Ovladače pro LED osvětlení

LED osvětlení má obrovskou výhodu – bude vždy takové, jaké je chcete mít

Ovládání osvětlení

Zásadní je pro nás kvalita světla vnímaná z hlediska účelu a uživatele. Pro různé příležitosti potřebujete různé světlo. A náš světelný vjem je vždy ryze subjektivní. Pro plné pracovní nasazení je nejvhodnější intenzívní směrové světlo studené, pro objektivní posouzení barvy nebo vzoru potřebujete rozptýlené světlo neutrální s vysokým CRI, pro realaxaci Vám bude příjemné světlo extrémně teple bílé s barevnou teplotou blízkou zapadajícímu slunci. Večer ve Vašem oblíbeném zábavním podniku oceníte nápadité barevné světelné linie a ornamenty a dynamické světelné efekty.

Samozřejmě jedno svítidlo na toto všechno nestačí. Přesto je ale možno parametry LED světla měnit v širokém rozsahu pomocí vhodných systémů řízení.

Řídících systémů pro řízení osvětlení je na trhu nepřeberné množství od jednoduchého dálkového ovládání až po sofistikované inteligentní systémy pro řízení osvětlení v kancelářích a výrobních prostorách, s regulací barevné teploty podle fyziologických denních cyklů a se zohledněním aktuálního příspěvku denního světla. Tomu samozřejmě odpovídají i nesrovnatelné cenové úrovně.

Pro správnou volbu řídícího systému pro LED osvětlení, nastavení a provoz je nutné vědět následující:

  • Druh osvětlení
    Jednobarevné – single color = bílé nebo jednobarevné. Jde o jeden nezávisle stmívatelný světelný kanál. Zdrojová soustava se dimenzuje na maximální příkon světelného kanálu.
    CCT – CCT =  Control Color Temperature, resp. CTA = Color Temperature Adjustable – světlo s nastavitelnou barevnou teplotou. Jedná se o dvojici komplementárně řízených světelných kanálů, jeden pro teplou bílou a jeden pro studenou bílou, a smísením teplé bílé a studené bílé vznikne světlo požadované barevné teploty. Některá provedení ovladačů jsou tříkanálová a obsahují navíc barevný kanál pro neutrální bílou, tady celkem pak tři světelné kanály. Ovladač nastavuje při změně barevné teploty proporčně jas jednotlivých kanálů tak, aby byl vždy zachován celkový výsledný jas. Celkový maximální jas pak odpovídá maximálnímu jasu jednoho světelného kanálu. Zdrojová soustava se dimenzuje na maximální příkon  jednoho světelného kanálu.
    RGB – Red + Green + Blue – poměrem jasu barevných složek červeně, zeleně a modře svítících LED diod je možno nastavit libovolnou barvu barevného spektra. Jedná se o tři na sobě závisle ovládané barevné světelné kanály. Ovladač řídí svit jednotlivých barevných složek RGB tak, aby výsledné směsné světlo mělo požadovanou barvu. Zdrojová soustava se dimenzuje na celkový maximální příkon, který odpovídá rozsvícení RGB bílé.
    RGBW – Red + Green + Blue + White – poměrem barevných složek z červeně, zeleně a modře svítících diod je možno nastavit libovolnou barvu barevného spektra, plus jeden nezávisle ovládaný světelný kanál White pro bílou barvu. Jde o tři na sobě závisle ovládané barevné světelné kanály plus jeden nezávislý světelný kanál pro bílou barvu. Ovladač řídí svit jednotlivých barevných složek RGB podle nastavené barvy, bílá se nastavuje nezávisle odděleně. Důvodem pro použití oddělené bílé je, že bílá barva světla vzniklá smísením RGB barevných složek nikdy nebývá z důvodů tolerancí parametrů jednotlivých barevných LED diod barevně čistá a RGB bílá má vždy nějaký barevný nádech. U RGB bílé se projevují negativně i další technické efekty jako rozdílné technické závislosti elektrických a optických veličin LED diod různých barev, rozdílné průběhy stárnutí jednotlivých barevných LED, různý míra obvodové linearizace barevných kanálů při napěťovém buzení aj. Dalším důvodem je, že zatímco u barevných světelných efektů, které provozujeme většinou za tmy nebo šera, nám stačí intenzita světla relativně malá, pro plnohodnotné svícení potřebujeme světelné toky větší a tím i výkonnější a tím i typově jiné LED. I z tohoto důvodu, přestože na trhu jsou běžně dostupné i RGBW LED pásky, se ve většině případů RGBW systémy řeší jako oddělená světelná sestava RGB (RGB LED pásek) a oddělená světelná sestava svítící bíle (jednobarevný bíle svítící LED pásek vyššího výkonu). Zdrojová soustava se dimenzuje na celkový maximální příkon – odpovídá rozsvícení RGB bílé a současně bílého kanálu.
  • Způsob napájení LED osvětlovací sestavy
    Napěťové napájení vede na řízení LED pomocí napěťové PWM modulace (Pulse Width Modulation).
    Proudové napájení vede na řízení LED pomocí řiditelných proudových zdrojů nebo řiditelných převodníků napětí/proud (řiditelná velikost stejnosměrného výstupního proudu nebo PWM modulace výstupního proudu).
  • Počet nezávisle ovládaných LED svítidel, resp. částí LED osvětlovací sestavy
    Každé nezávisle ovládané svítidlo nebo část LED sestavy představuje jednu zónu.
    Každá jedna nezávisle ovládaná jednobarevná zóna potřebuje pro řízení jeden nezávislý signál (PWM, 1-10V, 0-10V), resp. jednu řídící adresu (DMX512, DALI).
    Každá jedna nezávisle ovládaná CCT zóna potřebuje pro řízení dva (případně tři) komplementární signály, resp. dvě, případně tři řídící adresy (DMX512, DALI). Existují i speciální drivery, které komplementární kanály umějí generovat svou interní logikou a k řízení potřebují dva signály, resp. dvě adresy, které pak ale nepředstavují jednotlivé kanály, ale mají význam celkového jasu a výsledné barevné teploty.
    Každá jedna nezávisle ovládaná RGB zóna potřebuje pro řízení tři vzájemně svázané signály R+G+B, resp. tři řídící adresy (DMX512, DALI).
    Každá jedna nezávisle ovládaná RGBW zóna potřebuje pro řízení tři vzájemně svázané signály R+G+B plus jeden nezávisle řízený signál W, resp. čtyři řídící  adresy (DMX512, DALI).
    Elektricky jsou ve všech případech (a téměř vždy) jednotlivé světelné kanály zapojeny se společným plus pólem (společnou anodou). Vzájemné funkční svázání jednotlivých světelných kanálů je dáno (s výjimkou speciálních CCT driverů) logikou nadřízeného ovladače. Celá řada výrobců proto používá u svých ovládacích systémů pro různé typy ovladačů stejné přijímače = akční členy a význam výstupních kanálů je dán na přijímač napárovaným ovladačem. Výstupní kanály bývají většinou čtyři, při redundanci se jejich funkce násobí, případně se nevyužité kanály nezapojí.
  • Elektrické parametry a příkony jednotlivých svítidel resp. částí LED osvětlovací sestavy
    Napájecí napětí a proud, resp. příkon. Tyto parametry jsou klíčové pro posouzená zatížení výstupů ovladačů a volbu zdrojů, případně u složitějších sestav pro rozvahu a návrh napájecí sestavy a řídící sestavy jako takové. Pomocí opakovačů (zejména PWM opakovačů) je možno zapojovat LED osvětlovací sestavy s více zdroji a prakticky neomezeného rozsahu. Volba řídících signálů, topologie zapojení a návrh řízení a zdrojů je odvislý od celkového rozložení svítidel v instalaci, topologii kabeláže a požadavků na způsob a logiku řízení. Takový návrh může být u rozlehlých sestav poměrně složitý.
  • Způsob a filozofii řízení osvětlení
    Uživatelské požadavky na funkcionalitu řídícího systému jako celku. Návrhu osvětlovací sestavy by měla předcházet analýza jeho předpokládáaé funkčnosti. Některé uživatelské požadavky se standardními ovladači modelují obtížně a vedou na nutnost použití sofistikovaných ovládacích jednotek a rozsáhlého řídícího software, kde je možno pak nastavit prakticky cokoli, nebo vývoj zákaznických řídících jednotek. Cena takovýchto řešení je samozřejmě oproti standardním ovladačům řádově jinde.
  • Další funkční požadavky a nároky na design, případně použité řídící signály
    Vzhled, provedení barva, design, konektivita na jiné nadřízené nebo podřízené systémy aj. Technicky se dají vyřešit téměř libovolné požadavky, je jen otázkou do jaké míry a za jakou cenu.

Řídící systémy podle složitosti:

  • Ovladač je zároveň akčním členem
    Nejjednodušší řídící sestava. Ovladač obsahuje svorky pro připojení napájení a výstupní svorky pro připojení zátěže. Typickým příkladem je jednoduchý PWM ovladač na stěnu. Ovladač se zapojí mezi napájecí zdroj a jím přímo řízenou zátěž.
  • Řídící systém se skládá ze dvou komponentů – vysílače a přijímače, které jsou navzájem jednoznačně spárovány do SETu
    Typicky se jedná o jednoduché PWM SETy dálkového ovládání. Ovladač = vysílač je řídícím členem a řídí přijímač = výkonný člen. Interním signálem je RF nebo IR přenos. Vstupem přijímače je řídící signál, případně má přijímač další řídící svorky (např. vstup PUSH DIM), dále má přijímač svorky pro připojení napájení a svorky pro připojení zátěže. Přijímač se připojuje na napájecí zdroj a svým výstupem řídí připojenou zátěž. 
  • Řídící systémy s více vysílači a přijímači s inteligentním párováním
    Podle rozlehlosti instalace a logiky ovládání se v rámci systému na sebe párují různé vysílače a přijímače, případně další ovládací prvky (ovládací software nebo aplikace WIFI nebo LAN provozovaná na mobilním telefonu, tabletu, notebooku nebo vzdáleném počítači).
    Na jeden vysílač, respektive řízenou zónu, je možno napárovat neomezené množství přijímačů a řídit je současně.
    Na jeden přijímač je možno napárovat několik vysílačů, respektive řízených zón, které budou přijímač řídít nezávisle na sobě.
    Přijímače mohou komunikovat v rámci synchronizace automaticky mezi sebou.
    Typickým signálem je RF přenos.
    Funkci vysílače může mít rovněž řídící aplikace spuštěná na mobilu, tabletu, notebooku, případně LAN připojení. V tomto případě je přenosovým signálem WIFI, BLUETOOTH nebo LAN.
    Vstupem přijímače je řídící signál, případně má přijímač další řídící svorky (např. vstup PUSH DIM), dále má přijímač svorky pro připojení napájení a svorky pro připojení zátěže. Přijímač se připojuje na napájecí zdroj a svým výstupem řídí připojenou část osvětlovací sestavy
    Přijímače mají typicky PWM napěťové výstupy, případně výstupy proudové podle svého typu.
    U některých typů řídících systémů je přijímač integrován přímo do napájecího zdroje.
    Některé typy přijímačů umožňují ovládání pomocí WIFI signálu přes signálový konvertor WIFI(LAN)/RF. Některé typy přijímačů umožňují ovládání WIFI signálem přímo. Řídící aplikace jsou pak provozovány na mobilním telefonu nebo tabletu nebo počítači a mohou být velmi komplexní a složité.
  • Rozsáhlé sofistikované řídící systémy typu “Inteligentní dům”
    V těchto sestavách se mohou vyskytovat jakékoli přenosové a řídící signály včetně protokolů LAN, libovolného bezdrátového připojení, ZigBee aj. I na tyto systémy lze LED osvětlení snadno navázat. Jde především o to zvolit ze stavebnice systému vhodný akční člen, který by měl výstupní signál použitelný k řízení LED sestavy a to buď přímo, nebo přes další převodník. Pro napěťově řízené sestavy se jedná o přímo použitelný signál PWM s aktivní úrovní 0V, případně signály 0-10V, 1-10V, DMX512, DALI, které se na PWM signál vhodným převodníkem převedou. Pro proudově řízené sestavy se jedná o signály PWM, 0-10V, 1-10V, DMX512, DALI, které se buď použijí k řízení proudových zdrojů nebo převodníků napětí/proud přímo, nebo přes převod na PWM.

Nejčastější nastavovací a komunikační prostředky řídících systémů:

  • Manuální nastavení – ovladače tlačítkové, s točítky, dotykové (touch), IR krátkodosahové, PIR
  • PWM – aktivní úroveň 0V, u vícekanálových systémů zapojení se společným plus (společnou anodou)
  • 0-10V – aktívní napěťová úroveň
  • 1-10V – proudová smyčka
  • DMX512 – broadcast
  • DALI – plnohodnotná obousměrná komunikace
  • WIFI, BLUETOOTH, LAN a ostatní (KNX, EnOcean, ZigBee, Z-WAVE, SR-BUS, SPI, fázová regulace …)

Typické základní řídící signály LED sestav:

  • PWM (Pulse Width Modulation)
    Primárně pro přímé řízení napěťově napájených LED svítidel a napěťově napájených LED osvětlovacích sestav (např. LED pásků).
    Pro napěťově napájené LED sestavy universální nativní signál signálového nebo výkonového charakteru.
    Napěťově napájená zátěž se může připojit až do maximálního výstupního proudu přímo na výstup ovladače, resp. přijímače, resp. převodníku z jiného druhu řídícího signálu.
    Pomocí PWM zesilovačů (opakovačů) je možno signálem PWM modulovat výstup neřiditelných napěťových zdrojů. Zesilovač opakuje na svém výstupu vstupní PWM signál na výkonové úrovni dané výkonem napájecího zdroje a maximálním proudem výstupů zesilovače.
    Některé typy napěťových napájecích zdrojů je možno řídit PWM signálem přímo. Výstupní napětí zdroje je pak modulován vstupním signálem PWM.
    PWM signál umožňuje v některých případech i řízení jiných typů zátěže, než je LED osvětlení (odporová zátěž – např. topení, elektromotory – např. ventilátory, elektrolýza aj.).
    Aktívní úroveň PWM signálu při řízení LED světelné techniky je primárně 0V.
    Rozkmit napětí PWM signálu je typicky 0V až napájecí napětí, případně 0V až 10V (kompatibilita se signálem 0-10V, resp. 1-10V), případně jiný.
    Výstupní úroveň PWM signálu je možno snadno upravit jednoduchým odporovým děličem, případně změnit polaritu, resp. smysl vhodným převodníkem úrovně.
    Vícekanálové systémy se zapojují (až na výjimky) se společným plus (společnou anodou).
    K dispozici je široká nabídka převodníků standardních signálů používaných v osvětlovací technice na PWM (0-10V, 1-10V, DMX512, DALI).
    Pomocí PWM zesilovačů je možno zapojovat vícezdrojové napěťově napájené LED sestavy neomezeného rozsahu.
    PWM signál je využitelný i pro řízení proudově napájených LED sestav:
    – Proudové zdroje řiditelné signálem PWM.
    – Některé typy převodníků napětí/proud umožňují řízení stejnosměrné hodnoty výstupního proudu signálem PWM. Výstupem je stejnosměrný proud o velikosti dané střídou signálu PWM.
    – Některé typy převodníků napětí/proud umožňují převádět napěťový PWM signál napájecího napětí na výstupní PWM signál s proudovým omezením (proudová PWM-ka). Výstupem je pak proudově omezený PWM výkonový signál.
  • Proudové řízení
    Primárně pro proudově řízená LED svítidla a osvětlovací sestavy.
    LED svítidlo je napájeno ze zdroje proudu nebo z napěťového zdroje přes převodník napětí/proud.
    Výstupní proud zdroje je možno řídit signály PWM, 0-10V, 1-10V, DMX512, DALI, případně jinými.
    Výstupní proudy převodníků napětí/proud je možno řídit signály PWM, 0-10V, 1-10V, DMX512, DALI, případně jinými, a v případě, že převodníky jsou zároveň přijímačem, signálem RF, IR nebo WIFI (případně tlačítkem PUSH DIM).
    Některé typy převodníků napětí/proud umožňují převádět napěťový PWM signál napájecího napětí na výstupní PWM signál s proudovým omezením (proudová PWM-ka). Na výstupu je pak proudově omezený PWM modulovaný výkonový signál.