Надежность светодиодных контроллеров
При проектировании светодиодного освещения стоит отнестись особенно внимательно к проектированию и монтажу силовых кабелей. Как человек с большим опытом в радиоэлектронике, я прошу читателя обратить внимание на то, что большинство установщиков, которые выполняют монтаж осветительного оборудования, мало понимают физику переходных процессов, происходящих в проводах. Максимум что они знают, так это то, что выход светодиодного контроллера может работать источником тока или напряжения.
Выходы светодиодных контроллеров для RGB лент являются коммутируемыми источниками напряжения, а это значит, что выходная схема светодиодного контроллера выполнена следующим образом:.
Способ регулировки яркости в светодиодном контроллере реализовывается ШИМ методом (широтно импульсная модуляция). Попросту говоря, яркость свечения зависит от соотношения времени включенного состояния к выключенному. Коммутируемым элементом, в нашем случае, является полевой транзистор VT. Скорость переключения выбирается исходя из отсутствия эффекта мерцания и устанавливается порядка 100-300 герц. Элемент Dvt - это диод Шоттки, образованный внутренним строением полевого транзистора. Cg, Cio, Co - это паразитные емкости полевого транзистора. L1, L2 - паразитные индуктивности (так-же присутствуют и паразитные емкости, но ими мы пренебрегаем т.к. они не играют ключевого момента в работе). R - ограничивающие сопротивление в светодиодной ленте (элемент регулирующий ток через светодиод), Dled1 - светодиодный столбик диодов. С - фильтрующая ёмкость в самом светодиодном контроллере или источнике питания.
С описанием элементов выходного каскада светодиодного контроллера мы разобрались. Теперь приступим к ключевым моментам, от которых зависит надежность работы.
Опишу случай монтажа достаточно большого объекта.
Объектом являлся фонтан в строящемся пансионате "Южный" (г. Адлер). Длинна фонтана 50 метров, ширина 4 метра. Подсобное помещение находилось под чашей фонтана, в нем располагался железный короб с контроллерами и прочим оборудованием.
Проблема:
Когда я узнал, что длина проводов от светодиодных прожекторов будет более 100 метров, сразу насторожился - и не зря. При пуско-наладке фонтана спустя несколько минут вышли из строя полевые транзисторы (они попросту выплавлялись из платы). Меня смутил тот факт, что транзисторы рассчитаны на ток 8 ампер, а нагрузка на канал была 2 ампера. С помощью портативного осциллографа я посмотрел эпюры напряжения на выходе светодиодного контроллера и увидел выбросы напряжения более 120 В, как и ожидал.
Вопрос: откуда они взялись?
Ответ:
При открывании транзистора VT по цепи L1,R,Dled1,L2 начинает течь ток. В момент закрывания транзистора (он коммутируется так, как мы уже говорили) в точке соединения транзистора и индуктивности L2 (выход контроллера) начинает расти напряжение из за энергии, которая накопилась в паразитных индуктивностях L1 и L2. В совокупности с паразитными емкостями образуется колебательный контур, где напряжение колебания составляет порядка сотни вольт (зависит от паразитных емкостей и скорости закрывания транзистора).
Вывод: пробило канал транзистора, на образовавшемся сопротивлении порядка нескольких ом выделялась мощность порядка нескольких ватт, что привело к нагреву и вываливанию транзистора.
Для предотвращения выхода из строя необходимо в таких случаях ставить диод Dsup на напряжение не менее 100-500 вольт в обратном направлении.
Он не даст подняться потенциалу выше напряжения питания и вся энергия, накопленная в паразитной индуктивности проводов, пойдет обратно в в емкость C.
Для таких целей подойдет любой кремневый диод с импульсным током 5-50 ампер, к примеру, один из самых распространенных диодов 1N4007.
Рекомендации: Если вы используете провода длиннее 10-20 метров, то рекомендуем ставить такие диоды.