Драйверы серии «STANDARD» пусковой ток

В настоящее время 80% светодиодных драйверов представляют собой импульсный AC/DC преобразователь. Драйверы, как и подобные импульсные устройства, генерируют электромагнитные помехи в сеть и в окружающее пространство. Поэтому при их использовании для снижения уровня помех требуется установка помехоподавляющих фильтров, в которых имеются конденсаторы и индуктивности. В свою очередь в конденсаторах возникают токи зарядки, а в сердечниках трансформаторов и индуктивностей электромагнитные поля. Поскольку электромагнитные сигналы в светодиодных драйверах проходят две стадии преобразования, схема светодиодного драйвера включает активный корректор коэффициента мощности и DC/DC- преобразователь (рис.1).

В маломощных источниках обычно применяют конденсаторы с номинальной емкостью около 50 мкФ (на схеме С2) . В исходном состоянии конденсатор С2 разряжен, а при подаче напряжения питания он представляет собой короткозамкнутый элемент. В нем возникает ток большой величины, который определяется по формуле:

I = C х dv/dt, где
С — суммарная входная емкость DC/DC-преобразователя,
dv/dt —скорость нарастания напряжения.

Фрагменты паспортов светодиодных драйверов «Х» со значениями их пускового тока приведены на рис. 2. Как видно из рисунка, значение пускового тока превышает потребляемый ток при напряжении питания 230 В (АС) и длительности 425 мкс в 86 раз.

В ходе эксплуатации светодиодного драйвера возникает проблема, связанная с появлением большого пускового тока (Inrush Current) в момент подключения устройства к сети. Его величина в десятки раз превышает ток, потребляемый драйвером при максимальной нагрузке. В случае одновременного включения нескольких светодиодных драйверов могут сработать устройства защиты от короткого замыкания, поэтому требуется устанавливать автоматические выключатели либо с большим током, либо с большим временем срабатывания. Кроме того, при частом включении осветительных приборов значительно уменьшается срок службы коммутирующих устройств – выключателей или реле, поскольку из-за чрезвычайно большого коммутируемого тока у них быстро прогорают контакты.

На сегодняшний день известно несколько способов снижения пусковых токов. Один из них заключается в применении термистора с негативным температурным коэффициентом (NTC). При включении термистора начальное большое сопротивление ограничит пусковой ток. Затем термистор достаточно быстро разогревается и его сопротивление уменьшается, позволяя источнику питания выдавать полную мощность. Несмотря на небольшие затраты на реализацию данного решения и компактную схему, термистор значительно разогревается во время работы, что снижет общий КПД. Этот способ также неэффективен при кратковременном выключении питания, поскольку за короткий промежуток времени NTC-термистор не успевает остыть, при этом входная ёмкость источника разряжается достаточно быстро.

С целью снижения пусковых токов также используют реле или полупроводниковый ключ для замыкания NTC-термистора во время нормальной работы. Это более громоздкое, дорогое, но вместе с тем наиболее эффективное решение, позволяющее отрабатывать краткосрочные выключения питания, поскольку термистор будет выключен во время нормальной работы.

Специалисты ООО «НПК «Инкотекс» при разработке светодиодных драйверов серий «STANDARD_LITE» и «STANDARD_PRO» применили иные схемотехнические методы. Структурная схема светодиодного драйвера серии «STANDARD_LITE» представлена на рис. 3.

Как видно из рисунка, светодиодные драйверы серии «STANDARD_LITE» имеют двухкаскадную структуру. Первый каскад представляет собой изолированный активный корректор коэффициента мощности. Отличительной особенностью данной схемотехники является положение конденсатора – он перенесён с выхода корректора мощности во вторичную часть источника питания и не участвует в формировании пускового тока. Благодаря этому существенно уменьшается входная ёмкость источника питания, следовательно, амплитуда и длительность пускового тока. Процессы, происходящие при включении светодиодного драйвера IAC-160 (1050-000-67STA_LITE), показаны на рис. 4.

Включение драйвера происходит в два этапа: первый – зарядка входных и паразитных емкостей, включение первого каскада; второй – включение второго каскада.

Для измерения пускового тока установлен резистор 0,5 Ом. В итоге пусковой ток составляет 1,9 А, а потребляемый ток при входном напряжении – 0,8 А, т.е. пусковой ток превышает потребляемый всего в 2,4 раза.

Процессы при включении светодиодного драйвера IAC-160 (1050-000-67STA_PRO) показаны на рис. 5.

Для измерения пускового тока установлен резистор 0,5 Ом. В этом случае пусковой ток составляет 1 А, а потребляемый ток при входном напряжении – 0,8 А. Таким образом, пусковой ток превышает потребляемый всего в 1,25 раза.

Отличие схемотехники драйверов серии «STANDARD_PRO» от «STANDARD_LITE» заключается в возможности МОП-транзистора первого каскада плавно включаться. Второй каскад драйверов серий «STANDARD_PRO» и «STANDARD_LITE» является понижающим преобразователем.

Таким образом, при эксплуатации драйверов серии «STANDARD_LITE» для снижения пускового тока достаточно установить автоматический выключатель, номинальный ток которого в 3 раза превышает потребляемый драйвером номинальный ток. Для драйверов серии «STANDARD_PRO» допустим выключатель с номинальным током больше всего в 1,5 раза.

Однако, несмотря на относительно малые пусковые токи драйверов серии «STANDARD», разработчики ООО «НПК «Инкотекс» создали ограничители пусковых токов для ограничения токов при запуске электрического оборудования, питающегося от сети переменного напряжения 36–400 В. Их также можно применять в качестве электронных самовосстанавливающихся предохранителей для автоматического отключения нагрузки от электросети при коротком замыкании.

Технические характеристики ограничителей пусковых токов приведены в таблице 1.

Эпюры пускового тока при включении лампы накаливания показаны на рис. 6. На рисунке эпюры: слева – без ограничителя, справа – с ограничителем.

Эпюры пускового тока при включении светодиодного драйвера показаны на рис. 7. На рисунке эпюры: слева – без ограничителя, справа – с ограничителем.