Как выбрать и рассчитать блок питания для светодиодной ленты

В последние годы светодиодная лента стала особо популярной. Имея невысокую стоимость и будучи поистине универсальной в плане применения, она успешно используется как для декоративной подсветки, так и для освещения. Основной трудностью, с которой сталкиваются начинающие мастера, является выбор блока питания для светодиодной ленты (СЛ). Сегодня мы попробуем решить этот вопрос.

Принцип действия импульсного блока питания

На сегодняшний день для питания светодиодной ленты применяются блоки, использующие принцип импульсного преобразования напряжения. Суть работы блока питания такого типа заключается в следующем:

  1. Выпрямление сетевого напряжения.
  2. Подача напряжения на первичную обмотку трансформатора в виде высокочастотных импульсов. Они следуют с частотой более 20 кГц, а продвинутые схемы дорогих ИИП работают на частотах в 100 кГц.
  3. До нужного уровня напряжение понижается при помощи импульсного трансформатора.
  4. На выходном каскаде происходит выпрямление и стабилизация величины пониженного напряжения.

Для примера рассмотрим классическую схему импульсного преобразователя переменного напряжения 220 В в постоянное 12 В, собранного на микросхеме Top242.

импульсный блок
Схема импульсного блока питания AC220/DC12 В

Входное сетевое напряжение поступает на выпрямитель, состоящий из диодного моста BR1 и сглаживающего фильтра С1-С4, L1. Полученное таким образом постоянное напряжение поступает на микросхему DA1, на которой собран высокочастотный (до 100 кГц) генератор, нагруженный на импульсный трансформатор Т1. Принцип работы трансформатора тот же, что и у классического. Единственное отличие – он работает на высокой частоте, но об этом позже.

Пониженное до 12 В напряжение высокой частоты поступает на выпрямитель (диод D3) и сглаживающий фильтр (С9, С10, L1). Одновременно это же напряжение через оптрон U1 поступает на цепь стабилизации, встроенную в микросхему DA1. Стабилизация производится при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ), суть которой заключается в следующем.

При увеличении выходного напряжения цепь стабилизации (ШИМ-контроллер) изменяет скважность (длительность) импульсов, поступающих на трансформатор, и его действующее выходное напряжение уменьшается. При чрезмерном понижении выходного напряжения длительность импульсов увеличивается. В результате на выходе блока устанавливается ровно 12 В, что и необходимо для правильного питания светодиодной ленты.

В чем преимущества импульсного блока питания перед трансформаторным? Поскольку преобразование напряжения производится на относительно высокой частоте, соответственно, уменьшаются габариты и масса трансформатора, а значит и всего блока. Причем уменьшаются существенно – в десятки раз. По этой же причине уменьшаются и габариты сглаживающих конденсаторов. ШИМ-модуляция же позволяет отказаться от классических линейных стабилизаторов, имеющих низкий КПД и требующих громоздких радиаторов охлаждения.

В результате мы получаем исключительно компактный и надежный блок питания с КПД до 95%.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Нередко можно услышать вместо «блок питания» выражение «трансформатор», хотя это далеко не одно и то же. Блок питания, по сути, – преобразователь, который обычно изменяет не только величину напряжения, но и род тока. Название «трансформатор» изначально получили устройства, изменяющие лишь величину напряжения без изменения других его характеристик. Тем не менее словом «трансформатор» нередко подменяется выражение «блок питания».
к содержанию ↑

Основные критерии выбора

Выбирая блок питания для СЛ, необходимо обратить внимание на следующие основные характеристики:

  1. Метод преобразования напряжения.
  2. Принцип охлаждения.
  3. Исполнение.
  4. Выходное напряжение.
  5. Мощность.
  6. Дополнительный функционал.

Метод преобразования

Как я уже говорил выше, блок питания может быть трансформаторным или импульсным. Если нужен блок питания относительно небольшой мощности, то предпочтение лучше отдать импульсной конструкции. Покупка серьезного ТБП оправдает себя лишь при мощностях в сотни ватт – ИБП такой мощности стоят дорого и нередко имеют вентиляторы охлаждения, которые создают шум и собирают пыль.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Если ты увидишь в магазине недорогой трансформаторный адаптер небольшой мощности, устраивающий тебя по размерам, то это тоже неплохой вариант. Стоит он недорого и тяжеловат, но не в кармане же его носить. Главное, чтобы в проект вписался.

Охлаждение

Охлаждение может быть пассивным и активным. В первом случае охлаждение узлов прибора производится естественным образом, во втором для этих целей служит вентилятор. Если мощность БП невелика, то от устройства с принудительным охлаждением лучше отказаться: вентилятор шумит и вместе с воздухом всасывает массу пыли, оседающую на узлах блока. Такие источники требуют регулярного технического обслуживания и, главное, плохо защищены от влаги.

шумный блок питания
Такой блок не только шумит, но и является своеобразным пылесосом 

Исполнение

От конструктивного исполнения зависит степень защиты от окружающей среды. Если блок питания будет работать на улице или во влажном/пыльном помещении, то придется выбрать пылевлагозащищенную, а еще лучше герметичную конструкцию. Никаких дырочек, щелочек и, конечно, никаких вентиляторов. Для сложных механических условий (вибрация, тряска, удары и пр.) отлично подойдет прибор в металлическом сплошном корпусе. Для обычного жилого помещения можно выбрать блок в открытом кожухе со множеством вентиляционных отверстий – он будет лучше охлаждаться.

Герметичный и металлический блоки питания
Герметичный пластиковый блок питания (слева), открытый металлический защищенный от пыли, влаги, ударов блок питания (справа)

Выходное напряжение

Тут все просто. СЛ выпускаются на 2 напряжения – 12 или 24 В. Прочитай на упаковочной коробке или даже на самой ленте, на какое напряжение питания она рассчитана. Затем выбери БП, имеющий нужные параметры.

Эта СЛ рассчитана на напряжение 12 В, значит и блок питания нужен на такое же напряжениеЭта СЛ рассчитана на 12 В, значит и блок питания нужен на такое же напряжение

Мощность

ток и мощность блока
На этом блоке питания указаны и ток, и мощность

Мощность блока питания должна быть как минимум на 15-20% выше мощности, потребляемой лентой (лентами). Вроде все просто, но есть один нюанс. Редко, но случается, что на блоках питания не пишется мощность, а указывается лишь максимально допустимый ток. Как пересчитать его в мощность? Элементарно. Умножь рабочее напряжение (12 или 24 В) блока на его максимально допустимый ток в амперах, и ты получишь мощность в ваттах.

На этом блоке питания (фото выше) указана мощность в 20 Вт, ток 1.67 А и напряжение 12 В. Проверим для интереса: 12*1.67=20.04 Вт. Все сходится.

Дополнительные функции

Блок питания для СЛ
Блок питания для СЛ с беспроводным пультом дистанционного управления и встроенным диммером

Кроме своей основной работы, блок питания может выполнять и некоторые дополнительные функции. Существуют, к примеру, устройства со встроенными диммерами (регуляторами яркости), таймерами, автоматами эффектов и даже с беспроводными пультами ДУ. Тут уже на твое усмотрение, но имей в виду, что любая дополнительная функция отражается на стоимости конструкции.

к содержанию ↑

Как рассчитать мощность блока питания для светодиодной ленты

Если у тебя под рукой калькулятор или даже просто лист бумаги с ручкой, расчет мощности блока питания займет не более минуты. Причем никаких специальных знаний для этого не потребуется, достаточно 3-х классов средней школы.

Прежде всего рассчитай потребляемую СЛ мощность. Для этого тебе понадобятся два параметра: длина будущего осветителя и его удельная мощность. Длину, само собой, ты выбираешь сам в зависимости от дизайнерской задумки. Удельная же мощность светодиодной ленты указывается в сопроводительной документации и нередко прямо на упаковке. Единицы измерения этого параметра — Вт/м.

Предположим, ты купил СЛ с удельной потребляемой мощностью 14.4 Вт/м. Это означает, что каждый метр такой ленты «съест» 14.4 Вт. При этом напряжение питания прибора значения не имеет. Для подсветки ты решил использовать 3 метра СЛ. Считаем: 14.4*3=43.2 Вт. Итак, твоя задумка будет потреблять 43,2 ватта. Для надежной работы источника питания он должен иметь некоторый (15-20%) запас мощности. Добавляем к результату еще небольшой запас и получаем 50 Вт.

Таким образом, тебе нужен адаптер мощностью не менее 50 Вт. Скорее всего, в стандартном ряду БП именно такой мощности не окажется, поэтому покупаешь ближайший по значению с большей мощностью. К примеру, на 60 Вт.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Не стоит выбирать блок питания с очень большим (в 2 и более раз) запасом мощности. Это увеличит габариты конструкции, снизит ее КПД и обойдется намного дороже.

Если ты решил обеспечить питание одним адаптером нескольких СЛ, то рассчитай потребляемую мощность каждой, а результаты сложи. Ленты будут включаться параллельно (о схеме включения см. ниже), а значит, их мощности суммируются.

к содержанию ↑

Подключение светодиодной ленты

Подключение «трансформатора» (адаптера) к светодиодной ленте совсем несложное, и вряд ли вызовет у тебя трудности. Здесь достаточно решить 3 основных вопроса:

  1. Разобраться с полярностью подключения.
  2. Подобрать провод нужного сечения.
  3. Выбрать схему включения.

Полярность подключения

Внимательно осмотри блок питания и найди, где у него на выходных (output или out) клеммах обозначение «плюс», а где «минус». Если вместо клемм у блока провода, то дополнительно они расцвечены: красный «плюс», черный «минус» соответственно. То же самое сделай и со светодиодной лентой:

Полярность подключения СЛ
Полярность подключения СЛ и ее блока питания

Важно! Расцветка проводов – красный и черный – условна. Очень многие производители не придерживаются этого стандарта, провода у их БП могут быть любого цвета, поэтому ориентируйся только на маркировку.

Выбор сечения провода

Теперь по сечению. То, что СЛ питается относительно низким напряжением, не говорит о том, что током, протекающим по питающим проводам, можно пренебречь. Напротив, чем ниже напряжение питания, тем больший ток потребуется для развития мощности.

Если, к примеру, через 70-ваттную лампочку на напряжение 220 В будет течь ток всего 300 мА (70\220=0.31), то для питания 12-вольтовой светодиодной ленты той же мощности потребуется ток почти в 6 А!

Если подключить такую ленту тонкими проводами, то, во-первых, на них упадет напряжение и лента будет светить вполнакала. Во-вторых, перегруженные провода могут нагреться и устроить пожар. Поэтому сечением провода пренебрегать нельзя.

Как узнать, какой ток будет течь по питающим СЛ проводам? Расчет несложен. Для этого достаточно мощность ленты в ваттах разделить на напряжение ее питания в вольтах. Этот расчет я сделал выше, показав, что 70-ваттная 12-вольтовая лента потребует тока в 5.83 А. Если СЛ несколько, то мощность их перед расчетами нужно сложить.

Как сечение провода зависит от тока? Тут даже расчет не нужен, просто обратись к приведенной ниже табличке и выбери провод с сечением не ниже рекомендуемого:

Зависимость сечения провода от тока и длины линии (провод медный многожильный)

Ток, А
Сечение провода мм², не менее, при длине линии
2 м
3 м
4 м
5 м
6 м
8 м
10 м
1.60.30.40.60.70.91.11.4
30.50.81.01.31.52.02.5
4.10.71.11.41.82.12.93.6
8.51.52.33.03.84.56.07.5
122.13.24.35.46.48.610.7
162.94.35.77.18.611.414.3
203.65.47.18.910.714.317.9
254.36.48.610.712.917.121.4

Очень часто диаметр питающего провода выбирают такой же, какой имеют выходящие проводки из адаптера. Так делать нельзя! Чем длиннее питающая линия, тем большее должно быть сечение провода.

Выбор схемы включения

Если СЛ одна, то схема подключения будет элементарной, ее даже стыдно рисовать:

Схема подключения к одной СЛ
Схема подключения блока питания к одной СЛ

Немного сложнее, если лент несколько. Типичная ошибка начинающего дизайнера – последовательное соединение нескольких СЛ в одну длинную линию:

Неправильное подключение
Неправильное подключение нескольких СЛ к одному адаптеру питания

Такое подключение перегружает питающие шины первой ленты и они, как правило, сгорают. И тогда СЛ можно выбросить. Если лент несколько, единственно правильным решением может быть только такое:

Правильное подключение
Правильное подключение нескольких СЛ к одному адаптеру питания
к содержанию ↑

 Отличия блока питания от драйвера

Нередко блок, обеспечивающий питание СЛ, путают с драйвером для питания светодиодов. Блок питания и драйвер – абсолютно разные приборы, и путать их ни в коем случае нельзя!

Светодиодный драйвер – это, по сути, стабилизатор тока. Он ограничивает величину протекающего через светодиоды тока и обеспечивает стабилизацию этого тока на заданном уровне независимо от величины входного напряжения. Они не боятся КЗ, но могут сгореть от холостого хода (ХХ).

Адаптер для СЛ не следит за выходным током: он выдает его столько, сколько потребует сама лента. Устройство занимается лишь стабилизацией напряжения, а за током в СЛ следят специальные токоограничивающие резисторы. Если ленте нужно, скажем, 12 В, то блок питания выдаст ровно 12, поскольку именно от этого параметра зависит качественная работа ленточных осветителей. Такие блоки питания боятся КЗ, но отлично  себя чувствуют на ХХ из-за нулевого выходного тока.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту
Блок питания выдаст нужный СЛ ток только в том случае, если он (ток) не превышает максимально допустимый для конкретного БП. В противном случае источник питания будет перегружен и сгорит.

Таким образом, спутав адаптер с драйвером и поставив один вместо другого, ты в лучшем случае получишь неработоспособную конструкцию. В худшем же лишишься либо осветительного прибора, либо источника питания – все будет зависеть от характеристик и мощности оборудования.

Вот мы и разобрались с блоками питания для светодиодных лент. Теперь ты знаешь, какие они бывают, и при необходимости сможешь выбрать нужный тебе без посторонней помощи.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Очень плохоПлохоНормальноХорошоОчень хорошо! (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector