Co je proudový napájecí zdroj?

Proudový napájecí zdroj neboli zdroj konstantního proudu (CC – Constant Current) je elektrický zdroj, který udržuje na svém výstupu stanovený proud. V LED osvětlení se používá především pro napájení výkonových LED modulů a sériově zapojených LED, u kterých je pro správnou funkci důležité přesně řídit proud procházející LED čipy.

Na rozdíl od napěťového zdroje, který udržuje například pevných 24 V, proudový LED driver udržuje například 350 mA, 500 mA nebo 700 mA a výstupní napětí přizpůsobuje připojenému LED modulu v rámci svého dovoleného pracovního rozsahu.

Co je proudový napájecí zdroj?

Proudový napájecí zdroj je zařízení navržené tak, aby připojenou zátěží protékal stanovený elektrický proud.

V osvětlovací technice se velmi často používá označení LED driver. Driver může být například připojen na běžné síťové napětí 230 V AC a na výstupu vytvářet řízený stejnosměrný proud potřebný pro LED modul.

Co znamená CC – Constant Current?

Zkratka CC pochází z anglického Constant Current, tedy konstantní proud.

Na driveru můžeme například najít údaj:

To ale neznamená, že proud zůstane stejný bez ohledu na jakékoliv výstupní napětí nebo zátěž. Regulace funguje pouze v elektrických mezích, pro které byl konkrétní driver navržen.

Proč LED potřebuje řízený proud?

LED dioda se elektricky chová jinak než například klasická žárovka.

Po překročení určitého propustného napětí začne proud LED výrazně růst. V pracovní oblasti proto může i poměrně malá změna napětí způsobit velkou změnu proudu.

Příliš vysoký proud může vést k:

• vyššímu příkonu LED,
• většímu zahřívání čipu,
• změně světelného toku,
• zrychlené degradaci,
• a při výrazném překročení mezních hodnot také k poškození LED.

Voltampérová charakteristika LED

Důvod dobře ukazuje voltampérová charakteristika LED, tedy vztah mezi napětím na LED a proudem, který jí protéká.

Křivka není lineární. LED se tedy nechová jako jednoduchý rezistor, u kterého by byl proud přímo úměrný napětí podle konstantního odporu.

Navíc se její elektrické vlastnosti mění například s:

• teplotou polovodičového přechodu,
• výrobní tolerancí jednotlivých LED,
• pracovním proudem,
• typem polovodiče,
• a barvou nebo konstrukcí LED čipu.

Proč se výstupní napětí driveru mění?

Proudový LED driver není typicky zdroj, který by měl na výstupu stále například přesně 24 V.

Jeho hlavním úkolem je udržovat stanovený proud. K tomu musí vytvořit takové výstupní napětí, jaké připojený LED modul při tomto proudu právě potřebuje.

Představme si driver nastavený na:

Pokud LED modul při tomto proudu potřebuje například 30 V, driver vytvoří přibližně odpovídající napětí. Pokud jiný kompatibilní modul potřebuje například 38 V, driver může vytvořit vyšší napětí – pokud se stále nachází v jeho dovoleném pracovním rozsahu.

Co je pracovní rozsah výstupního napětí?

Každý proudový LED driver má určitý rozsah výstupního napětí, ve kterém dokáže správně regulovat nastavený proud.

Na štítku nebo v technickém listu může být například uvedeno:

Takový příklad znamená, že pro správnou regulaci musí LED modul při proudu 500 mA vyžadovat pracovní napětí, které se nachází uvnitř tohoto rozsahu.

U skutečného návrhu je samozřejmě potřeba vždy vycházet z technického listu konkrétního LED modulu a konkrétního driveru.

Co je propustné napětí LED – Forward Voltage?

U LED se často setkáme s označením V_F – Forward Voltage, česky propustné napětí.

Jde o napětí na LED při jejím provozu v propustném směru za definovaných podmínek.

Propustné napětí není jedna dokonale pevná hodnota. Závisí například na:

• typu LED,
• pracovním proudu,
• teplotě přechodu,
• a výrobních tolerancích.

U LED modulu složeného z většího množství sériově zapojených čipů se jejich propustná napětí sčítají.

Proč se LED často zapojují do série?

U systému s konstantním proudem je velmi praktické zapojit více LED sériově.

Stejný elektrický proud potom protéká všemi LED v řetězci:

Driver tedy nemusí řídit proud každou LED samostatně. Musí ale vytvořit dostatečné výstupní napětí odpovídající součtu jejich propustných napětí.

Paralelní zapojení výkonových LED nebo LED řetězců je složitější, protože proud se nemusí mezi jednotlivé větve rozdělit rovnoměrně. Takový systém musí být výslovně navržen pro paralelní větve a jejich správné proudové vyvážení.

Proudový vs. napěťový napájecí zdroj

Oba principy jsou v LED osvětlení běžné, ale používají se pro rozdílně konstruované světelné systémy.

Jeden systém není obecně lepší než druhý. Napájecí zdroj musí odpovídat elektrické konstrukci připojeného LED systému.

Jak vybrat správný proudový driver?

Při výběru nestačí znát pouze výkon ve wattech. Je potřeba porovnat několik parametrů současně.

1. Výstupní proud

Musí odpovídat proudu, pro který je LED modul navržen.

Připojit modul navržený například pro 500 mA k driveru nastavenému na výrazně vyšší proud může LED přetížit.

2. Rozsah výstupního napětí

Pracovní napětí LED modulu musí ležet uvnitř rozsahu, ve kterém driver dokáže zvolený proud regulovat.

3. Maximální výstupní výkon

Driver musí být schopný dodat potřebný elektrický výkon.

4. Způsob řízení

Pokud má být svítidlo stmívatelné nebo připojené do systému řízení, musí driver podporovat požadované rozhraní nebo způsob regulace.

5. Provozní podmínky

Důležitá je také:

• teplota okolí,
• teplota driveru,
• způsob chlazení,
• umístění ve svítidle,
• požadovaná životnost,
• bezpečnostní konstrukce,
• a případné certifikace.

Jak souvisí proud, napětí a výkon?

Na stejnosměrném výstupu LED driveru můžeme pro základní výpočet použít vztah:

Pokud například LED modul pracuje přibližně při:

• napětí 36 V,
• proudu 500 mA = 0,5 A,

je jeho elektrický příkon přibližně:

Proto musí být při volbě driveru vhodný nejen proud a napěťový rozsah, ale také maximální výstupní výkon.

Elektrický příkon LED zároveň není totéž co světelný tok v lumenech. Vztah mezi oběma veličinami popisuje například měrný výkon v lm/W.

Jak se proudový LED driver stmívá?

Protože světelný výkon LED úzce souvisí s proudem, lze stmívání realizovat právě jeho řízením.

Používá se několik principů.

Samotný příkaz ke stmívání může do driveru přicházet různými způsoby, například přes:

• DALI nebo DALI-2,
• 1–10 V,
• PushDIM / SwitchDIM,
• bezdrátový řídicí systém,
• nebo jiné rozhraní.

Co rozhoduje o kvalitě LED driveru?

To, že je zdroj označený jako Constant Current, samo o sobě neříká, zda jde o kvalitní driver.

Při jeho hodnocení jsou důležité například:

• přesnost regulace výstupního proudu,
• účinnost,
• životnost elektronických součástek,
• provozní teplota,
• výstupní zvlnění proudu,
• chování při stmívání,
• flicker světla,
• účinník na vstupu,
• harmonické zkreslení THD,
• elektromagnetická kompatibilita,
• ochranné funkce,
• a příslušné certifikace.

Například nízké THD není automatickou vlastností každého proudového zdroje. Stejně tak použití konstantního proudu samo o sobě nezaručuje nízký flicker nebo vysokou účinnost. Tyto vlastnosti závisí na konkrétní konstrukci driveru.

Ochranné funkce LED driveru

Kvalitní LED driver může obsahovat různé ochranné funkce. Jejich konkrétní kombinace se liší podle výrobku.

Může jít například o ochranu při:

• zkratu na výstupu,
• přetížení,
• přehřátí,
• provozu naprázdno,
• nebo nevhodném napětí.

Nelze ale automaticky předpokládat, že každý CC driver obsahuje všechny uvedené funkce. Rozhodující je vždy jeho technická dokumentace.

Je výstup proudového driveru bezpečný?

Nelze automaticky říct, že výstup LED driveru je bezpečný pouze proto, že napájí LED.

Podle konkrétního driveru může výstupní napětí dosahovat desítek voltů, u některých systémů i vyšších hodnot. Při provozu naprázdno se může chování výstupu rovněž lišit podle konstrukce zařízení.

Bezpečnost závisí například na:

• maximálním výstupním napětí,
• galvanickém oddělení,
• konstrukci SELV nebo jiného ochranného systému,
• třídě ochrany zařízení,
• a způsobu zabudování driveru do svítidla.

Proudové LED drivery ve svítidlech lampax

U hlavních dřevěných LED svítidel lampax používáme pro napájení LED modulů právě zdroje konstantního proudu.

Používáme kvalitní LED drivery rakouského výrobce Tridonic, které jsou navržené pro profesionální LED osvětlení.

Driver společně s LED modulem tvoří jeden elektrický systém:

Podle konkrétního svítidla a varianty používáme drivery také pro řízení výkonu nebo stmívání. U vybraných provedení podporujeme například DALI-2 se SwitchDIM nebo řízení pomocí systému Casambi.

U některých svítidel lze navíc pracovní proud driveru nastavit na několik úrovní. Změnou proudu LED modulu se změní jeho elektrický příkon i výsledný světelný tok. Tento princip podrobně vysvětlujeme v článku Nastavení výkonu svítidla pomocí DIP přepínače.

Více o významu celé této součásti najdete také v článku LED driver a jeho důležitá úloha v LED svítidle.