Spoločnosť All-Electronics nájde správny zdroj energie pre LED svetlo
Akokoľvek sa to zdá jednoduché, je to zložité: hľadanie najlepšieho napájacieho zdroja LED pre súčasný alebo nový dizajn svietidla.
Prvé rozhodnutie: konštantný prúd alebo konštantné napätie?
Kľúčové údaje
Tento článok sa zaoberá najdôležitejšími kritériami pri výbere správneho zdroja napájania LED pre svietidlo. Jedným z cieľov je návrh správneho rozsahu výstupného napätia pre budiče s konštantným prúdom. Z dôvodu technického vývoja sa rozpracovávajú výhody nových zdrojov napájania s konštantným výkonom v porovnaní s predchádzajúcimi budičmi s konštantným prúdom.
Ak napríklad rezistory alebo budiace moduly LED obmedzujú prúd na doske LED (obr. 1), je potrebný napájací zdroj s výstupom konštantného napätia (Constant Voltage/CV). Pokiaľ má byť aplikácia aj stmievateľná, prichádzajú na rad napájacie zdroje s PWM výstupom. Pri napájacom zdroji PWM sa konštantné napätie zapína a vypína veľmi rýchlo. V závislosti od pomeru zapnutia/vypnutia je v našich očiach svetlejšie alebo tmavšie osvetlenie. Pri výbere frekvencie PWM by sa vývojári mali ubezpečiť, že príliš nezasahuje do vnemov očí alebo tela. Musí sa tiež dodržať vzájomný vzťah s fotoaparátmi. Spoločnosť Mean Well ponúka sériu PMW s dostatočne vysokou spínacou frekvenciou 1,47 kHz.
Na dosiahnutie najvyššej možnej účinnosti svietidla výrobca v dnešnej dobe zvyčajne používa vysoko kvalitné zdroje stáleho prúdu. Strata výkonu v dôsledku odporového zaťaženia ako obmedzenia prúdu je tak eliminovaná. Napájací zdroj reguluje konštantný prúd.
Určte rozsah napätia budiča LED
Voľba ovládača LED s príslušným pracovným rozsahom napätia (rozsah konštantného prúdu) môže vyzerať jednoducho, ale je treba brať do úvahy niekoľko bodov. Presne pri tomto výbere sa často robia chyby.
Na čo si dať pozor:
- Napätie LED smerom dopredu sa líši od čipu k čipu.
- Napätie LED sa mení s rastúcou alebo klesajúcou teplotou spoja. Pretože správna funkcia budiča má zásadný význam pre funkčnosť a spoľahlivosť svietidla, je vhodné preskúmať podrobnosti faktorov, ktoré viac ovplyvňujú napätie LED.
LED dopredné napätia
Obrázok 1: Schéma zapojenia napájacích zdrojov LED od spoločnosti Mean Well. Mysli dobre
Na dosiahnutie cieľa optických požiadaviek musia vývojári najskôr určiť typ a množstvo LED a jej riadiaci prúd. Existuje určitý počet LED diód a potom je možné vykonať prvý odhad pracovného napätia LED. To sa deje vynásobením počtu LED diód v reťazci s typickým dopredným napätím (Vforward) tejto LED (vzorec 1):
Vforward_total = Vforward × Num/String
Aby bolo možné určiť presnú oblasť, musia vývojári ešte vziať do úvahy nasledujúce body:
Vlastnosti LED V/I
Obrázok 2: Príklad krivky napätia pre ovládače v aplikáciách LED. Emtron
Pri ideálnej LED sa dopredné napätie nemení so zvyšujúcim sa prúdom. V skutočnosti sa však dopredné napätie mení s prúdom a je dôležité skontrolovať napätie LED na základe skutočného prúdu nastaveného projektantom, a nie odkazovať na štandardné testovacie podmienky z údajového listu.
V nasledujúcom príklade (obrázok 2) je typické napätie LED 3,2 V. Ak sa LED používa pri 1 A namiesto 350 mA, skutočné typické napätie LED je teraz 3,8 namiesto 3,2 V. V. Tento rozdiel 0,6 V môže viesť k úplne odlišnému výsledku, keď je veľa LED diód zapojených do série. Situácia sa navyše môže zhoršiť, ak má ovládač LED vysoký zvlnený prúd, ktorý by viedol k špičkovému prúdu viac ako 1 A, a teda prekročil špičkové napätie 3,8 V.
Tolerancia výroby LED
Dopredné napätia LED na každom LED čipe sa budú meniť v dôsledku driftu procesu. Tento príklad predpokladá výrobu s prísnou toleranciou, ktorá vedie k normálnemu rozdeleniu. Kvôli tolerancii napätia počas výroby existuje rozdiel medzi typickým dopredným napätím a dopredným napätím, ktoré možno skutočne očakávať.
Aj keď absolútne maximum alebo minimum, štatisticky povedané, je zvyčajne ± 10 percent, štatisticky povedané, čím je pravdepodobnejšie, že kombinované napätie vpred bude okolo typickej hodnoty napätia, tým viac LED bude zapojených do série. Tu je vhodné vytvoriť určité napätie. Vzdialenosť 10 percent od typického napätia sa považuje za bezpečnú.
LED dopredné napätie ako funkcia teploty
Obrázok 3: Teplota vs. dopredné napätie - dopredné napätie klesá so zvyšovaním teploty. Emtron
Dopredné napätie LED má záporný teplotný koeficient. To znamená, že čím vyššia je teplota, tým nižšie je dopredné napätie. Pretože LED je samoohrevný prvok a svietidlo je správne tepelne navrhnuté, nepretržitá pracovná teplota a prevádzkové napätie LED sú zvyčajne dosť stabilné. Najhorší prípad nastane, keď sa svetlo rozsvieti, keď je nízka teplota.
Na odhad potreby dodatočného napätia pri nízkej teplote poskytuje špecifikácia LED typickú krivku V-T podľa štandardných skúšobných podmienok. Mnoho výrobcov ponúka aj softvérový nástroj na kontrolu napätia pomocou premenných parametrov, ako je teplota spoja (Tj), prúd pohonu atď.
Môže existovať obrovský rozdiel v požiadavkách na napätie v dôsledku nízkych teplôt a požiadaviek na napätie v dôsledku výrobnej tolerancie alebo rozdielu prúdu. Ak je teplota nízka, požiadavka na napätie je iba dočasná, a preto návrhári nemusia navrhovať túto zvýšenú hodnotu napätia pre nepretržitú prevádzku.
Na trhu existuje niekoľko ovládačov LED, ktoré sú vybavené funkciou adaptácie napätia na zabezpečenie krátkodobej požiadavky na napätie. Túto funkciu má napríklad HLG-480H-C od spoločnosti Mean Well, pomocou ktorej je možné automaticky znížiť výstupný prúd, aby bolo možné vydávať vyššie výstupné napätie. Celkový výstupný výkon nie je prekročený. Keď používatelia zapnú lampu a tá sa postupne zahrieva, napätie a tiež prúd klesnú späť na nastavenú hodnotu. Napájací zdroj LED HLG-480H-C1400, ktorý pracuje pri 171 až 343 V, môže dočasne poskytnúť 412 V na spustenie svetiel pri veľmi nízkych teplotách.
príklad
Obr. 4: Výňatok z údajového listu HLG-480H-C2100. Emtron
V jednom svietidle je použitých 100 LED diód, ako je to znázornené na obrázku 3. Riadiaci prúd je 1,05 A. K dispozícii sú celkom 2 struny s 50 LED diódami. Najnižšia prevádzková teplota podľa špecifikácie žiarovky by mala byť 0 ° C.
Vývojári môžu určiť rozsah napätia sami. Najskôr by mal vývojár skontrolovať údajový list LED a potom vykonať nasledujúce kroky:
- Krivka LED-V-I: určte napätie na krivke podľa cieľového prúdu. Podľa obrázka 2 je typické dopredné napätie LED 1,05 A/3,8 V.
- Vynásobte napätie počtom LED v reťazci: 3,8 (V) × 50 (ks) = 190 V.
- Výrobná tolerancia: pomer maximálneho a typického napätia
3,48 (V)/3,2 (V) = 108,75%
190 (V) × 108,75% = 206,6 (V)
Záver:
Obrázok 5: V-I krivka LED. Emtron
Typické LED celkové dopredné napätie je 190V
Najhorší prípad: celkové dopredné napätie LED je 207 V.
- Zvážte teplotné koeficienty na vyhodnotenie počiatočného napätia v najhoršom prípade: Napätie pri 0 ° C je 3,6 V, pri 85 ° C 3,2 V (obrázok 3). Predpokladajme, že svetlo LED normálne pracuje pri Tj 85 ° C.
3,6 (V, Tj = 0)/3,2 (V, Tj = 85) = 1,125
Obrázok 6: I-V krivka XLG-75-H. Emtron
Prečo však vôbec prevádzkovať LED s konštantným prúdom? Ako je znázornené na obrázku 4, prúd prechádzajúci LED sa zmení o 16 percent, ak sa dopredné napätie LED diódy zmení asi o 2,5 percenta. Okrem toho teplota spojenia mierne ovplyvňuje dopredné napätie LED. Zmena vysokej a nízkej teploty môže mať za následok zmenu napätia až o 20 a viac percent. Jas LED je proporcionálny k doprednému prúdu LED. Ak sa prúd vo veľkej miere mení, jas sa zmení. Preto musí byť LED riadená zdrojom konštantného prúdu.
Aká je výhoda prevádzkovania LED ovládačov s konštantným výkonom?
V prípade napájacích zdrojov LED s konštantným výkonom je potrebný mikrokontrolér, ktorý je zodpovedný za výpočet spätnoväzbových signálov výstupného napätia a výstupného prúdu. Výroba LED budiča s konštantným výkonom je nákladná a dizajnovo tiež zložitejšia.
Celá séria XLG je vybavená topológiou s konštantným výkonom. Jeden napájací zdroj ponúka veľmi široký rozsah výstupných napätí a prúdov (obrázok 5), čo výrazne znižuje počet modelov potrebných na ukladanie.
Konštantný prúd „ELG-75-48“ a konštantný výkon „XLG-75-H“
Výstup napájacieho zdroja s konštantným prúdom ELG-75-48 je 48 V/1,56 A. Ak je napätie LED oveľa nižšie ako 48 V, je možné túto hodnotu nastaviť. Avšak výstupný prúd nemožno zvýšiť nad maximálnu hodnotu. Výsledkom je zníženie výstupného výkonu v pomere k nominálnemu výkonu. Tomuto problému sa dá vyhnúť s modelom XLG-75-H s konštantným výkonom.
XLG-75-H dodáva plný výkon v rozsahu napätia medzi 36 V a 58 V. Používateľ nastaví požadovaný výstupný prúd a môže využiť celý výstupný výkon pre svoje LED svetlo.
Chladenie a životnosť
Len čo budú stanovené všetky elektrické hodnoty, je dôležité správne miesto inštalácie v svietidle. Životnosť závisí od teploty krytu Tc. Napájací zdroj by mal byť nainštalovaný čo najďalej od zdroja tepla. Čím nižšia je hodnota teploty bodu Tc, tým dlhšia je životnosť napájacej jednotky.
V závislosti od nasledujúcej oblasti použitia musí byť pre napájací zdroj zohľadnené národné prevádzkové napätie a frekvencia siete, ako aj potrebné schválenia. Ak má byť svietidlo integrované do existujúceho systému ako DALI alebo KNX, je ideálny napájací zdroj LED s rozhraním DALI alebo KNX.