Программируемые БП — кому они нужны, если есть любимая крутилка-потенциометр?

Андрей Сапрыкин, руководитель инженерного отдела ООО «Лед-Компонентс», led—components.com

Из данной статьи Вы узнаете про отличия в схемотехнике программируемых и регулируемых потенциометром блоков питания для светодиодного освещения, а также какие возможности предоставляет программное обеспечение для установки параметров  блоков питания.

«Для ленивой лошади и дуга в тягость»
(Поговорка)

После выставки Интерлайт-2023 планировалось написать обзорную статью об интересных новинках и перспективных разработках, но увы — выставка для российского производителя профессиональной светотехники становится с каждым годом всё менее интересной и привлекательной, так как региональные площадки и выставки глобальных дистрибьютеров гораздо более продуктивные, а руководство этих выставок идёт навстречу местным производителям. Если бы не ряд личных встреч и появление легенды российского светотеха Юрия Дорожкина — официального представителя компании Lumileds (производитель светодиодов, не ушедший с российского рынка после начала СВО), который восхитительно играл на саксофоне в отличной компании, то, пожалуй, и сказать было бы особо нечего.

Эта статья является продолжением ранее опубликованной статьи — «DALI-2 и Zhaga-18 взамен 0–10 В и старых NEMA Socket». В ней мы подробно рассмотрели современные программируемые блоки питания с аналоговым и цифровым управлением, в том числе и с самым современным для уличного освещения протоколом DALI-2 D4i c Zhaga-18. В данной статье мы продолжим изучать программируемые БП – заглянем внутрь алюминиевых коробок и научимся их программировать с помощью специального ПО. Очень надеемся, что руководство компаний по производству светильников осознает необходимость в штате ещё и инженера-электроника, а не единственного супер-пупер конструктора по металлическим конструкциям, который «и швец, и жнец, и на дуде игрец», но не имеет серьёзных компетенций в электронике. В конце концов, когда бизнес накроется, то можно на этого конструктора весь свой управленческий провал «повесить» и с позором выгнать. Часто в компаниях только ТОП-менеджмент идеальный, а инженеры никогда не дотягивают до их Master of Business Administration (MBA) высот, даже если они, как похоронная команда, уже не одну компанию до этого закопали, ведь «собственник/инвестор — не мамонт, не вымрет».

Программное обеспечение для работы с блоком питания

У любой компании, производящей программируемые БП, есть своё ПО для программирования параметров. Оболочка данных программ у всех производителей различается, но у всех она бесплатная, скачивается с сайта производителя, и параметры на ~90% одни и те же. По моему мнению, одной из самых удобных программ является «Inventronics Multi Programmer» от компании Inventronics. На момент написания статьи актуальная версия ПО имеет номер 1.2.10.33, но обновляется она каждый раз при включении самостоятельно, чтобы Вам не выяснять с какими драйверами она совместима и есть ли они в библиотеке. На рис. 1 показана основная страница, которую Вы увидите, если по инструкции установите драйвер программатора (с NFC для программирования «по воздуху» или через провода диммирования 0-10В). Большинство кнопок и меню интуитивно понятны, а в разделе Help можно найти описание всех функций, поэтому опишем только основные и  необходимые при работе.

Рис. 1. Главная страница программирования БП с 0-10В управлением

В шапке Вы увидите:

1. Driver Series — меню для выбора серии блоков питания. Если Вы работаете без подключённого БП, то самостоятельно выбираете его из списка и создаёте программу для записи на производстве в БП. Если же Вы подключили БП к ПК, то он автоматически определит серию и модель (в данном примере — популярнейшая на российском рынке серия EUM-DG мощностью 100 Вт);
2. Model — это наименование конкретного БП;
3. Read и Write — считать и запрограммировать параметры подключённого БП.

На рис. 1 показано содержимое вкладки Output Current:

1. Driver Output Operating Region — это зона, наглядно показывающая инженеру-электронику допустимую область выходных напряжений БП в зависимости от выбранного номинального выходного тока, а также максимальное значение выходного тока, чтобы не искать информацию в спецификации. Max Voltage и Min Operational Voltage, а также Driver Max Current — дублируют эту информацию;
2. Set Current — это номинальный выходной ток, который будет Вами установлен в БП.

Рис. 2. Вкладка Dimming Mode

На рис. 2 показано содержимое вкладки Dimming Mode. Вы можете выбрать один из режимов диммирования: 1-10V или 1-5V для БП, которые не имеют полного выключения до 0V (Dim-to-Off). К тому же, можно установить полярность диммирования (+/-), указав, какое значение от номинального выходного тока будет при управляющем напряжении: 100% выходного тока (для 10 В) или только 10% (для  5 В). Положительная (+) полярность диммирования используется в 99% всех проектов с управлением. А вот для проектов с охранным освещением удобно применить обратную полярность (-), чтобы не ставить снаружи БП никаких дополнительных устройств. Должен также заметить, что в БП компании MOONS’ аналогичное меню более расширенное. Оно позволяет самостоятельно установить границы максимального управляющего напряжения, чтобы компенсировать падение напряжения на длинной линии диммирования с несколькими БП, которое приводит к разному выходному току. Такая возможность есть в урезанном виде в ПО некоторых БП Inventronics (например серий NEL и SSM широко применяемых в тепличном освещении).

Рис. 3. Вкладка OTP Setup

На рис. 3 показано содержимое вкладки OTP Setup — здесь можно установить гистерезис включения и выключения блока питания при перегреве.

Рис. 4. Вкладка Timer Setup

На рис. 4 показано содержимое вкладки Timer Setup — 3 стандартных режима работы по встроенному таймеру. Самый распространённый — Self Adapt—MidNight, который чаще всего называют Годовым диммером, так как он аналогичен функциям, встроенным в программируемые БП от Филипс и MOONS’. Данная функция позволяет сэкономить на полноценной АСУНО, где не требуется поламповое управление, и светильники будут самостоятельно изменять свой световой поток (в зависимости от времени года) и экономить «кучу» электроэнергии.

Рис. 5. Вкладка OLC Setup

На рис. 5 показано содержимое вкладки OLC Setup — функция поддержания постоянного светового потока на всем периоде работы светильника. Несмотря на увеличение мощности, такое требование часто мелькает в российских тендерах и актуальности своей не теряет, так как светодиоды деградируют, а у рассеивателя со временем снижается светопропускание.

У компании Inventronics множество различных серий БП, отличающихся функционалом. Для многих из них существуют дополнительные вкладки для серийных настроек.

Например, выбрав серию EUM-MG мощностью 150 Вт, можно увидеть дополнительную вкладку — EOL Setup (рис. 6). В ней можно установить время работы в часах для светодиодного модуля, при котором его необходимо заменить, так как срок службы его закончен. Светильник при достижении этого значения каждый раз при включении будет светить с меньшим световым потоком в течении 1 минуты, напоминая эксплуатирующим службам, что срок службы СД модуля закончен.

Рис. 6 Вкладка EOL Setup

Для БП, предназначенных для установки в тепличные светильники (облучатели), например, серии ESM-1K2T с большим количеством светодиодов и параллельных соединений (цепочек), предусмотрена уникальная функция —  Voltage Setup (рис. 7) по защите светодиодов от выхода из строя в результате перегрузки по току и при подключении к уже работающему БП.

Рис. 7. Вкладка Voltage Setup

Гораздо больше функций появляется при работе с БП с цифровым диммированием DALI-2. Например, выбрав БП серии EBS-BT2, появляется вкладка DALI Test (рис. 8), с помощью которой можно управлять как группой блоков питания, так и БП с конкретным адресом, для проверки правильности установленных данных.

Рис. 8. Вкладка DALI Test

Дополнительно становится доступна вкладка AC Setup, которая позволяет регулировать выходной ток БП, в зависимости от входного напряжения. То есть без радиоконтроллеров и дополнительных линий управления можно организовать регулирование освещением и на автодороге, и в промышленном цеху.

Рис. 9. Вкладка AC Setup

В БП с функцией DALI-2 D4i можно записывать и считывать множество параметров, характеризующих входную питающую сеть и параметры самого светильника (рис. 10).

Рис. 10. Меню DALI-2 D4i

Программное обеспечение для работы с DMX/RDM преобразователем

Раз уж мы заговорили о ПО от Inventronics, то нельзя обойти стороной и CNV-DMXR2 Tool (рис. 11). Компания предлагает уникальный  в своём роде  преобразователь DMX/RDM в 0-10V для работы со спортивным светом и архитектурным освещением, о котором мы написали подробно в статье  «Из чего собран современный светодиодный светильник для освещения ледовых арен по требованиям КХЛ и МАТЧ ТВ».

Данная программа позволяет:

• установить адрес светильника в DMX512 Address;
• протестировать режим диммирования подключённого БП с помощью ползунка в Dimming Test;
• включить аварийный режим работы подключённого БП. В случае обрыва линии DMX или другой аварийной ситуации с потерей сигнала от Master DMX, БП включится через время указанное в Tolerance Time. Выходной ток БП указан в Output Level в процентном соотношении 0-255 (0-100% номинального выходного тока) от номинального значения выходного тока.

Рис. 11. Основной экран ПО CNV-DMXR2 Tool

Дополнительные настройки режимов работы для подключённого БП доступны в меню Curve Settings (рис. 12). Помимо выбора кривой диммирования, можно установить режим диммирования до Dim-to-Off и ограничить верхнее значение максимального уровня регулирования, что позволяет, в ряде случаев, защитить светодиоды в светильнике от выхода из строя из-за ошибок при написании программы светодизайнером.

Рис. 12. Настройка режимов работы преобразователя CNV-DMXR2 в меню Curve Settings

 

Внутренности программируемых и непрограммируемых БП

Сегодня ответим на самый популярный вопрос заказчика при выборе блока питания для уличного светильника – почему одинаковые по мощности программируемые БП с IP67 дороже на ~$2-3, чем непрограммируемые?

 

Рассмотрим этот вопрос на примере 150 Вт БП с IP67 от компании Inventronics — популярнейших программируемых БП серии EUM-DG и дешёвых непрограммируемых БП с режимом постоянной мощности в широком диапазоне выходных напряжений серии EAM-SG с потенциометром для установки выходного тока с помощью «отвёртки». Для этого мы взяли два неисправных БП — распилили алюминиевые корпуса, удалили из них дорогущий двухкомпонентный силиконовый компаунд и извлекли печатные платы с установленными на них компонентами как показано на рис. 13.

Рис. 13. Верхняя сторона печатных плат из БП IP67

 

Даже человеку без технического образования видно, что это практически два идентичных БП на схожих комплектующих (фильтры ЭМС/ЭМИ, КМ, ШИМ, грозозащита и т. п.), но отличающихся только их расположением на печатной плате.

 

Разница в стоимости печатных плат в таком случае определяется следующими узлами:

 

1. Микропроцессором (МК) с обвязкой — мозг БП, который делает его Интеллектуальным (а не Цифровым или Смарт, как принято их называть у российских маркетологов) выделен красным цветом на рис. 14 — это ~$1;
2. Большие размеры из-за МК — это значит больше дорогого компаунда и алюминиевого корпуса — это ещё ~$0,5 к стоимости;
3. Дополнительные технологические операции при производстве БП — программирование МК и более сложная программа по проверке параметров БП — это ещё плюс ~$0,2;
4. Зарплаты на дополнительный штат программистов, помимо инженеров конструкторов и схемотехников силовой техники, для реализации расписанных ранее в этой статье дополнительных интеллектуальных функций программируемого БП. В БП с потенциометром-крутилкой для регулировки выходного тока (рис. 15) работа программистов не требуется. А это ещё порядка ~0,3$ к стоимости БП.

 

Рис. 14. Нижняя сторона печатных плат из БП IP67

 

Рис.15. Потенциометр у популярного в России непрограммируемого БП Inventronics EAM—SG c IP67

Заключение

Современный светильник — это светодиодный светильник и поэтому в первую очередь — это электронное изделие. Светотехник, который не знает основ схемотехники импульсных БП, не разбирается в системах управления освещением и который оценивает качество применяемого БП только по требованиям ТР ТС, в современном мире уже не может быть техническим директором средней и крупной компании на рынке. Для того, чтобы вести свою компанию в лидеры рынка он должен уметь предлагать современные решения на самом верху для глобальных проектов типа — световая установка для освещения МКАД с защитой от хакерских атак и параллельно с этим составлять частные технические задания для всех групп разработки — от конструкторов до проектировщиков.

Одними знаниями о вреде синего или пользе динамического света уже никого не удивишь – это базовые знания любого светотехника-проектировщика, а вот знать, как это реализовать сейчас и понимать, как это будет реализовываться в ближайшем будущем — бесценно. Программируемые БП, за счёт своего богатого функционала описанного в этой статье — это необходимая реальность для современных проектов. Не зря такие компании, как Inventronics, Philips, MOONS’ и др. сделали ставку именно на эту, более дорогую, но перспективную технологию, а не на простые непрограммируемые БП. Огромная конкуренция на рынке неинтеллектуальных БП (которые до сих пор продаются в больших количествах) приводит к очень негативным результатам, в виде низкого качества продукции и непростительной негибкости систем освещения.

В завершении данной статьи приведём свой рейтинг мировых производителей БП для уличного/промышленного/специального освещения IP6x по количеству и объёму выручки производимой продукции из открытой в интернете информации и из общения с самими производителями БП:

• Inventronics — капитализация компании до покупки ими OSRAM Digital Systems in Europe and Asia оценивается в ~$4 млрд, то есть выше, чем весь Signify Lighting и в ~2 раза больше рынка всей профессиональной светотехники в России.
• Philips — для европейского рынка у них очень дорогие БП в пластмассовых корпусах, аналогичные Tridonic, а для стран типа России, Китая и Индии у них есть более дешёвые БП в алюминиевых корпусах с микросхемами своего же производства, использовавшиеся ещё очень давно в газоразрядных ЭПРА.
• Mean Well — номер 1 в мире по блокам питания постоянного напряжения для промышленной автоматизации. Крупный бизнес и по БП IP6x, но в текущей ситуации постоянные риски со сроками и ценами, связанные с поддержкой Тайванем санкций из-за СВО.
• MOSO Power — выходцы из R&D Inventronics создали крупного игрока на рынке.
• Vossloh—Schwabe + Tridonic + TCI — суммарно это лидеры Европы в БП для внутреннего освещения. Производят много БП IP5x в пластиковом исполнении для IP6x светильников и немало покупают в Китае OEM под собственным брендом.
• Sosen — объём выручки падает, и они вынуждены демпинговать, в том числе за счёт применения более дешёвых ноунейм комплектующих китайского производства.
• uPowertek/MOONS‘ — проектные компании с OEM-производством под крупных игроков с интеллектуальными контроллерами для управления освещением.
• Fahold/Done/Boke и т. п. — небольшие компании с оборотом ~$5 млн, которые привозят на рынок России БП IP6x без гальванической изоляции и/или со входным диапазоном напряжений до 195В. При меньшем же входном напряжении происходит резкое снижение выходной мощности. В рамках ГОСТ — всё ок, но в реальной эксплуатации из рекламаций будет не вылезти, и эти ~5% экономии превращаются в банкротство.

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Айзенберг Ю.Б.: «Справочная книга по светотехнике», 3-e изд. перераб. и доп.- M.: Знак, 2006. 972 c.
2. Хоровиц П., Хилл У.: «Искусство схемотехники», 4-e изд. перераб. и доп.- M.: Mиp, 1993. 413 c.
3. «Могут ли крупные китайские производители блоков питания для внутреннего освещения заменить полюбившиеся европейские?», Современная светотехника, №2, 2023
4. «DALI-2 и Zhaga-18 взамен 0-10В и старых NEMA Socket», Современная светотехника, №4, 2023
5. «LoRa, «Стриж» и ZigBee vs NB-IoT для АСУНО. NB-IoT — основа «умного» города и «умного» света», Полупроводниковая cветотехника №4, 2020
6. «LoRa, ZigBee, NB-IoT, Smart Midnight Clock: необходимый минимум знаний этих технологий в Smart City для энергосервисных контрактов», Полупроводниковая cветотехника №4, 2019
7. https://www.dali-alliance.org/dali2 — сайт альянса DALI (DiiA)
8. https://www.inventronics-co.com/wp-content/uploads/2020/07/DALI-DALI-2-and-D4i-Technical-Primer.pdf — Основы DALI-2
9. https://led-components.com/inventronics — необходимая информация для работы с БП Inventronics