All-Electronics va găsi pachetul de alimentare potrivit pentru o lumină LED

Oricât de simplu pare, este complex: căutarea celei mai bune surse de alimentare cu LED pentru un design de corp de iluminat existent sau nou.

Prima decizie: curent constant sau tensiune constantă?

Date esentiale

Acest articol tratează cele mai importante criterii atunci când alegeți sursa de alimentare cu LED potrivită pentru un corp de iluminat. Un accent se pune pe proiectarea intervalului corect de tensiune de ieșire pentru driverele de curent constant. Datorită dezvoltării tehnice, se dezvoltă avantajele noilor surse de alimentare constante în comparație cu driverele anterioare de curent constant.

Dacă, de exemplu, rezistențele sau modulele cu driver LED limitează curentul de pe placa LED (Fig. 1), este necesară o unitate de alimentare cu o ieșire de tensiune constantă (Constant Voltage/CV). Dacă și aplicația trebuie să fie reglabilă, intră în joc sursele de alimentare cu ieșire PWM. Cu o unitate de alimentare PWM, tensiunea constantă este pornită și oprită foarte repede. În funcție de raportul de pornire/oprire, există o lumină mai deschisă sau mai întunecată în ochii noștri. Atunci când aleg frecvența PWM, dezvoltatorii trebuie să se asigure că nu interferează prea mult cu ochii sau senzația corpului. De asemenea, trebuie respectată relația cu camerele foto. Mean Well oferă seria PMW cu o frecvență de comutare suficient de mare de 1,47 kHz.
Pentru a obține cea mai mare eficiență posibilă a corpului de iluminat, în prezent producătorul folosește de obicei surse de curent constant de înaltă calitate. Prin urmare, pierderea de putere datorată sarcinii de rezistență ca limitare a curentului este eliminată. Sursa de alimentare reglează curentul constant.

Determinați gama de tensiune a driverului cu LED-uri

Alegerea unui driver LED cu o gamă adecvată de funcționare a tensiunii (interval de curent constant) poate părea simplă, dar există câteva puncte care trebuie luate în considerare. Tocmai cu această selecție apar foarte des erorile.

La ce să fii atent:

Tensiunile LED înainte variază de la cip la cip.
Tensiunea LED se schimbă pe măsură ce temperatura joncțiunii crește sau scade. Deoarece funcționarea corectă a șoferului este de o importanță crucială pentru funcționalitatea și fiabilitatea corpului de iluminat, merită să examinați mai detaliat factorii care afectează tensiunea LED.

Tensiuni LED înainte

Figura 1: Diagrama circuitului pentru sursele de alimentare cu LED de la Mean Well. Adică bine

Pentru a atinge obiectivul cerințelor optice, dezvoltatorii trebuie mai întâi să determine tipul și cantitatea LED-ului și curentul de control al acestuia. Există un anumit număr de LED-uri și se poate face prima estimare a tensiunii de lucru a LED-urilor. Acest lucru se face prin înmulțirea numărului de LED-uri într-un șir cu tensiunea tipică înainte (Vforward) a acestui LED (formula 1):

Vforward_total = Vforward × Num/String

Pentru a putea determina zona exactă, dezvoltatorii trebuie să ia în considerare următoarele puncte:

Proprietăți LED V/I

Figura 2: Exemplu de curbă de tensiune pentru driverele din aplicațiile cu LED-uri. Emtron

Cu un LED ideal, tensiunea directă nu se modifică pe măsură ce curentul crește. În realitate, însă, tensiunea directă se modifică odată cu curentul și este important să verificați tensiunea LED pe baza curentului real setat de proiectant, mai degrabă decât să faceți referire la starea standard de testare din fișa tehnică.

În exemplul următor (Figura 2), tensiunea tipică a LED-ului este de 3,2 V. Dacă LED-ul este utilizat la 1 A în loc de 350 mA, tensiunea LED tipică reală este acum de 3,8 în loc de 3,2 V. V. Această diferență de 0,6 V poate duce la un rezultat complet diferit atunci când multe LED-uri sunt conectate în serie. În plus, situația se poate agrava dacă driverul LED are un curent ridicat de ondulare care ar duce la un curent de vârf mai mare de 1 A și, astfel, va depăși tensiunea de vârf de 3,8 V.

Toleranță la producția de LED-uri

Tensiunile LED către fiecare cip LED vor varia în funcție de deriva procesului. Acest exemplu presupune o producție cu o toleranță strânsă, ceea ce duce la o distribuție normală. Datorită toleranței de tensiune în timpul producției, există o diferență între tensiunea tipică înainte și tensiunea frontală care poate fi de fapt așteptată.
Deși maximul sau minimul absolut, statistic vorbind, este de obicei de ± 10%, statistic vorbind, cu atât este mai probabil ca tensiunea frontală combinată să fie în jurul valorii tensiunii tipice, cu atât mai multe LED-uri sunt conectate în serie. Aici este recomandabil să creați o anumită tensiune. O distanță de 10% față de tensiunea tipică este considerată sigură.

Tensiunea LED înainte în funcție de temperatură

Figura 3: temperatura vs. Tensiune înainte - pe măsură ce temperatura crește, tensiunea înainte scade. Emtron

Tensiunea LED înainte are un coeficient de temperatură negativ. Aceasta înseamnă că cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât este mai mică tensiunea înainte. Deoarece un LED este un element de autoîncălzire și corpul de iluminat este proiectat corespunzător termic, temperatura de lucru continuă și tensiunea de funcționare a LED-urilor sunt de obicei destul de stabile. Cel mai rău caz apare atunci când lumina este aprinsă când temperatura este scăzută.

Pentru a estima necesarul de tensiune suplimentară la temperatură scăzută, specificația LED-ului oferă o curbă tipică V-T în conformitate cu condițiile standard de testare. Mulți producători oferă, de asemenea, un instrument software pentru a verifica tensiunea utilizând parametri variabili precum temperatura de joncțiune (Tj), curentul de acționare etc.

Poate exista o diferență uriașă în cerințele de tensiune din cauza temperaturilor scăzute și a cerințelor de tensiune datorate toleranței de producție sau diferenței de curent. Când temperatura este scăzută, necesarul de tensiune este doar temporar și, prin urmare, proiectanții nu trebuie să proiecteze această valoare a tensiunii crescute pentru o funcționare continuă.

Există pe piață câțiva drivere LED care sunt echipate cu o funcție de adaptare a tensiunii pentru a furniza necesarul de tensiune pe termen scurt. HLG-480H-C de la Mean Well, de exemplu, are această funcție, cu care curentul de ieșire poate fi redus automat pentru a putea produce o tensiune de ieșire mai mare. Puterea totală de ieșire nu este depășită. Când utilizatorii aprind lampa și aceasta se încălzește treptat, tensiunea și curentul vor scădea la valoarea setată. Sursa de alimentare LED HLG-480H-C1400, care funcționează între 171 și 343 V, poate furniza temporar 412 V pentru a putea porni luminile la temperaturi foarte scăzute.

exemplu

Fig. 4: Extras din fișa tehnică a HLG-480H-C2100. Emtron

100 LED-uri sunt utilizate într-un corp de iluminat, așa cum se arată în Figura 3. Curentul de control este de 1,05 A. Există un total de 2 șiruri cu 50 de LED-uri. Cea mai scăzută temperatură de funcționare conform specificațiilor lămpii ar trebui să fie de 0 ° C.

Dezvoltatorii pot determina singuri gama de tensiune. În primul rând, dezvoltatorul ar trebui să revizuiască foaia tehnică LED și apoi să facă următoarele:

Curba LED-V-I: determinați tensiunea pe curbă în funcție de curentul țintă. Conform figurii 2, tensiunea tipică înainte a LED-ului este de 1,05 A/3,8 V.
Înmulțiți tensiunea cu numărul de LED-uri dintr-un șir: 3,8 (V) × 50 (buc.) = 190 V.
Toleranță la producție: raportul dintre tensiunea maximă și tensiunea tipică

3,48 (V)/3,2 (V) = 108,75%

190 (V) × 108,75% = 206,6 (V)

Concluzie:

Figura 5: Curba V-I a unui LED. Emtron

Tensiunea totală înainte tipică LED este de 190V

Cel mai rău caz: tensiunea totală LED înainte este de 207 V.

Luați în considerare coeficienții de temperatură pentru evaluarea tensiunii de pornire în cel mai rău caz: Tensiunea la 0 ° C este de 3,6 V, la 85 ° C 3,2 V (Figura 3). Să presupunem că lumina LED funcționează în mod normal la Tj 85 ° C.

3,6 (V, Tj = 0)/3,2 (V, Tj = 85) = 1,125

Fig. 6: curba I-V a XLG-75-H. Emtron

Dar de ce să acționăm LED-uri cu curent constant? Așa cum se arată în Figura 4, curentul prin LED se modifică cu 16% dacă tensiunea LED înainte a LED-ului se modifică cu aproximativ 2,5%. În plus, temperatura de joncțiune afectează ușor tensiunea directă a LED-ului. Modificarea temperaturii ridicate și scăzute poate duce la o schimbare a tensiunii de până la 20 la sută sau mai mult. Luminozitatea LED-ului este proporțională cu curentul direct al LED-ului. Când curentul variază la scară largă, luminozitatea se schimbă. Prin urmare, LED-ul trebuie controlat cu o sursă de curent constantă.

Care este avantajul operării driverelor LED cu putere constantă?

În cazul surselor de alimentare cu LED cu putere constantă, este necesar un microcontroler responsabil pentru calcularea semnalelor de feedback între tensiunea de ieșire și curentul de ieșire. Producția unui driver LED cu putere constantă este costisitoare și, de asemenea, mai complexă din punct de vedere al designului.
Întreaga serie XLG este echipată cu o topologie de putere constantă. O singură unitate de alimentare oferă o gamă foarte largă de tensiuni și curenți de ieșire (Figura 5), ceea ce reduce considerabil numărul de modele necesare pentru stocare.

Curent constant "ELG-75-48" și putere constantă "XLG-75-H"

Ieșirea unității de alimentare cu curent constant ELG-75-48 este de 48 V/1,56 A. Dacă o tensiune LED este mult mai mică decât 48 V, această valoare poate fi setată. Cu toate acestea, curentul de ieșire nu poate fi mărit peste valoarea maximă. Rezultatul este o reducere a puterii de ieșire în raport cu puterea nominală. Această problemă poate fi evitată cu XLG-75-H cu putere constantă.
XLG-75-H oferă o putere maximă în intervalul de tensiune între 36 V și 58 V. Utilizatorul stabilește curentul de ieșire dorit și poate utiliza puterea totală de ieșire pentru lumina sa LED.

Răcire și durată de viață

De îndată ce toate valorile electrice au fost determinate, locația corectă de instalare în corpul de iluminat este importantă. Durata de viață depinde de temperatura carcasei Tc. Pachetul de alimentare trebuie instalat cât mai departe posibil de sursa de căldură. Cu cât valoarea temperaturii punctului Tc este mai mică, cu atât durata de viață a unității de alimentare este mai mare.

În funcție de regiunea ulterioară de utilizare, tensiunea de funcționare națională și frecvența rețelei, precum și aprobările necesare trebuie luate în considerare pentru unitatea de alimentare. Dacă corpul de iluminat trebuie integrat într-un sistem existent, cum ar fi DALI sau KNX, este ideală o unitate de alimentare cu LED cu o interfață DALI sau KNX.