Ostatnie lata ubiegłego wieku i początek obecnego, to okres gwałtownego rozwoju źródeł światła. Chociaż świetlówki i LEDy znane są już od kilkudziesięciu lat, to dopiero teraz zyskały przewagę nad tradycyjnymi żarówkami. Dzięki temu rozszerza się zakres ich praktycznego zastosowania. Na szczególna uwagę zasługują lampy LED. Przyszłość należy do nich. Tym bardziej, że podobnie jak obecnie wycofywane są żarówki prawdopodobnie niedługo przyjdą dyrektywy nakazujące ograniczenie stosowania lub całkowite wyeliminowania powszechnie używanych świetlówek.

Oferta rynkowa LEDów jest szeroka. Powszechnie oferowane są lampy LED na 12 V, a także na 230 V. Te ostatnie wyposażane są w trzonki typowe dla wcześniej znanych źródeł światła. E27, E14 i GU10. Można ich używać zamiennie do dotychczasowych żarówek i świetlówek. Natomiast najczęściej oferowanymi lampami LED na 12 V są tzw. paski ledowe.

Same LED-y są zasilane znaczne niższym napięciem, niż wyżej podane. Dlatego wymagają zastosowania specjalnych układów elektronicznych dostosowujących napięcie sieciowe 230 V do parametrów LED. Do różnych typów LED konieczne jest używanie właściwych zasilaczy. Większość z nich posiada stabilne parametry wyjściowe. Tylko niektóre mogą być regulowane (bezpośrednio za pomocą zasilaczy).

Wydajność LEDów oferowanych przez grupę technologicznie rozwiniętych producentów osiąga poziom między 100 a 200 lm/W. Jest to wartość wielokrotnie przekraczająca możliwości lamp dotychczas używanych do oświetlania wnętrz. Duża ilość emitowanego światła spowodowała konieczność regulacji strumienia świetlnego. Opracowano więc ściemniacze do LED. Znalazły one także zastosowanie do regulacji barw diod RGB. Odpowiednio regulując jasność mieszanych barw można praktycznie osiągnąć każdy kolor świecenia.

Najczęściej spotykanymi lampami LED są ledówki 12 V. Stanowią one zestawy LED, połączonych szeregowo z rezystorami i równolegle z innymi układami. Dzięki takiemu połączeniu ograniczany jest prąd płynący przez diody i rezystor (-y), a napięcie zasilania dzielone jest na poszczególne diody. Najprostszym sposobem zapewnienia właściwych parametrów grupie diod jest równoległe połączenie kilku gałęzi zawierających po kilka szeregowo połączonych z opornikiem LED (rys. 1). Układ ten jest bardzo prosty i tani. W każdej gałęzi można łatwo ograniczyć prąd do właściwego poziomu. A uszkodzenie jednej diody nie wpływa na pracę pozostałych gałęzi. Wadą tego układu jest to, że w wyniku uszkodzenia jednej LED przestaje świecić cała gałąź.

Dlatego w praktyce stosuje się nieco zmieniony układ (rys. 2).

Układ ten jest droższy, gdyż każda dioda wymaga użycia oddzielnego rezystora. Dzięki dodatkowym połączeniom awaria jednej diody niemal nie wpływa na pracę całego zespołu diod, jeśli tylko w układzie jest wiele równoległych gałęzi.

Tak połączone zespoły diod należy zasilać za pomocą specjalnych zasilaczy. Ściemnianie LED polega na regulacji płynącego przez nie prądu. Najprościej byłoby zastąpić istniejące w układzie rezystor potencjometrami. W praktyce jest to skomplikowane, dlatego wykorzystuje się regulatory PWM, przyłączane między zasilaczem a diodami.

Cechą charakterystyczną LED jest niemal natychmiastowy zapłon. LED zaczyna świecić pełną mocą już po ok. 100 ns po podaniu napięcia. Jest to czas co najmniej milion razy krótszy od okresu, który potrzebuje żarówka do osiągnięcia stanu pełnego rozżarzenia. Lampy wyładowcze do wystartowania potrzebuję jeszcze dłuższych okresów (kilkadziesiąt do kilkuset razy dłuższych). Dzięki temu błyskawicznemu zapłonowi możliwe jest zastosowanie innych metod do ściemniania LED, niż wykorzystywanych do innych typów lamp. Do ściemniania niskonapięciowych LED stosuje się ściemniacze PWM. Regulacja polega na tzw. wypełnieniu impulsu. W takim wypadki sygnał zasilający diody jest ciągły tylko, gdy wypełnienie jest 100%. W pozostałych sytuacjach jest ono redukowane. Regulacja wypełnieniem impulsu polega na cyklicznym przerywaniu zasilania.

Na rys. 3 pokazany jest sposób ściemniania. W pierwszych dwóch okresach podawany jest zasilanie przez cały okres. W kolejnych trzech zostało zmniejszone do 80%. To znaczy, że przez 20% czasu obwód zasilania jest otwarty, a przez pozostałe 80% czasu zasilacz pracuje ze znamionowymi parametrami.

Na rynku znajduje się wiele ściemniaczy pracujących z różnymi częstotliwościami. Zwykle jest to od 100 do 400 Hz. Im wyższa częstotliwość, tym bardziej wyrównane jest świecenie. Dla przeciętnego człowieka pulsowanie z częstotliwością 100 Hz jest niezauważalne.

Dla instalatora elektryka najważniejszy jest sposób przyłączenia ściemniacza do instalacji. Większość osób oczekuje, że można będzie wykorzystać istniejące już ściemniacze. A jeśli okaże się to niemożliwe, to przynajmniej dobranie takiego urządzenia sterowniczego, które można zamontować na ścianie w podtynkowej puszce. Klienci wymagają, aby ściemniacz do LED nie różnił się wyglądem od pozostałych elementów instalacji elektrycznej: gniazdek, wyłączników, przełączników itd. Niestety, większość oferowanych ściemniaczy LED stanowi autonomiczne układy, zwykle wyposażone w piloty. Same ściemniacze wraz z zasilaczami przeznaczone są do wbudowania w lampę lub w pustą przestrzeń budowlaną. Stanowi to dużą niedogodność, gdyż nie można, tak jak wszyscy się przyzwyczaili załączać światła przy wejściu do pomieszczenia. Podobne problemy występują w instalacjach magistralnych, gdzie często wykorzystuje się funkcje centralne (np. WYŁĄCZ WSZYSTKO) oraz grupowe. Jednak w instalacji KNX można wykorzystać specjalne ściemniacze do LED, które w żaden sposób nie ograniczają sterowania diodami. Za ich pomocą można realizować sterowanie czasowe, grupowe, centralne oraz sceny. Dodatkowo, w ramach scen świetlnych można zapamiętywać różne barwy i różne natężenia lamp LED.

Do ściemniania LED konieczne są specjalne układy oraz zasilacze z wejściami na jeden z powszechnie stosowanych sygnałów regulacyjnych, np. 1-10 V, DALI czy DMX. Jeśli wykorzystuje się jeden z tych sposobów, to instalacja elektryczna nie wymaga widocznych przeróbek. W takich instalacjach wystarczy przyłączyć sygnał wyjściowy takiego ściemniacza do odpowiedniego wejścia sterowniczego, sterownika lub zasilacza LED. Jeśli w instalacji był zwykły wyłącznik, to konieczna będzie zamiana na jeden z wyżej wspomnianych regulatorów. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie niskonapięciowych ściemniaczy LED z wejściami bezpotencjałowymi. Układy te stanowią grupę najbardziej uniwersalnych regulatorów LED. Zaletą ich jest to, że umożliwiają sterowanie lampami o dowolnie dużych mocach i nie wymagają użycia specjalnych urządzeń zamiast wyłączników. Wystarczą zwykłe monostabilne przyciski zwierne. W zależności od użytego sterownika można korzystać z regulacji jedno- lub dwukierunkowej. Obsługa jest intuicyjna. Jeśli zostaną przyłączone dwa przyciski do dwóch wejść sterowniczych, to każdy klawisz odpowiada za inny kierunek działania. Np. lewy służy do załączania i rozjaśniania, a prawy do wyłączania i ściemniania. Dłuższe przytrzymanie przycisku zawsze powoduje zmianę natężenia oświetlenia, a krótsze – załączenie lub wyłączenie. Jeśli korzysta się z pojedynczego przycisku, to kolejne naciśnięcia zmieniają kierunek działania. Np. pierwsze naciśnięcia załącza, drugie wyłącza, trzecie załącza… I tak dalej. Podobnie jest ze ściemnianiem.

Oprócz niskonapięciowych LED na rynku pojawiły się lampy na napięcie 230 V. Pomyślane zostały jako zamienniki tradycyjnych żarówek. Są wyposażana w takie same trzonki, E27, E14 i GU10. Można używać ich zamiennie zamiast żarówek, halogenów czy świetlówek. Jednak, podobnie jak to jest ze świetlówkami kompaktowymi, nie wszystkie mogą być regulowane i nie każdym ściemniaczem. Przede wszystkim przy zakupie należy upewnić się, że wybrane lampy są ściemnialne. Sprzedawca powinien wiedzieć, czy elektronika w którą są wyposażone (układy elektroniczne są wbudowane w powiększony trzonek lampy oraz ukryte za LEDami) ma charakter pojemnościowy czy indukcyjny. Niestety, zwykle brak tej informacji. Dlatego do ściemniania takich lamp powinno się używać uniwersalnych ściemniaczy, które same rozpoznają charakter lampy. Takie ściemniacze oferuje każdy renomowany producent. Ściemniacze o takich właściwościach są oferowane także do instalacji magistralnych, radiowych czy KNX.

Osobnym zagadnieniem jest zakres ściemniania. O ile ściemniacze do niskonapięciowych LED posiadają pełny zakres regulacji, od 100% do niemal 0, to ściemnianie ledówek na 230 V możliwe jest w zakresie od 100% do ok. 10%. Niestety, taki zakres wynika jedynie z pomiarów. Ludzkie oko reaguje inaczej. Subiektywną dolną granicą ściemniania lamp LED na 230 V jest wartość ok. 30%. Dlatego przed zainstalowaniem takich lamp konieczne jest zaprezentowanie użytkownikowi faktycznego zakresu ściemniania. Jeśli minimalna wartość nie spełnia oczekiwań, konieczne jest zastosowanie LED na 12 V i odpowiednich zasilaczy wraz ze sterownikami.

Zagadnienia związane z zasilaniem i ściemnianiem lamp LED są dość skomplikowane. Zwłaszcza dobór niskonapięciowych LED. Przy zakupie konieczne jest zapoznanie się z parametrami nabywanych lamp. Inne układy są potrzebne do zasilania i ściemniania różnych LED. Lampy przy których podane jest jedynie napięcie zasilające wymagają układów ze stabilizacją napięcia zasilania, natomiast LEDy o określonej wartości prądu, tzw. LED mocy, muszą być zasilane stabilizowanym prądem o podanej wartości. Najczęściej jest to 350 mA lub 700 mA. Oferowane są też LED o prądzie 1000 mA. Do zasilania LED konieczne jest wyłączne używanie stabilizowanych zasilaczy. W przypadku LED mocy zasilanych zwykłymi zasilaczami konieczne jest użycie stabilizatorów prądu, tzw. driwerów LED. Zapewniają one trwałość i stabilność pracy takich LED.

Kolejnym zagadnieniem z którym muszą się zmierzyć instalatorzy jest dobór przewodów doprowadzonych do lamp LED. Ze względu na niskie napięcie wymagane są wyższe przekroje. Kolejnym ograniczeniem jest ich długość. Im wyższa częstotliwość sterowników PWM, tym większe spadki napięcia. Dlatego zaleca się, aby odległość od regulatora do LED nie przekraczała 30 m. Z tym, że im przewód jest krótszy, tym mniejsze prawdopodobieństwo występowania niepożądanych zjawisk. Oprócz spadków napięcia istnieje możliwość „grania” przewodów oraz zakłóceń radioelektrycznych. Emitowane pole elektromagnetyczne przez długie przewody może powodować zakłócenia działania sprzętu elektronicznego. Może też być słyszalne dla osób przebywających w pomieszczeniu.

Andrzej Dubrawski

---