All-Electronics знайде відповідний блок живлення для світлодіодного світла

Як би просто це не здавалося, воно складне: пошук найкращого світлодіодного джерела живлення для існуючого або нового дизайну світильника.

Перше рішення: постійний струм або постійна напруга?

Ключові дані

У цій статті розглядаються найважливіші критерії при виборі правильного світлодіодного джерела живлення для світильника. Основна увага приділяється проектуванню правильного діапазону вихідної напруги для драйверів постійного струму. Завдяки технічному розвитку розробляються переваги нових джерел постійного живлення порівняно з попередніми драйверами постійного струму.

Якщо, наприклад, резистори або модулі світлодіодних драйверів обмежують силу струму на друкованій платі світлодіодів (рис. 1), потрібен блок живлення з постійною вихідною напругою (Постійна напруга/CV). Якщо додаток також має регулювати яскравість, в дію входять джерела живлення з ШІМ-виходом. З ШІМ-блоком постійної напруги вмикається і вимикається дуже швидко. Залежно від співвідношення увімкнення/вимкнення, в наших очах світліше або темніше освітлення. Вибираючи частоту ШІМ, розробники повинні переконатися, що вона не надто заважає очам або відчуттю тіла. Також слід дотримуватися взаємозв'язку з фотокамерами. Mean Well пропонує серію PMW з досить високою частотою комутації 1,47 кГц.
Для досягнення максимально можливої ефективності світильника сьогодні виробник зазвичай використовує високоякісні джерела живлення постійного струму. Таким чином усуваються втрати потужності через навантаження на опір як обмеження струму. Блок живлення регулює постійний струм.

Визначте діапазон напруги світлодіодного драйвера

Вибір світлодіодного драйвера з відповідним робочим діапазоном напруги (постійним діапазоном струму) може виглядати просто, але є кілька моментів, які потрібно врахувати. Саме з цим підбором дуже часто допускаються помилки.

На що слід остерігатися:

Напруги прямого світлодіода змінюються в залежності від мікросхеми.
Напруга світлодіода змінюється в міру підвищення або зниження температури переходу. Оскільки правильне функціонування водія має вирішальне значення для функціональності та надійності світильника, варто детально вивчити деталі факторів, що впливають на напругу світлодіода.

Світлодіодні прямі напруги

Рисунок 1: Принципова схема для світлодіодних джерел живлення від Mean Well. Маю на увазі добре

Для досягнення мети оптичних вимог розробники спочатку повинні визначити тип і кількість світлодіода та його струм управління. Існує певна кількість світлодіодів, і тоді можна зробити першу оцінку робочої напруги світлодіодів. Це робиться шляхом множення кількості світлодіодів у рядку з типовою прямою напругою (V вперед) цього світлодіода (формула 1):

Vforward_total = Vforward × Num/String

Для того, щоб мати змогу точно визначити площу, розробникам все-таки потрібно врахувати наступні моменти:

Властивості світлодіодів V/I

Рисунок 2: Приклад кривої напруги для драйверів у світлодіодних додатках. Емтрон

З ідеальним світлодіодом пряма напруга не змінюється зі збільшенням струму. Насправді ж пряма напруга змінюється зі струмом, і важливо перевіряти напругу світлодіода на основі фактичного струму, встановленого конструктором, а не посилаючись на стандартні умови випробування з таблиці.

У наступному прикладі (рис. 2) типова напруга світлодіода становить 3,2 В. Якщо світлодіод використовується при 1 А замість 350 мА, фактична типова напруга світлодіода зараз становить 3,8 замість 3,2 В. V. Ця різниця в 0,6 В може призвести до зовсім іншого результату, коли багато світлодіодів підключено послідовно. Крім того, ситуація може погіршитися, якщо світлодіодний драйвер має високий пульсаційний струм, який призведе до пікового струму більше 1 А і, таким чином, перевищить пікову напругу 3,8 В.

Допуск виробництва світлодіодів

Пряма напруга світлодіодів на кожному світлодіодному чіпі буде змінюватися внаслідок дрейфу процесу. Цей приклад передбачає виробництво з жорстким допуском, що призводить до нормального розподілу. Через допуск напруги під час виробництва існує різниця між типовою прямою напругою та прямою напругою, яку насправді можна очікувати.
Хоча абсолютний максимум або мінімум, статистично кажучи, зазвичай становить ± 10 відсотків, статистично кажучи, чим більше ймовірність того, що загальна пряма напруга буде навколо типового значення напруги, тим більше світлодіодів підключено послідовно. Тут доцільно створити певну напругу. Відстань у 10 відсотків до типової напруги вважається безпечною.

Пряма напруга світлодіода як функція температури

Рис. 3: Температура проти прямої напруги - пряма напруга зменшується при підвищенні температури. Емтрон

Пряма напруга світлодіода має від’ємний температурний коефіцієнт. Це означає, що чим вище температура, тим нижча пряма напруга. Оскільки світлодіод є самонагрівальним елементом, а світильник має належну теплову конструкцію, безперервна робоча температура та робоча напруга світлодіода зазвичай досить стабільні. Найгірший випадок трапляється, коли світло вмикається при низькій температурі.

Для оцінки додаткової потреби в напрузі при низькій температурі, специфікація світлодіодів забезпечує типову криву V-T відповідно до стандартних умов випробування. Багато виробників також пропонують програмний засіб для перевірки напруги за допомогою змінних параметрів, таких як температура переходу (Tj), струм приводу тощо.

Вимоги до напруги можуть бути різними через низьку температуру та вимоги до напруги через допуск виробництва або різницю струму. Коли температура низька, вимога до напруги є лише тимчасовим, і тому дизайнерам не потрібно проектувати це збільшене значення напруги для безперервної роботи.

На ринку є деякі світлодіодні драйвери, які оснащені функцією адаптації напруги для забезпечення короткострокової потреби в напрузі. Наприклад, HLG-480H-C від Mean Well має цю функцію, за допомогою якої вихідний струм може бути автоматично зменшений, щоб мати можливість вивести вищу вихідну напругу. Загальна вихідна потужність не перевищена. Коли користувачі вмикають лампу, і вона поступово нагрівається, напруга, а також сила струму впадуть до встановленого значення. Світлодіодне джерело живлення HLG-480H-C1400, яке працює від 171 до 343 В, може тимчасово забезпечити 412 В для запуску світла при дуже низьких температурах.

приклад

Рис. 4: Витяг із паспорта HLG-480H-C2100. Емтрон

В одному світильнику використовується 100 світлодіодів, як показано на малюнку 3. Контрольний струм становить 1,05 А. Всього є 2 струни з 50 світлодіодами. Найнижча робоча температура згідно специфікації лампи повинна бути 0 ° C.

Розробники можуть самостійно визначити діапазон напруги. Спочатку розробник повинен переглянути таблицю даних світлодіодів, а потім зробити наступне:

Крива LED-V-I: визначають напругу на кривій відповідно до цільового струму. Згідно з малюнком 2, типова пряма напруга світлодіода становить 1,05 А/3,8 В.
Помножте напругу на кількість світлодіодів у струні: 3,8 (В) × 50 (шт.) = 190 В.
Допуск виробництва: відношення максимального до типового натягу

3,48 (В)/3,2 (В) = 108,75%

190 (В) × 108,75% = 206,6 (В)

Висновок:

Рисунок 5: Крива V-I світлодіода. Емтрон

Типова загальна пряма напруга світлодіода становить 190 В

Найгірший випадок: загальна напруга прямого світлодіода становить 207 В.

Розглянемо температурні коефіцієнти для оцінки пускової напруги в найгіршому випадку: напруга при 0 ° С становить 3,6 В, при 85 ° С 3,2 В (рисунок 3). Припустимо, світлодіодне світло зазвичай працює при Tj 85 ° C.

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

6: Крива I-V XLG-75-H. Емтрон

Але навіщо взагалі експлуатувати світлодіоди з постійним струмом? Як показано на малюнку 4, сила струму через світлодіод змінюється на 16 відсотків, якщо напруга світлодіода прямого світлодіода змінюється приблизно на 2,5 відсотка. Крім того, температура переходу трохи впливає на пряму напругу світлодіода. Зміна високої та низької температури може призвести до зміни напруги до 20 і більше відсотків. Яскравість світлодіода пропорційна прямому струму світлодіода. Коли сила струму змінюється у великих масштабах, яскравість змінюється. Тому світлодіод повинен контролюватися постійним джерелом струму.

У чому перевага експлуатації світлодіодних драйверів з постійною потужністю?

У разі світлодіодних джерел живлення з постійною потужністю потрібен мікроконтролер, який відповідає за обчислення сигналів зворотного зв'язку між вихідною напругою та вихідним струмом. Виробництво світлодіодного драйвера з постійною потужністю є дорогим, а також більш складним з точки зору дизайну.
Вся серія XLG оснащена постійною топологією потужності. Один блок живлення пропонує дуже широкий діапазон вихідних напруг і струмів (рис. 5), що значно зменшує кількість моделей, необхідних для зберігання.

Постійний струм "ELG-75-48" і постійна потужність "XLG-75-H"

Вихід блоку живлення постійного струму ELG-75-48 становить 48 В/1,56 А. Якщо напруга світлодіода набагато нижче 48 В, це значення можна встановити. Однак вихідний струм не можна збільшити вище максимального значення. Результатом є зменшення вихідної потужності по відношенню до номінальної потужності. Цю проблему можна уникнути за допомогою XLG-75-H з постійною потужністю.
XLG-75-H забезпечує повну потужність в діапазоні напруг від 36 до 58 В. Користувач встановлює бажаний вихідний струм і може використовувати повну вихідну потужність для свого світлодіодного світла.

Охолодження та термін служби

Як тільки всі електричні значення будуть визначені, важливим є правильне розташування світильника. Термін служби залежить від температури корпусу Tc. Блок живлення слід встановлювати якомога далі від джерела тепла. Чим нижче значення температури точки Тс, тим довший термін служби блоку живлення.

Залежно від регіону подальшого використання, для блоку живлення повинні враховуватися національна робоча напруга та частота мережі, а також необхідні дозволи. Якщо світильник потрібно інтегрувати в існуючу систему, таку як DALI або KNX, ідеально підходить світлодіодний блок живлення з інтерфейсом DALI або KNX.