Zasilacz diod LED o mocy 60 W i regulowanym prądzie wyjściowym

Tabela 1. Warianty wykonania zasilaczy do diod LED RACD60

Pisząc wstęp do artykułu przypomniałem sobie zabawną sytuację. Kiedyś kupowałem diody świecące do jednego z tworzonych urządzeń. Wiedziałem, że zielone diody LED, których potrzebowałem wymagają zasilania napięciem z zakresu 2,2...2,5 V. Sprzedawca upierał się, że to są diody o napięciu świecenia rzędu 3...3,5 V. W związku z tym, że obudowa diody była przezroczysta i nie było pewności odnośnie do tego, jaki ma kolor świecenia (to znaczy, co jest w szufladce w sklepie), sprzedawca wyciągnął na ladę zasilacz i postanowił sprawdzić kolor świecenia. Ustawił napięcie 3,2 V, dołączył diodę LED i na jego twarzy pojawiła się początkowo niezrozumiała dla mnie konsternacja. Z pudełka wyjął kolejną diodę - wynik ten sam.

Z ciekawością zapytałem o powód i otrzymałem odpowiedź, że na pudełku jest napisane, iż to są diody zielone, a one... świecą na pomarańczowo. Zaproponowałem, aby obniżył napięcie zasilające do 2,2 V, ponieważ te diody najpierw świecą na pomarańczowo, a później przegrzewają się i ulegają uszkodzeniu. Podczas kolejnego testu okazało się, że "pomarańczowe" diody świecą na zielono, a obniżenie napięcia zasilającego było panaceum na "problem". Ta zabawna sytuacja ilustruje jednak, jak ważne jest zasilanie oświetlenia LED w odpowiedni sposób, to znaczy, z zapewnieniem odpowiednich, znamionowych warunków technicznych dla pracy diody LED.

Tabela 2. Zależność liczby zasilanych diod LED o wariantu zasilacza RACD60

Owszem, w praktyce często spotyka się tanie źródła światła zbudowane z diod LED, w których stosuje się zasilacz bez izolacji galwanicznej od sieci energetycznej, na przykład z kondensatorem i rezystorem ograniczającymi prąd przemienny i mostkiem Graetza. Takie źródło może sprawdzić się przy zasilaniu diod LED zamykanych w obudowie wykonanej z izolatora (może to być np. sygnalizator świetlny), bardziej w kolorze świecenia czerwonym, zielonym lub żółtym niż białym, jednak stosowanie takich potencjalnie niebezpiecznych zasilaczy do aplikacji oświetleniowych jest nieporozumieniem.

Niegdyś do zasilania diod LED były używane głównie źródła prądowe wykonane z układów liniowych, jednak ich wadą jest spora ilość ciepła wydzielanego w czasie pracy. Sam stosowałem np. źródła wykonane z LM317. W miarę postępu technicznego i zauważenia problemów związanych ze sprawnością i oszczędnością energii, zaczęto stosować zasilacze impulsowe. Współcześnie ich sprawność w aplikacjach tego typu przewyższa 80%, a komponenty składowe są tanie i dostępne.

Budując zasilacz do oświetlenia LED trzeba jednak zdawać sobie sprawę, że jeśli występują w nim napięcia będące zagrożeniem dla życia lub zdrowia, to trzeba będzie zadbać o jego odpowiednie (to znaczy - bezpieczne) wykonanie oraz nadać mu znak CE, co wiąże się kosztami i opłaca przy produkcji seryjnej liczonej - zależnie od rodzaju zasilacza - co najmniej w setkach sztuk. Tę sytuację zauważyli producenci zasilaczy wprowadzając na rynek liczne moduły zasilające przeznaczone do zamontowania we własnym urządzeniu, funkcjonalne, ale jednak pozbawione obudowy i przez to tanie, wykonane w formie tzw. open frame.

Ktoś używający zasilacza open frame otrzymuje sprawdzony, certyfikowany, wyposażony w mechanizmy zabezpieczające, funkcjonalny moduł, ale sam musi zadbać o jego zamknięcie w odpowiedniej obudowie i zapewnienie bezpieczeństwa ciekawskiemu użytkownikowi, który chciałby zajrzeć do jej wnętrza. Do zasilaczy tego typu należy przesłany do redakcji przez firmę Conrad, znanego dostawcę katalogowego, zasilacz do diod LED firmy Recom typu RACD60-700/OF.

Zasilacz jest przetwornicą impulsową mającą uniwersalne napięcie wejściowe z zakresu 90...264 V_AC. Zgodnie z wymaganiami UE dla zasilaczy o tej mocy, moduł ma aktywny blok korekcji współczynnika mocy PF, dzięki któremu jest on lepszy od 0,9. Maksymalne napięcie wyjściowe wynosi 54 V, natomiast maksymalny prąd obciążenia 1,1 A. Łatwo policzyć, że moc maksymalna dostarczana do obciążenia wynosi 60 W. Zależnie od wymagań aplikacji, diody LED mogą być zasilane albo z wykorzystaniem trybu CC (prąd stabilizowany), albo CV (napięcie stabilizowane).

Zasilacz RACD60 jest oferowany w wariantach mających tę samą moc, natomiast różniących się napięciem wyjściowym i prądem obciążenia. Te warianty wymieniono w tabeli 1. Każdy konstruktor elektronik zapewne czuje intuicyjnie, że różne warianty są przeznaczone do zasilania różnych zespołów diod LED. W tabeli 2 pokazano zależność typu zasilacza od liczby zasilanych zespołów diod LED. Korzystając z tych danych można dobrać odpowiedni typ do projektowanej aplikacji.

Do redakcji dostarczono nam zasilacz o najmniejszym prądzie obciążenia spośród oferowanych, tj. ustawianym w zakresie 700...1100 mA, ale za to o stosunkowo wysokim napięciu, regulowanym w zakresie 38...54 V. Taki moduł nadaje się do zasilania 24 lub 26 diod LED o mocy 1 W połączonych w dwa łańcuchy po 12 lub 13 diod, lub 12 diod o mocy 3 W połączonych szeregowo. Regulacja natężenia prądu wyjściowego odbywa się za pomocą potencjometru nastawnego wlutowanego w płytkę modułu. Istnieje wariant zasilacza z prądem wyjściowym regulowanym za pomocą napięcia podawanego na złącze - w jego nazwie znajduje się przyrostek /TOF.

Zasilacze open frame są kapitalnym rozwiązaniem dla produkcji małoseryjnej. Często jest przecież tak, że firma specjalizująca się w wytwarzaniu urządzeń z mik rokontrolerami nie bardzo wie, jak wykonać i przebadać na zgodność z CE zasilacz. Wówczas warto sięgnąć po sprawdzone rozwiązanie i zastosować gotowy moduł niejako dzieląc się odpowiedzialnością z jego producentem. Ważne jednak, aby był to podzespół od sprawdzonego, renomowanego dostawcy, a takimi są firmy Conrad mająca długoletnią tradycję oraz Recom, producent zasilaczy impulsowych sprawdzonych w wielu aplikacjach.

Jacek Bogusz, EP