Причины пульсации светодиодных ламп и светодиодной ленты

Отсутствие пульсации в лампах накаливания

За сравнительно небольшую историю электрического освещения (около 150 лет) мы привыкли использовать лампу накаливания, и она кажется нам естественной.

Светит в ней раскаленный металл - спираль, и будь она даже самой тонкой и легкой, остыть за доли секунды она не в состоянии. Поэтому лампа накаливания излучает свет непрерывно, при том, что работает на переменном электрическом напряжении с частотой в 50 герц. Т.е. она светит от напряжения, сто раз в секунду меняющегося от нуля до максимума, а на светимости это никак не отражается.

Наличие пульсации в светодиодах

Ситуация изменилась, когда появились электронные способы извлечения света.

Если это гозосветная лампа, то она холодная, и свет в ней производят электроны, атакующие атомы очень разреженного газа.

Если это твердотельная светодиодная лампа, то она тоже холодная, и электроны в ней тоже бомбардируют атомы. Но теперь это атомы полупроводника, задача - заставить их выбрасывать кванты света.

Т.е. при электронном способе извлечения света поток света уже зависит не от температуры раскаленного тела, а от интенсивности атаки, которую можно начать и прекратить в любой момент. Что и делают источники питания.

Такая перемена сразу стала заметна глазу. Кроме того, свет от такой светодиодной лампы чаще всего отличается и спектральным составом от любого света, исходящего от раскаленного источника. В нем нет и необходимой нашему глазу, непрерывности, по той причине, что атомы, от удара по ним электронов, испускают свет по квантовомеханическим законам, то есть строго дозированными порциями (квантами) определенных частот.

В результате

1) глаз различает импульсность света, картинка выходит стробоскопической, то есть состоящей из множества отдельных кадров, которые производят вспышки света. Такие отдельные кадрики наш мозг умеет собирать в единый фильм, но на это уходит заметно больше энергии, в результате и мозг и глаз устают.

2) ограниченность спектра порождает неестественность картины окружающего мира. Это монохромный свет делает мир неузнаваемым и непривычным. Это также негативно действует на психику, которой приходится тратить много усилий на компенсацию данного недостатка в информационном потоке.

Способы решения проблемы

По этим очевидным причинам сразу, как только был изобретен электронный свет, была поставлена задача сделать его более естественным.

1. Люминофоры. Есть большое количество веществ, из которых производят люминофоры, но все они обладают одним важным свойством светиться под каким-либо воздействием. Их применяют для замены электронного света на свет более естественный – люминофорный. Эти вещества могут поглощать «неживой» квантовый свет и переизлучать его уже различными цветами и за более долгие промежутки времени. То есть снизить и стробоскопичность, и монохромность электронного света.

2. Использование источников постоянного напряжения для питания электронных светильников.

3. Использование такой частоты работы светильника, которую глаз воспримет как непрерывный свет. Как показывают исследования, что человеческий мозг «видит» мерцание света выше частоты в 300 герц как непрерывный свет.

Светодиодные лампы

В связи с тем, что светодиодная лента и светодиодная лампа являются разными по своей конструкции, уделим особое внимание причинам пульсации в этих двух источниках.

Светодиодные лампы могут работать как от постоянного, так и переменного напряжения.

Если лампа имеет питание от постоянного тока, то и световой поток, исходящий от нее будет постоянным, что само по себе значит нулевой коэффициент пульсации.

Следовательно, важно включить в схему лампы «правильный» блок питания, и тогда пульсация будет составлять от 1 до 30 процентов.

Существует два вида питания:

- через конденсатор; осуществляя задачу по выравниванию напряжения в сети некоторые производители используют источник питания с балластным или гасящим конденсатором. При повышении номинала напряжения элементы перегорают. Такая схема устройства лампы дешевле, что сказывается и на стоимости лампы в целом, поэтому часто именно дешевые лампы мерцают.

- через драйвер со стабилизацией тока; используются импульсные понижающие драйверы. За счет цепочки обратной связи элементы умеют стабилизировать напряжение, поэтому лампы имеют низкий коэффициент пульсации.

Дополнительные варианты причин мерцания - паразитные токи, нарушающие работу светодиодных ламп:

1) Наличие в схеме лампы устройства с регулировкой мощности или яркости (диммируемая) может иметь негативное влияние на значение коэффициента пульсаций ламп. Чаще всего в этом качестве используются тиристорные регуляторы (или диммеры), чей принцип работы основан на том, что питающее синусоидальное напряжение сети подается на лампу не непрерывно, а частями. При регулировке яркости на лампу подается то большая, то меньшая часть полупериода синусоидального питающего напряжения. Такое раскачивание приводит к увеличению коэффициента пульсаций.

2) Конденсатор фильтрации, который вместе с диодным мостом используется в качестве выпрямителя на входе драйвера, накапливает ток для зарядки. Переизбыток начинает растекаться, вызывая вспышки.

3) Некачественная изоляция проводников, направленных на переключатель, может привести к протеканию малого тока, и как результат - к мерцанию, оплавлению проводки, аварийным ситуациям.

4) Неправильная схема подсоединения. Ноль уходит на выключатель, фаза – на светильник, ноль заземлен.

5) Близкое расположение оборудования с сильным магнитным полем – радиостанции, большой телевизора, вышки сотовой связи.

6) Прокладка проводки внутри сырой стены.

7) Наличие нескольких кабелей в штробе.

Светодиодные ленты

Казалось бы для светодиодных лент также должно быть достаточно качественного блока питания, чтобы отсутствовало мерцание.

Но существует ряд проблем, которые влияют на пульсацию светодиодной ленты.

1) Наличие двух выпрямителей .

Для того, чтобы лента из LED-светильников давала необходимую освещённость, кроме надёжного источника питания, необходимо наличие двух микросхем:

- Для преобразования исходного переменного тока в постоянный, которая состоит из ключа управления (драйвера), детекторов тока и напряжения, выпрямителя, балластного резистора, катушки индуктивности и двух конденсаторов. На выходе эта схема даёт 5…6 В (зависит от рабочего напряжения на светодиодной ленте) при 100 мА тока. Отметим (это важно!), что напряжение на выходе не имеет гальванической развязки;

- Для стабилизации параметров яркости свечения схема включает в себя два мощных транзистора, балластный резистор, дроссель и высокочастотный диод, который и передаёт результирующую мощность от блока питания на светодиоды в ленте.

Таким образом, в схеме управления присутствует сразу два выпрямителя (иногда вместо них используют мостовую схему). По причине последовательности процесса выпрямления тока, интервалы между пульсациями возрастают вдвое, а фактическая частота мерцаний может ставить 30…35 Гц, что болезненно воспринимается человеческим глазом.

2) Блок питания

- Для того, чтобы пульсация не появлялась необходимо правильно подобрать блок питания. Ему должно хватать мощности , чтобы не падало напряжение. При выборе источника питания необходимо покупать его с запасом мощности минимум в 30%. Многие недорогие китайские блоки питания не соответствуют своим паспортным данным, например, вместо указанных 200Вт выдают 150Вт.

- Другая важная деталь драйвера – выпрямительный мостик. Если он вышел из строя, на осветительный прибор подается переменный ток, вызывающий повышенное мерцание.

- Также возможно на блоках питания установлены детали и радиоэлементы низкого качества, не способные длительно работать даже на номинальных токах и напряжениях. К примеру, превышение нагрузки и перепады сетевого напряжения в разы снижают рабочий ресурс фильтрующих конденсаторов.

- В случае с RGB-лентой мерцание возможно при подключении лент от разных блоков питания. За счет разницы на них выходного напряжения, один отрезок может менять цвета RGB чуть позже, чем другой, иными словами отставать.

- Возможно у блока питания истек срок эксплуатации. При длительной исправной работе в течение нескольких лет, в блоке могут высохнуть конденсаторы стабилизации и потерять свою изначальную емкость.

3) Неправильный монтаж

- Выключатель с подсветкой; мерцание возможно даже в выключенном состоянии, по причине накопления заряда от продолжающей работать лампочки для подсветки.

- Перепутана фаза и ноль на выключателе. Даже если это выключатель без подсветки, но вы установили его так, что разрыв происходит по нулевому проводу, а не по фазному, как это предусматривают правила, то мерцание светодиодной ленты возможно.

4) Лента

- Выход из строя диода, резистора.

- Проблема с токоведущей дорожкой, может подгореть с течением времени.

- Окисление контакта. Возможной причиной может быть некачественная пайка. Светодиодную ленту запрещено паять активными (кислотными) флюсами. Если не соблюдать эти требования, кислота остается на контактной площадке и постепенно разъедает место соединения. Начинается непонятное моргание во включенном состоянии ленты, с последующей неработоспособностью всего участка после пайки.

С увеличением длительности включений и мощности светодиодов в ленте, места соединений разогреваются, и контакт ухудшается. Частота мерцания светодиодов в ленте при этом будет соответствовать полупериодной частоте выпрямленного тока, т.е. 30 Гц.

- Светодиодная лента, питающаяся от переменного тока может создавать пульсацию равную 40%, по причине прямого включения в сеть.

Подведем итоги

Причины наличия пульсаций у светодиодной лампы или светодиодной ленты во многом схожи.

Основное различие - это источники питания, которые

- в светодиодных лампах устанавливаются производителем, и если он решил сэкономить на подавлении пульсаций, мог, скорее всего сэкономить и на других компонентах, что может привести к ухудшению характеристик лампы или светильника, таких как срок службы, цветопередача, энергоэффективность, электромагнитная совместимость, защита от перегрузок и перепадов напряжения в сети и т.д.

- в светодиодной ленте выбираются пользователем, и, поэтому встречается реже, но еще раз отметим, что крайне важно грамотно подобрать светодиодное оборудование с запасом мощности.

Наши специалисты всегда готовы проконсультировать Вас по вопросу выбора качественных источников света, светодиодного оборудования, сделать расчет для Вашего проекта, звоните 8 (800) 700-80-91, будем рады по помочь!

Вам будет интересна статья:

Нормы пульсации по Нормативным документам