Управление на LED осветление

Едно от основните предимства на LED осветлението е възможността за неговото лесно и ефективно управление. Освен постигането на различни визуални ефекти, управлението може да доведе и до икономия на енергия и удължаване на експлоатационния живот на светодиодите чрез използване на различни методи за регулиране на светлинния интензитет.

Регулиране на светлинния интензитет
Най-често управлението на светлинния интензитет на светодиодите се извършва чрез изменение на захранващия ток, известно като димиране (dimming). Най-старият и евтин начин за това се осъществява на базата на симетричен тиристор, който пропуска през тях променяща се част от полупериодите на мрежовото напрежение. За LED се прилага разновидността с отстраняване на края на полупериодите, при което тиристорът се включва при нулево мрежово напрежение и няма импулсни токове. Намаляването на напрежението става чрез електронен трансформатор, представляващ инвертор с честота няколко десетки kHz и миниатюрен, високочестотен трансформатор. Вместо симетричен тиристор може да се използва диоден мост и тиристор или два MOS транзистора.

Аналоговото регулиране на светлинния интензитет представлява промяна на тока на LED чрез постоянно напрежение, което обикновено е 1-10 V и осигурява ток между няколко  и 100% от максималната му стойност. Сред предимствата на този метод е липсата на променливи съставки в тока, които по принцип могат да повлияят на работата на други устройства, свързани към електрическата мрежа. Основните недостатъци са нелинейното (макар и слабо) регулиране и възможните леки промени на цвета на светлината.

Принципът на регулиране чрез широчинно-импулсна модулация (ШИМ регулиране) означава подаване на LED на напрежение с формата на правоъгълни импулси, които непрекъснато го включват и изключват. За окото светлината не е мигаща, тъй като честотата на импулсите е поне няколко стотици Hz. Интензитетът й е точна линейна функция на коефициента на запълване на импулсите, към което предимство се прибавя липсата на промяна на цвета на светлината по време на димирането. Недостатъци са сравнително малкият к. п. д. и възможността за създаване на смущения по електрическата мрежа поради импулсите, за чието намаляване е необходимо усложняване и оскъпяване на блока. Полезно е да се има предвид, че значителна част от блоковете са с възможност за аналогово и ШИМ регулиране, като потребителят решава кое да използва.

Най-съвременен метод е цифровото управление, което може да се реализира с използване на електрическата мрежа или отделна управляваща линия. Самото управление се извършва чрез предаване на импулси, като наличието на импулс условно се означава с 1, а липсата му - с 0. Така на една група импулси съответства комбинация от единици и нули - двоично число. Предаваните по линията числа достигат до всички димери, но дадено число се възприема само от един от тях. За целта числата са разделени на групи, като две от тях са задължителни независимо от метода на предаване. Първата група е т. нар. адрес, който е индивидуален за всеки димер и позволява втората група да бъде приета само от него. А именно, тя установява силата на светлината на лампите, свързани към димера. Този принцип позволява по една линия да се управляват произволен брой димери, което определя едно от приложенията за регулиране на осветлението на много места от един управляващ блок. Друго предимство е, че числата могат да се запомнят в паметта на управляващия блок и да се изпращат към всеки димер в точно определен момент. Това означава програмиране на работата на осветлението във всяко помещение или част от него. Начинът на организация на предаването по линията към димерите и евентуално от тях към управляващия блок заедно с техническите средства за това се нарича интерфейс.

Цифрови интерфейси за управление
Най-често използваните интерфейси за цифрово регулиране на интензитета на светлината са DALI и DMX512. Предимство на DALI интерфейса в този случай е възможността за осъществяване на двупосочна връзка. Всеки димер изпраща обратно данни към управляващия блок за състоянието на управляваните лампи, за силата на светлината им и условията на работа на техния баласт. Управляващата линия е от два проводника, към които се свързва управляващият блок и до 64 димера. Необходимият постоянен ток за работа на димерите се доставя от управляващия блок, който може да осигури до 250 mA.

Интерфейсът DMX512 е с още повече възможности, тъй като ползва три 8-разредни числа. В едно от приложенията числата определят интензитета на светлината на червените, зелените и сините LED в осветителното тяло, т. е. силата и цвета на излъчената светлина. Другото основно приложение е за осветителни тела с бяла светлина, където чрез две 8-разредни числа се задават интензитетът на светлината и нейният нюанс, например с цветна температура 2700 К - 6500 К.

За употребата на DMX512 е необходима отделна управляваща линия от три проводника - два за предаване на импулсите и един нулев (маса). Обикновено се използва 5-жилен кабел - две двойки и маса. Всеки димер е с две гнезда за вход и изход, като входът на всеки се свързва към изхода на предния, а на изхода на последния трябва да се постави специален накрайник, съдържащ резистор 120 ома. Към един управляващ блок могат да се свържат до 512 димера, които осигуряват 256 стойности на силата на светлината. За редките случаи на повече димери производителите предлагат специални допълнителни устройства.

Реализация на светлинни сценарии
Осветителните системи, изградени на базата на светодиоди, предлагат богати възможности за постигане на визуални ефекти чрез промяна в цвета на излъчваната светлина. Различните комбинации като плавно преливане на цветовете, преливане със задържане на основните комбинации, рязка смяна на цветовете или редуване на определени комбинации се осъществяват с помощта на контролери. Обикновено контролерите разполагат с няколко интегрирани стандартни програми и предлагат допълнителна възможност за регулиране на скоростта на смяна на цветовете. В общия случай, за всеки захранващ блок, свързан към управляема LED осветителна система, е необходим един контролер.

Видове контролери
RGB контролери. Този тип контролери са предназначени за управление на пълноцветни LED модули и предлагат смесване на трите основни цвята в милиони нюанси. В зависимост от предварително зададените им програми изпълняват различни визуални ефекти (преливане на цветовете, премигване в различни тактове, както и функцията на димера - увеличаване или намаляване силата на светлината). Различават се аналогови и цифрови RGB контролери, с дистанционно управление или без, за вътрешен монтаж и влагозащитени - за външен.

DMX контролери. DMX контролерите са RGB цифрови контролери, съвместими с протокола за цифрови комуникационни мрежи DMX512. Позволяват огромно многообразие от конфигуриране на контури с различни ефекти. Присъединяването към RGB контурите се осъществява с декодери, които преобразуват цифровия сигнал в аналогов.

Многоканални контролери. Предназначени са за управление на над осем независими или свързани светодиодни канала. Намират приложение в светлинната реклама, информационни дисплеи, ефектно осветление и др. Отличават се с гъвкавост при формирането на изходния ток от 200 mA до 20 A на канал. Имат отделно захранване на контролера и силовата част, което на практика позволява управлението на много мощни контури. Обикновено се програмират чрез серийния порт на компютъра с ефекти по избор на потребителя.

Специфики при инсталацията
RGB контролерите се монтират между захранващия блок и съответните LED светлоизточници (ленти, модули, осветителни тела и др.). Изходът на контролера се свързва към LED осветлението с четири проводника: един общ и три проводника за всеки от основните цветове: Red, Green и Blue. При свързване на захранващото напрежение 12 или 24 V към контролера е необходимо да се спазва правилната полярност, макар че почти всички съвременни контролери и димери имат защита от обратна полярност, т. е. няма да се повредят, но няма и да заработят, докато не се захранят правилно.

При инсталацията на димерите е необходимо да се обърне внимание на вероятността от тяхното претоварване чрез включване на лампи с мощност над максималната. Класическият начин за защита е чрез стопяем предпазител, но повечето съвременни димери разполагат с електронна защита, която в зависимост от модела действа по два начина. Единият е автоматично намаляване на мощността на лампата и съответно силата на светлината, докато температурата на димера намалее под определена стойност. След това мощността се възстановява, но ако тя пак е над допустимата, процесът се повтаря. Другият тип защита е нулиране на напрежението на лампата и автоматичното му възстановяване при охлаждане на димера.

В случай че изградената осветителна система е мащабна и се налага употреба на много захранващи блокове, синхронно управление на голяма мощност и т. н., съвместно с контролерите се използват усилватели. В общия случай, за всеки допълнителен захранващ блок, свързан към управляема LED осветителна система, е необходим един усилвател.