Степень защиты блока питания
Обновлено: 04.07.2024
При подборе источников питания для светодиодных лент и других низковольтных светодиодных изделий, помимо напряжения питания, мощности и габаритов, необходимо правильно выбрать IP блока питания — степень защиты трансформатора от пыли и воды. С учетом особенностей места установки и характеристик подключаемого оборудования, следует подбирать блоки питания с определенной степенью защиты, достаточной для долгосрочной работы, а также учитывать нюансы, возникающие при совместной работе электротехнических устройств.
Блок питания IP20
Если трансформатор предполагается использовать в отапливаемых помещениях с нормальным уровнем влажности, то разумно выбрать модель в металлическом перфорированном корпусе со степенью защиты блока питания IP20. Первая цифра показателя означает гарантированную защиту от проникновения внутрь корпуса предметов диаметром больше 12,5 мм (пальцы и объекты подобного размера). Если блок питания будет устанавливаться в местах, недоступных для детей, животных и недальновидных пользователей, то он вполне подойдет для бытового и промышленного использования. Если же блок питания будет устанавливаться «на виду», разумно подумать о приобретении полностью закрытой от проникновения посторонних предметов модели, поскольку техника безопасности подразумевает учет не только технических характеристик, но и защиту от неразумного поведения людей, а тем более животных, в обращении с техническими устройствами.
Вторая цифра в показателе блок питания IP20 говорит об отсутствии защиты от воды, и такой блок питания не может использоваться даже в помещениях с повышенной влажностью, не говоря уже о попадании капель или струй воды.
Открытый для проникновения воздуха корпус блоков питания IP20 обеспечивает естественную вентиляцию устройства, при условии обеспечения нормального доступа воздуха к работающему оборудованию. Не рекомендуется устанавливать блоки питания IP20 вплотную друг к другу и нагрузке, а также следует обеспечить воздушный зазор между блоком питания и окружающими предметами и конструкциями. Блоки питания для светодиодных лент IP20 мощностью до 200 Вт как правило не нуждаются в принудительном охлаждении, однако более мощные блоки питания IP20 имеют встроенный в корпус вентилятор для эффективного охлаждения работающего устройства. Наличие вентилятора — это одновременно и достоинство и недостаток открытых блоков питания IP20. С одной стороны, наличие принудительного охлаждения позволяет выпускать блоки питания высокой мощности и существенно экономить средства при установке оборудования на крупных объектах, где требуется подключение большого количества устройств с большой суммарной потребляемой мощностью. С другой стороны, вентилятор при работе издает шум, неприемлемый для жилых помещений с точки зрения санитарных норм, кроме того, как и любое механическое устройство, требует периодического обслуживания, что необходимо учитывать при установке блоков питания такого типа.
Еще один важный момент, касающийся негерметичных блоков питания IP20 в металлическом кожухе, это возможное возникновение нежелательных шумов при совместном подключении таких блоков и некоторых устройств для управления светом. Даже блоки питания без вентилятора могут издавать слабый шум (писк) при работе с контроллерами и диммерами отдельных моделей. Данный эффект незаметен при промышленном применении блоков питания IP20, но может сильно беспокоить потребителей при бытовом использовании, особенно в тихих жилых помещениях. Чтобы сохранить покой и здоровый сон в таком случае лучше купить герметичный блок питания, лишенный таких недостатков. Аналог будет стоить несколько дороже, но избавит от беспокойства и расстройства нервной системы из-за постороннего шума, что немаловажно в нашем беспокойном мире.
Подводя итоги, можно сказать, что негерметичные блоки питания IP20 надежны и экономичны, однако требуют тщательного подбора с учетом особенностей работы.
Блок питания IP67
Блок питания IP67 — более универсальная модель, позволяющая использовать такой трансформатор как внутри помещений, так и на улице. Первая цифра в показателе IP обозначает полностью закрытый корпус от проникновения посторонних предметов, включая пыль. Вторая цифра — показатель степени защиты от влаги - говорит о возможности попадания на корпус устройства воды в неограниченном количестве, в также возможности кратковременного погружения под воду на глубину до 1 м. Работа в погруженном состоянии не предполагается. Блоки питания IP67 могут обеспечивать выходную мощность от 10 до 500 Вт. Максимальная мощность ограничена отсутствием возможности принудительного охлаждения, конструкция таких блоков не предполагает установки вентилятора внутри корпуса.
Как правило, герметичные блоки питания в металлическом корпусе мощностью до 200 Вт имеют доступную цену ввиду массового производства, более мощные модели достаточно дорогие ввиду сложности изготовления и редкого применения.
Кроме того, выпускаются блоки питания для светодиодной ленты IP67 в пластиковом корпусе. Мощность их, как правило, ограничена 100 Вт, ввиду низкой теплопроводности пластика корпуса, они несколько дешевле металлических аналогов и легче по весу. Поставляются в черном и белом цвете для расширения возможностей подбора.
Герметичные блоки питания IP65 полностью защищены от попадания посторонних предметов и водяных струй, но не выдерживают погружения под воду. Также выпускаются в металлическом и пластиковом корпусе.
Оптимальный подбор блоков питания важен для успешной установки и надежной работы светодиодного оборудования. Их стоимость в цене всего проекта, как правило, не очень значительна, поэтому не стоит ставить экономию во главу угла, разумнее сосредоточиться на оптимальном подборе, чтобы избежать проблем в процессе эксплуатации. Зачастую замена блоков после сдачи объекта становится более затратным мероприятием, чем покупка самих трансформаторов. Кроме репутационных потерь, замена оборудования из-за неправильного подбора характеристик блоков питания — это дополнительное расходование нервов, времени и денег.
Самое главное в установке светодиодного освещения это правильный подбор блока питания (источника питания).
От него зависит как срок службы светодиодных лент, светильников. так и ваша безопасность!
Для быстрого и грамотного подбора вам нужно:
- Уточнить необходимые параметры: ток, напряжение;
- Узнать мощность светодиодной ленты (светильника или модуля);
- Прибавить к мощности 20% запаса. Если световой прибор будет работать без выключения, тогда прибавляйте 50%;
- Определиться со степенью защиты источника питания. (защита от пыли, влаги, воды. )
Как правильно расcчитать мощность блока питания?
Внимательно выбирайте подходящий блок питания!
Неправильный выбор мощности или напряжения
приведет к перегреву источника питания и возможно к пожару. Не стоит переживать это не так сложно и сейчас мы поможем вам разобраться:
- P = m*Pl+20% - формула для вычисления мощности блока
- m - общий метраж светодиодной ленты
- Pl - Мощность и напряжение 1м светодиодной ленты
- 20% - минимальный рекомендуемый запас
Если размер или мощность блока получается не приемлемыми, не стоит забывать, что можно устанавливать несколько блоков меньшей мощности.
Какие параметры кроме мощности стоит учитывать?
— Корпус блока питания - степень защиты
В зависимости от среды и места расположения блока вам необходимо выбрать подходящую степень защиты (исполнение корпуса).
— Выходное напряжение
Любой источник (LED лента, модуль, светодиод. ), работают от источника постоянного напряжения (или тока - но об этом позже). Вам необходимо узнать на какое напряжение рассчитано ваше оборудование и только тогда начинать выбирать подходящий блок питания.
Когда мы включаем блок питания, напряжения на выходе не сразу достигают нужного значения, а примерно через 0.02 секунды, и чтобы исключить подачу пониженного напряжения на компоненты ПК, существует специальный сигнал «power good», также иногда называемый «PWR_OK» или просто «PG», который подаётся, когда напряжения на выходах +12В, +5В и +3.3В достигают диапазона корректных значений. Для подачи этого сигнала выделена специальная линия на ATX разъёме питания, подключаемого к материнской плате (№8, серый провод).
Ещё одним потребителем этого сигнала является схема защиты от подачи пониженного напряжения (UVP) внутри БП , о которой ещё пойдёт речь – если она будет активна с момента включения на БП, то она просто не даст компьютеру включиться, сразу отключая БП, поскольку напряжения будут заведомо ниже номинальных. Поэтому эта схема включается только с подачей сигнала Power Good.
Этот сигнал подаётся схемой мониторинга или ШИМ-контроллером (широтно-импульсная модуляция, применяемая во всех современных импульсных БП, из-за чего они и получили своё название, английская аббревиатура – PWM, знакомая по современным кулерам – для управления их частотой вращения подаваемый на них ток модулируется подобным образом.)
Защита в обоих случаях реализована при помощи одной и той же схемы, мониторящей выходные напряжения +12В, +5В и 3.3В и отключающей БП в случае если одно из них окажется выше (OVP - Over Voltage Protection) или ниже (UVP - Under Voltage Protection) определённого значения, которое также называют «точкой срабатывания». Это основные типы защиты, которые в настоящее время присутствуют фактически во всех блоках питания, более того, стандарт ATX12V требует наличия OVP.
Некоторую проблему составляет то, что и OVP, и UVP обычно сконфигурированы так, что точки срабатывания находятся слишком далеко от номинального значения напряжения и в случае с OVP это является прямым соответствием стандарту ATX12V:
| Выход | Минимум | Обычно | Максимум |
| +12 V | 13.4 V | 15.0 V | 15.6 V |
| +5 V | 5.74 V | 6.3 V | 7.0 V |
| +3.3 V | 3.76 V | 4.2 V | 4.3 V |
Т.е. можно сделать БП с точкой срабатывания OVP по +12В на 15.6В, или +5В на 7В и он всё ещё будет совместим со стандартом ATX12V.
Такой блок питания будет длительное время выдавать , допустим, 15В вместо 12В без срабатывания защиты, что может привести к выходу из строя компонентов ПК.
С другой стороны, стандарт ATX12V чётко оговаривает, что выходные напряжения не должны отклоняться более чем на 5% от номинального значения, но при этом OVP может быть конфигурирована производителем БП на срабатывание при отклонении в 30% по линиям +12В и +3.3В и в 40% - по линии +5В.
Производители выбирают значения точек срабатывания используя ту или иную микросхему мониторинга или ШИМ-контроллера, потому что значения этих точек жёстко заданы спецификациями той или иной конкретной микросхемы.
Как пример возьмём популярную микросхему мониторинга PS223, которая используется в некоторых блоках питания, которые до сих присутствуют на рынке. Эта микросхема имеет следующие точки срабатывания для режимов OVP и UVP:
| Выход | Минимум | Обычно | Максимум |
| +12 V | 13.1 V | 13.8 V | 14.5 V |
| +5 V | 5.7 V | 6.1 V | 6.5 V |
| +3.3 V | 3.7 V | 3.9 V | 4.1 V |
| Выход | Минимум | Обычно | Максимум |
| +12 V | 8.5 V | 9.0 V | 9.5 V |
| +5 V | 3.3 V | 3.5 V | 3.7 V |
| +3.3 V | 2.0 V | 2.2 V | 2.4 V |
Другие микросхемы предоставляют другой набор точек срабатывания.
И ещё раз напоминаем вам, насколько далеко от нормальных значений напряжения обычно сконфигурированы OVP и UVP. Для того, чтобы они сработали, блок питания должен оказаться в весьма сложной ситуации. На практике, дешёвые БП, не имеющие кроме OVP/UVP других типов защиты, выходят из строя раньше, чем срабатывает OVP/UVP.
В случае с этой технологией (англоязычная аббревиатура OCP - Over Current Protection) есть один вопрос, который следовало бы рассмотреть более подробно. По международному стандарту IEC 60950-1 в компьютерном оборудовании ни по одному проводнику не должно передаваться более 240 Вольт-ампер, что в случае с постоянным током даёт 240 Ватт. Спецификация ATX12V включает в себя требование о защите от превышения по току во всех цепях. В случае с наиболее нагруженной цепью 12Вольт мы получаем максимально допустимый ток в 20Ампер. Естественно, такое ограничение не позволяет изготовить БП мощностью более 300Ватт, и для того, чтобы его обойти, выходную цепь +12В стали разбивать на две или более линий, каждая из которых имела собственную схему защиты от перегрузки по току. Соответственно, все выводы БП, имеющие +12В контакты, разбиваются на несколько групп по количеству линий, в некоторых случая на них даже наносится цветовая маркировка, чтобы адекватно распределять нагрузку по линиям.
Однако во многих дешёвых БП с заявленными двумя линиями +12В на практике используется только одна схема защиты по току, а все +12В провода внутри подключаются к одному выходу. Для того, чтобы реализовать адекватную работу такой схемы, защита от нагрузки по току срабатывает не при 20А , а при, например, 40А, и ограничение максимального тока по одному проводу достигается тем, что в реальной системе нагрузка в +12В всегда распределена по нескольким потребителям и ещё большему количеству проводов.
Более того, иногда разобраться, используется ли в данном конкретном БП отдельная защита по току для каждой линии +12В можно, только разобрав его и посмотрев на количество и подключение шунтов, используемых для измерения силы тока (в некоторых случаях количество шунтов может превышать количество линий, поскольку для измерения силы тока на одной линии могут использоваться несколько шунтов).
Различные типы шунтов для измерения силы тока.
Ещё одним интересным моментом является то, что в отличие от защиты от повышенного/пониженного напряжения допустимый уровень тока регулируется производителем БП, путём подпаивания резисторов того или иного номинала к выходам управляющей микросхемы. А на дешёвых БП, несмотря на требования стандарта ATX12V, эта защита может быть установлена только на линии +3.3В и +5В, либо отсутствовать вовсе.
Как следует из её названия (OTP - Over Temperature Protection), защита от перегрева выключает блок питания, если температура внутри его корпуса достигает определённого значения. Ей оснащены далеко не все блоки питания.
В блоках питания можно увидеть термистор, прикреплённый к радиатору (хотя в некоторых БП он может быть припаян прямо к печатной плате). Этот термистор соединён с цепью управления скоростью вращения вентилятора, он не используется для защиты от перегрева. В БП, оборудованных защитой от перегрева, обычно используется два термистора – один для управления вентилятором, другой, собственно для защиты от перегрева.
В качестве англоязычного названия встречаются аббревиатуры OPP - Over Power Protection или OLP - Over Load Protection )Это опциональный вид защиты, реализуемый при помощи PWM-контроллера или микросхемы мониторинга, а на БП с активным PFC – контроллером PFC. В любом случае, мониторингу подвергается количество тока, который БП потребляет из электрической сети. Если его величина превосходит определённое значение, БП отключается.
Защита от короткого замыкания (SCP - Short Circuit Protection) – вероятно, самая старая из подобных технологий, потому что её очень легко реализовать при помощи пары транзисторов, не задействуя микросхему мониторинга. Эта защита обязательно присутствует в любом БП и отключает его в случае короткого замыкания в любой из выходных цепей, во избежание возможного пожара.
Это не совсем «защита» (NLO - No Load Operation), а просто конструктивная особенность, позволяющая БП включаться и работать без нагрузки на его выходах.
В данной статье рассматриваются основные моменты, на которые следует обращать внимание при выборе блока питания для светодиодной ленты, а также кратко освещаются вопросы о том, что такое PFC и как вычислить диаметр токопроводящей жилы.
Блок питания - это источник напряжения(трансформатор), который преобразует 220В в 12В, 24В или другое необходимое значение рабочего напряжения. Для питания светодиодных лент и модулей чаще всего используются импульсные блоки питания, где в качестве ограничителей тока работают резисторы, в отличие от драйверов, которые представляют собой источники тока, используемые для светодиодов, модулей и ламп, которые не имеют ограничителей тока.
Чтобы подобрать блок питания к выбранной светодиодной ленте нужно обратить внимание на следующие факторы:
- Рабочее напряжение светодиодной ленты.
- Суммарная мощность светодиодной ленты.
- Необходимость защиты корпуса блока питания от воды и пыли.
- Габаритные размеры блока питания.
Рассмотрим подробнее каждый фактор.
1. Рабочее напряжение (U)
Рабочее напряжение светодиодной ленты может быть 12 В, 24 В, иногда 36 В, управляемые ленты SPI обычно 5 В. Соответственно оно должно соответствовать выходному напряжению блока питания.
Существуют также блоки питания с возможностью плавной регулировки выходного напряжения, например источники напряжения Arlight серии JTS, такие можно применять в специальных проектах, где требуется нестандартное значение выходного напряжения, а также там, где необходимо скомпенсировать падение напряжения на длинных проводах.
Еще из нестандартных решений можно отметить блоки питания с несколькими каналами, в которых разное выходное напряжение, это может быть полезно, если нужно запитать ленты с разным рабочим напряжением на один источник напряжения.
2. Мощность светодиодной ленты (PСД)
Подбор блока питания по мощности осуществляется по следующему принципу: мощность должна быть равна суммарной мощности светодиодной ленты, умноженной на коэффициент запаса КЗ, равный 25÷30%, если пренебрегать коэффициентом запаса и использовать блок питания на пределе, то он не проработает долго из-за постоянного перегрева элементов.
Суммарная мощность светодиодной ленты вычисляется путем умножения мощности ленты на 1 метр длины PСД на общую длину L.
Таким образом, получаем следующую формулу:
PБП = L*PСД*Kз, где
L - длина ленты (м)
PСД - удельная мощность светодиодной ленты на 1 метр (W/м)
Kз - коэффициент запаса (ед.)
3. Степень защиты корпуса блока питания от проникновения жидкости и пыли (класс защиты IP)
При выборе блока питания следует учитывать условия, в которых он будет находиться, если это обычное сухое жилое помещение, то подойдет блок питания в защитном кожухе с IP20 (защита от проникновения твердых предметов 12,5 мм, защиты от влаги нет).
Зачастую в блоках питания мощность более 250Вт в исполнении "Защитный кожух" IP20-IP40 используется активное охлаждение в виде кулера(вентилятора). Если Вы планируете рассматривать данные блоки питания, необходимо выбрать конструктив, когда кулер расположен перпендикулярно элементам платы в изделии, следовательно обдув воздуха будет более равномерный (воздух идет вдоль платы), и элементы будут меньше греться. На неудачных моделях вентиляторы расположены над платой и обдув платы источника напряжения происходит неравномерно.
Блоки питания и комплектующие для лент рекомендуется устанавливать в щитовые.
Установка светодиодной ленты в ванную комнату или помещение с повышенной влажностью требует класса защиты не менее IP65 (пылезащищен, защита от струй воды).
А. Б.
(А) Герметичный алюминиевый блок питания IP67 и (Б) блок питания в защитном кожухе IP20.
В условии использования на улице нужно предусматривать степень защиты IP67, такая степень обеспечивает защиту от струй воды под давлением во всех направлениях, возможно даже кратковременное погружение в воду до 1 м. Если необходима работа в погруженном режиме, то тогда используется максимальная защита IP68 или IP69 (при большом давлении воды).
При подборе мощный источников напряжения для светодиодных лент необходимо учитывать, что на блоках питания без защиты от влаги и пыли стоят вентиляторы. Данные вентиляторы сильно шумят при работе и могут создавать дискомфорт. Поэтому в дорогих проектах мы рекомендуем использовать источники напряжения в алюминиевом корпусе с пассивным охлаждением.
4. Габаритные размеры
Также следует обращать внимание на габаритные размеры блоков, в зависимости от того, куда Вы хотите его установить, мощные блоки питания могут достигать достаточно больших размеров, и спрятать такие будет затруднительно, к тому же часто они имеют вентилятор. Поэтому если требуется подключить длинный участок ленты, то можно пересмотреть схему подключения ленты и использовать несколько меньших по мощности блоков.
Также при выборе места установки следует учитывать то, что чем мощнее блок питания, тем больше он нагревается, поэтому рекомендуется обеспечивать достаточно места для теплоотвода, чтобы блок не перегревался.
Пример подбора источника напряжения для светодиодной ленты
Рассмотрим следующий пример: нужно сделать декоративную светодиодную подсветку в ванной комнате по периметру потолка общей длиной 8 м.
Выбираем подходящую светодиодную ленту с защитой IP65, например, лента Arlight RTW 2-5000SE 24V White 2X (5060,300 LED,LUX), мощность 72 Вт на 5 м.
Основные параметры ленты:
Подбираем мощность блока питания:
PБП = 8m*14,4W/m*1,3 = 149,8 W
Округляем в большую сторону и получаем, что нужно взять блок питания мощностью 150 Вт, его выходное напряжение 24 В, защитане менее IP65, например, блок питания ARPV-SS24150 (24V, 6.3A, 150W).
Что такое PFC в характеристиках трансформаторов(блоков питания)?
Иногда в маркировке блока питания можно увидеть буквы PFC, это аббревиатура PowerFactorCorrection или коррекция коэффициента мощности (коррекция реактивной мощности).
Не углубляясь в технические особенности, это означает, что блок питания выполнен в определенном схемотехническом решении, которое позволяет уменьшить потребление реактивной мощности (мощность имеет активную и реактивную составляющие, на показания счетчика обычно влияет только активная составляющая, но на общее потребление энергоресурсов влияют обе составляющие).
Такие блоки питания имеют высокое значение коэффициента эффективной мощности (Λ)>0,9, что позволяет отнести их к блокам питания высокого класса, низкий пусковой ток, они позволяют сократить нагрузки на токопередающие линии, уменьшить требования к толщине подающего питание провода. При большом количестве используемых блоков не требуется применять специальные пусковые автоматы.
Блоки питания с корректором мощности более экологичны, т.к. эффективнее расходуют электроэнергию.
Как вычислить и подобрать диаметр (или сечение) кабеля между светодиодной лентой и блоком питания?
Расчет сечения и диаметра кабеля для исключения падения напряжения(вольтажа):
При использовании светодиодной ленты важно, чтобы свечение было равномерным по всей длине, для этого падения напряжения на конце линии обычно не должно превышать 0.5 В, при условии, что длинные участки ленты запрещается подключать последовательно.
При расположении блока питания в непосредственной близости от ленты, проблемы, как правило, не возникает, но при удаленном расположении блока необходимо увеличивать толщину жилы для компенсации падения напряжения.
Ниже представлен алгоритм вычисления для блока питания(источника напряжения для светодиодных изделий) максимальной выдаваемой мощностью 150 Вт, выдаваемому напряжению 24 В, падение напряжения не более 0.5 В, расстояние от блока до ленты 10м:
Общее сопротивление линии R.
Допустимое падение напряжение делим на максимальный ток, ток вычисляется как мощность/напряжение:
Общее сопротивление линии R = 0,5V / (150W/24V) = 0,08 Om.
Сечение жилы S.
Длину линии умножаем на удельное сопротивление материала (для меди 0,018 Ом*мм2/м), делим на сопротивление R.
Сечение жилы S = (10m*0,018 Om*mm2/m )/ 0,08 Om = 2,25 mm2.
Диаметр жилы D.
Используем формулу площади круга: радиус равен корню из частного площади и Πи.
Диаметр жилы: D= 2 х √(2,25 mm2/ 3,14) = 1,75 mm.
Таким образом, получаем, что для 10 метрового кабеля от блока питания до истока света (led ленты) падение напряжения составит 0,5В при использовании провода сечением 2,25mm2 (что соответствует диаметру 1,7 мм).
Также из приведенных вычислений видно, что компенсировать падение напряжения можно, используя ленту с большим рабочим напряжением, 24 В или 36 В.
Выбор сечения и диаметра кабеля для исключения потерь мощности при нагревании кабеля
Если подключать блок питания и светодиодную ленты на большом расстоянии друг от друга, то необходимо не только исключать падение напряжения питания на соединяющем кабеле, но закладывать потери мощности, которые может создавать данный кабель.
Важно: чем больше сечение кабеля, тем меньше потерь мощности при этом сопровождается. При сложным проектах - необходимо довериться профессионалам для расчета потерь мощности на кабелях. При больших расстояниях подбор максимальной выдаваемой мощности блока питания будет сопровождаться с большим запасом и кабель с большим сечением жилы.
Читайте также: