Современная светотехника N1/2009 by Oleg Polikarpov

слово редактора

Коллеги! Я рад представить вам первый номер журнала в 2010 году. Тема номера — Городское уличное освещение. Пожалуй, сейчас это самая животрепещущая тема в светотехнике, это следствие тех перемен, что произошли в минувшие месяцы. Главная новость, обсуждаемая светотехническим сообществом — это анонс серийных(!) белых светодиодов со светоотдачей 150 лм/Вт, параметр, достигнутый двумя лидирующими в этой области компаниями: Cree и Nichia. Во многом, событие было ожидаемо, все ждали преодоления этого технологического и отчасти психологического барьера. Практически все конкурентные преимущества светодиодов и светильников на их основе ранее сводились на «нет» из-за их низкой энергоэффективности. Для сравнения, лампы ДНаТ, освещающие большинство улиц Москвы, дают на выходе 130 люмен на ватт. Мои прогнозы — 2010 год станет переломным, если не сказать революционным, в мире светотехники. Рынок наружного уличного освещения имеет колоссальный потенциал. Кроме того, было четко сказано на самом высоком уровне: «Светодиодам быть». Поэтому сейчас только ленивый не осваивает энергосберегающие LED-технологии. А внедрить их в ЖКХ и выиграть крупные тендеры с соответствующими бюджетами хотят, к сожалению, даже ленивые. И здесь мы сталкиваемся с российской действительностью, чему свидетельством Научно-технический совет по светодиодам в жилищно-коммунальном хозяйстве, прошедший недавно в ООО «Мосэнергосбыт». Для меня этот день был потерян, поскольку я не узнал ничего нового — лишь выслушал очередную порцию рекламных прокламаций. Поразило другое. Компании, поочередно выступавшие с трибуны, зная, для чего они пришли в этот зал, на мой взгляд, даже не постарались убедить членов НТС в том, что их светильники самые лучшие. Я ждал такой информации, как: формирование защитного угла, формирование требуемой КСС, информацию о психологии восприятия света светодиодных ламп и светильников, и то, как все это решено в их изделиях (за это огромное спасибо Александру Полищуку). Однако почти все доклады гласили примерно следующее: «мы самые лучшие, вот экономические расчеты окупаемости». Да поймите же (для тех, кого обидело все вышесказанное): никому не нужны паровозы 19-го века с электродвигателем вместо котла. Меняется все — конструкция, материалы, принципы работы… Совсем недавно я спросил своего австрийского коллегу, светотехника: а каким, на твой взгляд, наиболее эффективным способом можно осветить здание в темное время суток? Ответ заставил меня серьезно призадуматься об уровне профессионализма и гибкости мышления зарубежных специалистов. «Одним из наиболее энергоэффективных способов был вариант использования уже имеющегося освещения в офисном здании. Мы использовали всего 1—2% от яркости установленных в нем ламп. Получилось эффектно, динамично и чрезвычайно дешево в плане потребления электроэнергии. В разы экономичнее, нежели освещать все здание снаружи мощными прожекторами».

Валерий Манушкин, главный редактор

Редакция

Руководитель проекта «Современная светотехника» и главный редактор Валерий Манушкин

ответственный секретарь Марина Грачёва

редакторы: Елизавета Воронина Виктор Ежов Екатерина Самкова Владимир Фомичёв

редакционная коллегия: Леонид Чанов Евгений Долин Борис Рудяк Владимир Фомичёв

реклама: Антон Денисов Ольга Дорофеева Елена Живова

распространение и подписка: Марина Панова Василий Рябишников

вёрстка, дизайн: Александр Житник Михаил Павлюк

директор издательства: Михаил Симаков

Адрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35; Санкт-Петербург, Большой проспект В.О., д. 18, лит. А; тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; тел./факс: (812) 336-53-85;

С ОД Е Р Ж А Н И Е #1, 2009

эл. почта: elecom@ecomp.ru, www.elcp.ru

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА: Мир электроники (Самара): 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: info@eworld.ru, www.eworld.ru. Радиоэлектроника 620107, г. Екатеринбург, ул. Гражданская, д. 2, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: info@radioel.ru, www.radioel.ru. ЭЛКОМ (Ижевск): г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: office@elcom.udmlink.ru, www.elcompany.ru. ЭЛКОТЕЛ (Новосибирск): г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (3832) 51-56-99, 59-93-31; е-mail: info@elcotel.ru, www.elcotel.ru.

Издательство «Электроника инфо» (Минск): 220015, г. Минск, пр. Пушкина, 29 Б; тел./факс: +375 (17) 251-6735; е-mail: electro@bek.open.by, electronica.nsys.by. IMRAD (Киев): 03113, г. Киев, ул. Шутова, д. 9, оф. 211; тел./факс: +380 (44) 495-2113, 495-2110, 495-2109; е-mail: imrad@tex.kiev.ua, www.imrad.kiev.ua

РЫНОК 4 Евгений Левин Редкий потребитель правит бал

ГОТОВЫЕ РЕШЕНИЯ 6 Андреас Данлер, Яна Мазуренко Основные принципы конструирования и расчета естественного освещения

КОНСТРУИРОВАНИЕ 16 Антон Булдыгин Оценка экономического эффекта применения вторичной оптики 18 Томи Кунтце Выбор оптики для светодиодов

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ СВЕТОТЕХНИКИ 22 Александр Балашов, Сергей Миронов Источники питания светодиодных систем освещения 25 Евгений Звонарев, Сергей Кривандин AC/DC-преобразователи Mean Well для питания мощных светодиодов 30 Сильвестро Фимиани Замена традиционной лампы накаливания: рекомендации по выбору светодиодного драйвера 32 Том Райбэрих, Джон Райбэрих Электронный балласт с регулировкой яркости и входным напряжением 24 В DC

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Подписано в печать 02.10.2009 г. Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 990 экз. Изготовлено ООО «Группа Море». г. Москва, Хохловский пер., д. 9. Тел.: +7 (495) 917-80-37.

36 Сергей Гвоздев-Карелин, Сергей Новожилов Системы управления освещением «ОСРАМ» для решения задач энергосбережения

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И МЕТРОЛОГИЯ 42 Российские светодиоды: нужно срочно формировать научные центры и приводить в порядок регуляторы рынка 45 Александр Терешкин Проблема стандартизации энергосберегающей светотехнической продукции в России #1 (01)

www.lighttech.ru

рынок

Редкий потребитель правит бал Ожидаемый взрыв применения светодиодных технологий порождает разнообразные дискуссии. В пору кризисного сокращения инвестиций популярны размышления о том, какие же приложения первыми массово прорвутся на потребительский рынок. Прорвутся — значит, будут востребованы.

Считается, что товар массово востребован тогда, когда созданы условия для его потребления. Самое действенное условие для роста потребления светодиодных систем освещения — запрет ламп накаливания. И этот пудовый аргумент уже пошёл в дело. Хорошо стимулирует потребителя повышение тарифов на электроэнергию или введение квот на потребление электроэнергии. Общественная потребность, пройдя стадию популяризации, постепенно превращается в моду, оформляется нормативными актами — и вот уже ярким дополнительным стимулом становится необходимость соблюдения запланированных требований о ежегодном сокращении потребления электроэнергии или внедрении инновационных технологий, т.е. к чисто материальным мотивациям добавляются другие, привычные чиновному люду. Итак, условия формируются. В равной степени они направлены на развитие не только полупроводникового света. Не будем забывать о других технологиях освещения, которые не сдали позиции, и наверняка не только займут в ближайшее время львиную долю открывающегося рынка, но и способны преподнести сюрпризы. История техники знает мало примеров единоличного поступательного и победного движения одной технологии. Обычно сходные цели достигаются несколькими параллельно развивающимися технологиями, какие-то из

www.lighttech.ru

них эволюционируют, какие-то развиваются вдруг и взрывным образом, какие-то угасают. Наглядным примером может служить спектр технологий производства энергии. Вряд ли можно определенно указать будущего абсолютного лидера: управляемый термоядерный синтез, атомная энергетика, гидро- или ветряная энергетика, производство энергии с помощью солнечных батарей, из нефти, газа, воспроизводимых биоресурсов, биологического газа… А недавно появились дополнительные аргументы в пользу гипотезы о том, что нефть имеет неорганическое происхождение, следовательно, может воспроизводиться и в настоящую историческую эпоху… Накладываясь на специфические географические и национальные условия, все эти технические тенденции порождают невообразимый набор возможностей развития энергетики. Общество мотивирует как производство дешевой энергии любыми способами, так и применение любых технологий энергосберегающего освещения. Но светодиодное освещение сегодня проходит стадию модного явления и не вполне готово немедленно воспользоваться стремлением человечества к экономии. Не готово в том смысле, что запрет ламп нака-

ливания увеличит потребление газоразрядных ламп существенно больше, чем светодиодных светильников. Произойдёт это потому хотя бы, что в стране нет нормативной базы светодиодного освещения, нет инженерных и производственных кадров, готовых к быстрому массовому производству тысяч вариантов светильников. Светодиодная техника переживает бурное становление на фоне как негативных (экономический кризис), так и весьма позитивных для неё тенденций, а также в окружении более подготовленных к массовому внедрению технологий энергосберегающего освещения. Для её успеха трудятся десятки тысяч людей, совершенствующих саму технологию полупроводникового света, а также десятки (пока) тысяч инженеров и конструкторов, разрабатывающих прикладные решения. Всем этим она не отличается от других технологий освещения. До тех пор, пока на сцене отсутствует ещё один персонаж торговой сделки: Потребитель. Роль потребителя ограничена на стадии зрелой технологии. Выбирая светильник, он голосует за его цену и дизайн, понимая, что лампу (накаливания или люминесцентную) выберет сам. Выбирая традиционный источник света, он хорошо представляет, чего ждать от до-

Евгений Левин, президент компании Rainbow Technologies (www.rtcs.ru, www.light.rtcs.ru) и генеральный директор минского офиса компании (www.rainbow.by) Руководитель совместного проекта компаний «Компэл» и Rainbow Technologies в области светодиодных приложений под названием «СВЕТОТРОНИКА» (www.svetotronica.ru).

рынок рогой лампы, поставляемой под известным брендом, или лампы подешевле, поставляемой малым или мало известным производителем. Со светодиодным светильником всё совершенно иначе. Светодиодный светильник является сложным техническим решением, в котором источник света — светодиодный модуль — не может быть отделен от конструкции светильника, в котором должно быть рассчитано и взаимно согласовано множество компонентов: требования по освещенности и оптика, светодиоды и источники питания для них, режимы работы светодиодов и условия их охлаждения, охлаждающие радиаторы и корпус светильника. Если что-то сделано неверно, последствия не очевидны, могут проявиться не сразу. Например, холодный радиатор вовсе не гарантирует хороших условий работы светодиода, а может быть следствием неправильного его крепления, при котором тепло с кристалла не поступает на радиатор в полном объеме. И светильник умрёт не через заявленные 60 тыс. ч., а вдвое, втрое быстрее. В силу сказанного, система традиционных критериев выбора товара потребителем перестаёт работать при выборе светодиодного светильника. Лампа накаливания Phillips — понятно и предсказуемо. А вот светильник со светодиодами Philips Lumileds — только гарантия того, что при правильной работе проектировщика светильника прибор проживёт долго. Заявляемый производителями светодиодов срок их службы при правильном проектировании оправдывает высокую стоимость изделий, но само качество проектирования не проверяется при выборе поставщика: потребитель просто не представляет, как такой товар приобретать. Важно ли это настолько, чтобы стать предметом обсуждения в сообществе разработчиков? Ответ очевиден. Пробиваясь к массовому потребителю, технология не должна быть дискредитирована. Представим себе ощущения заказчика, осветившего ули-

цу сотней пятисотдолларовых уличных светильников (всего-то с полкилометра), которые через два года начинают блекнуть и требуют замены. Ещё свежо в памяти с блеском прошедшее подведение итогов первого года эксплуатации, полученные поощрения, новые километры трассы, вопреки мнению скептиков оснащенные такими же недешёвыми светильниками, которые теперь уже гарантированно сулят неприятности в ближайшем будущем. Можно ли ответить на вопрос, когда эта организация рискнёт приобрести следующую партию светильников на светодиодах? Кто сегодня, когда стоимость светодиодных светильников относительно высока, а неестественно низкая стоимость электроэнергии не позволяет мгновенно реализовать преимущества их энергоэффективности, приобретает светодиодные светильники или модули для их производства? Ограниченный круг наиболее активных и чувствующих перспективу потребителей и производителей светильников, которые в ряде случаев сами активно формируют рынок своими инвестициями. Прямая заинтересованность сообщества разработчиков состоит в том, чтобы сохранить лояльность этой группы потребителей к новой технологии. Но важна и лояльность к правильному разработчику. Качественный светодиодный светильник, увы, пока не может стоить дёшево. Он должен быть собран на качественных компонентах, рассчитан с помощью средств компьютерного моделирования, построен с соблюдением всех элементов технологии, испытан в сертифицированной лаборатории по многим параметрам. Привлекаемые к его созданию люди должны иметь высокую квалификацию и адекватный рабочий инструмент. В стране, сохраняющей иллюзию доступности и дешевизны инженерного труда, обыденным считается выставить на рынок скорый и несовершенный продукт по невысокой цене. Готов ли потребитель к квалифицированному суждению? Речь даже не о го-

товности заплатить за качество более высокую цену, а о способности оценить представляемый продукт. Но ведь если заказ уходит не по адресу, не только дискредитируется технология, но лишается финансирования коллектив грамотных специалистов. Вот и получается, что на стадии становления новой технически сложной светодиодной технологии разработчик не только не может игнорировать потребителя, но обязан заниматься его образованием. Относительно редкий потребитель правит бал. Разработчики светодиодного освещения должны поддержать его веру в перспективу направления, а также должны постараться направить его инвестиции в нужный адрес. И это относительно новое качество взаимодействия субъектов рынка осветительного оборудования. Вывод с последствиями. Нужно не только быть компетентным, но и убедительно демонстрировать свою компетентность. Не только разрабатывать совершенные изделия, но и объяснять свою работу. Пофантазируем отвлеченно: что должен знать потребитель при выборе поставщика светодиодных решений? Предложу собственный вариант ответа: – нормативную базу освещенности в своей отрасли; – особенности светодиодного света, которые необходимо принимать во внимание в связи с тем, что действующая нормативная база не учитывает всех аспектов применения светодиодных светильников; – элементную базу предлагаемых решений, характеристики надежности и долговечности; – методы принятия решений: почему столько светодиодов, почему именно эти светодиоды, именно такие линзы, радиаторы и платы; – условия производства. И, поскольку потребитель может этого не знать, разработчик должен преподнести ему это знание. Если его интересует результат. Через непродолжительное время выдвинутся лидеры рынка, и можно будет оценить, насколько они разделяют изложенную в статье точку зрения.

Современная светотехника, #1 2009

готовые решения

Системы естественного освещения: основные критерии, примеры внедрения и расчета Добрый день, уважаемые читатели! Сегодня пойдет речь об инновационных системах освещения зданий. Мы расскажем не только о том, как правильно конструировать и внедрять такие системы, но и как освещать

вые фотографии, ни компьютерные визуализации не позволят ему в полной мере оценить освещение как внутри здания, так и снаружи. Кроме того, мы можем показать, каким будет освещение

в разное время суток, причем в реальном времени. С этой целью мы используем установку «Искусственное небо» (см. рис. 1). Вместе с макетом эта возможность является дополнительным аргу-

помещения, в которых использование естественного света не представляется возможным. Для начала мы кратко расскажем о себе, о том, как мы работаем, и на примерах покажем, чего можно достичь, используя естественное освещение.

Естественное освещение. Оно замечательно уже тем, что ничего не стоит. При этом наша главная задача — уметь управлять им. Поскольку одной из самых обсуждаемых тем в мире является глобальное потепление и колоссальные выбросы углекислого газа, внедрение энергосберегающих систем сейчас стало особенно актуальным. Наша Лаборатория находится в Австрии, недалеко от Инсбрука, существует с 1976 г. и насчитывает сейчас более 50 сотрудников. Лаборатория света Бартенбах — независимое бюро, которое занимается проектированием, но не производством систем освещения. В 2003 г. была основана Академия света Бартенбах. После успешного двухгодичного обучения новоиспеченные специалисты получают государственные дипломы об окончании этого заведения и степень Master of light and lighting («Магистр в сфере освещения»). Благодаря собственному научно-техническому отделу мы детально изучаем системы как искусственного, так и естественного освещения. В процессе работы мы визуализируем многие проекты с помощью реальных макетов. Для этого в нашей лаборатории есть мастерская, которая занимается их изготовлением. Для заказчика эта возможность очень важна, поскольку ни краси-

www.lighttech.ru

Рис. 1. Установка «Искусственное небо» и макет здания (фото Петера Бартенбаха) Андреас Данлер, дипломированный инженер-электрик, работает в Лаборатории света Бартенбах (Bartenbach LichtLabor) с 1989 г. До 1998 г. — руководитель отдела проектирования искусственного и естественного освещения. С 1998 г. Андреас отвечает за создание концептуальных дизайнерских идей, консультирует по техническим и инженерным вопросам. В качестве исполнительного директора по световому дизайну с 2003 г. отвечает за управление проектами. С 1998 г. преподавал в Институте интерьерного дизайна Штутгартского Университета. С 2003 г. преподает в Академии света Бартенбаха (Lichtakademie Bartenbach). С 2000 г. проводил семинары по освещению (для Архитектурной штутгартской ассоциации IFBAU, Технического колледжа Аугсбурга и т.д.)

Яна Мазуренко, светодизайнер С 2001 по 2008 гг. — консультант по вопросам освещения, торговый центр Lutz, Австрия. С 2006 по 2008 гг. — Академия света Бартенбаха, диплом MLL (Master of Light and Lighting). С 2008 г. по настоящее время работает в Лаборатории света Бартенбаха, светодизайнер в проектной группе.

готовые решения

Рис. 2. Система естественного освещения шанхайского банка в Гонконге (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

ется то, что дневной свет с помощью огромного отражателя перенаправляется внутрь помещения и через специальные призмы на крыше здания беспрепятственно проходит вниз (см. рис. 3).

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННО ГО ОСВЕЩЕНИЯ

Рис. 3. Система перенаправления естественного света внутри здания (макет) (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

ментом для более скорого и, что самое главное для нас, положительного решения. Еще одним подразделением, входящим в состав нашей лаборатории, является отдел изучения психологии восприятия, где изучаются и анализируются все аспекты восприятия света человеком. Как правило, такие проекты являются государственными и финансируются либо правительством Австрии, либо Евросоюзом. Первым проектом в области естественного освещения в начале 1980-х гг. для нас стал шанхайский банк в Гонконге (см. рис. 2). Его главной особенностью явля-

Какие критерии являются важными при проектировании естественного освещения? Их много, но основные среди них следующие. 1. Передача максимального количества дневного света в помещение, в котором находится человек. 2. Равномерное распределение света в помещении и практически полный отказ от искусственного освещения в светлое время суток. Отметим, что в одном из крупных проектов мы добились экономии примерно в 300 тыс. евро в год только за счет того, что искусственное освещение не использовалось днем. 3. Н е о б х о димо, чтобы в здание не проникало слишком много солнечного света. Освещенность рабочего места, например в офисе, должна составлять 300…700 лк. Освещенность на улице в пасмурную погоду составляет порядка 104 лк. Следует постоянно контролировать инфракрасную составляющую сол-

нечного излучения, из-за которой возникает чрезмерная тепловая нагрузка. Наша задача — осветить, но не нагреть. Тщательный расчет системы позволяет летом снизить затраты на энергопотребление, которое расходуется на кондиционеры. 4. Снижение слепящего воздействия света до комфортного уровня. 5. У людей в помещении не должен теряться визуальный контакт с внешней средой, с улицей. Например, если речь идет об окне, необходимо сохранить его основную функцию. Итак, ключевая проблема не в недостатке, а в излишке дневного освещения. Оно слепит и негативно влияет на работоспособность сотрудников офиса. Вам знакома такая ситуация? Яркий свет из окна делает информацию на мониторе неразборчивой. (см. рис. 4). При защите помещения от яркого света с помощью стандартных методов снижается слепящее воздействие света от окна, но при этом уменьшается уровень естественного освещения внутри комнаты. В настоящее время известно множество интеллектуальных систем, позволяющих защитить помещение от прямых солнечных лучей и перенаправить рас-

в одном из крупных проектов мы добились экономии примерно в 300 тыс. евро в год только за счет того, что днем не использовалось дневное освещение

Современная светотехника, #1 2009

готовые решения

Рис. 4. Типичная ситуация с освещением для многих офисов (фото Петера Бартенбаха)

сеянный дневной свет вглубь помещения. Рассмотрим два варианта освещения на примере офиса. На следующем фото (см. рис. 5) — офис с ламелями, которые перенаправляют свет вглубь помещения и снижают слепящее воздействие света от окна. Эта система была разработана в нашей лаборатории и применяется уже давно. Через потолок, покрытый материалом с высокой степенью отражения, дневной свет перенаправляется вглубь помещения. Потолок с этим же покрытием

мы используем для искусственного освещения. Видно, что на потолке нет ни одного светильника — они расположены внизу, благодаря чему искусственный свет падает под тем же углом, что и естественный. Таким образом, было реализовано качественное естественное освещение и одновременно с ним — искусственное. Следующий проект — штабквартиры корпорации Гензим (Genzyme), Кембридж, США (см. рис. 6.1). Это здание имеет 13 этажей, фасад полностью остеклен. В

Рис. 6.1. Атриум штаб-квартиры корпорации Гензим (Genzyme), Кембридж, США (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

www.lighttech.ru

Рис. 5. Правильно рассчитанное естественное освещение офисного помещения (фото Петера Бартенбаха)

центре здания — атриум, который распространяет свет по всему зданию. Для системы естественного освещения мы использовали как фасады, так и собственно атриум, и при этом осветили 90% всех рабочих мест здания. Для бокового освещения использовались уже упомянутые отражающие ламели. В облачную погоду система функционирует таким образом, что естественный свет перенаправляется вглубь офисов. Если же светит солнце и прямые лучи падают на фасад, система перенаправляет их, пропуская внутрь помещения только необходимую порцию света, не повышая тепловой нагрузки на офисные помещения. Это здание использует на 42% меньше электроэнергии, чем подобное ему. Мы очень гордимся тем, что оно получило платиновую награду Green Build — наивысшую оценку, свидетельство

Рис. 6.2. Люстра-призма, которая превращает свет в блики, «оживляющие» помещение (иллюстрация Академии света Бартенбахаа)

готовые решения

Рис. 7.1. Схема передачи света внутрь здания (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

качественного энергосберегающего проектирования зданий в Америке. Профессиональный подход к проектированию естественного освещения также внес свою лепту в эти 42%. Благодаря естественному освещению мы снизили, с одной стороны, дополнительное искусственное освещение до минимума, а с другой — добились того, чтобы энергия, потребляемая системой кондиционирования помещений, уменьшилась в разы. На следующей фотографии (см. рис. 7.1) представлен проект в разрезе. На крыше здания находятся призменные системы, которые перенаправляют свет. Это специальные акриловые платы, выполненные в виде призм. Если солнечные лучи попадают на призму под прямым углом, они отражаются назад. Если же свет падает под иным углом, он проходит через призму и проникает внутрь помещения, рассеиваясь внутри. Положение подвижных призм оптимизируется в соответствии с перемещением солнца. Работая над проектом, нам хотелось также создать визуально красивое помещение, то есть оживить его изнутри с помощью солнечного света. Мы выполнили не только функциональные задачи, но и оживили помещение за счет достаточного количества солнечного света. На крыше здания установлены гелиостаты — специальные отражатели, улавливающие солнечный свет и перенаправляю-

Рис. 7.2. Принцип действия призм, расположенных на крыше здания: рассеянный небесный свет проходит внутрь, а прямые инфракрасные лучи отражаются (фото Петера Бартенбаха)

щие его на дополнительный отражатель, который, в свою очередь, направляет его внутрь здания. На фото 7.2 — вид здания сверху вниз. Специальные призматические элементы, отражая солнечный свет, распределяют его хаотическим образом, благодаря чему у находящихся в здании людей возникают положительные эмоции даже на первом этаже. Заходя в это здание, вы сразу попадаете в уютную атмосферу. Благодаря тому, что атриум оживлен солнечными «зайчиками», не чувствуется, что над вами еще 13 этажей. Для того чтобы естественный свет максимально эффективно поступал вниз, на стены всех этажей нанесено высокоотражающее (степень отражения более 90%) алюминиевое покрытие, благодаря которому свет не теряется, а максимально эффективно перенаправляется вниз. Следует заметить, что в следующем проекте мы впервые

употребили призматические системы в таком большом количестве — крыша была покрыта ими практически полностью. Это здание немецкого Парламента в Бонне. Видно, как выглядит помещение внутри, его потолок (см. рис. 8). Если здания расположены слишком близко друг к другу, то возможность передачи естественного света на первые этажи, выходящие во внутренний двор (см. рис. 9), очень невелика. В данном проекте, который был выполнен в Мюнхене, одна стена внутреннего двора была полностью покрыта высокоотражающим алюминием, благодаря чему удалось перенаправить дневной свет вниз двора и удвоить уровень освещения. Эти подвижные ламели (см. рис. 10) тоже следуют за солнцем, поэтому независимо от того, где оно находится, дневной свет отражается вниз двора. Благодаря этому решению у нас появилась возможность осветить офисные помещения на первом этаже та-

Современная светотехника, #1 2009

готовые решения

Рис. 8.1. Система естественного освещения немецкого Парламента в Бонне (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 8.2. Конструкция светопропускающего потолка (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 9. Транспортировка света во внутренний двор зданий, расположенный близко друг к другу (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 10. Подвижные ламели (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 11. Система естественного освещения в аэропорте г. Цюрих (фото Петера Бартенбаха)

www.lighttech.ru

Рис. 12. Схема проема для транспортировки света (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

готовые решения ким количеством дневного света, которое отвечает принятым нормам. Во многих зданиях для передачи внутрь естественного света можно обходиться следующими проемами (см. рис. 11, 12). Это обыкновенный проем без каких-либо установок. Если в нем укрепить отражатели из алюминия, то количество естественного освещения под этим проемом увеличится в три раза. Так был выполнен проект здания аэропорта Цюриха. Благодаря отражателям слепящее воздействие не возникало даже под углом — см. вид снизу вверх (рис. 13).

Рис. 13. Вид снизу для передачи света (фото Петера Бартенбаха)

Следующий проект (см. рис. 14) был сдан в прошлом году. Это третий терминал сингапурского аэропорта Чанги. Наша лаборатория занималась как искусственным, так и естественным освещением в рамках данного проекта. Только благодаря снижению уровня потребления искусственного освещения за год удалось сэкономить более 3 млн кВт электроэнергии. Таким образом, за этот период в атмосферу не поступило 2400 т углекислого газа, выбрасываемого при выработке электричества, или при работе двигателей более чем 900 автомобилей. Это огромное здание. Площадь одной только его крыши занимает более 65 тыс. кв. м. Архитектурная идея заключалась в создании световых проемов в виде парусов. На основе этой идеи мы попытались реализовать естественное освещение в здании и построили модель

Рис. 14. Третий терминал сингапурского аэропорта Чанги (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 15. Макет третьего терминала сингапурского аэропорта Чанги (фото Петера Бартенбаха)

для проверки количественных показателей. Макет был выполнен в масштабе 1:33 (см. рис. 15). Мы проверили его качественные характеристики в установ-

ке, имитирующей естественное освещение. Она называется «Искусственное небо» и имеет диаметр 6 м (см. рис. 1). Подобные макеты можно размещать вну-

Современная светотехника, #1 2009

готовые решения

Рис. 16. Прямоугольные проемы для транспортировки света (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 17. Крыша аэропорта с вмонтированными «Крыльями бабочки» (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 18. Транспортировка света в здание аэропорта днем (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

Рис. 19. Транспортировка света в здание аэропорта в темное время суток (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

www.lighttech.ru

три нее и проверять любое освещение, возникающее в светлое время суток. Как уже отмечалось, заказчик может легко и быстро принять решение на основе модели. На всей площади крыши было установлено более 900 таких прямоугольных проемов (см. рис. 16). Каждый из них имеет один подвижный элемент, который мы с любовью назвали «крыльями бабочки» благодаря сходству конструкции с крыльями этого насекомого (см. рис. 17). Если небо облачное, элемент перпендикулярен к площадке и открыт. Если же прямой солнечный свет попадает на проем, лопасти прикрываются. Даже если солнце стоит высоко и его лучи падают перпендикулярно, «крылья бабочки» раскрыты таким образом, что полностью перекрывают проем (см. рис. 18). Внутри помещения очень светло, поскольку элементы на 20% перфорированы. Определенное количество солнечного света беспрепятственно поступает вниз, создавая оптимальную освещенность внутри помещения. Благодаря этим лопастям мы смогли намного снизить светонагрузку, отразив наружу основное количество прямых солнечных лучей. Конечно, в Сингапуре бывает и темное время суток, когда требуется искусственное освещение. Мы укрепили источники света внутри этого проема (см. рис. 19). Большим плюсом этого решения является то, что тепловая нагрузка из-за искусственного освещения отсутствует. Техническое обслуживание выполняется очень просто, потому что его можно проводить и снаружи

готовые решения

Рис. 20. Устройство «крыльев бабочки» (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

помещения. Чтобы снять слепящее воздействие естественного освещения, перенаправить его вниз, был создан проем параболического типа. В данном случае снова использовалось высокоотражающее свойство алюминия. На рисунке 20 — устройство параболического проема и крыльев бабочки . По фотографиям общего плана видно, что дневное освещение не слепит (см. рис. 21). Только туда, где внутри здания находится оранжерея с пальмами, поступает дозированный, более яркий солнечный свет (см. рис. 22). Лишь некоторые проемы выполняют такую функцию, поскольку мы хотели избежать повышенной светонагрузки. Чтобы чувствовать солнце, светлый день, хорошую

Рис. 21. Естественное освещение не слепит (фото Петера Бартенбаха)

погоду, достаточно и этих элементов. На этом фото видно (см. рис. 23), как небольшая световая труба позволяет освещать, например, подземную парковку. Благодаря этому освещению у человека пропадает ощущение того, что он находится в подземном пространстве. На рисунке 24 видна верхняя часть световодов, выведенная на улицу.

ИМИТАЦИЯ ДНЕВНОГО СВЕТА Естественно, мы не можем не рассказать и о тех случаях, когда невозможно использовать дневное освещение внутри зданий. Поэтому мы применяем материалы, которые имитируют дневной свет. С помощью алюминиевых потолков мы создаем ощуще-

Рис. 23. Естественное освещение на подземной парковке (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 22. В оранжерее дозировано увеличено количество естественного света

Рис. 24. Верхняя часть световодов подземной парковки (фото Петера Бартенбаха)

Современная светотехника, #1 2009

готовые решения

Рис. 26. Конструкция вторичной оптики «светодиодного потолка» (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

Рис. 25. Помещение, освещенное «светодиодным потолком» (фото Петера Бартенбаха)

Рис. 27. Визуализация светового потока, формируемого оптикой светодиода (иллюстрация Академии света Бартенбаха)

Рис. 28. Искусственное светодиодное освещение «дневной» цветовой температуры (фото Петера Бартенбаха)

www.lighttech.ru

ние дневного света, поскольку помещение кажется выше в два раза. Видно, что в такие алюминиевые потолки можно встраивать практически незаметные глазу системы искусственного освещения. Они выполнены на светодиодной основе (см. рис. 25). Такую светодиодную систему мы разработали в лаборатории — через небольшие отверстия диаметром 8 мм можно освещать все помещение (см. рис. 26, 27). Разработанные модули используются и для белых потолков: вы видите пример помещения, которое освещено исключительно с помощью светодиодов, работающих в режимах «дневное освещение» и «вечернее освещение». В данном случае важно то, что вечером свет более мягкий и те-

Рис. 29. Искусственное светодиодное освещение «теплой», вечерней цветовой температуры (фото Петера Бартенбаха)

плый, чем днем (см. рис. 28, 29). Таким образом, в помещении, где нет солнечного света, система поддерживает психофизиологический баланс человека, работу его внутренних биологических часов. Другой вариант — использование не глянцевых и не матовых материалов, а материалов с призменным, зубчатым поперечным сечением. Видно (см. рис. 30), что высота потолка в данном случае невелика, но при первом взгляде кажется, что она намного больше. Светильники расположены на стене. Благодаря микроструктуре потолка свет падает под прямым углом вниз. Положительный эффект от такого освещения в том, что высота помещения кажется намного большей, чем на самом деле. Что ж, естественно, в рамках одной статьи нам трудно раскрыть все тонкости конструирования и применения систем естественного освещения. Но мы надеемся, у нас еще будет возможность выступить на страницах журнала «Современная светотехника». До новых встреч!

Рис. 30. Благодаря специальному покрытию потолка высота помещения визуально увеличивается (фото Петера Бартенбаха)

конструирование

Оценка экономического эффекта применения вторичной оптики Антон Булдыгин, инженер «Светотроника» В статье рассматриваются техникоэкономические

аспекты

применения

вторичных оптических систем для светодиодов. Предложена методика оценки экономического эффекта применения вторичной оптики.

В светотехнике линзовые оптические коллимирующие системы начали широко применяться относительно недавно. Конечно, использование линз в проекционной технике известно давно, но стоимость их производства из кварцевого стекла достаточно высока, т.к. используемые технологии связаны с высокоточной механической обработкой и применением дорогостоящих шлифпорошков и полиритов из редкоземельных элементов. Поэтому развитие линзовых светотехнических систем тесно связано именно с развитием технологий производства на основе оптических органических материалов. Появление мощных светодиодов также значительно стимулировало эту отрасль. Несколько десятков производителей постоянно развивают свою номенклатуру, и сейчас на рынке представлены самые различные оптические системы, обеспечивающие разнообразные кривые силы света (КСС). Очевидно, что оптическая система наравне со световой отдачей способна значительно влиять на энергоэффективность того или иного решения. Но, к сожалению, основной проблемой для российского разработчика становится вопрос первичных затрат клиента. Применение дополнительных элементов в изделии, увеличивающих его стоимость, более чем нежелательно. Поэтому для экономического обоснования применения вторичной оптической системы будет полезно знать, как связаны физические и экономические параметры этого компонента. Это, в свою очередь, позволит сделать вы-

www.lighttech.ru

бор в пользу оптимального решения для той или иной задачи.

МЕТОДИКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ Размер полезного пятна рассеяния для широкого угла первичной оптики светодиода фактически ограничивается диаметром, внутри которого на заданной поверхности сохраняется требуемая освещённость. Всё остальное излучение тратится либо на рассеянный свет, либо на так называемый избыточный свет. Таким образом, в некоторых приложениях интереснее отталкиваться именно от этого «полезного» диаметра, оставляя на долю избыточного света как можно меньше излучения. Для света же рассеянного иногда полезно пользоваться самим помещением: диффузным отражением от стен, пола и прочих поверхностей. Такой «полезный» диаметр опытный инженер вполне сможет получить, исходя из данных, приведённых производителем светодиода. Далее следует определить полный угол половинной яркости для этого диаметра, конечно, исходя из расстояния от источника света до освещаемой поверхности. Получив представление об этом угле, нетрудно подобрать вторичную оптику, но при этом следует учитывать, что сила света по краям пятна рассеяния будет убывать согласно некоторой кривой добротности. Т.к. добротность вторичной оптики с узким углом пространственного распределения силы света выше, чем у оптики с широким углом, то разумно выбрать угол несколько более широкий, чем угол, соответствующий «полезному» диаметру. Так можно подобрать практическую замену пятну рассеяния светодиода без оптики или оптимизировать выбор вторичной оптики, увеличив при этом энергоэффективность всей системы. Однако оценить это более точно можно только через сравнение освещённостей двух вариантов решения задачи.

Известно, что освещённость — это световой поток, распространяемый на определённой площади. Удобно получать её через силу света, т.к. именно этот параметр напрямую зависит от телесного угла, внутри которого распространяется поток фотонов. Очевидно, что существует такой телесный угол, разница которого с первичным углом излучения источника удваивала бы освещённость, т.е. угол, при котором освещённость была бы равна удвоению количества светодиодов, не вооружённых вторичной оптикой. Из курса физики известно, что сила света равна потоку излучения, распространяемому в некотором телесном угле:

Для простоты понимания распишем преобразования величины полного угла половинной яркости в величину телесного угла:

или , где θ — полный угол половинной яркости, обычно указывается производителем в техническом описании на продукцию. Т.к. при фиксированном потоке излучения изменить силу света можно только изменив угол распространения излучения, то для решения нашей задачи необходимо понимать, на сколько градусов нужно уменьшить полный угол половинной яркости, чтобы, например, вдвое и более раз уменьшить телесный угол, сформированный первичной оптикой светодиода. Произведя несложное преобразование, получим:

или ,

конструирование Таблица 1. Коэффициенты целесообразности для некоторых ценовых категорий оптики Стоимость вторичной оптики у.е. 0,5 1 1,5 Коэффициент целесообразности 0,9 0,75 0,6

где N — степень уменьшения телесного угла пространственного распределения силы света. Несложно определить, что для светодиода с первичным полным углом половинной яркости 120° уменьшение телесного угла вдвое выльется в уменьшение полного угла приблизительно на 38°. Т.е. использование в этой системе линз или рефлекторов с углом пространственного распределения силы света 82° даст тот же эффект, что и удвоение количества светодиодов. Однако следует учесть, что оптика обладает потерями, характеризуемыми величиной оптической эффективности, поэтому формула силы света для линзовых систем будет иметь следующий вид: . Величина оптической эффективности, как правило, указывается производителем оптики в техническом описании на продукцию. Вооружившись этим методом, можно оценивать не только применение вторичной оптики в пересчёте на количество невооружённых оптикой светодиодов, но и применение различных по своим характеристикам оптических систем относительно друг друга. Теперь, когда физика этого анализа описана, приступим к анализу экономическому.

МЕТОДИКА ТЕХНИКОЭКОНОМИ ЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ Итак, вполне очевидно, что для экономического анализа самы-

2 0,35

ми важными параметрами выступают количество компонентов и стоимость их монтажа. Из этого следует несложный расчёт: , где N — количество источников света в изделии. Для системы, в которой вторичная оптика не используется, параметр Соптики будет, соответственно, равен нулю. Тогда логично предположить, что экономический эффект достигается в случае, когда стоимость изделия, оснащённого вторичной оптикой, становится ниже стоимости изделия, в котором оптика не используется. Это происходит в некоторой точке, которую можно условно обозначить как точку целесообразности применения компонента, в данном случае вторичной оптики. Проанализировав сумму стоимостей, можно прийти к выводу, что в большинстве случаев только одна переменная в ней будет решающей — это стоимость самой вторичной оптики. Все прочие переменные будут иметь фиксированное значение для каждого конкретного случая. Тогда не трудно предположить, что именно эта переменная будет определять некоторый угол половинной яркости, которому соответствует точка целесообразности применения оптики. Данные, приведённые в таблице 1, рассчитаны для некоторых значений стоимости

вторичных оптических систем. Разумеется, что рассчитывать этот коэффициент было бы правильным в каждом конкретном случае, но на практике вполне достаточно и оценочных значений. Теперь, когда нам известны коэффициенты целесообразности (условно назовём их так), самое время оценить их физический смысл. По сути, этот параметр показывает, на сколько должно сократиться количество светодиодов при применении вторичной оптики, чтобы обеспечить экономический эффект. Выше мы уже установили связь между количеством светодиодов и изменением телесного угла, внутри которого распространяется поток излучения. Введя в эту формулу значение коэффициента целесообразности, мы получим некоторый телесный угол, внутри которого будет располагаться зона экономической эффективности решения:

или . Этот метод полезно применять для оценки эффективности оптики со сверхширокими углами пространственного распределения силы света или для выбора наиболее выгодного решения из двух сравнительно близких по значению такого угла оптических систем. Метод актуален при расчёте технико-экономического обоснования систем общего внутреннего освещения, акцентного освещения и различных специальных приложений.

Вечный огонь на Украине заменили светодиодным фонариком Старый добрый вечный огонь, который горит на десятках монументов, раскиданных на постсоветском пространстве, кажется, обрёл новое, более высокотехнологичное воплощение. В городе Черкассы на Украине уже достаточно давно стоит такой монумент, воздвигнутый в память павших во Второй Мировой Войне советских солдат. До недавнего времени факел в руках женской фигуры горел настоящим, живым огнём, но сейчас его заменили светом диодов.

Факел превратился в некий конус с подобием языков пламени на его стенках, а основание факела, надо полагать, теперь служит в качестве хранилища аккумуляторов для диодов. С одной стороны, использование новых технологий в социальной сфере можно приветствовать (да и экономия газа налицо), с другой — наверняка найдутся и противники такого решения, ведь речь идёт не о фонарном столбе, а о памятнике погибшим героям. По материалам www.3dnews.ru

Современная светотехника, #1 2009

конструирование

Выбор оптики для светодиодов Статья посвящена оптическим элементам и системам для светодиодных источников света. Даны определения основным параметрам оптических устройств. Рассмотрены основные особенности различных типов оптических элементов, а также приведены примеры их использования.

При проектировании светодиодных источников света всегда возникает вопрос о выборе его оптических характеристик. Как это всегда бывает на заре развития технологии, и светодиодная техника не является исключением, подобрать лучшие компоненты для удовлетворения предъявляемым требованиям может оказаться непросто. Главная причина заключается в том, что нет или не хватает стандартов. В результате между производителями возникают разногласия в трактовке параметров, что в свою очередь приводит к выбору неподходящего или не самого оптимального элемента. Ввиду указанных причин очень важно однозначно понимать такие характеристики, как ширина угла половинной яркости (FWHM — full-width-at-halfmaximum), оптическая эффективность, материалы и жизненный цикл изделия, чтобы потребителям было проще понять, для каких задач лучше использовать тот или иной элемент, а также как правильно сделать выбор.

ОПТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Оптическая эффективность элемента обычно определяется путем сопоставления выходного и входного светового потока, проходящего через заданные оптические поверхности. Пусть у нас есть светодиод с коллиматорной линзой (см. рис. 1). С помощью фотометрической сферы измерим общий световой поток, испускаемый светодиодом. Затем положим исследуемую линзу на светодиод так, чтобы она покрывала все поверхности кроме излучающей.

www.lighttech.ru

Томи Кунтце (Tomi Kuntze) , глава LEDIL OY Получил степень магистра наук в Техническом университете Финляндии в 1993 г. С тех пор он работает с пластмассовыми изделиями, обработанными с высокой точностью. Последние 10 лет целиком посвятил себя разработке оптических систем для светодиодов высокой мощности. Кунце является соучредителем финской высокотехнологичной компании LEDIL OY, основная деятельность которой связана с разработкой оптических решений мирового уровня для светодиодов.

Ее завесим черным поглощающим цилиндром. Проведем повторный замер светового потока. Эффективность линзы равна отношению двух измеренных потоков, умноженному на 100, чтобы получить результат в процентах. По значению эффективности можно судить о качестве оптической системы с точки зрения способности удерживать свет. К примеру, для хороших линз этот показатель достигает 91%. Однако опираться полностью только на значение эффективности не стоит, поскольку этот параметр не дает информации о том, сколько света проходит через требуемую площадь или угол. Другими словами, нельзя выделить «полезную» эффективность элемента. Для ее определения необходимо измерить другие параметры.

КРИВАЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ СВЕТА В осветительной технике очень важно оценивать общую форму кривой распределения силы света (или КСС). Эта кри-

Рис. 1. Измерение оптической эффективности в фотометрическом шаре

вая обычно строится в плоскости декартовых или полярных координат. Она характеризует систему в целом и дает представление о работе оптического элемента. Например, она показывает, насколько узконаправлен луч света, будут ли затененные области или какова относительная интенсивность в направлении 0° по отношению к интенсивности при угле 30°. Для симметричной оптики, когда пик светового потока приходится на середину кривой распределения света, угол половинной яркости (FWHM) определяется как угол, при котором интенсивность освещения падает на 50% от максимального значения. Многие производители измеряют также 10% значение, то есть угол, при котором освещение падает до 10% от максимального значения. Это чрезвычайно полезный параметр, особенно для светодиодов с очень узкой областью распределения света. Чем ближе уровни 10% и 50% пикового значения, тем более сфокусирован луч света и тем в меньшей степени он рассеивается на другие области пространства. Может возникнуть вопрос, почему надо использовать два уровня, 10% и 50%, почему только FWHM недостаточно? Причина заключается в том, что значение FWHM само по себе неоднозначно. Следовательно, использование этого параметра может привести к неверным результатам. Рассмотрим пример. Пусть у нас есть две линзы (см. рис. 2).

конструирование Допустим, линза А имеет относительно плохую оптическую эффективность и, кроме того, сравнительно большая доля света рассеивается за пределы центральной части луча, то есть уровень 10% пикового значения имеет широкий угол. В этом случае форма кривой пространственного распределения силы света имеет характерный вид, когда не наблюдается пика посредине, но форма холма сохраняется. Измерив ширину на половине высоты пика, получаем ± 5°. Допустим, у линзы В очень высокая оптическая эффективность и точно сфокусированный луч так, что значение 10% имеет малый угол. Как видно из рисунка 2, кривая распределения света для линзы В имеет очень высокий максимум. Однако несмотря на разницу кривых, значение угла FWHM у них одинаково. Как это получается? Совмещая абсолютные (не относительные) кривые для линз А и В, получаем, что линза В дает в 5 раз больше света, чем линза А, а величины углов на расстоянии половинной яркости у них совпадают. Следовательно, нельзя сравнивать линзы только по этому параметру, поскольку он не дает информации о том, сколько света распределяется под определенным углом или на определенной площади. Для объективной оценки нужен еще один параметр, например, ширина пика на уровне 10% от максимального светового потока.

ВЕЛИЧИНА кд/лм

Получив значение оптической эффективности, ширины пика на уровнях 50% и 10% от максимального потока, а также отношение кд/лм, можно полагать, что система полностью охарактеризована. Кандела на люмен (кд/лм) — это очень важная величина, поскольку она характеризует абсолютную высоту пика на кривой распределения света. Другими словами, она позволяет сравнить кривые распределения нескольких оптических систем на одной шкале, чтобы выбрать ту, которая имеет самый высокий пик в заданном направлении. Однако следует помнить, что показатель кд/лм всегда рассматривается в контексте с другими параметрами, о которых мы говорили, поскольку этим от-

Рис. 2. Кривые распределения двух различных линз

ношением сравнительно легко манипулировать так, чтобы сделать его выше, однако при этом непременно портятся эффективность и форма кривой распределения. Есть много примеров, когда светодиод очень ярко освещает центр помещения, а остальные области затенены.

ФАЙЛЫ IES И EULUMDAT Традиционно в осветительной промышленности для характеристики продуктов составляются файлы в формате IES или EULUMDAT. По запросу эти файлы предоставляются и на оптические элементы для светодиодов. По сути, эти файлы представляют собой оцифрованные версии кривых распределения света, которые мы рассматривали выше. Они содержат всю необходимую информацию: эффективность, ширина пика на уровне FWHM и 10%, отношение кд/лм и т.п. Следует помнить, что запрашивать лучше измеренные данные с указанием используемых элементов и методов измерения, а не моделированные результаты. К сожалению, некоторые компании работают только с теоретическими данными. В некоторых случаях это позволяет получить более хорошие характеристики и ввести разработчиков в заблуждение.

ПЛАСТИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Чрезвычайно важно использовать только те оптические элементы, которые изготовлены из

качественных пластиковых материалов и имеют все необходимые документы. В обычных приложениях рекомендуется использовать материалы для автомобильных или медицинских систем, такие как PMMA (акриловый материал) и PC (поликарбонат). Эти материалы хорошо проверены и документированы, имеют высокую долговечность и не изменяют характеристики в течение срока службы. Они могут работать 10—20 лет непрерывно. Неспециализированные материалы не могут выдержать тех условий, которые создаются внутри источника света: УФ излучение светодиодов, прямое воздействие солнечного света, влажность и т.д. Если пластик некачественный, связи в молекулах разрушаются, что изменяет взаимодействие между ними и характеристики вещества. Очевидно, не стоит использовать и дешевые линзы из полистирола или SAN (Styrene Acryl Nitride) и других подобных материалов. Еще один важный тип оптических устройств — пластмассовый отражатель с металлическим напылением и защитным элементом, предохраняющим его от воздействия окружающей среды. Для всех этих дешевых материалов характерен их малый вес по сравнению с PMMA или РС. Этим же объясняется и низкая цена за килограмм. Кроме того, они имеют высокую скорость формовки. Очень часто изначальная низкая цена может оказаться обманчивой при долгосрочном

Современная светотехника, #1 2009

конструирование

Рис. 3. Разнообразие светодиодных источников света

использовании — линзы желтеют, мутнеют, или металлическое покрытие становится матовым, и эффективность и цвет света изменяются. Кроме того, оптические характеристики таких линз обычно хуже, чем у аналогичных устройств, изготовленных из более качественных материалов, в том числе из-за низкого качества материалов формовки.

ОСОБЕННОСТИ СВЕТОДИОДНОЙ ОПТИКИ Многие компании производят так называемые оптические линзы общего назначения, которые подходят для различных типов светодиодов и регулируются только по высоте, чтобы попасть в фокальную плоскость. При использовании этих линз в источниках света, имеющих не такую структуру, на которую они были изначально рассчитаны, их характеристики портятся. В лучшем случае ухудшается только эффективность, отношение кд/лм и изменяется форма кривой распределения. Хотя на первый взгляд может показаться, что они светят хорошо. Степень ухудшения характеристик зависит от того, насколько сильно отличается данный осветительный прибор от того, для которого линза была предназначена. Невозможно создать оптическую систему, подходящую для абсолютно всех типов светодиодов (см. рис. 3). Единственный оправданный способ изготовления оптики — разрабатывать ее отдельно для каждого источника света. Конечно, это более дорогостоящий путь, поскольку инструменты для изготовления инжекционных оптических форм очень дороги, а время проектирование велико, однако только в этом случае будет достигнуто наибольшее значение

www.lighttech.ru

Рис. 4. Различие в форме луча у линз с разным диаметром

кд/лм, а эффективность источника света превысит 90%.

ОТЛИЧИЯ МЕЖДУ ЛИНЗАМИ РАЗНЫХ ТИПОВ В первом приближении можно сказать, что чем проще и более регулируемо требуемое распределение света, тем лучше характеристики источника света. На практике часто чисто коллиматорная линза имеет самые лучшие характеристики. Изготавливая оптические версии того же коллиматора, но, например, заменяя верхнюю поверхность, мы рискуем снизить эффективность источника, причем степень ухудшения зависит от сложности замены и качества обработки измененных поверхностей на станке. В худшем случае потери могут быть ощутимыми, и эффективность падает на 10—15%. Высокий уровень эффективности (выше 90%) можно достичь, с помощью линз LEDIL’s STRADA. Однако чем сложнее оптический элемент, тем ниже его эффективность. Таким образом, сравнивать можно только оптические устройства одного типа и размера, в противном случае результаты будут необъективными.

РАЗМЕР ОПТИКИ ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ В общем случае чем больше оптический элемент, тем более высокая у него точность и лучше характеристики (см. рис. 4). Однако важно понимать, что крупногабаритные элементы стоят дороже, и во многих приложени-

ях преимущество светодиодов заключается как раз в уменьшении размера источника света или, наоборот, освобождении дополнительного места для других компонентов устройства, например электронной схемы. С годами некоторые размеры элементов стали стандартными. Первое, что приходит в голову, — это так называемые линзы с диаметром 21 мм. Этот размер оказался оптимальным для точечных светодиодных источников света, таких как Luxeon Rebel, Cree XP, Osram Oslon или Nichia 119. Характеристики этих линз оптимальны, они не станут лучше, если увеличить диаметр. Если же, наоборот, уменьшить диаметр до 16 мм, то оптическая эффективность по-прежнему будет превышать 90%, однако отношение кд/лм немного упадет за счет пропорционального увеличения размера осветительного прибора по отношению к диаметру линзы. Дальнейшее уменьшение диаметра до 10 мм и меньше приведет к снижению эффективности, поскольку источник света станет слишком большим по отношению к линзе, и она не сможет ухватывать полный поток. Если быть точными, то в этом случае эффективность составит 80—85%. Как правило, для многих современных светодиодов диаметр 21 мм оказывается достаточным для большинства приложений. Тем не менее, часто инженеры выбирают линзы меньшего размера, 16 мм или менее 10 мм, чтобы уместить больше светодиодов

конструирование на той же площади или по другой причине. Следует заметить, что увеличение размера до 26 мм или 30 мм и более требуется обычно только в особых случаях, когда необходимо добиться очень узкого луча света с шириной угла пространственного распределения силы света FWHM 3…4° или в сложных системах, когда свет отражается системой из нескольких оптических элементов.

ОТРАЖАТЕЛЬ ИЛИ ЛИНЗА? Для всех современных миниатюрных источников света с 1—4 кристаллами и первичной линзой в качестве вторичной оптики лучше использовать только линзы. Объяснение простое: лучом света, фокусируемым линзой, можно легко управлять. Регулировка производится по крайней мере в трех три плоскостях. У рефлекторов такая плоскость только одна, а у системы рефлекторов — две. Эффективность линз повышается, если оптическая система спроектирована с использованием технологий создания произвольных форм. В общем случае с помощью линзы можно поднять эффективность передачи света до 90% и выше, однако в некоторых сложных задачах удается достичь лишь 85%. С помощью металлических поверхностей коэффициент отражения рефлектора также можно довести до 90%, однако свобода управления лучом здесь гораздо уже, чем в случае линз. Отражатель следует использовать в габаритных источниках света, или когда источник света составлен из нескольких кристаллов, объединенных общим слоем люминофора. Примером таких источников света является большинство светодиодов Citizen и Bridgelux. Если бы в них применялась линза, она была бы очень большой по размеру. Поскольку это слишком дорого, то целесообразно использовать отражатель или систему отражательных элементов. Тогда недостатки с оптической точки зрения восполняются преимуществами по стоимости и температурным характеристикам источника света.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИ ПОВ ЛИНЗ Довольно часто требуемое распределение света обеспечивается

с помощью нескольких стандартных линз. В качестве примера можно привести фары автомобиля, в которых один источник света используется для обеспечения ближнего, дальнего и дневного света. Не имеет смысла решать все три задачи с помощью одного оптического элемента — это очень дорого и сложно. В архитектурном освещении источники света с несколькими оптическими системами используются тогда, когда необходимо осветить не только фон, но и выделить какой-либо объект. Это можно сделать, например, используя прицельную линзу для объекта и широкоугольные линзы для общего освещения пространства вокруг объекта.

Другими словами, простота сборки никогда не должна обеспечиваться за счет снижения точности позиционирования. Во многих случаях помогают клей или установочный штифт. Однако с распространением светодиодных источников света возросла потребность в более производительных решениях. Одним из таких решений стало применение клейкой ленты высокого качества или использование фиксационных крючков с предохранителем, которые пропускаются через печатную плату и пристегивают к ней оптический элемент. Единственная сложность этого способа заключается в достаточно точном определении толщины печатной платы. С дру-

Рис. 5. Форма луча одиночной линзы (слева) и форма луча при комбинировании линз (справа)

Другой хороший пример — уличное освещение. На рисунке 5 показаны требования, предъявляемые в различных ситуациях. Единое оптическое решение в этом случае подобрать сложно. Вместо этого предлагается набор стандартных элементов, комбинируя которые можно получить любое распределение света. Это более простой и гибкий подход, однако он подразумевает наличие широкого выбора линз, который может предложить только несколько производителей.

СТОИМОСТЬ СБОРКИ Одной из важнейших задач при проектировании оптических систем является попытка уменьшить стоимость сборки изделия с сохранением точности расстановки элементов. Общее правило заключается в том, что чем выше оптическая эффективность элемента, тем более чувствителен он к правильному расположению.

гой стороны, это наиболее дешевое решение из всех существующих.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Оптические элементы для светодиодных источников света играют важную роль. Для разработчиков очень важно правильно трактовать характеристики оптических элементов, чтобы обеспечить лучшие свойства источника при минимальной стоимости. При проектировании оптической системы «с нуля» необходимо предусматривать много факторов и тщательно подходить к анализу параметров того или иного решения. Кроме того, необходимо помнить о разногласиях в информации, предоставляемой различными производителями. ЛИТЕРАТУРА 1. Tomi Kuntze. All facts for choosing LED optics correctly//LED professional review, сентябрь-октябрь 2009 г.

Современная светотехника, #1 2009

силовая электроника для светотехники

Источники питания светодиодных систем освещения Александр Балашов, инженер по применению, «Компэл» Сергей Миронов, инженер по применению, «Компэл»

Свет. Свет в нашем сознании прочно связан с Солнцем. Но когда день заканчивается, включаются миллионы небольших искусственных «солнц», и эта ассоциация меняется. Меняется, как и принципы работы и технологии этих крошечных «солнц». В первых искусственных источниках света использовался огонь. Настоящая революция в искусственном освещении произошла в эпоху массовой электрификации, в результате которой основным источником света стала лампа накаливания, работавшая от сетевого напряжения и не требовавшая каких-либо дополнительных устройств. Но у столь привычного простейшего источника света есть два существенных недостатка — небольшой срок службы (в среднем около 1000 ч) и очень низкая энергоэффективность (до 15 лм/Вт). Это обстоятельство заставило искать новые типы источников света, которые позднее пополнились люминесцентными, газоразрядными и совсем экзотическими индукционными (безэлектродными) лампами. Получающие все большее распространение люминесцентные источники света крайне небезопасны для экологии в силу содержащейся в них ртути и требуют утилизации после окончания срока службы, что влечёт за собой дополнительные расходы. В настоящее время мы стоим на пороге новой революции — на смену разнообразным типам ламп приходит полупроводниковый светодиод. Уже сейчас один из мировых лидеров в производстве светодиодных источников, компания Cree, разработала и серийно выпускает мощные осветительные светодиоды с рекордной на сегодняшний день светоотдачей 132 лм/Вт (и конкурирует с лучшими показателями металлогалогенных и натриевых ламп). Этот показатель растёт из года в

www.lighttech.ru

год, поэтому в будущем именно полупроводниковая светотехника получит набольшее распространение. Однако для работы нового источника света необходимо обеспечить питание стабилизированным током, поскольку светодиод является токовым прибором: из вольтамперной характеристики (см. рис. 1) следует, что при не-

при выборе следует учесть диапазон рабочих напряжений, характеристики энергоэффективности драйвера, степени IP-защиты, температурные режимы работы и др. На практике мы обычно имеем дело с таким источниками питания как электросеть 220 В/50 Гц, аккумуляторы, батареи, блоки питания. Светодиод можно подклю-

Рис. 1. Вольтамперная характеристика мощного светодиода

значительном изменении напряжения на светодиоде величина проходящего через него тока меняется на существенную величину. Причин изменения падения напряжения на кристалле светодиода может быть несколько — это и температурная зависимость падения напряжения, которая лежит в довольно широких пределах (достигая значения 7 мВ/К), и естественная деградация полупроводникового материала в процессе эксплуатации. Учитывая это, следует стабилизировать именно протекающий через светодиод ток, а не приложенное к нему напряжение. При разработке осветительного прибора или системы освещения неминуемо встаёт вопрос о выборе источника и схемы питания. На сегодняшний день производители драйверов для светодиодов предлагают огромный ассортимент продукции. Это как маломощные решения в компактных корпусах для подключения одного или нескольких светодиодов, так и мощные модели до нескольких сотен ватт; как источники питания с небольшим значением стабилизированного выходного тока, так и доходящие до нескольких ампер. Кроме того,

чить к источнику напряжения по схеме рисунка 2, при этом ток в цепи следует ограничить рези-

Рис. 2. Подключение светодиода к источнику напряжения

стором, сопротивление которого рассчитывается по формуле R = (Uвх — Uпр)/Iном. Отсюда следует, что светодиод совместно с резистором является элементом, обеспечивающим стабилизацию тока. Но, учитывая температурную зависимость прямого падения напряжения на светодиоде, эта схема не обеспечит нужную стабилизацию тока при эксплуатации в широком диапазоне температур (–30…40°С). Приведённая схема имеет ещё один существенный недостаток — по причине высоких ра-

силовая электроника для светотехники

Рис. 3. Источник тока Glacial LC7034

бочих номинальных токов присутствуют значительные потери энергии в резисторе, что снижает общий КПД системы. Именно поэтому используются источники тока, обеспечивающие в подключаемой нагрузке стабилизированный ток, а не напряжение, при изменении параметров цепи в определённых пределах. Источник тока по электрическим параметрам характеризуется диапазонами входного и выходного напряжений, значением стабилизированного выходного тока и минимальной и максимальной выходной мощностью. Светодиоды, как и любые элементы электронной цепи, могут быть включены в последовательную или параллельную цепочки. Второй случай чаще всего представлен последовательнопараллельным соединением, при этом проходящий ток в каждой ветви следует выровнять дополнительным резистором, а суммарный выходной стабилизированный ток и мощность выбранного источника тока должны быть достаточными для обеспечения работы параллельных цепей в расчётном режиме. Однако необходимо иметь в виду, что выход из строя одного или нескольких светодиодов в ветви приведёт к её полному выходу из строя или протеканию в ней повышенного тока. Первый вариант будет более пагубным для последовательнопараллельной цепи, особенно с небольшим количеством параллельных ветвей (2—3) при протекании в них токов, близких к максимальным. Существуют драйверы с несколькими параллельными выходами с постоянным током. Они хоть и немного дороже, но позволят осуществить

независимое питание нескольких цепочек одновременно. Это повысит надёжность установки в тех случаях, когда это крайне необходимо: выход одной цепи из строя никак не скажется на работе других. При использовании в приборе небольшого количества светоизлучающих диодов суммарной мощностью от нескольких до нескольких десятков ватт можно использовать бюджетные модели источников питания от Glacial (см. рис. 3) мощностью от 3 (LC3512) до 16 Вт (LC3554) с выходным током 350 мА и от 4 Вт (LC7006) до 18 Вт (LC7034) со значением стабилизированного тока 700 мА (характеристики драйверов Glacial по сериям сведены в таблице 1). В качестве альтернативы применяются источники питания Eaglerise (см. табл. 2) мощностью от 1 Вт (SPL01SS) до 18 Вт (ELP18x1LS) с выходным током 350 мА и от 3 Вт (SLP03SS1, ELP1x3PS) до 24 Вт (ELP8x3LS) со значением стабилизированного тока 700 мА. Также маломощные модули LEDUNIA0350C12F и LEDUNIA0700C12F (см. рис. 4)

мощностью 4 и 8 Вт, соответственно, представлены компанией Philips Advance (сравнительные данные по источникам питания Philips Advance приведены в таблице 3). Для питания более энергоёмких изделий (от 30 Вт) можно применить модульные источники питания Philips Advance до 150 Вт (серия LEDINTA0350C425FO при токе 350 мА) и Inventronics до 200 Вт (серия EUC-200SxxxST при токе от 700 мА). Продукты компании Inventronics покрывают гораздо больший диапазон источников питания по мощности и стабилизированному выходному току, чем указано в таблице 4. Градации по току и мощности имеют небольшой шаг, что позволяет более тонко подходить к выбору драйвера для любых применений. При создании решений, реализующих динамическое изменение светового потока, применяются источники питания с регулируемым освещением. Такая функция предоставляется большинством производителей. Особенностью ELP30-50LSD от

Таблица 1. Драйверы Glacial с фиксированными выходными токами Серия LC3512-xx LC3536-xx LC3554-xx LC7006-xx LC7012-xx LC7021-xx LC7034-xx LD3510-12 LD7012-12 LD3520-24 LD7012-24

Uвх, В 90…264 90…264 90…264 90…264 90…264 90…264 90…264 12 12 24 24

Iвых, мА 350 350 350 700 700 700 700 350 650 350 650

Uвых, В 3…12 3…36 10…54 3…6 3…12 3…21 3…34 3…10 3…12 3…20 3…12

Pвых макс, Вт 3 8 16 4 6 9 18 2 9 5 9

Таблица 2. Драйверы Eaglerise с фиксированными выходными токами Наименование SLP01SS SLP03SS SLP03SS1 ELP6x3LS ELP18x1LS ELP8x3LS ELP30…50LSD ELP10x1LS ELP4x3LS ELP2x3LS ELP6x1LS ELP1x3PS ELP3x1PS ELP3x1LS ELP3x3CS ELP9x1CS

Uвх, В 100…240 100…240 100…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 220…240 100…240 100…240 100…240

Iвых, мА 350 350 700 700 350 700 700 350 700 700 350 700 350 350 700 350

Uвых, В 0,5…4 0,5…10 0,5…4 12…30 30…72 15…36 21…35 18…36 9…16 3…8 12…24 3…4,5 3…10,5 3…10,5 3…10,5 3…31,5

Pвых max, Вт 1 3 3 18 18 24 30 10 12 6 6 3 3 3 9 9

Dimming — — — — — — + — — — — — — — — —

IP 65 65 65 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 65 65

Современная светотехника, #1 2009

Размер, мм 38×26,4×21 38×26,4×21 38×26,4×21 140×45×27,5 140×45×27,5 140×45×27,5 140x45x27,5 115×45×27,5 115×45×27,5 88×39×22,5 88×39×22,5 66×36×22 66×36×22 41×38×21,5 ∅55×22,1 ∅55×22,1

силовая электроника для светотехники Eaglerise является возможность работы с внешним димме ром, который обеспечивает управление по срезу заднего фронта полуволны. Inventronics также имеет в своём арсенале устройства управления освещением (см. табл. 5), например серии EUC040SxxxDS мощностью 40 Вт. Условия эксплуатации готового прибора накладывают на выбор источника питания определённые ограничения. Для использования в светильнике внутри помещения с нормальной температурой и влажностью подойдёт любой источник питания. В этом случае нет необходимости прибегать к драйверам с защитой большей, чем IP20, а в некоторых случаях можно использовать и бескорпусные модели. В случае наружного применения светильника рабочий температурный диапазон источника питания должен удовлетворять годовому перепаду температур (обычно –30…40°С). Также желательно использовать источник с повышенной степенью защиты — от IP65, например. Вся линейка драйверов Inventronics имеет IP-защиту, которая позволяет применять их в наружных установках. Это предупредит неприятные последствия воздействия проникающей в корпус светильника влаги. Обзор источников питания для светодиодов будет неполным, если не сказать о драйверах в интегральном исполнении, требующих для своей работы некоторой дополнительной обвязки из радиоэлектронных элементов. Светодиоды как миниатюрные и очень экономичные источники света получили широкое распространение в системах с крайне ограниченными запасами энергии, а именно, в портативных устройствах. Эта ниша и была занята интегральными драйверами, имеющими минимальные размеры, а работа от автономных источников питания обусловила преимущественное использование низких входных напряжений. Однако существуют интегральные микросхемы и для высоковольтных решений. Производителей таких электронных компонентов в мире великое множество, но мы остановимся на трех из них: Zetex, Macroblock и Supertex. Продукция первых двух производите-

www.lighttech.ru

лей ориентирована в основном на применение в низковольтных установках. Zetex является одним из лидирующих производителей драйверов в интегральном исполнении для светодиодов, чья продукция используется во всем спектре изделий. Драйверы характеризуются максимальным выходным напряжением до 60 В при токе 1 А (ZXLD1362). Максимальный выходной ток 2 А при напряжении 18 В обеспечивается драйвером ZXLD1320. Драйверы Macroblock серии MBI18xx в зависимости от модели имеют 1, 2 или 4 канала, обеспечивающих выходные токи 1200, 360 и 240 мА, соответственно. Регулировка тока в выходной цепи осуществляется внешним резистором. Компания Supertex, помимо производства светодиодных интегральных драйверов для низковольтных приложений, занимается также разработкой и изготовлением высоковольтных решений. Диапазон рабочих напряжений драйвера HV9910 лежит в пределах 8…450 В. На выходе обеспечивается стабилизированный ток 350 мА при напряжении 40 В.

Рис. 4. Источник тока Philips Advance LEDUNIA0350C12F

Драйверы являются важнейшей частью любого светотехнического прибора или системы и к их выбору стоит подходить с не меньшим вниманием, чем к выбору светодиодов или оптики. Они призваны обеспечить расчётные параметры электрической схемы осветительного прибора во всём диапазоне предусмотренных при проектировании режимов работы. Их стоимость, как правило, составляет значительную часть от общей стоимости системы, и верный подбор источников питания обеспечит не только бесперебойную работу прибора на долгие годы, но и позволит свести к минимуму ресурсоёмкость изделия.

Таблица 3. Драйверы Philips Advance с фиксированными выходными токами Наименование 913700181303 913700181403 913700181603 913700193803 913700194903 913700704303 LEDINTA0350C425FO LEDINTA0700C210FO LEDUNIA0350C12F LEDUNIA0700C12F

Uвх, В 120…240 120…240 120…240 120…240 120…240 120…240 120…240 120…240 120…277 120…277

Iвых, мА 350 700 1750 350 700 3150 350 700 350 700

Uвых max, В 2,6 … 32,6 2,8…24,6 2,8…24,6 2,8…33 2,8…24,6 2,8…25,5 120…425 60…210 2,8…12 2,8…12

Pвых max, Вт 12 17,2 40,8 12 17 80 150 147 4 8

КПД, % 80 80 80 80 80 80 90 90 90 90

IP 20 20 20 66 66 66 66 66 20 20

Размер, мм 132x30x21,8 132×30×21,8 83×67,3×33,8 132×34,2×25 132×34,2×25 212×43,2×29,5 241×58,4×41 241×58,4×41 65×35×23 65×35×23

Таблица 4. Драйверы Inventronics с фиксированными выходными токами Серия EUC-025SxxxPS EWC-030SxxxSS EUC-040SxxxPS EWC-050SxxxSS EUC-060SxxxST EUC-075SxxxST EUC-100SxxxST EUC-200SxxxST

Uвх, В 90…305 90…264 90…305 90…264 90…305 90…305 90…305 90…305

Iвых, мА 350, 450, 620, 700, 1050 350, 450, 700, 1250 350, 450, 700, 1050 350, 450, 700 350, 450, 700, 1050 350, 450, 700, 1050 350, 450, 700, 1050 700, 1050, 2100

Uвых max, В 72…24 86…24 114…36 142…72 170…58 214…70 286…95 285…95

Pвых max, Вт 25 30 40 50 60 75 100 200

КПД, % 83…85 83…85 87…88 84…86 90…91 90…92 91…92 91…92

IP Размер, мм 66 78×80×25 67 162×42,5×34,5 66 95×70×32 67 162×42,5×34,5 67 150×67,5×37 67 150×67,5×37 67 194×67,5×37 67 238×79,5×46

Таблица 5. Драйверы Inventronics с возможностью регулировки освещения Наименование EUC-040S035DS EUC-040S045DS EUC-040S070DS EUC-040S105DS

Uвх, В 90…305 90…305 90…305 90…305

Iвых, мА 350 450 700 1050

Uвых max, В 114 89 54 36

Pвых max, Вт 40 40 40 40

КПД, % 85 84 83 83

IP 66 66 66 66

Размер, мм 95×70×32 95×70×32 95×70×32 95×70×32

силовая электроника для светотехники

AC/DC-преобразователи Mean Well для питания мощных светодиодов Евгений Звонарев, инженер-консультант, ЗАО «Компэл» Сергей Кривандин, техн. рук. отд. «Источники питания», ЗАО «Компэл»

Мощные и сверхъяркие светодиоды постепенно начинают вытеснять привычные источники света (например, люминесцентные, галогенные и лампы накаливания). Высокая надежность, простота управления, малые габариты светодиодных светильников все больше привлекают дизайнеров и разработчиков новых систем освещения. Для питания светодиодных светильников во многих случаях удобнее всего использовать обычную сеть с переменным напряжением 220 В. В то же время светодиоды — это низковольтные полупроводниковые приборы. К тому же, для их питания, обеспечивающего длительный срок службы, необходимо стабилизировать протекающий через них ток. Дело в том, что незначительные изменения прямого напряжения на светодиоде вызывают резкие скачки тока через светодиод. Это наглядно иллюстрирует рисунок 1, на котором в качестве примера приведены вольтамперные характеристики полноцветного RGBW (Red, Green, Blue, White — красный, зеленый, синий, белый) светодиода серии MC-E фирмы Cree. Буква W подчеркивает, что светодиоды этой серии обеспечивают и белое свечение. Кроме того, падение напряжения на светодиодах разных цветов довольно сильно различается. Например, прямое напряжение на красном светодиоде примерно в 1,5 раза меньше, чем у синего (или белого) или зеленого светодиода. Этот фактор необходимо учитывать при последовательном включении светодиодов, т.к. при последовательном включении светодиодов разных цветов

суммарное падение напряжения может отличаться на 50%. Еще одна очень важная причина, заставляющая питать светодиоды именно стабилизированным током — это зависимость светового потока от протекающего через светодиод тока. Эту зависимость используют при необходимости регулировки силы света светодиодного светильника или для получения различных цветовых оттенков свечения в полноцветных RGBW-светодиодах. Однако в большинстве случаев требуется стабильное равномерное свече-

ние источника света. В качестве примера на рисунке 2 приведены зависимости светового потока для светодиодов разных цветов на примере серии MC-E компании Cree. Из графика на рисунке 2 видно, что для изменения светового потока светодиодов серии MC-E в пределах 20—100% ток светодиода должен изменяться в диапазоне 100…350 мА.

ВАРИАНТЫ ПИТАНИЯ МОЩНЫХ СВЕТОДИОДОВ Рассмотрим особенности применения источников питания со

Рис. 1. Зависимости прямых падений напряжения от тока для светодиодов разных цветов

Рис. 2. Зависимости светового потока от прямого тока через светодиоды разных цветов

Современная светотехника, #1 2009

силовая электроника для светотехники

Рис. 3. Варианты схем включения мощных светодиодов

Рис. 4. Матричное включение светодиодов

стабилизированным выходным напряжением или стабилизированным выходным током для питания мощных светодиодов. Преимущества использования источников питания со стабилизированным током приведены на рисунке 3. В простейшем случае применяют обычные источники питания со стабилизированным выходным напряжением, включив резистор последовательно для задания тока через светодиоды. Этот случай отличается низкой эффективностью и плохой стаби-

www.lighttech.ru

лизацией тока, что нежелательно при использовании мощных светодиодов. Второй вариант — подключение интегральной схемы драйвера светодиодов к выходу этого же источника питания (см. среднюю часть рисунка 3). Этот вариант, несомненно, лучше первого, но требует применения и установки дополнительного драйвера светодиодов, что усложняет конструкцию и повышает цену. Для питания мощных светодиодов оптимален третий вариант с использованием AC/

DC-преобразователей со стабилизированным выходным током (см. нижнюю часть рисунка 3), что позволяет отказаться от внешних компонентов (резистора или интегральной схемы драйвера светодиодов) и добиться простоты подключения светодиодов, удобства эксплуатации и снижения стоимости всей системы. Однако даже этому варианту присущи недостатки из-за ограниченности выбора мощности источников питания с токовым выходом. На рисунке 4 показано матричное включение светодиодов из нескольких параллельно включенных цепей. При этом светодиоды с одинаковыми номерами включены параллельно. Матричное включение исключает гашение всей светодиодной цепочки при выходе из строя одного из светодиодов, т.к. ток протекает через параллельно включенные соседние светодиоды. Недостаток матричной схемы включения при подключении нескольких цепей светодиодов — необходимость подключения определенного количества последовательных цепей. Количество светодиодных цепей на рисунке 4 равно 18 (6,3/0,35 = 18). К сожалению, не всегда возможно обеспечить матричное включение светодиодов: оно недопустимо, если светодиоды

силовая электроника для светотехники имеют разные цвета свечения и, как следствие, разные значения падения напряжения на светодиодах.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ MEAN WELL СО СТАБИЛИЗИРОВАННЫМ ВЫ ХОДНЫМ ТОКОМ Номинальное значение прямого тока современных мощных светодиодов достигает 1750 мА (максимальный — до 2500 мА). Для питания таких светодиодов от сети 220 В/50 Гц нужны соответствующие модули питания (модульные AC/DC-драйверы, AC/DC-преобразователи). Компания Mean Well выпускает специализированные AC/DCпреобразователи со стабилизированным выходным током со следующими значениями: 350, 700, 1050, 1400 и 1750 мА. Основные параметры источников питания Mean Well с токовым выходом приведены в таблице 1. AC/DC-преобразователи серии LPC имеют широкий диапазон рабочих температур –30…70°С. Кроме того, они имеют универсальный вход 90…264 В AC и встроенную защиту от повышенного входного напряжения до 300 В в течение 5 с. Необходимо учитывать, что указанный в таблице 1 стабилизированный выходной ток гарантируется только при суммарном падении напряжения на светодиодах в соответствующем диапазоне напряжений. Например, для LPC-20-350 выходной ток 350 мА гарантируется только при попадании в диапазон напряжения на нагрузке 3…48 В. Источники питания серии LPC предназначены для уличного освещения, т.е. наружной установки. Поэтому их корпуса имеют степень защиты IP67: это полная защита от пыли при допустимом частичном или полном погружении в воду на глубину 15 см…1 м. По просьбе наших клиентов мы составили интегральную таблицу, которая позволяет наглядно сравнить между собой разные степени защиты IP (см. рис. 5). Источники питания Mean Well для светодиодного освещения имеют высокую степень защиты от внешних климатических воздействий от IP64 до IP67. Все остальные источники питания этой компании обладают защитой по IP20.

Рис. 5. Расшифровка стандартов защиты электрооборудования IP (Ingress Protection)

Таблица 1. AC/DC-преобразователи Mean Well со стабилизированным выходным током

Выходная мощность, Вт

Параметры выхода

LPC-20-350

350 мА при U = 3…48 В

200

LPC-20-700

700 мА при U = 3…30 В

200

LPC-35-700

700 мА при U = 9…48 В

200

LPC-35-1050

1050 мА при U = 9…30 В

200

LPC-35-1400

1400 мА при U = 9…24 В

200

LPC-60-1050

1050 мА при U = 9…48 В

200

LPC-60-1400

1400 мА при U = 9…42 В

200

LPC-60-1750

1750 мА при U = 9…34 В

200

Точность, % Пульсации, мВ

Современная светотехника, #1 2009

КПД, %

силовая электроника для светотехники Таблица 2. AC/DC-преобразователи Mean Well для питания светодиодов

Серия

Серия/мощность

HLG

HLG-100(H) HLG-120(H) HLG-150(H) HLG-185(H) HLG-240(H) HLG-300(H)

CLG

ККМ**

ГермеКор- тизация Диапазон рабочих IP*** пус компаунтемператур,°С дом

Особенности

Есть

Металл

Есть

IP67

–30…70

• с буквой «Н» — вход 90…305 В AC • без буквы «Н» — вход 90…264 В AC • высокий КПД до 94% • возможность регулировки выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока

CLG-60 CLG-100 CLG-150 Есть

Металл

Есть

IP67

–30…70

• высокий КПД до 91% • сертификаты UL/CUL/TÜV/CE • возможность регулировки выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока

CEN* CEN-60 CEN-75 CEN-100

Есть

Металл

Нет

IP66

–30…70

• высокий КПД до 91% • экономичный класс 2 для светодиодных источников питания • возможность регулировки выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока

PLN

PLN-20 PLN-30 PLN-45 PLN-60 PLN-75 PLN-100

Есть

Пластик

Нет

IP64

–30…50

• сертификаты UL/CUL/TÜV/CE • возможность регулировки выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока (серия PLN-20 допускает регулировку только тока ограничения)

PLC

PLC-30 PLC-45 PLC-60 PLC-75 PLC-100

Есть

Пластик

Нет

IP20

–30…50

• подключение входных и выходных проводов с помощью клемм • сертификаты UL/CUL/TÜV/CE • возможность регулировки выходного напряжения и уровня ограничения выходного тока

ULP-100 ULP-150

Металл Есть (без крышки)

Нет

IP20

–30…70

• подключение входных и выходных проводов с помощью клемм • допустимо входное напряжение до 300 В AC в течение 30 с • допускается перегрузка по выходу до 300% в течение 30 мс

PLP

PLP-20 PLP-30 PLP-45 PLP-60

Открытый Есть (без корпуса)

Нет

IP20

–30…70

• низкая цена • открытое исполнение • возможность установки уровня ограничения выходного тока

ELN

ELN-30 ELN-60 ELN-100

Нет

Пластик

Нет

IP64

–20…60

• опция «D = димминг» — управление выходом с помощью управляющего напряжения • опция PWM — управление выходом с помощью ШИМ

LPC LPV

LPC-20 LPC-35 LPC-60 LPV-20 LPV-35 LPV-60

Нет

Пластик

Есть

IP67

–30…70

• LPV — Constant Voltage Mode — серия со стабилизированным выходным напряжением • LPC — Constant Current Mode — серия со стабилизированным выходным током

LPH

LPH-18 LPHC-18

Нет

Пластик

Есть

IP67

–25…70

• LPH — Constant Voltage Mode — серия со стабилизированным выходным напряжением • LPHC — Constant Current Mode — серия со стабилизированным выходным током

ULP

*CEN — для этой серии производитель предоставляет только предварительную информацию **ККМ — корректор коэффициента мощности ***IP — Ingress Protection — стандарты защиты корпуса от воздействия воды (или влаги) и твердых предметов

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ МОЩ НЫХ СВЕТОДИОДОВ Компания Mean Well выпускает несколько серий источни-

www.lighttech.ru

ков питания для светодиодного освещения. Их основные параметры представлены в таблице 2.

В таблице 2 приведены как выпускаемые сейчас, так и перспективные серии, планируемые к производству в ближайшее

силовая электроника для светотехники САЙТ CATALOG.COMPEL.RU  ЭФ ФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫБОРА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Для быстрого поиска источников питания по заданным параметрам лучше всего воспользоваться сайтом catalog.compel.ru. На этом сайте представлено большинство электронных компонентов, поставляемых компанией «Компэл». Для параметрического поиска сначала нужно выбрать тип компонента. Например, для поиска источников питания для светодиодов необходим следующий путь: Модульные ИП → ИП для LED. В этом случае на сайте появится окно (см. рис. 6) с возможностью задания требуемых параметров: Для параметрического поиска рекомендуется использовать программу для просмотра сайтов (обозреватель) Google Chrome. Работа в ней ускоряет поиск в несколько раз. Для поиска AC/ DC-преобразователя с выходной мощностью 100 Вт от производителя Mean Well необходимо задать выходную мощность 100 Вт, бренд — MW, склад — «Только на складе». После задания этих параметров получим результаты поиска, показанные на рисунке 7. Для ознакомления с возможностями поиска на catalog.compel.ru требуется нажать кнопку «Помощь» в левой верхней части главной вебстраницы этого сайта. После выбора наименования подходящей по параметрам позиции открывается окно, в котором указано наличие на складе и цены компонента в зависимости от количества. Вопросы по продукции и поиску на сайте catalog.compel.ru можно задать, написав письмо по адресу help@compel.ru.

Рис. 6. Окно поиска источников питания для светодиодов с возможностью задания конкретных параметров

Подробную информацию о рассмотренных в статье источниках питания можно найти на сайте производителя www.meanwell.com или запросить у официального дистрибьютора — компании «Компэл» www.compel.ru. Рис. 7. Результаты поиска источников питания для светодиодов компании Mean Well с выходной мощностью 100 Вт

время. Большинство источников питания для светодиодного освещения имеет рабочий диапазон температур –30…70°С, но необходимо обязательно учитывать зависимость выходной мощности от температуры, так

как температурный диапазон полной выходной мощности всегда меньше указанного в таблице 2. Производитель приводит эти графики в документации для каждой серии AC/DC-преоб разователей.

ЛИТЕРАТУРА 1. Источники питания для светотехники и светодиодных светильников//Новости электроники, №17, 2008. 2. Новые источники питания Mean Well. Год 2008//Электронные компоненты, №8, 2008. 3. Источники питания для светодиодных дисплеев и наружной световой рекламы// Электронные компоненты, №10, 2007.

Современная светотехника, #1 2009

силовая электроника для светотехники

Замена традиционной лампы накаливания рекомендации по выбору светодиодного драйвера Сильвестро Фимиани (Silvestro Fimiani), менеджер по маркетингу продукции, Power Integrations Inc. В статье освещены вопросы получения высокого КПД при замене стандартных ламп накаливания на светодиодные и совместимости этих решений с существующими схемами фазового затемнения.

На рынке устройств освещения происходят большие изменения. Сегодня многих интересуют пути замены стандартных 60 Вт ламп накаливания на более энергоэффективные решения с использованием светодиодов. Это обусловлено известными и объективными факторами: КПД светодиодов в 10 раз больше, чем у ламп накаливания, время работы светодиодов — около 100 тыс. ч. — фактически не предполагает дальнейших затрат на замену и обслуживание осветительного оборудования. Потенциал светодиодного освещения очевиден. Так, в США уже переходят на использование светодиодных светильников во всех правительственных зданиях. Серьезность намерений США подтверждается тем фактом, что для скорейшего развития данной отрасли Конгресс назначил премию в 10 млн долл. за создание

альтернативы лампе накаливания под стандартный патрон. Однако новая лампа должна содержать не только светодиоды, но и светодиодный драйвер (источник питания), что ставит перед разработчиками довольно непростую задачу, учитывая жесткие ограничения по габаритам и шумовым характеристикам. Эффективность лампы должна превышать 90 лм/Вт, поэтому эффективность источника питания критична для создания успешного решения. Чтобы обеспечить распространение света, светодиодная лампа должна содержать 12 или более светодиодов. Яркость светодиода является функцией от проходящего через него тока, типовое номинальное напряжение светодиода — 3,4 В с диапазоном 2,8…4,2 В. Светодиоды в лампе соединены последовательно, т.е. драйвер должен обладать функцией работы на постоянном токе (СС — Constant Current) в широком диапазоне напряжений. Недавний прорыв в технологии производства преобразователей напряжения позволил строить светодиодные драйверы при использовании минимального числа компонентов. К примеру, преобразователь, разработанный компанией Power Integrations Inc. (см. рис.1), использует все-

Рис. 1. Схема tapped-buck-преобразователя на базе LNK605DG

www.lighttech.ru

го 16 компонентов. Данная схема спроектирована для работы в диапазоне входных напряжений 85...265 В АС, что предоставляет возможность использования лампы в любой стране мира. Ключевые преимущества топологии tapped-buck — это меньшие габариты печатной платы, меньшие габариты дросселя и больший КПД (>80% для 4,2 Вт), чем у изолированного обратноходового преобразователя. Фильтрация ЭМИ тоже более простая в силу того, что генерация помех идет меньше. На рисунке 1 представлен tapped-buck-преобразователь на основе микросхемы LNK605DG (семейство LinkSwitch-II Power Integrations). При использовании технологии tapped-buck нагрузка соединяется последовательно с дросселем (в данном случае обмотки 1—4 и 7—8) и ключевым элементом (встроенный в U1 MOSFET-транзистор на 700 В). При запирании ключа энергия, запасенная в T1, индуцирует ток в выходной обмотке (выводы 7—8). Ток выходной обмотки увеличивается коэффициентом трансформации и течет с выходной обмотки через выпрямляющий диод D1 и нагрузку. Микросхема U1 работает на частоте 88 кГц, что обусловливает минимизацию габаритов дросселей и конденсаторов. В режиме постоянного напряжения (CV — Constant Voltage) схема генерирует 12 В ±5% с током до 350 мA при переключении в режим постоянного тока (СС). Это нормальный режим работы для светодиодной нагрузки — 350 мA ±10%. Ключом здесь является контроллер, встроенный в U1. Обратная связь использует напряжение со вспомогательной обмотки (выводы 5—6) T1. Для поддержания режима СС не требуется шунтирующий резистор. Кроме того, в схеме отсутствует оптопара или вторичная цепь контроля. Метод контроля компенсирует изменения пара-

силовая электроника для светотехники метров дросселя и других компонентов, а также изменения входного напряжения. В начале каждого рабочего цикла ключ U1 отпирается, ток начинает течь через U1, и при достижении внутреннего уровня ограничения ключ U1 запирается. При этом энергия, запасенная в T1, индуцирует ток выходной обмотки, что поддерживает его стабильность от цикла к циклу. Конденсатор C1 фильтрует ток нагрузки и удаляет из него шумовую компоненту. Релейный метод контроля ключа и частота переключения варьируются в зависимости от напряжения обратной связи на выводе FB. В режиме СС, т.к. выходное напряжение, а, соответственно, и напряжение обратного хода, растет, растет и напряжение вывода FB. Это снижает частоту переключения, поддерживая, таким образом, постоянный выходной ток. В режиме CV контроллер управляет выходным напряжением релейным методом. Благодаря переключению в режим СС в схеме реализована защита от превышения максимального выходного напряжения. При возникновении неполадки и росте температуры LNK605DG выше максимальной (142°C) активируется интеллектуальная тепловая защита. Описанная схема представляет собой одно из наиболее эффективных решений для замены традиционной лампы накаливания. Оно совместимо с ЭМИ стандартами EN 55015 класса B, имеет запас в 10 дБ. На данном уровне мощности требования стандарта Energy Star могут быть выполнены благодаря технологии valley-fill. К сожалению, она потребует установки дополнительных пассивных компонентов, что увеличит размер платы и снизит общий КПД. Более того, Energy Star ввел предложение, что все светодиодные лампы должны поддерживать функцию фазового затемнения. Добавление этой функции требует дополнительной цепи, что также скажется на КПД. Однако функция фазового затемнения может быть добавлена за счет использования цепи для определения фазы нарастающего напряжения, генерируемого симистором. Пример такой цепи представлен на схеме buck-

Рис. 2. Схема buck-boost-преобразователя 9 Вт, использующего технологию valley-ﬁll для улучшения коэффициента мощности

boost-преобразователя на рисунке 2. Преобразователь buck-boost, показанный на рисунке 2, обеспечивает режим постоянного выходного тока до 9 Вт с максимальным выходным напряжением до 70 В, диапазоном входного напряжения 108…132 В АС и включает функцию фазового детектирования для использования с симисторными схемами контроля затемнения. Пассивный корректор коэффициента мощности (valley-fill) дает источнику питания коэффициент мощности более чем 0,2, что полностью соответствует стандарту Energy Star SSL (твердотельные светильники) для коммерческого применения. Высокое выходное напряжение позволяет увеличить КПД и компенсировать дополнительные потери на технологии valley-fill. Преобразователь также соответствует стандарту ЭМИ — EN 55015B. Микросхема LinkSwitch-TN (U1) использует релейный метод контроля силового ключа, описанный выше. В этой схеме шунтовой резистор R11 генерирует напряжение на светодиоде оптопары U2A. Это сигнал обратной связи, который прикладывается на вывод FB микросхемы U1 через фототранзистор U2B и резистор R12. Диоды VR1, VR2 и резистор R14 служат для ограничения выходного напряжения в режиме «без нагрузки» на уровне 80 В. Логика фазового детектирования использует преимущества релейного метода управления силовым ключом для контроля угла фазы симистора и запрета переключения силового ключа для снижения тока нагрузки и, соответственно, затемнения.

Диод D10 изолирует входное напряжение от накопительных конденсаторов, что позволяет получить из него информацию об угле фазы. Резисторы R7—R9 формируют цепь деления напряжения. Напряжение на R7 усредняется емкостью С7. Как только входное напряжение уменьшается (изменяется угол фазы симистора), напряжение на С7 снижается, тем самым понижая напряжение на базе Q1. Как только напряжение базы Q1 падает ниже 5,1 В, Q1 открывается, пуская ток на вывод FB и прекращая переключения ключа. Диоды D2—D4 вместе с конденсаторами С1 и С2 формируют цепочку технологии valley-fill для обеспечения коррекции коэффициента мощности. Схемы, описанные выше, иллюстрируют два примера замены стандартной лампы накаливания на светодиодную. Первая схема требует минимального количества компонентов и позволяет произвести лампу с универсальным входным напряжением. Вторая схема обладает поддержкой функции фазового затемнения и, вероятно, является более уместной заменой для традиционной лампы накаливания. Несмотря на то, что вторая схема более сложная, ее КПД все еще остается на уровне, превышающем 85% при полной нагрузке. Существуют также решения, которые заменяют стандартную схему фазового затемнения, например, трехпроводные системы или есть еще вариант замены симисторов на IGBT. Такие решения менее совместимы с существующими схемами, однако с технической точки зрения они более правильны и эффективны.

Современная светотехника, #1 2009

силовая электроника для светотехники

Электронный балласт с регулировкой яркости и входным напряжением 24 В DC Том Райбэрих (Tom Ribarich), Джон Райбэрих (John Ribarich), International Rectifier Corp. Установки с солнечными панелями на крышах становятся все более популярными по мере того как спрос на экологичные устройства растет, а их стоимость снижается. Поскольку выходной ток таких установок постоянный, необходимы электронные устройства с постоянным входным напряжением питания. В статье представлена схема электронного балласта с регулировкой яркости и DC-входом для люминесцентного освещения. Рассматривается также новый метод регулировки яркости с обратной связью в диапазоне 100…10%.

форме и фазе входного переменного напряжения сети. Это необходимо для достижения высокого коэффициента мощности и низкого суммарного коэффициента гармоник (THD) на входе. В четвертом каскаде используется полумостовая коммутационная цепь, преобразующая постоянное напряжение шины в высокочастотный сигнал прямоугольной формы со стандартной частотой 50 кГц. На пятом этапе применяется последовательный или параллельный резонансный контур для разогрева, зажигания, запуска и регулировки яркости лампы.

ДВЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО БАЛ ЛАСТА С ПОСТОЯННЫМ ВХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ Мы сравним две топологии схем: повышающий каскад с полумостовым выходным резонансным контуром и пушпульный повышающий каскад с выходным резонансным контуром. Топология повышающего каскада схожа с той, которая применяется в решении с переменным входным напряжением (см. рис. 1), но в данном случае отсутствует выпрямительный каскад. Постоянное напряжение поступает со входа на фильтр электромагнит-

ЭЛЕКТРОННЫЕ БАЛЛАСТЫ С ПЕРЕ МЕННЫМ ВХОДНЫМ НАПРЯЖЕ НИЕМ ПИТАНИЯ

Традиционно схемы электронного балласта проектируются для работы от переменного напряжения энергосети. Стандартные значения входного напряжения составляют 120 В АС (в США и Японии) и 220 В АС (в Европе и Азии). Для преобразования низкочастотного входного переменного напряжения сети в высокочастотное напряжение для люминесцентных ламп применятся 5-каскадное решение. В первом каскаде (см. рис. 1) фильтр электромагнитных помех блокирует шум балласта от попадания на вход. Во втором каскаде применяется стандартный полномостовой выпрямитель для преобразования переменного напряжения в двухполупериодное выпрямленное напряжение. На третьей ступени используется повышающий каскад AC/DC, который преобразует это напряжение в более высокое постоянное напряжение шины. Повышающий каскад управляется таким образом, чтобы форма и фаза тока соответствовали

www.lighttech.ru

Рис. 1. Блок-схема балласта без регулировки яркости с переменным входным напряжением

Рис. 2. Блок-схема пушпульного балласта без регулировки яркости с постоянным входным напряжением

При работе балласта от постоянного входного напряжения необходимость во входном выпрямителе отпадает, и схема упрощается. В схеме появляются и другие изменения, связанные с тем, что входное постоянное напряжение существенно меньше стандартных значений переменного напряжения (при одинаковых значениях выходной мощности). Для выбора подходящего решения мы проведем сравнительный анализ двух топологий.

ных помех, а затем напрямую в повышающий каскад. 24-В напряжение повышается до 400 В на шине, а затем преобразуется в высокочастотный (ВЧ) сигнал прямоугольной формы с помощью полумостовой коммутационной цепи. Это напряжение питает выходной резонансный контур, управляющий лампой. В пушпульной конфигурации (см. рис. 2) используется повышающий трансформатор для преобразования входного напряжения 24 В в высоковольтное

силовая электроника для светотехники ВЧ-напряжение прямоугольной формы за один этап. Топология повышающего каскада схожа с решением, в котором на вход подается переменное напряжение, за исключением того, что габариты цепи повышающего преобразователя другие из-за более высокого коэффициента преобразования и иные типоразмеры силовых компонентов, управляющих более высокими токами при более низком напряжении. Преимущество повышающего каскада в том, что на шине DC поддерживается постоянное напряжение, не зависящее от входного. Возможность схемы работать в широком диапазоне входного напряжения имеет выгодное преимущество при питании балласта от солнечных элементов, т.к. их выходное напряжение в значительной степени зависит от уровня солнечного излучения и температуры. Недостаток каскада — в его более высокой стоимости, высоком номинальном значении напряжения переключателей и меньшем КПД из-за дополнительных потерь в повышающем каскаде. Пушпульная однокаскадная конфигурация повышает величину преобразованного напряжения с помощью двух первичных обмоток повышающего трансформатора. Ее преимущество — в изоляции выхода от входа, что может понадобиться при питании от солнечных элементов. Кроме того, стоимость пушпульной схемы меньше за счет исключения повышающего каскада (однако требуется повышающий трансформатор) и меньшего номинального напряжения переключателей. Недостаток пушпульной схемы в том, что напряжение прямоугольной формы, поступающее на резонансный контур, изменяется в зависимости от постоянного входного напряжения, что ограничивает его диапазон. Однако новый метод регулировки яркости, описанный в следующем разделе, обеспечивает управление током лампы с помощью обратной связи, благодаря чему исчезает зависимость от входного напряжения и расширяется его диапазон. По этим причинам пушпульная конфигурация была выбрана в качестве наиболее подходящей топологии балласта.

НОВЫЙ МЕТОД РЕГУЛИРОВКИ ЯРКОСТИ Полная схема регулировки яркости с пушпульной топологией (см. рис. 3) имеет входной фильтр шума балласта, ИС управления, пушпульный повышающий каскад для формирования высоковольтного ВЧ-напряжения прямоугольной формы и выходной резонансный контур для разогрева, зажигания и регулировки яркости люминесцентной лампы. Дополнительная цепь регулировки яркости включает изолированный интерфейс 0…10 В DC, токочувствительную цепь для измерения

кочувствительная цепь и цепь обратной связи. Для измерения переменного тока лампы применяется токочувствительный резистор RCS (см. рис. 4). Измеренный сигнал, прошедший через CFB и RFB цепи обратной связи, суммируется с постоянным опорным напряжением. Результирующий сигнал AC+DC сравнивается с потенциалом земли (COM), а частота изменяется таким образом, чтобы амплитудное значение отрицательной полуволны переменного тока удерживалось на уровне COM. При увеличении опорного сиг-

Рис. 3. Блок-схема пушпульного балласта с регулировкой яркости и постоянным входным напряжением

Рис. 4. Новый метод AC+DC регулировки яркости

тока лампы и цепь с обратной связью, позволяющую регулировать этот ток путем изменения выходной частоты. Замкнутый контур обратной связи необходим для регулировки тока люминесцентной лампы, имеющей нелинейные электрические характеристики. В новом методе регулировки яркости лампы используется то-

нала амплитудное значение отрицательной полуволны сигнала AC+DC начинает превышать COM, и цепь обратной связи уменьшает частоту, увеличивая коэффициент усиления резонансного контура. В результате ток лампы возрастает, как и амплитуда сигнала AC+DC на DIM-выводе, пока амплитудное значение отрицатель-

Современная светотехника, #1 2009

силовая электроника для светотехники

Рис. 5. Диаграмма Боде резонансного контура с рабочими точками

Рис. 6. Временные диаграммы этапов разогрева, зажигания и регулировки яркости

ной полуволны снова не достигнет уровня COM. При уменьшении опорного сигнала DC амплитудное значение отрицательной полуволны становится ниже COM. Цепь обратной связи увеличивает частоту, снижая коэффициент усиления резонансного контура, пока амплитудное значение отрицательной полуволны снова не достигнет COM. Комбинация опорного постоянного тока и переменного тока лампы позволяет установить единый узел регулировки яркости с помощью замкнутого контура. Для разогрева, зажигания и регулировки яркости лампы используется рабочая частота в качестве управляющего параметра. Во время разогрева и перед зажиганием лампы последовательный резонансный контур представляет собой последовательно соеди-

www.lighttech.ru

ненную LC-цепочку (см. рис. 5) с высокой добротностью. При регулировке яркости резонансный контур представляет собой последовательно соединенную индуктивность L и параллельную цепочку RC с низкой добротностью при 100-% яркости и высокой добротностью — при 10-% значении. Во время разогрева выходная частота имеет максимальное значение, а затем линейно уменьшается (см. рис. 6). По мере уменьшения частоты катоды лампы подогреваются током резонансного контура. Когда частота достигает резонансного значения частоты контура, выходное напряжение на лампе возрастает. Лампа зажигается, если выходное напряжение превышает пороговое напряжение зажигания лампы. Начинает течь ток, которым управляет цепь обратной связи, благодаря чему устанавливается требуемая яркость.

СХЕМА 30Вт БАЛЛАСТА РЕГУЛИ РОВКИ ЯРКОСТИ Полная схема балласта приведена на рисунке 7. Входное напряжение 24 В DC поступает через фильтр электромагнитных помех, за которым следует конденсатор шины DC. Пушпульный коммутационный каскад управляется ИС IRS2530D, обеспечивающей нагрев, поджигание и регулировку яркости лампы. Проходящий через резистор ток вызывает падение напряжения, питающего ИС. Стоки пушпульных МОП-транзисторов подключены к центральной точке первичной

обмотки повышающего трансформатора. Далее напряжение шины 24 В DC повышается и преобразуется в ВЧ-напряжение прямоугольной формы 300 Вp-p на вторичной обмотке, служащей для управления выходным резонансным контуром. Резонансная цепь обеспечивает функцию передачи для генерации высокого напряжения зажигания лампы и НЧ-фильтрацию для регулировки яркости. Благодаря разделительному конденсатору ток у лампы всегда переменный. Это предотвращает миграцию ртути, из-за которой происходит затемнение торцевой области лампы и укорачивается срок ее эксплуатации. Вторичные обмотки дросселя резонансного контура и конденсаторы служат для разогрева катодов лампы. Цепи катодного нагрева также отделяют ток лампы от катодного тока, позволяя токочувствительному резистору измерять ток лампы. Измеренный этим резистором сигнал тока AC поступает на DIMвывод через конденсатор и резистор обратной связи. Резисторы RSD1 и RSD2 позволяют определить момент извлечения лампы и автоматически перезапустить балласт, когда ее вставляют. Благодаря тому, что в ИС IRS2530D имеется встроенная защита от всех других условий отказа, например от зажигания газа, провала входного напряжения, схема имеет меньшее число компонентов и повышенную надежность. Измеренная амплитуда сигнала балласта показана на рисунке 8. На рисунке 8а показано напряжение на выводе VCO, напряжение лампы и ее ток в обычном режиме нагрева, зажигания и регулировки яркости. VCO и напряжение лампы возрастают, нагревая катоды. Лампа зажигается при достижении порогового напряжения. На рисунках 6б и 6в показано выходное полумостовое напряжение (VS) и напряжение на DIM-выводе при яркости 100 и 10%. Амплитуда напряжения на DIM-выводе уменьшается (вместе с током лампы) со 100 до 10%, при этом рабочая частота непрерывно изменяется для удержания амплитуды отрицательной полуволны переменного тока на уровне COM. Из рисунка 9 видно, что во всем диапазоне регулировки достига-

силовая электроника для светотехники

Рис. 7. Схема мини-балласта с регулировкой яркости

а)

б)

в)

Рис. 8. Измеренные сигналы мини-балласта

ком лампы с использованием обратной связи позволяет работать в широком диапазоне постоянного входного напряжения и установить защиту от условий отказа. Дальнейшие усовершенствования этой схемы заключаются в обеспечении вспомогательного питания VCC, позволяющего снизить уровень входного напряжения. Кроме того, это решение можно использовать в приложениях с лампами высокой интенсивности и в светодиодном освещении. Рис. 9. Зависимость тока лампы от регулирующего напряжения

ется линейная зависимость между среднеквадратичным значением тока и регулирующим напряжением в диапазоне 0…10 В DC.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Преимущество электронных балластов, управляемых постоянным входным напряжением, состоит в отсутствии необходимости выпрямления входного

напряжения и использования каскада коэффициента мощности. Дальнейшее упрощение схемы с помощью трехступенчатой пушпульной топологии дает дополнительные преимущества за счет исключения повышающего каскада, что позволяет снизить стоимость, обеспечить изоляцию и увеличить соотношение лм/Вт. Новый успешный метод управления то-

ЛИТЕРАТУРА 1. P. Green, AN-1038: Low Voltage DC Supply Dimmable Ballast for 1x36W Lamp//www.irf. com/technical-info/appnotes/an-1038.pdf. 2. IRS2530D Dimming Ballast Control IC, Datasheet//www.irf.com. 3. T. Ribarich, J. Ribarich, A New Model for High-Frequency Ballast Design, in IEEE-IAS Conf. Rec., 1997, pp. 2334-2339. 4. International Rectiﬁer, IRPLDIM4E and IRPLDIM5E, Reference Design Kits, 2009//www.irf.com. 5. Elenbaas, W., ed., Fluorescent Lamps, Second Edition // Philips Technical Library, Eindhoven, The Netherlands 1971.

Современная светотехника, #1 2009

системы управления освещением

Cистемы управления освещением «ОСРАМ» для решения задач энергосбережения В последнее время перед инженерамисветотехниками и проектировщиками все чаще встают задачи создания осветительных установок с высокой энергоэффективностью, которые, кроме этого, предоставляли бы конечному пользователю максимальный комфорт и обладали простотой управления.

Решение этих задач трудно себе представить без применения в инженерной практике систем управления освещением, благодаря которым можно или уменьшить световой поток источников света, в зависимости от дневного освещения и присутствия человека, или полностью отключить осветительную установку (ОУ). Принято считать, что успешное решение первой задачи позволяет уменьшить энергопотребление ОУ в пять раз, решение второй — в два. Оценки являются, конечно же, усредненными. В офисных и административных зданиях затраты энергии на освещение могут составлять до 80% общих энергозатрат и применение систем управления приобретает в этих условиях особую актуальность. Далее на примере использования управляемых (диммируемых) электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) для люминесцентных ламп (ЛЛ) мы расскажем о системе компонентов

OSRAM, позволяющих решать задачи создания энергоэффективных ОУ. В первой части статьи мы расскажем о системе компонентов для управления световым потоком ЛЛ и других источников света, во второй — о компонентах и датчиках, предназначенных для отключения ОУ или ее отдельных групп. Энергосбережение в ОУ с управляемыми ЭПРА с люминесцентными лампами достигается благодаря тому, что при уменьшении светового потока ламп уменьшается и мощность системы «лампа+ЭПРА» как показано на рисунке 1. Как видно из ри-

Рис. 1. Зависимость мощности системы «лампа+ЭПРА» от светового потока ламп

сунка, мощность системы уменьшается прямо пропорционально уменьшению светового потока ламп. При уменьшении светового потока до 1% от номинального мощность системы составляет около 13% от номинальной. Данная зависимость является типовой, и нижний предел мощности системы может быть меньше или больше указанных

на рисунке, в зависимости от типа ЭПРА. Отметим также, что для управления световым потоком люминесцентных ламп выпускаются специальные ЭПРА с возможностью управления (наиболее распространенными сигналами управления являются аналоговый 1. . .10 В и цифровой DALI — Digital Addressable Lighting Interface).

Сергей Гвоздев-Карелин, к.т.н., руководитель отдела технических продаж ОАО «ОСРАМ».

Сергей Новожилов, специалист по техническому продвижению ОАО «ОСРАМ».

Закончил в 1983 г. радиотехнический факультет Казанского авиационного института по специальности «Радиоэлектроныые устройства».

Закончил в 2006 г. Московский государственный институт электроники и математики по специальности «Электронное машиностроение».

В компании ОСРАМ работает с 1999г.

В компании ОСРАМ работает с 2008 г.

www.lighttech.ru

системы управления освещением Если управление аналоговым сигналом 1. . .10 В и система компонентов для его осуществления достаточно хорошо известны проектировщикам и применяются уже несколько десятков лет, то компоненты с интерфейсом DALI появились несколько лет назад, и применение этой системы вызывает наибольшее число вопросов у инженеров. Рассмотрим пример самой простой системы управления — управление ЭПРА DALI c помощью стандартного кнопочного выключателя — Touch DIM®. Tиповая схема показана на рисунке 2. Как видно из рисунка, один из двух входов управления DALI подключается к нулевому проводу, а другой — через исходно разомкнутую пружинную кнопку — к фазовому. ЭПРА распознает короткое нажатие на кнопку (менее 0,5 с) как сигнал включения/выключения, а длительное (более 0,5 с) — как сигнал уменьшения/увеличения светового потока. При использовании ЭПРА OSRAM серии QTi DALI … DIM с помощью двойного нажатия кнопки можно запомнить текущую яркость ламп — при последующем включении будет установлен именно этот уровень. Из-за проблем, связанных с возможной рассинхронизацией ЭПРА, количество одновременно подключенных ЭПРА ограничивается шестью приборами. Длина управляющих проводов не должна превышать 25 м (увеличение возможно с помощью трансформатора). Поскольку кнопки в исходном состоянии разомкнуты и работают по логике ИЛИ, возможна установка двух кнопок в разных частях помещения, чтобы обеспечить максимальное удобство управления. Для увеличения количества работающих по такой схеме ЭПРА до 64 необходимо применение повторителя сигнала DALI (DALI® Repeater), показанного на рисунке 3. Вход DALI этого прибора подключается по схеме Touch DIM (см. рис. 2), а на выход можно подключить до 64 ЭПРА DALI. Возможно и каскадное включение повторителей. Таким образом, количество управляемых приборов можно наращивать для управления большими группами светильни-

ков. Система управления Touch DIM® Radio (см. рис. 4) расширяет систему Touch DIM возможностью беспроводного управления. Система состоит из двухканального приемника сигнала Touch DIM® RС (Remote Control — дистанционное управление) с возможностью управления до 15 DALI ЭПРА по каждому каналу и пультов управления — настенного двухканального радиовыключателя Touch DIM WCU и/ или ручного четырехканального радиопульта Touch DIM RMC, работающих на частоте 868,3 MГц. Последние устройства работают по технологии EnOcean (батарей питания не требуется) и со-

вместимы с радиокнопками ряда других производителей, также использующих данную технологию. В системе можно задействовать до 30 радиокнопок или пультов. Дальность действия передатчиков в открытом помещении — до 100 м, через 2—3 стены — до 30 м. Выключатель можно монтировать на любую гладкую поверхность, например на стеклянные перегородки. Благодаря беспроводному управлению данная система наилучшим образом подходит для реконструкции уже существующих ОУ, когда прокладка проводов в стенах уже не представляется возможной. В программе

Рис. 3. Повторитель сигнала DALI Repeater

Рис. 4. Система Touch DIM Radio

Рис. 5. Система управления DALI® MULTI 3

Современная светотехника, #1 2009

системы управления освещением

Рис. 6. Устройство управления DALI® MULTI 3

Рис. 7. Устройство управления MULTI ECO

Рис. 8. Устройство управления DALI® MULTI ECO

Рис. 9. Пример конфигурации системы DALI® MULTI ECO

компонентов управления существуют датчики освещенности и присутствия, предназначенные для совместной работы в системе Touch DIM, но в этом случае количество обслуживаемых датчиком ЭПРА не должно превышать четырех. Наиболее полно возможности адаптивного управления освещением, в

зависимости от присутствия человека и освещенности, реализованы в системе компонентов управления DALI® MULTI 3, конфигурация которой показана на рисунке 5. «Сердцем» системы является устройство управления DALI® MULTI 3 (см. рис. 6). К его выходу можно подключить до 32 ЭПРА DALI (расширение системы возможно с помощью DALI Repeater), а к входу — до четырех датчиков присутствия/ освещенности, которые можно расположить в различных частях помещения. Выпускаются два вида датчиков — для встраивания в светильник и для монтажа в потолок. Кнопка позволяет включать/выключать ОУ и программировать параметры управления. Вместо стандартной кнопки можно применять устройство Touch DIM® RС, имеющее два электронных ключа. Таким образом, сочетание Touch DIM® RС и DALI® MULTI 3 позволяет реализовать простое беспроводное управление со всеми его преимуществами. Система DALI® MULTI 3 является модульной, и проектировщик может выбрать конфигурацию системы в зависимости от поставленной задачи и наращивать ее функциональность. Например, с помощью DALI® MULTI 3 возможно построение системы управления освещением в помещении с четырьмя группами светильников (каждая группа до 32 шт. и до четырех датчиков) с индивидуальными настройками каждой из групп. Это позволяет устанавливать недорогие системы управления для сравнительно больших офисных помещений со свободной планировкой и экономить при этом до 80% электроэнергии для освещения. За счет подключения четырех датчиков на одну группу достигается надежное распознавание присутствия в любом месте помещения. Система предполагает различные режимы работы, например «только контроль присутствия», «только контроль освещенности» или «включение только кнопкой».

DALI® MULTI 3 позволяет устанавливать недорогие системы управления освещением и при этом экономить до 80% электроэнергии.

Рис. 10. Датчик WALL-SWITCH

www.lighttech.ru

системы управления освещением

Рис. 12. Датчик HIGH BAY

Рис. 11. Зона обнаружения датчика WALL SWITCH

Рис. 13. Типовая схема работы ОУ с датчиком HIGH BAY

В завершение первой части обзора хотелось бы отметить, что помимо ЭПРА DALI для ЛЛ могут применяться и другие компоненты для управления иными источниками света, например HTi DALI DIM (для управления низковольтными галогенными лампами) или OTi DALI DIM (светодиодными модулями). На рисунках 7 и 8 показаны два устройства, также предназначенные для решения задач энергосбережения — MULTI

ECO и DALI MULTI ECO. Данные компоненты решают задачи управления группами светильников (до шести ЭПРА) в небольших помещениях. В сочетании с MULTI ECO, которое может только включать или выключать группу светильников, в зависимости от освещенности и присутствия, предполагается использование недорогих ЭПРА без возможности регулировки яркости светильников, что позволяет минимизировать на-

чальные расходы на ОУ. Время выключения ОУ после выхода людей из поля обнаружения датчиков регулируется потенциометром, расположенным на корпусе прибора. Режим работы устройства выставляется с помощью DIP-переключателей. DALI MULTI ECO предполагает совместную работу с ЭПРА (или другими устройствами) DALI, что позволяет поддерживать освещенность на фиксированном уровне. Система компонентов, кроме исполнительного устройства, включает кнопку и комбинированные датчики присутствия и освещенности. Пример конфигурации системы с устройством управления DALI MULTI ECO показан на рисунке 9. Широкий спектр задач управления освещением внутри помещений (на лестничных клетках, в коридорах и т.д.) позволяет решать датчик освещенности и присутствия WALL SWITCH (см. рис. 10). Датчик имеет несколько режимов работы, выбор которых, а также настройка уровня освещенности и времени задержки (от 1 с до 30 мин.), осуществляется регуляторами, находящимися на корпусе прибора. Нагрузочная способность датчика WALL SWITCH при работе с активными нагрузками (лампы накаливания) составляет 2,3 кВт, а при работе с реактивными нагрузками (люминесцентные лампы) — 600 ВА, что, в зависимости от типа ЭПРА, позволяет подключать до 14 светильников. Дальность действия датчика WALL SWITCH составляет 8 м, а угол обзора — 180° в горизонтальном и 70° в вертикальном направлении, как показано на рисунке 11.

Современная светотехника, #1 2009

системы управления освещением Для работы в помещениях с высокими потолками наиболее оптимальным является применение датчика HIGH BAY (см. рис. 12). Этот датчик движения был разработан специально для решения задач энергосбережения в спортивных залах, складах, производственных помещениях и т.д. При попадании человека в зону действия датчика происходит автоматическое включение светильников. После выхода человека из зоны обнаружения датчика освещение автоматически выключается по истечении заданного времени. Время задержки отключения светильников варьируется от 30 с до 20 мин. и может быть изменено. Мощный электронный ключ датчика HIGH BAY, рассчитанный на ток 15 А, позволяет подключить на выход датчика, в зависимости от типа ЭПРА, до 15 светильников. Датчик HIGH BAY допускается монтировать на высоту до 13 м. При такой высоте установки диаметр зоны об-

ляющей отказаться от прокладки проводов, т.к. связь между датчиком и исполнительным устройством SWITCH RC осуществляется по радиоканалу. Система SOLAR-SWITCH RC обеспечивает включение и выключение одной группы светильников в зависимости от присутствия людей и уровня освещенности в помеще-

нии. Количество электронных пускорегулирующих аппаратов, которое может быть подключено к выходу SWITCH RC, зависит от типа применяемых ЭПРА (макс. 14 шт.). Система SOLAR-SWITCH RC поддерживает несколько режимов работы, в т.ч. полностью автоматический, при котором включение и выключение осве-

Рис. 14. Система компонентов SOLAR-SWITCH RC

В зависимости от условий применения, датчик SOLAR может работать как от встроенных солнечных элементов, так и от стандартных пальчиковых батареек. наружения под датчиком составляет 18 м. Для расширения зоны действия несколько датчиков можно включить параллельно. Зачастую подобная схема включения требуется для управления светильниками в складских помещениях. Отличительной особенностью датчика HIGH BAY является возможность изменения угла обнаружения. Типовая схема включения датчика HIGH BAY приведена на рисунке 13. В тех случаях, когда проводится реконструкция существующих ОУ и прокладка проводов между датчиком и исполнительным устройством невозможна, оптимальным для решения задач энергосбережения может стать применение системы «датчик — исполнительное устройство» (SOLAR-SWITCH RC, см. рис. 14). SOLAR — датчик освещенности и присутствия, выполненный на базе технологии EnOcean, позво-

www.lighttech.ru

Рис. 15. Типовая схема работы системы SOLAR-SWITCH RC

Рис. 16. Датчик DIM MICO

системы управления освещением тительной системы происходит без участия человека. При необходимости увеличения области обнаружения с одним исполнительным устройством SWITCH RC можно задействовать до 8 датчиков SOLAR. Типовая схема работы системы SOLAR-SWITCH RC приведена на рисунке 15. В зависимости от условий применения, датчик SOLAR может работать как от встроенных солнечных элементов (например, в холлах, офисах), так и от стандартных пальчиковых батареек (например, в коридорах, гаражах) типа ААА. Для работы датчика от солнечных элементов достаточно иметь в помещении уровень естественного освещения всего 50. . .100 лк. При использовании SOLAR в помещениях с недостаточным количеством уличного света или с полным его отсутствием (подвалы) одного комплекта батарей хватит на 5—7 лет работы датчика. Необходимо отметить, что ОУ с датчиками освещенности и присутствия позволяет сэкономить до 45% электроэнергии.* В контексте энергосберегающих решений для офисного освещения нельзя не упомянуть и о датчиках, предполагающих использование аналогового сигнала управления 1. . .10 В. Один миниатюрный датчик освещенности DIM MICO, предназначенный для работы с управляемыми ЭПРА 1. . .10 В (см. рис. 16), может обслужить до 100 светильников. Датчик DIM MICO подключается напрямую к управляющим входам ЭПРА и контролирует яркость светильников, в зависимости от уровня естественного освещения. Установка уровня освещенности осуществляется поворотным регулятором на корпусе датчика и может быть выставлена в диапазоне 15…800 лк. Менее функциональным является датчик DIM PICO (см. рис. 17), который имеет аналогичный принцип работы, но при этом может обслуживать только 10 светильников оборудованных ЭПРА 1. . .10 В, а для установки уровня освещенности используется поворотная диафрагма. В комплект каждого прибора входят две клипсы для крепления датчика непо-

Рис. 17. Датчик DIM PICO

средственно на люминесцентные лампы — Т8 (26 мм) и Т5 (16 мм). Наиболее функциональным среди всех датчиков (1. . .10В) компании OSRAM является DIM MULTI (см. рис. 18). Он является комбинированным датчиком освещенности и присутствия с возможностью управления яркостью ламп. Сенсор DIM MULTI подключается напрямую к светильникам, оборудованным ЭПРА 1. . .10 В, и увеличивает световой поток ламп ровно на столько, чтобы в помещении поддерживался заданный уровень освещенности. При достаточном количестве естественного света светильники в помещении отключатся автоматически и останутся в таком состоянии даже при появлении людей в помещении. Применение данного датчика позволит добиться максимального энергосбережения — 70%.* Во всех областях современной жизни управляемые системы освещения приобретают все более важное значение и позволяют снизить энергозатраты на величину до 80%. Область применения систем управления светом постоянно расширяется. Также расширяется и ассортимент компонентов управления, что позволяет решать задачи энер-

Рис. 18. Датчик DIM MULTI

госбережения как для промышленных и общественных зданий, так и для домашнего освещения. Повышение светового комфорта, адаптация освещения к индивидуальным требованиям стали возможными благодаря техническому прогрессу последних лет, а современные электронные управляемые ПРА с интерфейсом DALI и 1. . .10 В, а также соответствующие компоненты управления и датчики позволяют создавать простые и недорогие осветительные установки для решения задач энергосбережения и повышения комфортности освещения.

При достаточном количестве естественного света светильники в помещении отключатся автоматически и останутся в таком состоянии даже при появлении людей в помещении.

* По сравнению с недиммируемыми светильниками, в которых лампы работают в течение всего дня

Современная светотехника, #1 2009

стандартизация и метрология

Российские светодиоды: нужно срочно формировать научные центры и приводить в порядок регуляторы рынка Появление на рынке полупроводниковых источников света — это, с одной стороны, революционные явление. С другой — огромный пласт проблем, которые надо решать параллельно с развитием светодиодных технологий. В России одной из таких проблем является отсутствие законодательной базы, регламентирующей использование светодиодов. Гость нашей редакции — Евгений Долин, председатель оргкомитета III-го Московского международного Форума «Светодиодные технологии в светотехнике» — рассказал о российской специфике решения вопросов стандартизации.

— Евгений Владимирович, здравствуйте! Как Вы оцениваете развитие российского рынка светодиодной продукции? Можно ли, скажем, оценить годовой объем производимых в России светодиодов? — Здравствуйте! Должен сразу сказать, что никакие оценки рынка светодиодов на основе официальной российской статистики сделаны быть не могут. Дело в том, что светодиод, как единица статистического учета, в нашей стране отсутствует, т. е. никто из производителей не может подавать данные об объемах выпуска светодиодной продукции, потому что нет такой единицы учета. В этой связи любые оценки рынка будут выглядеть как спекулятивные. — То есть нельзя даже анализировать, что произведено в России, а что завезено из-за рубежа? — Об объемах импорта, скорее всего, судить можно, потому что ввоз продукции подлежит обязательной декларации. Но с точки зрения развития национальной экономики самая интересная информация — это объемы внутреннего производства. Здесь я бы позволил себе небольшое отступление, имеющее, тем не менее, прямое отношение к теме. Занимаясь внедрением светодиодов в светотехнику с

www.lighttech.ru

1998 г., я неоднократно сталкивался со стремлением многих коллег убедить государственные структуры и частных инвесторов в необходимости финансирования масштабных производств полупроводниковых структур для светодиодов. Основным аргументом было то, что без этого невозможно возрождение и развитие светодиодной подотрасли. Кто же спорит, без базового производства индустрии нет! Но вместе с тем коллеги не брали или не хотели брать во внимание тот факт, что внутренний рынок не готов потребить то количество продукции, которое способно окупить инвестиции в производство полного цикла — начиная от чипов (эпитаксия) и заканчивая готовым светотехническим изделием, а конкуренция на внешних рынках очень жесткая. Если производство светотехнических изделий способно оправдать инвестиции даже небольшой компании, то светодиодная индустрия требует гораздо больших капиталовложений. Ситуация напоминает перевернутую пирамиду. Нормальная, правильная пирамида — широкое основание внизу, узкое наверху — это инвестиции в светодиодную промышленность, а сроки возврата инвестиций — они представляют перевернутую пирамиду. Чем ближе мы к конечному продукту, тем меньше объем инвестиций, и тем быстрее мы получим прибыль.

— Тогда как Вам видится возможное решение этой проблемы? — Все понимают: чтобы возродить национальную полупроводниковую промышленность, нужны инвестиции в базовые отрасли, а для этого нужно создать инфраструктуру, подготовить кадры, возродить научные школы, т. е. это — целая индустрия. А для того, чтобы дать возможность развиваться светодиодным технологиям, нужно выяснить, что сейчас, в условиях, когда имеются мощные эффективные светодиоды, пусть пока не российского производства, мешает их масштабному внедрению? Предположим, ценовые вопросы можно решать, учитывая экономию затрат на обслуживание, долгий срок службы, растущие цены на электроэнергию и т.д. Словом, реальную окупаемость на светодиодном освещении можно доказать. Почему же не происходит лавинообразного внедрения? Казалось бы, предпринимаются государственные меры, запрещается выпуск лампочек накаливания, принимаются энергосберегающие программы. . . Вот я и попытался выяснить, почему и что мешает широкому внедрению светодиодного освещения с точки зрения стандартов и нормативов. — Это входит в круг Ваших обязанностей, как руководителя оргкомитета Форума? — Я занимался этим по заказу ГК «Роснано». Не будучи спе-

Евгений Долин, инженер-электротехник, эксперт по светодиодным системам. Выпускник Государственной морской академии им. адмирала С.О. Макарова. С 1985 по 1998 гг. работал руководителем службы автоматики атомных ледоколов. С 1998 по 2008 гг. руководил различными предприятиями по производству светодиодов и светодиодных систем.

стандартизация и метрология циалистом по стандартизации, я попытался разобраться в этом вопросе с точки зрения потребителя стандартов и норм — инженераразработчика. Как государственная система стандартов и нормативов влияет на массовое внедрение светодиодных технологий? Какие «подводные камни» есть на этом пути? Ведь кое-где высказывались соображения о возможном вреде светодиодных источников света... Национальная система стандартов в полупроводниковой технике была фактически брошена в конце 80-х гг., когда развалились все наши полупроводниковые производства, и с 90-х гг. ситуация только ухудшалась. Происходило следующее: исследования не велись, технологии не развивались, стандарты не обновлялись, а в страну шли готовые светодиодные изделия, не предусмотренные стандартами. На Западе многие нормативы принимались на основе исследований — фактически, промышленность отрабатывала на этих нормативах новые технологии, улучшая тем самым качество продукции. У нас же в лучшем случае практиковались кустарные применения, грубо говоря, наши предприятия упражнялись на фонариках. В 2005 г. совместно со строительным комплексом Москвы мы предприняли попытку создания опытного производства, сделали проект и монтаж светодиодных светильников в подъезде. Но оказалось, что «на поток» это поставить невозможно, нет методик, которые позволяли бы рядовому проектировщику рассчитать систему освещения для типового жилого дома. Тогда уже было понятно, что низовой уровень документов — методические указания и рекомендации — не учитывают светодиоды как источники света. Ну а сейчас всплыли еще и гигиенические аспекты применения светодиодов. Ведь формально, согласно светотехническим нормативным документам, светодиоды применять нельзя. В санитарных правилах и нормах СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» оговорено применение люминесцент-

ных ламп, в отдельных случаях допускается применение ламп накаливания и галогенных ламп, а о светодиодах — ни слова, хотя во время принятия этого документа светодиоды уже вовсю «шагали по стране». — И что сейчас ситуация не изменилась? — Сейчас уже всерьез задумались, каким образом решать эту проблему, потому что она не такая простая, какой может показаться на первый взгляд. На сегодня ГОСТы не являются обязательными к соблюдению документами — это с одной стороны, но зато, с другой, обязательными документами являются санитарные нормы и правила, а также перечни продукции, подлежащей обязательной сертификации при производстве в России и при ввозе на ее территорию. Один перечень разработан в Ростехрегулировании, а второй документ, составленный на основе ТНВЭД, — в таможенных органах. Эти два документа регулярно обновляются, но существуют параллельно, и сколько их не пытались сблизить между собой — этого не происходит. Коды ТНВЭД — это, как говорится, своя свадьба. Коды Ростехрегулирования собраны в общероссийском классификаторе продукции. В этом классификаторе светодиодные светильники тоже не значатся, есть светильники с лампами накаливания (ОКП такой-то), с лампами люминесцентными (ОКП такой-то). . . А что такое ОКП? ОКП — это попадание или не попадание в номенклатуру обязательной сертификации, и, кстати, в статистику выпуска продукции. А если нет ОКП, то формально продукцию не нужно сертифицировать. Казалось бы, ситуация удобная: можно делать, что хочешь, и тебе за это ничего не будет. Выбрал какой тебе нравится код ОКП для светодиодных светильников, получил отказное письмо, и все замечательно. — Т.е. производители получают документы не о том, что их продукция сертифицирована, а о том, что она не подлежит обязательной сертификации? — Именно так. Вроде бы обходная дорожка для преодоления бюрократических барьеров. Но

при этом может быть такая ситуация: один честный производитель производит то, что прошло бы любую сертификацию, а другой выпустил продукцию сомнительного качества, не отвечающую требованиям безопасности, и совершенно спокойно ее продает, зная, что она не подлежит обязательной сертификации. Вот к чему приводит отсутствие кодов ОКП на светодиодные светильники. Что касается импорта светодиодной продукции, то здесь тоже можно легко обойти требования по обязательной сертификации. Я не говорю о прямой контрабанде, сегодня и потребительские товары, и продукция промышленного назначения могут быть официальным образом доставлены в Россию и растаможены без каких-либо сертификатов. Например, уличные светильники на светодиодах (вези — не хочу!) были исключены из перечня номенклатуры Ростехрегулирования в 2001 г., нет их и в списках товаров, подлежащих обязательной сертификации, по версии таможни. Или вот еще какая проблема. Светодиодный светильник сам по себе не подлежит сертификации. А внутри него есть импульсный преобразователь, который может создавать электромагнитные помехи для питающей сети. Как быть в таком случае? Или есть светодиоды, работающие на переменном токе 220 В: субматрица из нескольких десятков кристаллов, они включены как мост: одна полуволна — горит одна половина, другая — горит вторая. Казалось бы, такое простое решение! Вот как к этому источнику света подходить? Надо его сертифицировать или не надо? Вообще, если говорить о стандартах, то нельзя не сказать об очень острой проблеме классификации. Важно четко понимать и прописать, какие светодиоды являются источниками света, а какие не являются, т. е. начинать нужно с конкретной классификации — что такое светодиод, что такое светодиодный модуль, что такое источник питания светодиодного модуля, каким требованиям должен соответствовать источник света, блок питания и т.д. Вот, что сначала нужно сделать.

Современная светотехника, #1 2009

стандартизация и метрология — Какие еще серьезные проблемы, на Ваш взгляд, сдерживают развитие российского рынка светодиодной продукции? — Основная проблема — отсутствие точки пересечения интересов производителей продукции, научных институтов и государственных структур. Нет ведомства, в котором все бы эти интересы сошлись… На мой взгляд, в России сегодня есть единственное ведомство, у которого внятная техническая политика использования светодиодной продукции — это ОАО «РЖД». Надеюсь, что ГК «Роснанотех» тоже будет выступать со стороны государства таким же формирующем рынок игроком. Как любое юридическое лицо корпорация может выступать заявителем новых стандартов, ведь нерешенных вопросов еще очень много. Например, нет документа, которым предусматривались бы нормы пребывания в помещениях с учетом спектра источников света. Ели бы в наших нормативных документах указывались абсолютные физические величины — было бы к чему апеллировать. Должны быть санитарные нормы, определяющие нижний порог освещенности в помещениях с кратковременным пребыванием, есть еще понятие зрительных работ, есть понятие дискомфорта, — все физические характеристики, определяющие качество и безопасность применения источников света надо непременно учитывать. Пока же в существующих нормативных документах указаны только типы ламп, разрешенных к применению и светодиодов среди них нет. — То есть первоочередной задачей является создание нормативных документов, регламентирующих применение источников света. Есть ли надежда, что эта проблема будет решаться в ближайшей перспективе? — Надежда есть всегда, и я очень надеюсь, что кризис позволит перевести дух, чтобы понять: сейчас не время увеличивать объемы инвестиций в промышленность, лучше часть денег потратить на работы по приведению в порядок регуляторов рынка. Самая большая и сложная проблема — состыковать эти два списка — таможенный и Ростехрегулирования, чтобы они были

www.lighttech.ru

понятны и прозрачны, чтобы в них предусматривались реальные барьеры для ввоза и производства некачественной продукции. Надо хорошо понимать, что без четко регламентированных норм и стандартов у нас не будет светодиодной индустрии. — А возможен ли другой вариант развития, при котором все проблемы производства и внедрения будут решаться в обход нормативных документов... — Подобные попытки приведут к очень печальным последствиям и для заказчика, и для исполнителя. Санитарные нормы и правила являются приоритетными над всеми остальными документами, ими предусматривается, что согласование проектов с Роспотребнадзором является обязательным для всех предприятия и организаций нашей страны. Ведь в конечном итоге речь идет о безопасности и здоровье людей, а это — государственная задача. — Евгений Владимирович, расскажите, пожалуйста, вкратце о том, как решаются вопросы сертификации и стандартизации за рубежом? — В развитых странах система светотехнических стандартов развивается параллельно с развитием технологий, и, что характерно, западные системы стандартов успешно развиваются на основе внедрения технологий, которые безуспешно пытаются внедрить в России. В США, например, существуют независимые организации, созданные производителями светотехнической продукции, которые являются площадкой для выработки стандартов. Это не государственные организации, это именно клубы по интересам, созданные ведущими предприятиями отрасли, и эти организации устанавливают определенные правила. Им можно подчиняться или не подчиняться, но рынок признал мнение этих организаций авторитетным, и им верят. Есть специальные документы, которые выдаются при соответствии той или иной продукции декларируемым нормам. Это не государственные стандарты, это, по сути, стандарты отраслевые. У нас подобного объединения по светотехнике даже не просматривается, нет площадки, где

можно было обсуждать и пытаться решать проблемы отрасли. — В связи с этим каков Ваш прогноз развития рынка светодиодов в России? —Для того, чтобы даже имея деньги запрыгнуть в скоростной поезд высоких технологий нужно, чтобы он притормозил для перевооружения, смены поколений светодиодов, и чтобы мы имели хоть какой-то стартовый задел. Нужно, чтобы у нас были национальные центры — в Новосибирске, Томске, СанктПетербурге, Москве, еще может быть в Краснодаре, где кадры были бы готовы к освоению новых технологий, нужно развивать инфраструктуру, нужно воссоздать национальную промышленную школу разработки и производства светодиодов. Когда этот поезд притормаживает, то мировые инвестиции в отрасль резко сокращаются, цены падают, как это происходит сейчас, и можно за небольшие деньги освоить лучшие технологические новинки. Но если некому осваивать эти технологии, то никаких высоких результатов здесь не будет, а у нас осваивать технологии некому, у нас одно-два предприятия есть, которые в состоянии выпускать качественную светодиодную продукцию, и то опытными партиями. Нужно все начинать с нуля. Чем отличается ситуация со светодиодами от ситуации, скажем, в автомобилестроении? Там можно улучшить, расширить, оптимизировать, заставить работать сильнее, а здесь ничего подобного, здесь любой прирост будет равняться ста процентам, слишком невелик задел для отсчета, очень низкая позиция. . . Отставание российских производителей от мировых брендов очень значительное, и если до следующей остановки этого поезда мы не сформируем национальные центры, где будут отработаны все вопросы, о которых я говорил, то следующую возможность мы упустим навсегда, потому что в Россию придут уже не светодиоды, а готовые светотехнические изделия. — Благодарю за беседу! Беседовал Валерий Манушкин

стандартизация и метрология

Проблемы стандартизации энергосберегающей светотехнической продукции в России Александр Терешкин, директор ГУП Республики Мордовия «НИИИС им. А.Н. Лодыгина», г. Саранск В статье обосновывается необходимость принятия специального технического регламента в национальной системе стандартизации, регулирующего вопросы качества, эксплуатации и безопасности электрических ламп и световых приборов, включая энергосберегающие газоразрядные лампы нового поколения и светодиодную продукцию.

Введение в действие Федерального закона «О техническом регулировании» вызвало кардинальные изменения в национальной системе стандартизации. В качестве основных обязательных документов установлены технические регламенты (ТР), и более десяти ТР планируется разработать и принять в области источников света. В сферы их действия попадают различные группы ламп, как общего, так и специального назначения: железнодорожные, судовые, автомобильные и другие лампы, которые рассматриваются не как основные объекты технического регулирования, а как комплектующие изделия. Учитывая, что разработка этих ТР ведется в других отраслях промышленности (автомобильной, судостроительной, авиационной, машиностроительной и т.д.) и не всегда при взаимодействии со специалистамисветотехниками, то существуют опасения, что могут быть учтены не все необходимые требования, а также специфические особенности обеспечения безопасности производства и эксплуатации используемых в этих отраслях отдельных видов ламп. Решение данной проблемы, может быть и не бесспорное, видится специалистам-светотехникам в необходимости разработки и

принятия специального ТР на электрические лампы и световые приборы. Необходимо, чтобы действие этого ТР распространялось на все разрабатываемые и выпускаемые в стране электрические лампы, в т.ч. высокоэффективные энергосберегающие газоразрядные лампы нового поколения, а также на светотехническую продукцию для общего и специального освещения на основе светодиодных модулей и линеек. Главная роль в разработке специального ТР, на наш взгляд, должна принадлежать ведущим исследовательским институтам в области светотехники, имеющим большой опыт разработки, внедрения в производство и совершенствования выпускаемых ламп и световых приборов. В предлагаемый к разработке ТР, касающийся ламп и световых приборов, помимо требований по различным видам безопасности, которые введены в проект основного технического регламента «О безопасности низковольтного электрооборудования», по нашему мнению, должны быть включены требования по светобиологической безопасности. Оценка светобиологической безопасности необходима: – во-первых, ввиду все более широкого применения группы ламп разрядных ультрафиолетового излучения (эритемных, бактерицидных и т.д.), т.к. помимо электро- и пожаробезопасности должна быть предусмотрена защита от ультрафиолетового излучения, особенно в диапазонах УФ-С и УФ-В с длинами волн 10…320 нм (незначительные отклонения бактерицидного потока от установленных в нормативных документах значений из-за изменения условий эксплуатации

могут приводить к ожогам кожи, повреждениям глаз людей и животных, гибели растений, и т.д.); – во-вторых, при использовании источников оптического излучения, что особенно актуально в связи с распространяющимся в нашей стране применением светодиодных источников света, очень важна оценка воздействия излучения на глаза человека (существует опасность от синего цвета, от того, на каком расстоянии находится источник света и облучения и т.д.). Это особенно актуально, потому что в недалекой перспективе планируется широкомасштабное внедрение светодиодного освещения. Соответствие продукции техническим регламентам должно обеспечиваться соблюдением требований национальных стандартов, гармонизированных с международными требованиями и нормами, перечень которых должен разрабатываться к каждому техническому регламенту. Следует отметить, что в области источников света работа по актуализации и разработке национальных стандартов статуса ГОСТ Р за последние 2—3 года заметно активизировалась. По нашей оценке, более половины действующих в настоящее время национальных стандартов соответствуют международным требованиям в области светотехники. Например, разработаны стандарты, содержащие эксплуатационные требования и требования безопасности: на лампы накаливания вольфрамовые для бытового и аналогичного освещения, на лампы разрядные (кроме люминесцентных ламп), на лампы типа ДНаТ, ДРЛ, ДРИ и т.д. В стадии разработки в 2009 г. находятся стандарты на компактные люминесцентные лампы со

Современная светотехника, #1 2009

стандартизация и метрология встроенными пускорегулирующими аппаратами для общего освещения с цоколями Е14, Е27 и другими, устанавливающие требования безопасности и эксплуатационные требования. Практика проведения испытаний на соответствие действующих стандартов показала, что существенным недостатком отдельных из них, например, стандартов на лампы типа ДНаТ, ДРИ, компактные люминесцентные лампы, является отсутствие требований по световым параметрам и их стабильности в процессе эксплуатации. А это главное в качественных характеристиках источников света. Регламентация в стандартах оптимальных значений световых параметров, их стабильности для каждого типа ламп, должны быть ориентиром для отечественных производителей при разработке ими собственных технических условий — документов поставки ламп потребителям. И тогда качественный уровень нормативной базы источников света (национальные стандарты) будет способствовать укреплению позиций отечественной продукции на мировом рынке, препятствовать проникновению низкокачественной и опасной продукции в нашу страну и вместе с тем не будет препятствием для инноваций. Введение в стандарты световых параметров актуально еще и по другой причине: страны Европейского сообщества (ЕС) и другие промышленно развитые страны в соответствии с директивой Комиссии Евросоюза в обязательном порядке включают в свои стандарты маркировку бытовых ламп по энергоэффективности, показывающую класс энергоэффективности (соотношение лм/Вт). Эта схема классификации предусматривает 7 классов энергоэффективности, от А до G, при этом класс А имеет наивысшую энергоэффективность. Сегодня в странах ЕС запрещен ввоз продукции с низкими классами энергоэффективности F и G, реализуются программы вывода с рынка Евросоюза до 2016 г. традиционных ламп накаливания, признанных самыми энергоемкими изделиями в системе освещения. Современные проблемы энергоэффективного освещения в на-

www.lighttech.ru

шей стране решаются пока очень медленно. В системах освещения все еще массово используются в основном неэффективные и устаревшие типы ламп — ЛОН, ДРЛ и им подобные. В стране отсутствует собственное производство компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), кроме отдельных сборочных производств, на которые поставляются импортные комплектующие, в основном китайского производства. Единственные отечественные изготовители КЛЛ полного цикла — наш институт и Московский ЭЛЗ прекратили их производство, не выдержав конкуренции с Китаем. Сейчас компактные люминесцентные лампы в широком ассортименте закупаются за рубежом, отечественный рынок переполнен лампами не лучшего качества. Причем объем импорта ламп в Россию продолжает расти, и существует риск в скором времени превратить страну в «свалку» самых дешевых, некачественных и небезопасных ламп. В качестве примера поступающих на отечественный рынок ламп низкого качества можно привести компактные люминесцентные лампы со встроенными ЭПРА и цоколем Е27 (тип ламп YPZ 220/) производства фирмы «Мегаман» (Китай). По результатам испытаний, проведенных в институте, лампы небольших мощностей имели завышенные световые потоки (почти в два раза) и заниженные значения мощности, т.е. более высокую световую отдачу (например, у ламп мощностью 11 Вт — 68,7 лм/Вт вместо 42,9 лм/Вт) по сравнению с заявляемыми данными, значительный спад светового потока. Светотехникам известно, что от этих ламп нельзя ожидать соответствия заявляемому производителем сроку службы, т.е. эти лампы ненадежны в процессе эксплуатации. Аналогичная картина наблюдалась и при испытаниях ламп большей мощности (55…150 Вт) и других типах ламп китайских производителей. Некоторые лампы импортного производства по результатам измерений имели световые потоки и световую отдачу в 1,5—2 раза ниже заявленных, из чего следует, что эти лампы не соответствуют критериям энергоэффективности.

Подобные результаты испытаний характерны и для компактных люминесцентных ламп основных отечественных производителей, использующих при изготовлении своей продукции материалы и комплектующие китайского производства, а также для ламп ДНаТ, горелки которых также в основном сделаны в Китае. Необходимо отметить, что в светотехнической отрасли имеются отечественные разработки перспективных энергоэффективных компактных люминесцентных ламп, люминесцентных ламп прямых в тонкой трубке типа Т5 (16 мм), натриевых и металлогалогенных ламп для разнообразных областей применения, обеспечивающих освещенность высокого качества с большим сроком службы, значительную экономию электроэнергии в процессе эксплуатации (до 40% и выше). Задачей светотехников сегодня является интенсивное развитие объемов производства этих групп ламп, тем более что в светотехнической отрасли есть немало высококвалифицированных специалистов. Чтобы не отставать от лучших мировых достижений, необходимо проводить научно-исследовательские работы, направленные на совершенствование перспективных энергосберегающих групп ламп, в частности, металлогалогенных разрядных ламп. Необходимо решить задачу повышения световой отдачи до 100…110 лм/Вт и срока службы до 15—20 тыс. ч., против достигнутых на сегодня 80…90 лм/Вт и срока службы 10—12 тыс. ч. Однако для выполнения этих работ потребуются сотни миллионов рублей, а, кроме того, силами только светотехнической отрасли с решением стоящих перед ней задач не справиться, нужна поддержка со стороны государства в виде субсидий, льготных кредитов, налоговых платежей, прямых инвестиций, т.е. всего того, о чем неоднократно говорил Президент Дмитрий Медведев в своих выступлениях по вопросу об энергоэффективности в системе общего освещения. В числе разработанных нашим институтом стандартов имеется стандарт на «Модули светоизлучающих диодов для

стандартизация и метрология общего освещения. Требования безопасности», содержащий прямой перевод МЭК62031. В то же время этого стандарта недостаточно для проведения оценки качества светодиодной продукции, которая, по прогнозам, в ближайшие 10 лет будет постепенно вытеснять с рынка традиционные источники света, вплоть до отдельных типов люминесцентных ламп. В части эксплуатационных требований светодиодной продукции существуют пока только проекты стандартов МЭК. Между традиционными и светодиодными лампами имеется много принципиальных различий. У светодиодных ламп нет тела накала, горелки, люминофоров, разрядного столба. За счет высоких цветовых температур свечения, почти в два раза превосходящих лампы накаливания, светодиоды могут давать эффект дневного света, вместо желтого свечения от ламп накаливания. Светодиодные лампы отличают высокие электро- и взрывобезопасность, высокая устойчивость к внешним воздействиям, отсутствие пульсации светового потока и т.д. Учитывая, что светодиодная продукция начинает использоваться в целях общего освещения, институт планирует разработку стандарта по эксплуатационным требованиям с отражением в нем всех особенностей этой продукции. Для принятия правильных и технически обоснованных решений при оценке качества этой новой продукции в планируемом к разработке стандарте большое внимание будет уделено опреде-

лению технических показателей (существенных для потребителей, которые должны участвовать в оценке качества продукции), разработке и стандартизации норм светотехнических характеристик, методам их измерений и т.д. В связи с тем, что производство светодиодов начинает постепенно разворачиваться в нашей стране, необходимость в стандарте, регламентирующем эксплуатационные требования к светодиодной продукции, не вызывает сомнений. Тем более, результаты проведенного анализа технических условий, представляемых одновременно со светодиодной продукцией из разных регионов страны на испытания в наш институт, показывают, что разработанные изготовителями технические условия на светодиодную продукцию требуют доработки, т.к. в большинстве своем имеют общий недостаток — содержат самые разнообразные требования, которые зачастую не отражают функционального назначения изделий. Первоочередными задачами в области стандартизации систем искусственного освещения, которые должны решаться в ближайшее время, по нашему мнению, должны быть: 1. Усовершенствование действующих стандартов и технических условий на продукцию в части введения световых параметров, их стабильности, если они отсутствуют, а также показателей энергоэффективности и энергомаркировки на светотехническую продукцию.

2. Разработка технического регламента по утилизации использованных источников света, содержащих ртуть. 3. Создание специального технического регламента или регламентов на лампы электрические и световые приборы. 4. Разработка стандартов на светодиодную продукцию и по энергосбережению ламп. Вообще, если мы хотим соответствовать требованиям времени, иметь на рынке отечественные высокоэффективные энергосберегающие лампы и светотехнические изделия, мы должны приложить максимум усилий, чтобы наши стандарты по всем показателям безопасности, качества и энергоэффективности соответствовали бы мировым техническим требованиям, наши технологии изготовления ламп были бы инновационными и энергосберегающими. Мы должны предпринять реальные действия по переоснащению и расширению производства более совершенных энергосберегающих ламп, идущих на замену ламп накаливания, чтобы избежать дефицита отечественных энергосберегающих ламп на рынке. В средствах массовой информации необходимо проводить разъяснительную работу о всех преимуществах использования энергоэффективных ламп с точки зрения потребителя. При таких условиях разработанный в стране план снятия ламп накаливания с производства и вывода с отечественного рынка, будет выполнен в сроки, намеченные Президентом страны.

В Томске решают вопрос утилизации люминесцентных ламп

Комитет экологической безопасности урбанизированных территорий Томской области в ближайшее время вынесет на городской экологический совет вопрос об утилизации энергосберегающих ртутных ламп, которые находятся в обороте у

населения, сообщил во вторник на прессконференции в Томском пресс-центре председатель комитета Сергей Трапезников. «В данный момент разработаны нормы на утилизацию энергосберегающих ламп для предприятий и организаций, они относятся к приборам первого класса опасности. Существуют требования по их хранению, транспортировки и утилизации, но для населения ничего в данный момент не разработано. А в ближайшее время, с учетом кампании по энергосбережению, проводимой сегодня в России, резко увеличится потребления этих ламп населением», — сказал Трапезников.

По его словам, сегодня люди просто выбрасывают отработанную лампочку в мусорное ведро, не заботясь о том, куда оно попадет в дальнейшем. «В этом году мы продали 60 тысяч энергосберегающих ламп населению. А в них суммарно — около восьми килограммов ртути. При условии, что наша доля рынка в г. Томске около 10—15%», — сказал Суханов. По его данным, в России в обороте в энергосберегающих лампах сегодня содержится порядка 50 тонн ртути. По материалам www.eco.rian.ru

Современная светотехника, #1 2009