РАЗРАБОТКА БЛОКА ПИТАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Обзор оборудования для испытания светодиодных светильников 9
1.1 Анализ современного состояния исследований в области
испытания светодиодных светильников 9
1.2 Существующие технические средства для испытания и диагностики светодиодов и светильников на их основе 12
2 Разработка блока питания испытательного комплекса для свето¬диодных светильников 22
2.1 Предлагаемые подходы и методы, применяемые для разработки испытательного стенда 22
2.2 Разработка блока драйверов 28
2.3 Разработка управляемого источника тока 31
2.3.1 Разработка общей схемы источника тока 31
2.3.2 Разработка источника питающего напряжения 32
2.3.3 Расчёт блока управления и источника опорного
напряжения 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Обзор оборудования для испытания светодиодных светильников 9
1.1 Анализ современного состояния исследований в области
испытания светодиодных светильников 9
1.2 Существующие технические средства для испытания и диагностики светодиодов и светильников на их основе 12
2 Разработка блока питания испытательного комплекса для свето¬диодных светильников 22
2.1 Предлагаемые подходы и методы, применяемые для разработки испытательного стенда 22
2.2 Разработка блока драйверов 28
2.3 Разработка управляемого источника тока 31
2.3.1 Разработка общей схемы источника тока 31
2.3.2 Разработка источника питающего напряжения 32
2.3.3 Расчёт блока управления и источника опорного
напряжения 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Согласно результатам последних исследований в мире на освещение
приходится 20% от общего объёма вырабатываемой электроэнергии. Применение в системах освещения энергоэффективных светодиодных источников света позволит экономить огромное количество энергии и, соответственно, ресурсов. В настоящее время в нашей стране реализуется стратегическая цель Правительства РФ по переходу к нетопливной энергетике до
2030 года. Одно из направлений повышения энергоэффективности предполагает замену ламп накаливания на энергоэффективные лампы и развитие
производства энергоэффективного светового оборудования в России. Однако, с переходом на энергоэффективные светодиодные источники света
производители и потребители данной продукции столкнулись со значительными проблемами, которые требуют скорейшего решения. Подобной
проблемой является качество света, одной из главных характеристик которого является спектр излучения источника света. Известно, что электромагнитные волны определённой длины видимого диапазона оказывают
различное влияние на здоровье и психофизическое состояние человека, поэтому спектр излучения светодиодного светильника должен зависеть от
области его применения. В процессе эксплуатации спектр излучения подобных источников света может изменяться по причине деградации люминофора и кристалла светодиодов, либо из-за их электрических и тепловых
перегрузок. Как правило, происходит смещение спектра в область высоких
частот. Таким образом, светодиодный светильник, полностью исправный
по значениям всех электрических и фотометрических параметров, может
стать непригодным для использования вследствие существенного отклонения спектра его излучения от номинального.
Проблемы внедрения светодиодной техники в нашей стране во многом связаны с отсутствием нормативной базы полупроводниковой светотехники, что позволяет производителям создавать некачественную продукцию и обманывать потребителя, заявляя срок службы подобных
устройств на уровне 70–100 тыс. часов. С 1 сентября 2017 года вступил в
действие стандарт Ассоциации производителей светодиодов и систем на
их основе СТО.69159079-01-2017 «Светильники светодиодные. Требования к техническим и эксплуатационным параметрам». В данном стандарте
разработчикам удалось объединить общие требования к осветительным
приборам, фотометрические и колориметрические параметры, электрические параметры, требования к электромагнитной совместимости, эксплуатационным параметрам и безопасности, требования надежности и гарантийные обязательства. Согласно стандарту одним из нормируемых колориметрических параметров осветительного прибора является коррелированная цветовая температура, которая рассчитывается на основе известного спектра излучения. Допуск на величину коррелированной цветовой
температуры должен составлять не более ± 300 К от номинального значения, заявляемого производителем. Однако, на данный момент у производителей светодиодных светильников не хватает информации о характере
зависимости величины коррелированной цветовой температуры от электрических и тепловых режимов их работы. Кроме того, отсутствуют глубокие исследования процессов изменения значения данного параметра в
процессе эксплуатации светильника в связи с деградацией светодиодов.
Таким образом, сейчас невозможно оценить точно реальный срок службы
светодиодного светильника, поскольку производители не могут сказать,
через какой интервал времени величина его коррелированной цветовой
температуры изменится на 300 К даже при номинальном режиме работы.
Однако, зачастую светодиоды в светильнике работают в электрических и
тепловых режимах, отличных от номинального, поэтому исследование
спектра излучения и его изменения с течением времени при данных режимах работы является актуальной задачей.
приходится 20% от общего объёма вырабатываемой электроэнергии. Применение в системах освещения энергоэффективных светодиодных источников света позволит экономить огромное количество энергии и, соответственно, ресурсов. В настоящее время в нашей стране реализуется стратегическая цель Правительства РФ по переходу к нетопливной энергетике до
2030 года. Одно из направлений повышения энергоэффективности предполагает замену ламп накаливания на энергоэффективные лампы и развитие
производства энергоэффективного светового оборудования в России. Однако, с переходом на энергоэффективные светодиодные источники света
производители и потребители данной продукции столкнулись со значительными проблемами, которые требуют скорейшего решения. Подобной
проблемой является качество света, одной из главных характеристик которого является спектр излучения источника света. Известно, что электромагнитные волны определённой длины видимого диапазона оказывают
различное влияние на здоровье и психофизическое состояние человека, поэтому спектр излучения светодиодного светильника должен зависеть от
области его применения. В процессе эксплуатации спектр излучения подобных источников света может изменяться по причине деградации люминофора и кристалла светодиодов, либо из-за их электрических и тепловых
перегрузок. Как правило, происходит смещение спектра в область высоких
частот. Таким образом, светодиодный светильник, полностью исправный
по значениям всех электрических и фотометрических параметров, может
стать непригодным для использования вследствие существенного отклонения спектра его излучения от номинального.
Проблемы внедрения светодиодной техники в нашей стране во многом связаны с отсутствием нормативной базы полупроводниковой светотехники, что позволяет производителям создавать некачественную продукцию и обманывать потребителя, заявляя срок службы подобных
устройств на уровне 70–100 тыс. часов. С 1 сентября 2017 года вступил в
действие стандарт Ассоциации производителей светодиодов и систем на
их основе СТО.69159079-01-2017 «Светильники светодиодные. Требования к техническим и эксплуатационным параметрам». В данном стандарте
разработчикам удалось объединить общие требования к осветительным
приборам, фотометрические и колориметрические параметры, электрические параметры, требования к электромагнитной совместимости, эксплуатационным параметрам и безопасности, требования надежности и гарантийные обязательства. Согласно стандарту одним из нормируемых колориметрических параметров осветительного прибора является коррелированная цветовая температура, которая рассчитывается на основе известного спектра излучения. Допуск на величину коррелированной цветовой
температуры должен составлять не более ± 300 К от номинального значения, заявляемого производителем. Однако, на данный момент у производителей светодиодных светильников не хватает информации о характере
зависимости величины коррелированной цветовой температуры от электрических и тепловых режимов их работы. Кроме того, отсутствуют глубокие исследования процессов изменения значения данного параметра в
процессе эксплуатации светильника в связи с деградацией светодиодов.
Таким образом, сейчас невозможно оценить точно реальный срок службы
светодиодного светильника, поскольку производители не могут сказать,
через какой интервал времени величина его коррелированной цветовой
температуры изменится на 300 К даже при номинальном режиме работы.
Однако, зачастую светодиоды в светильнике работают в электрических и
тепловых режимах, отличных от номинального, поэтому исследование
спектра излучения и его изменения с течением времени при данных режимах работы является актуальной задачей.
В ходе выполнения бакалаврской работы разработан блок питания
испытательного комплекса для светодиодных светильников. Блок питания
позволяет формировать следующие режимы испытания:
1) номинальный режим работы, указанный производителем в паспорте светильника;
2) режим электрической перегрузки по мощности;
3) режим пониженного питающего тока;
4) режимы с различным уровнем пульсаций питающего тока.
В результате проведённого с помощью испытательного комплекса
исследования будут получены зависимости изменения спектра излучения и
коррелированной цветовой температуры светодиодных светильников
различных производителей и конструкций в процессе их эксплуатации при
различных электрических и тепловых режимах работы. Планируется
проводить измерения параметров и характеристик светильника до 10 тыс.
часов, далее воспользоваться инструментами математического
прогнозирования. Результаты проведённых ранее исследований
показывают, что на данный момент производители светодиодных
светильников не уделяют должного внимания процессам изменения
спектра излучения при эксплуатации. Ожидается, что в процессе
эксплуатации светильника его спектр будет непременно смещаться в
область высоких частот, а величина коррелированной цветовой
температуры будет, соответственно, увеличиваться. Характер изменения
спектра излучения и цветовой температуры светильника будет
определяться, главным образом, режимом его работы. Для каждого
электрического и теплового режима работы будут получены отдельные
зависимости. Предполагается, что данные зависимости будут иметь
схожий характер изменения, но количественно будут различаться. Анализ
результатов проведённых к настоящему исследований также позволяет сделает вывод о том, что значение коррелированной цветовой температуры
большинства испытуемых светильников изменится в процессе
эксплуатации более чем на 300 К, что нарушает требования принятого 1
сентября 2017 г. стандарта СТО.69159079-01-2017 «Светильники
светодиодные. Требования к техническим и эксплуатационным
параметрам». Таким образом, подобные светильники просто не могут быть
использованы на протяжении заявленного производителем срока
эксплуатации по причине недопустимого отклонения величины
коррелированной цветовой температуры от номинального значения.
Проведённое научное исследование позволит как производителям
светодиодных светильников, так и их потребителям понять глубину
проблемы изменения спектра излучения и коррелированной цветовой
температуры в процессе эксплуатации. Предполагается, что результаты
исследования будут способствовать появлению на отечественном рынке
более качественной светодиодной продукции, паспортные значения
параметров и характеристик которой будут соответствовать реальным и
отвечать требованиям современных стандартов.
испытательного комплекса для светодиодных светильников. Блок питания
позволяет формировать следующие режимы испытания:
1) номинальный режим работы, указанный производителем в паспорте светильника;
2) режим электрической перегрузки по мощности;
3) режим пониженного питающего тока;
4) режимы с различным уровнем пульсаций питающего тока.
В результате проведённого с помощью испытательного комплекса
исследования будут получены зависимости изменения спектра излучения и
коррелированной цветовой температуры светодиодных светильников
различных производителей и конструкций в процессе их эксплуатации при
различных электрических и тепловых режимах работы. Планируется
проводить измерения параметров и характеристик светильника до 10 тыс.
часов, далее воспользоваться инструментами математического
прогнозирования. Результаты проведённых ранее исследований
показывают, что на данный момент производители светодиодных
светильников не уделяют должного внимания процессам изменения
спектра излучения при эксплуатации. Ожидается, что в процессе
эксплуатации светильника его спектр будет непременно смещаться в
область высоких частот, а величина коррелированной цветовой
температуры будет, соответственно, увеличиваться. Характер изменения
спектра излучения и цветовой температуры светильника будет
определяться, главным образом, режимом его работы. Для каждого
электрического и теплового режима работы будут получены отдельные
зависимости. Предполагается, что данные зависимости будут иметь
схожий характер изменения, но количественно будут различаться. Анализ
результатов проведённых к настоящему исследований также позволяет сделает вывод о том, что значение коррелированной цветовой температуры
большинства испытуемых светильников изменится в процессе
эксплуатации более чем на 300 К, что нарушает требования принятого 1
сентября 2017 г. стандарта СТО.69159079-01-2017 «Светильники
светодиодные. Требования к техническим и эксплуатационным
параметрам». Таким образом, подобные светильники просто не могут быть
использованы на протяжении заявленного производителем срока
эксплуатации по причине недопустимого отклонения величины
коррелированной цветовой температуры от номинального значения.
Проведённое научное исследование позволит как производителям
светодиодных светильников, так и их потребителям понять глубину
проблемы изменения спектра излучения и коррелированной цветовой
температуры в процессе эксплуатации. Предполагается, что результаты
исследования будут способствовать появлению на отечественном рынке
более качественной светодиодной продукции, паспортные значения
параметров и характеристик которой будут соответствовать реальным и
отвечать требованиям современных стандартов.