Введение

Драйверы светодиодов являются важнейшим компонентом осветительного оборудования, существенно влияющим на срок службы, производительность и энергоэффективность устройства. В светодиодном внутреннем и наружном освещении драйверы в основном бывают двух типов: изолированный и неизолированный светодиодный драйвер. Как следует из названия, неизолированные драйверы не имеют электробезопасной изоляции между входом и выходом. Такая конструкция проще, требует меньше компонентов, что обеспечивает сверхвысокую эффективность (что такое световая эффективность и как её повысить?), меньшее тепловыделение и компактный форм-фактор. В изолированных драйверов отсутствует прямое электрическое соединение между входной и выходной цепями (т.е. присутствует гальваническая изоляция), а вход и выход находятся в изолированном высокоимпедансном состоянии. В этой статье будут рассмотрены ключевые различия между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер с точки зрения конструкции, производительности и безопасности. Кроме того, мы обсудим, как выбрать подходящий драйвер для вашего проекта, исходя из требований приложения, анализа затрат и выгод и совместимости с системой.

Что такое изолированный и неизолированный светодиодный драйвер?

Изоляционный барьер между опасным источником переменного тока и персоналом или другими цепями называется электрической изоляцией, что является уникальной особенностью при обсуждении изолированный и неизолированный светодиодный драйвер. В области светодиодных драйверов «изоляция» означает наличие электрической изоляции между входной и выходной цепями светодиодного драйвера, что обычно достигается с помощью трансформатора. Эта «изоляция» предотвращает случайный контакт пользователей с источниками питания под напряжением и предотвращает короткие замыкания или искрение в цепи. Таким образом, мы знаем, что одна из основных целей электрической изоляции — предотвращение поражения электрическим током и возгораний, а во-вторых, она также защищает чувствительные компоненты (например, схемы диммирования 0-10 В — подробнее о диммировании 0-10 В) от скачков напряжения.

Что такое изолированный светодиодный драйвер?

В конструкциях светодиодных драйверов электрическая изоляция часто достигается за счёт использования трансформатора. Трансформатор состоит как минимум из двух катушек индуктивности и железного сердечника, передающих энергию посредством электромагнитной индукции, а не прямого электрического соединения. Первичная обмотка трансформатора питается от источника переменного тока высокого напряжения 110/220 В, а вторичная обмотка выдаёт переменный ток низкого напряжения, который преобразуется в постоянный для светодиодных кристаллов. Поскольку первичная обмотка трансформатора получает высокое напряжение, а вторичная — только выходное переменное напряжение низкого напряжения, и поскольку первичная и вторичная обмотки не соединены напрямую, такой тип драйвера называется изолированным. Это чем-то похоже на беспроводную зарядку мобильных телефонов.

Что такое неизолированный светодиодный драйвер?

Неизолированные драйверы светодиодов не обладают гальванической изоляцией, характерной для изолированных источников питания. Вместо использования трансформатора для изоляции, неизолированные драйверы напрямую соединяют вход и выход электрически. Обычно они используют топологию понижающего, повышающего или понижающе-повышающего преобразователя для регулирования выходного напряжения и тока драйвера светодиодов (Как рассчитать правильный выходной ток для питания светодиодов?). Отсутствие трансформатора обеспечивает более высокую эффективность, меньшие габариты и более низкую стоимость, что делает их пригодными для широкого спектра применений. Однако это также создает проблемы безопасности, поскольку отсутствие трансформатора в неизолированных схемах делает светодиоды более уязвимыми к повреждениям от скачков напряжения в сети переменного тока, которые могут быть вызваны переходными процессами при переключении нагрузки или помехами на первичной стороне.

Изолированные драйверы обычно используют изолированные топологии (например, обратноходовую и прямоходовую схемы), в то время как неизолированные драйверы обычно используют такие топологии, как понижающее и повышающее преобразование. Как показано на схеме ниже, неизолированные драйверы используют один индуктор вместо силового трансформатора, что устраняет необходимость в оптопаре (для электрической изоляции) в цепи обратной связи между первичной и вторичной обмотками.

Более подробная информация об изолированный и неизолированный светодиодный драйвер

Пропускаемое напряжение

Скачки напряжения, резкие колебания напряжения и другие помехи, связанные с «грязным питанием», часто встречаются в системах распределения электроэнергии. Как правило, от этих последствий защищают светильники устройства защиты от перенапряжения в светодиодных светильниках и УЗИП, встроенные в светодиодные драйверы. Однако даже при исправном устройстве защиты от перенапряжения часть напряжения всё равно протекает по защитным цепям (например, светодиодному модулю в светодиодном уличном фонаре). Это напряжение называется сквозным напряжением. УЗИП (устройство защиты от перенапряжения для светодиодного освещения) подобно плотине, а сквозное напряжение подобно воде, переполнившей плотину после наводнения. Из-за структурных различий между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер сквозное напряжение последних с большей вероятностью распространяется вниз по цепи (по алюминиевой подложке). Поэтому алюминиевая подложка должна обладать высокой устойчивостью к напряжению между входными и выходными клеммами. Если компонент неизолированного светодиодного драйвера выходит из строя, это сквозное напряжение с большей вероятностью распространится и на вторичную цепь, в то время как в изолированном светодиодном драйвере это напряжение с большей вероятностью распространится и на вторичную цепь, в то время как в изолированном светодиодном драйвере это невозможно. Из-за этой разницы между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер, для обеспечения стабильности и безопасности электропитания способность алюминиевой подложки выдерживать напряжение должна быть больше или равна 3 кВ переменного тока.

Послесвечение

Послесвечение — это явление, при котором светодиодная лампа продолжает излучать слабый свет после выключения питания. Пока существует физическое подключение к источнику переменного тока, драйвер светодиода будет генерировать остаточное переменное напряжение и ток утечки. Светильники с неизолированными драйверами, в которых светодиодные кристаллы напрямую подключены к сети, испытывают ещё более высокие остаточные напряжения. Когда это остаточное напряжение превышает минимальное напряжение проводимости светодиода (пороговое напряжение), ток утечки может привести к его затемнению. Это явление чаще встречается в некоторых комнатных светильниках, поскольку, помимо использования неизолированных источников питания, в них часто используются диммеры для выключения лампы, а не простое отключение питания, что делает послесвечение более выраженным.

Продолжительность жизни

Изолированные светодиодные драйверы требуют электрической изоляции посредством изолирующих компонентов, таких как катушки индуктивности и оптопары, которые по своей природе несут в себе дополнительные риски отказов. По сравнению с изолированными источниками питания, неизолированные источники питания лишены этих компонентов, что может в некоторой степени продлить их срок службы. Однако из-за отсутствия электрической изоляции неправильная конструкция может привести к высокому напряжению и скачкам напряжения на входе, потенциально повреждая светодиодный модуль и, таким образом, сокращая срок службы светильника (Срок службы светодиодного светильника и как он рассчитывается). Производители светодиодных драйверов также сравнили сроки службы изолированных и неизолированных светодиодных драйверов, как показано на рисунке ниже. Хотя среднее время безотказной работы (MTBF) значительно различается, сроки службы в целом совпадают. Они анализируют, что более высокая плотность энергии и более высокая энергоэффективность неизолированных источников питания приводят к тому, что их фактические температуры Tc аналогичны температурам изолированных источников питания, что обеспечивает схожий срок службы. Однако более общепринятая точка зрения заключается в том, что изолированные источники питания имеют более длительный срок службы, вероятно, учитывая общий срок службы системы.

Влияние на конструкцию светильника

При выборе изолированный и неизолированный светодиодный драйвер безопасность всегда является одним из главных факторов. Во-первых, источник питания должен обеспечивать достаточную безопасность. Во-вторых, необходимо учитывать функции защиты светильника от возгорания и поражения электрическим током. Как и светодиодные драйверы, конструкция светильника также предусматривает электрическую изоляцию, но требования к конструкции различаются в зависимости от конфигурации светодиодной платы и типа используемого драйвера. При использовании неизолированного драйвера ZGSM рекомендует обеспечить надёжное заземление, а также соответствие путей утечки тока и воздушных зазоров действующим нормам для предотвращения возгорания. Ниже мы рассмотрим каждый из этих вопросов.

Предотвращение поражения электрическим током

UL (Underwriters Laboratories) предъявляет различные требования к конструкции различных драйверов светодиодов. Например, UL считает изолированные драйверы светодиодов, соответствующие классу 2 UL и не соответствующие классу 2 (но с выходным напряжением менее 60 В), высокобезопасными и представляющими низкий риск поражения электрическим током, и поэтому не предъявляет требований к плате светодиодов или заземлению. Однако UL требует заземления платы светодиодов при использовании неизолированных драйверов светодиодов, соответствующих классу 2 UL (классу 2 или классу II) и не соответствующих классу 2 (но с выходным напряжением менее 60 В). Однако решения, использующие драйверы UL не класса 2 с выходным напряжением более 60 В, предъявляют более высокие требования как к плате светодиодов, так и к заземлению. ZGSM считает, что неизолированные драйверы, как правило, безопасны и осуществимы при условии обеспечения заземления системы и взаимодействия со светильником только квалифицированного электротехнического персонала (с обязательным отключением питания перед любым контактом).

Пути утечки и зазоры

При использовании неизолированного светодиодного драйвера на выходе может появиться высокое напряжение из-за отказа компонента или скачков напряжения. Поэтому алюминиевая подложка (печатная плата) должна иметь отличное сопротивление напряжению, чтобы выдерживать напряжение между входными и выходными клеммами. Как правило, сопротивление напряжению алюминиевой подложки должно быть больше или равно 3 кВ переменного тока, чтобы обеспечить стабильность и надежность системы. UL и другие стандарты требуют, чтобы неизолированные светодиодные драйверы требовали больших зазоров и путей утечки, чтобы предотвратить электрические возгорания или отказы компонентов, вызванные короткими замыканиями или искрением. Длина пути утечки – это кратчайшее расстояние между двумя проводящими, но изолированными точками на поверхности компонента или печатной платы. Она также измеряет расстояние между кратчайшей проводящей точкой и заземленной или доступной металлической частью. Зазор – это расстояние между теми же точками, но измеренное по воздуху, и оно либо равно, либо меньше пути утечки. Например, стандарт 60598-1 («О стандарте сертификации светодиодного освещения») существенно различается в требованиях к зазорам и путям утечки для изолированный и неизолированный светодиодный драйвер. Соответствие стандарту SELV требует, чтобы неизолированные источники питания были спроектированы с зазором более 1,5 мм и изоляцией более 2,8 мм. Однако для изолированных драйверов светодиодов ограничений нет.

Выбор разъема

Для неизолированных драйверов выбор надежных и высококачественных разъемов имеет решающее значение для обеспечения безопасности. Эти соединения включают заземление и выход источника питания. Поскольку неизолированные светодиодные драйверы не имеют гальванической развязки между входом и выходом (входом и выходом светодиодного драйвера), повреждение изоляции может привести к высокому напряжению на выходе. В этой ситуации надежное заземление является единственным эффективным способом предотвращения поражения электрическим током. Надежное заземление может отвести ток короткого замыкания на землю, что приведет к срабатыванию автоматического выключателя (или устройства защитного отключения) и предотвратит риск поражения электрическим током. Поэтому на протяжении всего срока службы установки следует использовать надежные клеммные колодки (например, винтовые клеммы) и луженые провода для предотвращения повреждений, вызванных вибрацией и коррозией. Аналогичным образом, на выходе следует использовать надежные разъемы, устойчивые к потенциальным помехам, вызванным вибрацией, сильным ветром и другими факторами, возникающими в таких областях применения, как уличное освещение и освещение стадионов (спортивные осветительные решения ZGSM). Это предотвращает возникновение дуги, вызванное плохим контактом и способное привести к пожару.

Подходят ли вам неизолированные драйвер?

Неизолированные драйверы обычно размещаются в пластиковых корпусах и, как правило, используются производителями внутри помещений, обслуживаясь под наблюдением обученного персонала (и всегда в строгом соответствии с правилами техники безопасности). Они получили широкое распространение в офисах, торговых центрах и на парковках, а затем постепенно стали применяться в светильниках с высокими потолками. В последние годы их начали использовать и на открытом воздухе, в том числе для освещения дорог (см. раздел «Различные уличные светильники и их применение») и спортивных площадок. Изначально компания ZGSM с осторожностью относилась к такому варианту применения, но после обширных обсуждений и проверок пришла к выводу, что, хотя он и вносит некоторую неопределенность, его преимущества явно перевешивают риски. Пригодность неизолированных источников питания зависит от трёх основных условий: во-первых, надёжное заземление; во-вторых, установка и обслуживание должны выполняться специалистами; и, в-третьих, использование неизолированных источников питания обеспечивает большую экономическую эффективность при обеспечении безопасности. Ниже представлены уличные, спортивные и промышленные светильники ZGSM, оснащённые изолированный и неизолированный светодиодный драйвер. Нажмите на соответствующие изображения, чтобы узнать больше.

Краткое содержание

В этой статье подробно рассматриваются ключевые различия между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер светодиодов, включая принципы их работы, функции безопасности и влияние на конструкцию осветительных приборов. Изолированные драйверы обеспечивают электрическую изоляцию между входом и выходом посредством трансформатора, эффективно предотвращая риск поражения электрическим током и защищая чувствительные цепи. Неизолированные драйверы не используют трансформатор, напрямую понижая напряжение питания, что обеспечивает такие преимущества, как высокая эффективность, компактность и низкая стоимость. Однако они создают потенциальный риск утечки тока и требуют надлежащего заземления и изоляции. В статье далее анализируются различия между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер с точки зрения сквозного напряжения и эффекта послесвечения, а также сравнивается их срок службы. С точки зрения конструкции осветительных приборов, неизолированные решения должны соответствовать строгим стандартам длины пути утечки и воздушных зазоров, а также в большей степени зависят от надежного заземления. Кроме того, критически важен выбор разъемов. В конечном счете, выбор между изолированный и неизолированный светодиодный драйвер должен учитывать баланс безопасности, стоимости (стоимости уличного освещения) и существующей конструкции светильника. Компания ZGSM полагает, что с развитием технологий неизолированные драйверы будут все чаще использоваться для наружного применения, например, для освещения дорог и стадионов, и мы будем рады получить запросы о нашей соответствующей продукции.

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные случаи

Люди также спрашивают