FAQ, czyli Najczęściej Zadawane Pytania

Dla wielu osób nie związanych z elektroniką ale interesujących się oświetleniem LED różnica między prądem a napięciem to mroczna tajemnica. Jest to jednak kluczowa kwestia. Dlatego poniżej postaramy się to wyjaśnić w prosty sposób.

Elektryczność, czyli w większości przypadków obwód elektryczny (lub elektroniczny) posiada bardzo wiele parametrów. Najważniejsze z nich to właśnie napięcie (podawane w Voltach) oraz natężenie prądu (zwane powszechnie prądem i podawane w Amperach).

Czym więc różni się napięcie od natężenia prądu?

Napięcie jest to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami danego obwodu elektrycznego. Inaczej mówiąc to różnica w ilości elektronów między tymi punktami. Mogą to być na przykład dwie klemy akumulatora. Dopóki tych puntów nie połączymy jakimś materiałem przewodzącym to występuje tylko napięcie (bo w jednym punkcie jest więcej elektronów niż w drugim) ale nie płynie prąd. Jeśli jednak podłączymy tam przewód lub odbiornik (na przykład żarówkę), to pod wpływem napięcia przez ten przewód i odbiornik zacznie płynąć prąd. Ten prąd to inaczej strumień elektronów, które dążą do tego aby wyrównać ich ilość po obu stronach. Ten strumień elektronów będzie tak płynął aż ilość elektronów na obu końcach nie wyrówna się. Czyli dopóki akumulator się nie rozładuje. Bo wtedy zniknie różnica potencjałów, czyli napięcie i prąd nie będzie miał jak płynąć.

Wielkość tego strumienia płynących elektronów określamy właśnie jako natężenie prądu, a potocznie zwiemy po prostu prądem. Jeśli dany przewodnik lub odbiornik dobrze przewodzi prąd to ma mały opór elektryczny (inaczej rezystancję wyrażaną w Ohmach). Wtedy strumień elektronów będzie duży, zatem natężenie prądu również. Jeśli jednak materiał słabo przewodzi prąd, czyli posiada duży opór (wysoką rezystancję) to elektrony muszą się przez niego „przeciskać”. Wtedy ich strumień będzie mniejszy, czyli natężenie prądu również będzie mniejsze.

Napięcie może występować bez prądu ale prąd nie może popłynąć bez napięcia. W niepodłączonym do niczego akumulatorze samochodowym występuje napięcie 12 V ale żaden prąd nie płynie. Jeśli jednak podłączymy do klem akumulatora żarówkę to przez taki obwód popłynie prąd. Jego wielkość będzie zależała od oporu stawianego przez żarówkę. Jeśli jednak akumulator się rozładuje i napięcie na nim spadnie do zera, to prąd nie będzie miał siły napędowej i nie popłynie, zatem żarówka nie zaświeci.

Zależność mocy od napięcia i natężenia prądu

Im większe napięcie i większe natężenie prądu (czyli mniejszy opór podłączonego obwodu) tym większą energię ma płynący strumień elektronów. Ta energia to właśnie moc elektryczna. To trochę jak strumień wody w rzece. Im większa rzeka i im szybciej płynie tym więcej może zniszczyć.  Moc (wyrażana w Watach) to inaczej iloczyn prądu i napięcia (przynajmniej dla prądu stałego, gdyż w obwodach prądu zmiennego jest to nieco bardziej skomplikowane). Zatem jeśli w danym obwodzie przy napięciu 12 V płynie prąd o natężeniu 1 A to obwód posiada moc 12 W. Podobnie moc 12 W będzie miał obwód o napięciu zasilania 1 V jeśli popłynie w nim prąd o natężeniu 12 A. Aby jednak przy tak niskim napięciu popłynął tak duży prąd to opór podłączonego odbiornika musi być bardzo mały.

Zależność napięcia (U), natężenia (I) oraz oporu (R) określa jedno z najbardziej znanych praw elektrycznych, czyli prawo Ohma. Stwierdza ono (w uogólnieniu), że prąd płynący przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do napięcia zasilania oraz odwrotnie proporcjonalny do oporu przewodnika i wyrażane jest wzorem:

I = U / R

Większość odbiorników elektrycznych, w tym tradycyjne źródła światła mają stały lub prawie stały opór. To powoduje, że zachowują się liniowo. Oznacza to, że jeśli zwiększymy napięcie dwukrotnie to natężenie prądu również wzrośnie dwukrotnie. Czyli inaczej mówiąc niewielkie zmiany napięcia zasilania powodują niewielkie zmiany prądu płynącego przez taki liniowy odbiornik. Zatem jeśli mamy zasilacz o stałym, stabilizowanym napięciu to prąd płynący przez taki liniowy lub prawie liniowy odbiornik jest zawsze taki sam i łatwo jest zapewnić optymalne warunki zasilania.

Oświetlenie LED jest nieliniowe

Niestety diody LED, a tym samym oświetlenie LED są bardzo mocno nieliniowe. Wynika to z budowy diody LED, która jest elementem elektronicznym w dodatku półprzewodnikowym. Taka budowa sprawia, że opór diody LED zależy bardzo mocno od napięcia jakim jest zasilana. Przy zbyt niskim napięciu potrafi mieć nieskończenie duży opór i wcale nie przewodzić prądu ale wystarczy zasilić ją napięciem nieco tylko większym od nominalnego aby nagle jej opór zmalał prawie do zera. Wtedy dioda nagle zaczyna przewodzić prąd znacznie większy niż jest w stanie bezpiecznie przez siebie przepuścić. W konsekwencji ulega wtedy uszkodzeniu. Zatem w przypadku diody LED nawet niewielkie zmiany napięcia zasilania powodują bardzo duże zmiany płynącego przez nią prądu. Jakby tego jednak było mało, to dioda LED dodatkowo zmienia swój opór także w zależności od temperatury. Im bardziej się nagrzeje to tym mniejszy ma opór i w konsekwencji jej prąd rośnie.

Efekt jest taki, że nawet przy idealnie stabilizowanym napięciu zasilania ze względu na nagrzewanie się diod będących sercem oświetlenia LED i tak zwiększa się prąd płynący przez diody. A jeśli płynie przez nie większy prąd to diody grzeją się jeszcze bardziej. Skoro grzeją się bardziej to prąd dalej wzrasta i tak lawinowo aż do uszkodzenia diody. Dlatego oświetlenie LED wymaga zasilania prądowego, czyli stabilizowania prądu, a nie napięcia jak w tradycyjnych instalacjach oświetleniowych. To niestety komplikuje mocno nie tylko zasilanie ale również sterowanie (czyli na przykład ściemnianie) oświetlenia LED.

Obciążalność prądowa wyjść to parametr elektryczny określający jak dużo oświetlenia LED możemy podłączyć do wyjścia danego sterownika. A konkretnie jak dużym prądem [A] możemy dane wyjście obciążyć aby nie spowodować jego uszkodzenia (przegrzania/spalenia).

Dlaczego jednak podaje się prąd a nie moc? Dlatego że dla tranzystora (który jest elementem wykonawczym na wyjściu sterownika) znacznie ważniejszy niż moc jest prąd, jaki przez niego płynie. Dzieje się tak ponieważ to właśnie prąd głównie rozgrzewa tranzystor (choć napięcie i czas również mają swój udział) i może go uszkodzić. A ponieważ moc [W] to prąd [A] razy napięcie [V] to łatwo obliczyć jaką moc (w zależności od napięcia zasilania) możemy podłączyć pod dane wyjście.

A co zrobić w sytuacji, gdzie chcemy podłączyć oświetlenie LED o mocy większej niż ściemniacz lub sterownik może obsłużyć? Podłączenie ich do sterownika/ściemniacza spowoduje uszkodzenie jego wyjść, więc nie wchodzi w grę. W takiej sytuacji musimy skorzystać z urządzenia zwanego wzmacniaczem dla LED lub ekspanderem , czyli na przykład wzmacniacza EPM-153 naszej produkcji. Taki wzmacniacz LED pozwala na rozszerzenie obciążalności sterownika zachowując identyczne sterowanie.

Można także rozproszyć (czyli podzielić) oświetlenie LED na kilka mniejszych obwodów i do każdego zastosować osobny sterownik lub ściemniacz LED. Jednak wtedy zazwyczaj komplikuje się jego obsługa, co nie zawsze jest pożądane.

Zamienniki LED tradycyjnych żarówek zasilanych z sieci 230 VAC zazwyczaj nie posiadają możliwości ściemniania. Jest to spory problem. Na szczęście coraz większa liczba producentów zauważa tą sytuację i oferuje tego typu „żarówki” z możliwością ściemniania. Należy jednak pamiętać, że są to zamienniki tradycyjnego oświetlenia! Są więc projektowane do współpracy głównie z tradycyjnymi ściemniaczami fazowymi zasilanymi bezpośrednio z sieci 230 VAC. Nasza firma takich ściemniaczy nie produkuje. Najlepiej dopytać producenta źródła światła o listę kompatybilnych ściemniaczy, gdyż nie każdy ściemniacz będzie się nadawał.

Takie rozwiązanie zawsze jednak posiada wiele negatywnych konsekwencji, z których najważniejsze to:

• Konieczność zapewnienia pewnej mocy minimalnej aby ściemniacz mógł zadziałać.
• Ograniczony zakres minimalnej jasności (zazwyczaj co najmniej 20-30%).
• Problem z odgłosami akustycznymi (piszczenie lub buczenie).
• Możliwość generowania zakłóceń w przypadku produktów nie spełniających norm.
• Migotanie w tanich produktach niskiej jakości.
• Skrócenie żywotności „żarówki” LED.

Dlatego aby w pełni wykorzystać możliwości oświetlenia LED oraz mieć możliwość regulacji jasności w szerokim zakresie lepiej wybrać źródła światła zasilane niskim, stałym napięciem i zmodyfikować odpowiednio instalację elektryczną.

Warto także zauważyć, że określenie „żarówka” LED jest z technicznego punktu widzenia błędne. W diodzie LED nic się przecież nie żarzy. Jednak termin ten stał się już tak powszechny, że trudno z nim walczyć. Z tego powodu stosujemy jednak cudzysłowy.

Programowanie sterowników LED z serii E-11 może sprawiać wrażenie trudnego ale w gruncie rzeczy jest bardzo proste i dosyć intuicyjne. Szczegółowy opis programowania znajduje się w instrukcji obsługi każdego ze sterowników. Zrozumienie metody programowania może być jednak znacznie łatwiejsze po obejrzeniu filmu instruktażowego, który dla Was przygotowaliśmy:

Film można obejrzeć poniżej lub na YouTube

Zdarza się, że urządzenia wchodzące w skład systemu oświetlenia LED wydają odgłosy akustyczne. Najczęściej jest to bzyczenie lub piszczenie i przeważnie dochodzi z zasilacza lub sterownika czy ściemniacza LED.

Dlaczego tak się dzieje? Przede wszystkim dlatego, że te urządzenia pracują w sposób impulsowy. Czyli z pewną częstotliwością, która zazwyczaj mieści się w zakresie akustycznym. Praca impulsowa to nic innego jak załączanie i wyłączanie z dużą częstotliwością. Powoduje to szybkie zmiany prądu płynącego przez elementy elektroniczne. Część z nich, takich jak dławiki, transformatory, cewki czy nawet diody i tranzystory zawierają większą lub mniejszą ilość materiałów reagujących na pole magnetyczne (ferromagnetyki). Materiały te dzięki zjawisku zwanym magnetostrykcją odkształcają się minimalnie pod wpływem pola magnetycznego generowanego przez przepływający przez nie prąd. Dlatego podczas pracy impulsowej zaczynają drgać w rytm częstotliwości sterowania. Tworzy się coś w rodzaju miniaturowego głośnika, który generuje odgłosy akustyczne. W naszych sterownikach stosujemy elementy elektroniczne wysokiej jakości, które minimalizują to zjawisko.

Co zrobić kiedy sterownik LED lub zasilacz piszczy albo buczy?

Niestety wpływ na magnetostrykcję ma szereg czynników i nie da się jej całkowicie wyeliminować. Można to zjawisko tylko redukować na kilka sposobów. Przede wszystkim zalecamy stosowanie dobrych jakościowo zasilaczy posiadających mocne filtry przeciwprzepięciowe i dobrą stabilizację napięcia wyjściowego. Elementy elektroniczne wyższej jakości są też zazwyczaj cichsze, niż ich tanie odpowiedniki (lepsze materiały, zalewanie żywicami, mniejsza zawartość ferromagnetyków, itp.). Poza stosowaniem zasilaczy i sterowników wyższej jakości można te odgłosy właściwie tylko tłumić akustycznie (obudowa, zalanie żywicą lub silikonem, itp.). Warto jednak pamiętać, że pewne okoliczności mogą znacznie nasilać generowanie dźwięków. Warto więc zadbać o ich eliminacje podczas instalacji:

• Zbyt małe przekroje przewodów i związane z tym spadki napięć mogą nasilać generowane odgłosy.
• Długie przewody i związana w tym indukcyjność również wpływa negatywnie na głośność.
• Im większy prąd płynący w obwodzie tym głośniej „grają” elementy. Warto więc czasem rozproszyć instalację na kilka obwodów o mniejszych prądach lub podnieść napięcie aby obniżyć prąd.
• Złe zamocowanie sterownika lub zasilacza może wzmagać odgłosy poprzez przenoszenie się wibracji na obudowy lub podłoże i ich rezonowanie. Przykręcenie urządzenia lub zastosowanie miękkiej podkładki może znacznie zredukować odgłosy.
• Brak filtrów przeciwprzepięciowych w urządzeniach lub niepoprawnie wykonana instalacja (np: pętle indykcyjne) na skutek przepięć może również wzmagać głośność pracy urządzeń. Dodatkowo stwarzając zagrożenie dla diod LED, które są bardzo wrażliwe na przepięcia.

UWAGA! Jeśli sterownik lub ściemniacz wydają słyszalne odgłosy nawet bez podpiętych taśm LED może to oznaczać, że zastosowano zasilacz o bardzo niskiej jakości lub nieprzeznaczony do oświetlenia LED. Ewentualnie jest on uszkodzony (na przykład na skutek utraty pojemności kondensatorów elektrolitycznych po jakimś czasie pracy). Warto w takiej sytuacji zmienić zasilacz, gdyż poza generowaniem odgłosów będzie on także uszkadzał diody LED (lub znacząco skracał ich żywotność) oraz zakłócał inne urządzenia oraz instalacje.

Co to jest DMX i jak działa?

• Jedna linia (fizyczny przewód) DMX-512 zgodnie z nazwą pozwala na przesyłanie informacji o maksymalnie 512 kanałach. Oczywiście, takich linii może być więcej niż jedna i każda będzie przesyłać 512 kanałów. Jednak każda będzie wymagała osobnego przewodu. Dla każdego kanału przesyłana jest informacja o jego jasności w postaci liczby od 0 do 255.
• Jedną linią (kablem) DMX możemy sterować bez dodatkowych wzmacniaczy lub splitterów maksymalnie 32 odbiornikami (na przykład nasz sterownik LED DMX EC-133DMX). Jednak przy dłuższych odległościach ilość ta się zmniejsza.
• Dane DMX są wysyłane z częstotliwością 250 kHz, dlatego też do przesyłania sygnałów DMX wymagane są kable wysokiej jakości, pozwalające na transmisję sygnałów o wysokiej częstotliwości (niska pojemność, mała rezystancja). Należy także okablowanie wykonać bardziej starannie niż przy innych systemach.
• Do transmisji sygnału DMX wykorzystuje się jedną, najlepiej skręconą parę przewodów. Zalecane jest ich ekranowanie. Ważne jednak aby ekranu nie podłączać do obudowy wtyczki, tylko do jej pinu 1. Do tego celu bardzo dobrze nadaje się skrętka komputerowa Cat 6.
• DMX wysyła dane tylko w jednym kierunku, czyli do odbiorników, które nie mogą odpowiedzieć. Nie wiadomo więc czy wszystkie urządzenia odebrały dane dla nich przeznaczone i wykonały polecenie. Dlatego nie powinno się używać systemu DMX do sterowania urządzeniami mogącymi zagrażać bezpieczeństwu przy błędnej transmisji (na przykład wyciągarki utrzymujące elementy scenografii lub nagłośnienia).
• Standard DMX wymaga, aby w przypadku utraty połączenia odbiornik utrzymywał ostatnie prawidłowo odebrane dane przez co najmniej 1 sekundę. Standard nie definiuje, co powinno wydarzyć się po tym czasie. Dlatego sterowniki LED DMX EC-133DMX Enterius mają do wyboru kilka rodzajów reakcji na zanik sygnału DMX.
• Struktura danych oraz fizyczne aspekty magistrali RS-485, na której oparty jest DMX wymuszają łączenie urządzeń w tak zwany Daisy-Chain (łańcuch), czyli jedno za drugim. Nie można prowadzić okablowania DMX na zasadzie gwiazdy lub dowolnie prowadzonych równoległych odcinków (chyba, że zastosujemy aktywny splitter DMX).
• Sygnał DMX ze względu na wysoką częstotliwość transmisji wymaga bardzo rzetelnego wykonania tak samego okablowania jak i wszystkich połączeń. Większość problemów z komunikacją DMX wynika ze złego zaprojektowania bądź zainstalowania systemu albo wykorzystania przewodów do tego nie przeznaczonych, np. zwykłych mikrofonowych.
• Na końcu każdej linii DMX ostatnie urządzenie musi zostać wyposażone w terminator, którym jest zwykły rezystor 120 Ohm wpięty równolegle do magistrali. Przeciwdziała on ewentualnym odbiciom sygnału i problemom w komunikacji. Niektóre urządzenia DMX posiadają wbudowany terminator, który załącza się zworką lub mikro-przełącznikiem.

Niestety to dosyć często spotykana sytuacja, mimo że teoretycznie nie powinna się zdarzać. Zgodnie z prawem wszystkie urządzenia elektroniczne (w tym źródła światła) sprzedawane na terenie Unii Europejskiej powinny spełniać normy dotyczące zakłóceń. Oznacza to, że nie mogą ani zakłócać innych urządzeń ani same ulegać zakłóceniom o pewnym określonym poziomie. A jednak w Polsce spotyka się dosyć często firmy sprzedające urządzenia, które nigdy nie powinny trafić na rynek. I to głównie te urządzenia powodują zakłócenia. Najczęściej są to „żarówki LED” oraz samochodowe światła dzienne LED, które zakłócają radio. I takie urządzenia trzeba po prostu reklamować jako niezgodne z normami. A jeśli sprzedawca miga się od zwrotu to z pewnością chętnie pomoże Urząd Komunikacji Elektronicznej, do którego należy zgłosić fakt zakłócania przez dane urządzenie.

Może się też tak zdarzyć, że to nasze radio (albo inny zakłócany odbiornik) nie spełnia norm, a oświetlenie LED jest w zgodzie z przepisami. Wtedy pozostaje nam wymiana odbiornika, ponieważ inne metody likwidowania zakłóceń raczej tutaj nie pomogą.

Jeśli zakłócenia pojawiają się dopiero po kilku latach użytkowania oświetlenia LED to najprawdopodobniej wine ponoszą kondensatory elektrolityczne w zasilaczu, które utraciły część swojej pojemności. Wtedy wystarczy oddać zasilacz do serwisu lub samodzielnie wymienić kondensatory aby przywrócić pełną sprawność filtrowania zasilaczowi.

Istnieje także możliwość, że zakłócenia pochodzą nie bezpośrednio z urządzenia wchodzącego w skład oświetlenia LED tylko z instalacji, która jest niepoprawnie wykonana. W takiej sytuacji najlepiej jest zawsze poprawić instalację (szczegóły w tym artykule). Jeśli jednak z jakiś powodów nie da się tego wykonać to mogą pomóc filtry FPP produkowane przez Enterius do takich właśnie celów.