мощности входящих серий. Семейство имеет только буквенное обозначение, например ELG, XLN и другие.
Серия – подгруппа внутри семейства, объединяющая модели с одинаковой мощностью, сходными общими характеристиками, корпусами, но отличающиеся по какому-то параметру (току, напряжению, функционалу). Серия имеет буквенно-цифровое обозначение (число указывает на мощность), например ELG-150, XLN-40 и другие.
Модель – это уникальное наименование, полностью определяющее изделие с точными электрическими параметрами. Например, ELG-150-C700A, XLN-40-H-DA2 и другие.

Имеющееся разнообразие продукции может привести в замешательство инженера, который пытается подобрать подходящий драйвер для разрабатываемого осветительного прибора. Предлагаемая статья призвана помочь избежать этого и быстро и правильно выбрать оптимальное решение, минимизируя ошибки.

В данной статье будут рассмотрены только наиболее популярные и востребованные драйверы. С узкоспецифичными семействами можно ознакомиться на сайте производителя.

Особенность компании MEAN WELL - систематичность номенклатуры: каждое семейство драйверов имеет четкое назначение, определенные технические, электрические и эксплуатационные параметры, тип корпуса и функциональность.

На практике выбор драйвера начинается с определения типа светильника (световой поток/мощность, назначение), места применения (наружное/внутреннее) и принципа построения светоизлучающего узла.

Как правило, имеющиеся направления в освещении можно условно разделить на несколько групп (таблица 1). Сложилось так, что для этих групп используются светильники с определенным построением светоизлучающего узла.

Таблица 1. Классификация LED-драйверов по типам применения

Светоизлучающий узел светильника может строиться на основе коротких светодиодных цепочек (до 14…16 светодиодов в последовательном соединении), длинных цепочек (более 16 светодиодов) или с использованием мощных LED-матриц. Для получения требуемого светового потока используемые цепочки могут соединяться параллельно, образуя массив светодиодов.

Принцип построения светоизлучающего модуля определяет основные параметры LED-драйвера и, в частности, его режим стабилизации. Неправильно выбранный режим работы драйвера – причина преждевременного выхода LED-модуля из строя или нестабильной работы светильника. 

Как видно из таблицы 1, драйверы MEAN WELL обладают разными режимами стабилизации. Поскольку типовое значение прямого падения напряжения мощных матриц обычно не превышает 50 В, то и для светоизлучающего узла, построенного на коротких цепочках, и для мощных матриц подходят драйверы с одним и тем же режимом стабилизации, например CV+CC (Constant Voltage + Constant Current; постоянное напряжение + постоянный ток).

Режимы стабилизации CV, CC, CP и их влияние на проектирование светильника

Прежде чем рассматривать режимы стабилизации драйверов и их принципиальное различие, заметим, что светодиоды обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой, и для питания им требуется именно стабильный ток (Constant Current). Напряжение на светодиоде может «плавать» в определенных пределах в зависимости от температуры кристалла/окружающей среды, протекающего тока, БИНа самого светодиода, но ток должен жестко поддерживаться на выбранном уровне независимо от действия этих факторов.

Режим стабилизации CV

Из указанных в таблице 1 режимов стабилизации наиболее простой и понятный – это режим CV (Constant Voltage; постоянное напряжение). По сути, это режим работы обычного импульсного источника питания, который формирует на выходе постоянное напряжение из стандартного ряда (12, 15, 24 В и другие) во всем диапазоне нагрузки (рис. 1.). Если же подключенная нагрузка превышает максимально допустимое значение по мощности, то этот ИП переходит в режим защиты с периодическим отключением-включением («икающий» режим).

Рис. 1. Выходные параметры LED-драйвера с режимом работы CV

В большинстве случаев в интерьерной подсветке, рекламных конструкциях и в части архитектурно-декоративной подсветки используются источники света, построенные на базе так называемых LED-модулей или LED-лент. Такие источники света уже имеют внутри схемы необходимую стабилизацию или ограничение тока, и для питания им требуется определенное напряжение из стандартного ряда: как правило, это 12 В, 24 В или 48 В. Поэтому для питания в этом случае чаще всего требуются именно драйверы со стабилизацией напряжения, но также допустимы и драйверы с двойным режимом стабилизации CV+CC. 

Режим стабилизации CV+CC

Этот двойной режим стабилизации проиллюстрирован рис. 2.

Рис. 2. Выходные параметры LED-драйвера с режимом работы CV+CC

Суть режима работы CV+CC заключается в том, что при нагрузке мощностью примерно до 95% драйвер ведет себя как обычный источник питания, стабилизирующий напряжение (на выходе напряжение соответствует номинальному значению). При приближении нагрузки к 100% этот источник питания переходит в режим ограничения выходного тока. Можно сказать, что этот ИП переходит в защиту, но этот режим защиты регламентирован для непрерывной долговременной работы как штатный режим. В этом режиме ток ограничивается и стабилизируется в диапазоне напряжения на нагрузке примерно от 50 до 100%. 

Заставить такой драйвер работать в режиме стабилизации тока можно, если подключить к нему в качестве нагрузки массив светодиодов с прямым падением напряжения ниже, чем номинальное выходное напряжение самого драйвера. Прямое падение напряжения массива светодиодов должно находиться в указанном выше диапазоне 50…100% к номинальному напряжению драйвера (более точно этот диапазон указывается в спецификации драйвера). 

Здесь следует учитывать и температурный коэффициент напряжения светодиодов (ТКН). Важно, чтобы в требуемом температурном диапазоне работы светильника напряжение на цепочке не превысило максимального напряжения драйвера. Например, пусть у нас есть цепочка из 15 штук светодиодов с прямым падением напряжения 3.2 В (при +25°C) и с типичным значением ТКН –3 мВ/°C. В нормальных условиях напряжение на этой цепочке составит Uцеп=15х3.2= 48 В. Кажется, что в этом случае можно обойтись драйвером с рабочим напряжением 48 В. Но, если мы планируем использовать этот светильник на улице, то при температуре -40°C напряжение на цепочке возрастет на величину Uдоп = N x ΔT x ТКН = 15 х 65 х 3 = 2925 мВ~3.0 В (N-количество светодиодов; ΔT-разность температур между +25°C и -40°C). Чтобы драйвер смог нормально запуститься и работать при указанной температуре, его выходное напряжение должно быть не менее чем 48 + 3 = 51 В. А если бы мы остановились на драйвере с выходным напряжением 48 В, то в итоге получили бы «икающий/моргающий» эффект при включении этого светильника.

Значение рабочего тока в режиме CV+CC определяется как отношение номинальной мощности драйвера к номинальному значению напряжения Iстаб = Pдрайвера/Uном. Важно, что имеющийся массив светодиодов должен безопасно выдерживать полученное значение тока.

Модели драйверов, работающие в указанном режиме, выпускаются с номинальным напряжением из стандартного расширенного ряда 12/15/20/24/30/36/42/48/54 В. Учитывая, что мощность драйверов составляет десятки и сотни ватт, получаемые значения тока находятся в диапазоне от единиц до десятков ампер. Поэтому данный режим стабилизации является оптимальным для светоизлучающего модуля, построенного на коротких цепочках или на мощных LED-матрицах.

Использование в массиве светодиодов параллельно подключенных цепочек имеет некоторую неприятную особенность. Например, при выходе из строя одного светодиода напряжение на этой цепочке понизится на величину прямого падения напряжения этого светодиода (мощные светодиоды изготавливаются так, что при выходе из строя вероятнее произойдет короткое замыкание в этом светодиоде, нежели обрыв).
Такое изменение напряжения приведет к общему перераспределению тока с увеличением тока в дефектной ветви. Светодиоды в этой ветви будут работать с превышением температурного режима/тока, что может спровоцировать дальнейший выход из строя светодиодов в этой цепочке.
Хотя светодиоды имеют весьма высокую надежность, тем не менее схема с параллельным соединением цепочек является менее надежной.

Поэтому предпочтительней иметь светоизлучающий узел, состоящий из одной цепочки. В этом случае выход из строя одного светодиода не отразится на рабочем режиме оставшихся, лишь уменьшится общий световой поток на величину этого одного светодиода.

В этом случае для питания длинной цепочки потребуется драйвер, работающий в “классическом” для светодиодов режиме – режиме стабилизации тока (CC; Constant Current).

Режим стабилизации СС

Зависимость выходных параметров драйвера, работающего в режиме стабилизации тока, показана на рис. 3. При подключении нагрузки с прямым падением напряжения в диапазоне 50…95% от номинального выходного напряжения драйвер находится в режиме стабилизации тока. То есть, независимо от выходного напряжения в указанном диапазоне, через цепочку светодиодов будет протекать стабилизированный ток определенного значения. Если напряжение нагрузки будет менее 50%, драйвер перейдет в режим защиты («икающий» режим).

 
Рис. 3. Выходные параметры LED-драйвера с режимом работы CC

Как было сказано выше, режим работы CC является более предпочтительным, нежели CV+CC. Однако и здесь есть момент, на который следует обратить внимание. Если разрабатывается светильник мощностью 250…300 Вт и более, то построение такого светильника на одной цепочке светодиодов ведет к высокому выходному напряжению драйвера. Высокое напряжение (сотни вольт) накладывает серьезные ограничения на выбор алюминиевой платы для светодиодного модуля по изоляции. Для хорошего теплоотвода и снижения тепловой нагрузки на светодиоды следует выбирать плату с тонким диэлектрическим слоем между медью и основанием (чем тоньше диэлектрик, тем лучше теплопроводность), но тонкий диэлектрик имеет меньшую электрическую прочность на пробой. Если использовать одну длинную цепочку в мощном светоизлучающем узле, то придется искать компромисс между теплопроводностью платы и электрической прочностью изоляции. Можно использовать более мощные светодиоды (с рабочим током от 2 А и выше), снижая общее падение напряжения цепочки, но в этом случае, опять же, следует использовать печатную плату с улучшенной теплопроводностью, поскольку от более мощного светодиода приходится отводить больше тепла.

Как мы видим, у всех рассмотренных режимов стабилизации  (CV, CV+CC, CC) есть как положительные, так и отрицательные стороны, и сказать, что какой-то режим является лучшим, нельзя.

Режим CV годится не для непосредственного питания мощных светодиодов, а только модулей, где уже имеется собственная схема стабилизации тока. Режим CV+СС используется при параллельном соединении коротких светодиодных цепочек или при использовании мощных LED-матриц, а режим CC в мощных светильниках накладывает ограничения из-за получаемого высокого выходного напряжения.

Дальнейшее развитие схемотехники LED-драйверов привело к появлению еще одного режима стабилизации – это режим стабилизации тока с постоянной мощностью или просто режим стабилизации по мощности (Constant Power, CP).

Особенность работы драйвера в режиме стабилизации тока с постоянной мощностью (CP)

Рассмотрим работу драйвера в режиме CP в практическом сравнении с режимом CC.

Пусть у нас имеется драйвер ELG-100-C700A-3Y, работающий в режиме СС с параметрами 100 Вт/700 мА и рабочим диапазоном выходного напряжения 71…143 В. То есть, в указанном диапазоне выходного напряжения этот драйвер стабилизирует выходной ток на уровне 700 мА (по умолчанию). Но данный драйвер также имеет и подстроечный резистор для регулировки выходного тока в диапазоне 350…700 мА. И если нам нужен ток стабилизации ниже, чем 700 мА, то, используя этот резистор, мы можем плавно понизить выходной ток до значения 350 мА. Однако, и это крайне важно, выходная мощность драйвера будет так же плавно снижаться до значения 50 Вт (в пределе). Дело в том, что выходная мощность определяется выражением Pвых=Uмакс х Iвых (P=143 В x 0.35 А=50 Вт). При понижении выходного тока снижается и выходная мощность. То есть, если у нас есть драйвер на определенную мощность с регулировкой тока, работающий в режиме СС, то, понижая его ток, мы получаем пропорциональное снижение его мощности.

А вот семейство XLG, работающее в режиме стабилизации мощности (CP), ведет себя по-другому.

Рассмотрим модель семейства XLG с параметрами, близкими к рассмотренной выше модели семейства ELG. Это будет XLG-100-L-A с выходными параметрами 100 Вт/(700…1050) мА и рабочим диапазоном по выходному напряжению 71…142 В. Ток по умолчанию имеет значение 700 мА. То есть, и выходной ток, и диапазон выходного напряжения у них практически идентичны. Этот драйвер также имеет подстроечный резистор, которым можно задать выходной ток в диапазоне 350…1050 мА. Пусть нам также нужно выставить пониженный выходной ток 350 мА. В этом случае, выходная мощность драйвера составит те же самые 50 Вт (P = 142 В x 0.35 А = 50 Вт). Таким образом, в этом использовании драйверы ELG и XLG электрически ведут себя одинаково, хотя имеют разный режим стабилизации.

Но если нам нужно повысить выходной ток до 1050 мА, то в случае использования семейства ELG нам нужно будет приобрести другую модель: ELG-100-C1050A-3Y (с выходным током 1050 мА), а в случае использования семейства XLG мы обойдемся той же самой моделью XLG-100-L-A, и она нам сможет обеспечить те же 100 Вт при токе 1050 мА. При повышении тока стабилизации в этой модели произойдет понижение выходного напряжения таким образом, что выходная мощность не изменится (постоянная мощность). В соответствии с графиком зависимости выходных параметров (ток-напряжение, рис. 4.), при токе 1050 мА максимальное выходное напряжение составит не менее 95 В, и, соответственно, мощность будет P = 95 В х 1.05 А = 99.75~100 Вт.

Можно заметить, что график выходных параметров на рис. 4 существенно отличается от аналогичных графиков на рис. 1…3.
 
Рис. 4. Выходные параметры LED-драйвера с режимом работы CP

Таким образом, драйвер, работающий в режиме стабилизации мощности (CP) позволяет обойтись одной и той же моделью в диапазоне тока от установленного по умолчанию до возможного максимального значения.
Другими словами, драйвер, работающий в режиме CP, также является “классическим” стабилизатором тока (СС), который, оставаясь на своей номинальной мощности, позволяет в широких пределах изменять свой ток. 

Такой режим работы обладает гибкостью в случае выпуска широкой линейки светильников с различными светоизлучающими модулями и позволяет обойтись минимальным количеством моделей используемых драйверов.

Чем меньше номенклатуры в закупках или на складе, тем легче обеспечить бесперебойную работу производства, и при этом отсутствует жесткая привязка к режиму работы светоизлучающего модуля, что предполагает также широкие возможности по выбору светодиодов и схемы их соединения.

Как избежать ошибок

При выборе драйвера, работающего в режиме CP, возможны ошибки. Например, самая распространенная ошибка – выбор модели драйвера, исходя только из табличных значений параметров указанных в техническом руководстве, без уточнения этих параметров по графику зависимости выходного тока от напряжения. Рассмотрим драйвер XLG-320-L-A с выходной мощностью 315 Вт. В таблице параметров в техническом руководстве указаны значения выходного тока 1050…1400 мА (полная мощность в диапазоне тока) и выходного напряжения 150-300 В (диапазон постоянного тока). Если не обратить внимания на график зависимости выходных параметров, то можно посчитать, что этот драйвер будет работать при параметрах 1400 мА/300 В. Именно здесь и кроется ошибка. Не все проверяют, какая при этом получается выходная мощность, а она существенно превышает 315 Вт (P = 1400 мА х 300 В = 420 Вт > 315 Вт).

А если посмотреть на рис. 5, становится понятно, что ток 1400 мА достижим только в диапазоне выходного напряжения от 150 до 225 В (Р = 1400 х 220 = 315 Вт).

Рис. 5. Выходные параметры LED-драйвера XLG-320-L-A

На сегодняшний день, режим работы CP является наиболее универсальным и востребованным. Тем не менее, если нужно подобрать LED-драйвер под конкретный режим светоизлучающего модуля, то можно выбирать модели с любыми рассмотренными режимами работы (CC, CV+CC).

Выбор LED-драйвера для наружного и промышленного освещения: ключевые критерии и примеры.

Выбор LED-драйвера — это не просто подбор по мощности и напряжению. На самом деле это – комплексная задача, включающая учет климатических условий, устойчивости к импульсным перенапряжениям, надежности, защиты от внешних воздействующих факторов, требований к качеству света (пульсации) и совместимости с системами управления.

1.    Основные требования к LED-драйверам для наружных и промышленных светильников

1.1.    Климатическая устойчивость

Наружное и промышленное освещение эксплуатируется в условиях, значительно отличающихся от офисных или бытовых: температура окружающей среды может варьироваться от –40 до +50/60?°C и даже выше (в закрытых корпусах уличных фонарей температура на корпусе работающего драйвера может достигать +85°C). Повышенная влажность, дождь, снег и пыль, возможны резкие перепады температуры, вызывающие термические циклы и конденсацию влаги. Следовательно, драйвер должен обладать достаточной степенью пыле- и влагозащиты (IP). Как правило, для наружного применения требуются драйверы, имеющие степень защиты от внешних воздействующих факторов  не ниже IP65/67 (ГОСТ) и широкий диапазон  рабочих температур, как минимум -40…70°C. 

1.2.    Устойчивость к микросекундным импульсным помехам (МИП)

В первичной сети электропитания при грозовых разрядах или коммутации мощного оборудования возникают импульсы повышенной энергии, которые могут вывести из строя подключенные устройства. Чтобы этого избежать, следует выбирать драйверы, удовлетворяющие определенным критериям по данному параметру, или использовать дополнительные устройства защиты. Амплитуда и длительность МИП регламентируются документом ГОСТ Р 51317.4.5 в зависимости от типа линии электроснабжения (таблица 2).

Таблица 2. Допустимый уровень помех в электросети

Как видно из таблицы 2, драйверы для наружного освещения должны обладать устойчивостью к МИП не менее 4 кВ, а в некоторых случаях – не менее 6 кВ. Драйверы для промышленного освещения, которые будут подключаться к линии после распределительного щита в здании, могут обладать устойчивостью до 2 кВ (во всех этих случаях подразумевается устойчивость по цепи линия/фаза-земля).

1.3.    Надежность и срок службы

В промышленных и уличных системах замена светильника по причине выхода какого-либо компонента или составной части — трудоемкая и дорогостоящая операция. Поэтому ожидаемый срок службы драйвера должен составлять не менее 40 000 часов, а лучше — не менее 70 000 часов при реальных условиях эксплуатации. Сюда же можно отнести и срок гарантии, который предоставляет производитель. В настоящий момент срок гарантии 5 лет является де-факто стандартом в этом направлении. Также можно встретить и 7 лет, и даже 10 лет в специальных драйверах, изготовленных без использования электролитических конденсаторов. Можно считать, что срок гарантии косвенно указывает на надежность: чем выше этот показатель, тем выше надежность драйвера.

Кроме всего перечисленного, необходимо, чтобы драйвер имел низкий коэффициент пульсаций тока (<5…10%), высокий КПД (>90%) и высокий коэффициент мощности (PF > 0.95).

1.4.    Совместимость с системами управления (диммирования)

Современные системы освещения все чаще интегрируются в умные сети для управления освещением. Поэтому в ряде случаев требуются драйверы, управляемые по принятым в этой отрасли протоколам: DALI/DALI-2, 0-10 В, 1-10 В, PWM (ШИМ) – и с изменяющимся сопротивлением.

В таблице 3 показаны популярные семейства/серии LED-драйверов MEAN WELL с указанием основных критериев, рассмотренных выше. Используя информацию этой таблицы, можно предметно выбрать серию LED-драйвера по требуемым критериям вплоть до функциональных особенностей/опций. Таким образом, используя таблицу 1 в зависимости от направления в освещении, мы определяемся с требуемым семейством LED-драйвера, и, зная по условиям необходимую мощность и функциональность, по данным указанным в таблице 3 переходим к конкретной серии. Далее, выбрав нужную серию LED-драйвера, необходимо использовать данные технического руководства для определения конкретной модели.

Таблица 3. Основные параметры LED-драйверов наружного/промышленного применения

Из таблицы 3 видно, что имеется две большие группы LED-драйверов, в металлическом корпусе и в пластиковом корпусе, которые принципиально отличаются  устойчивостью к МИП. Все драйверы в металлических корпусах могут подключаться непосредственно к ВЛ электроснабжения (устойчивость к МИП 4 или 6 кВ), а драйверы в пластиковом корпусе могут надежно работать только во внутренней проводке зданий или в защищенных линиях с МИП не выше 1…2 кВ. Тем не менее, если совместно с этими драйверами использовать отдельные защитные устройства, то и их можно будет подсоединять к ВЛ.

На рис. 6. показано типичное формирование наименования модели на примере семейства XLG.

Рис. 6. Расшифровка наименования модели

Для других семейств LED-драйверов формирование наименования модели имеет схожую структуру.
Выбор LED-драйвера для наружного и промышленного освещения — это баланс между надежностью, функциональностью и стоимостью. Недооценка этого может привести к частым отказам, увеличению эксплуатационных расходов и снижению качества освещения.

Семейства ELG, HLG и XLG от MEAN WELL охватывают практически весь спектр требований: от экономичных решений до флагманских драйверов для экстремальных условий. Понимание ключевых параметров — климатической устойчивости, защиты, совместимости и срока службы — позволяет сделать осознанный выбор, обеспечивающий долгую и безотказную работу светодиодной системы.

Во второй части статьи будут рассмотрены критерии выбора LED-драйвера для внутреннего освещения и интерьерной подсветки.

Производители: MEAN WELL

Разделы: LED-драйверы

Опубликовано: 10.11.2025