Avantajele şi dezavantajele diferitelor moduri de configurare a iluminării cu LED-uri

30 NOIEMBRIE 2017

Suntem în permanenţă în căutarea unor soluţii cât mai eficiente în domeniul iluminării. Diodele LED se bucură de un enorm succes. Luminozitatea acestora este una într-adevăr satisfăcătoare, iar preţurile deja nu mai sperie. Este bine să ştim cum să le configurăm pentru a răspunde cât mai bine aşteptărilor noastre.

Iluminatul stradal, farurile auto, lumina de fundal a panourilor LCD sau iluminatul arhitectural sunt doar câteva dintre utilizările diodelor LED cu înaltă luminozitate. Criteriul cheie îl reprezintă durata lungă de viaţă a acestora. Fără îndoială, creşterea eficienţei şi a luminozităţii diodelor LED, precum şi scăderea preţului acestora se traduc printr-un număr tot mai mare de utilizări, în industrie şi de către consumatori.

Controlul luminozităţii şi culorii
Pentru controlul de precizie al luminozităţii şi culorii iluminatului LED, cel mai adesea este utilizat un alimentator de curent continuu. Acesta reglează curentul care ajunge la diodele LED, indiferent de factorii externi precum diferenţele dintre căderile de tensiune în conducţie directă (Uf) ale diferitelor diode, variaţiile tensiunii de alimentare etc. Curentul cu care sunt alimentate diodele LED are valoarea aleasă, indiferent de condiţiile de exploatare.

Cum funcţionează un alimentator de curent continuu?
Alimentatorul de curent continuu reprezintă o sursă de alimentare universală pentru o serie de produse de iluminat bazate pe diode LED. Sistemul în circuit închis monitorizează curentul care trece printr-o anumită diodă sau şir de diode şi ajustează în permanenţă curentul de ieşire, pentru a asigura nivelul dorit. Ieşirea este legată la diode separate sau la şiruri de module LED conectate în paralel sau serie, furnizând curentul dorit la fiecare şir.
Folosind acelaşi alimentator de curent continuu, pentru diode LED superluminoase poate fi setată o cădere de tensiune în conducţie directă între 3 şi 3.5V. Valoarea indicată a curentului va fi menţinută indiferent de căderea de tensiune pe dioda în conducţie directă. Aplicaţiile de iluminare LED folosesc adesea mai multe diode LED, între 1W şi 3W, care funcţionează împreună. Există trei posibilităţi de alimentare a acestora, ale căror principale avantaje şi dezavantaje, precum şi descrierea modului de exploatare, sunt prezentate în continuare.
Indiferent de schema aplicată, cel mai adesea, atunci când se produce o defecţiune a iluminării, are loc un scurtcircuit între anod şi catod. Este posibilă şi apariţia unei “întreruperi”, atunci când între anod şi catod apare un circuit deschis. Însă putem găsi soluţii la aceste probleme.

Opţiunile de configurare
Există două moduri principale de conectare a mai multor diode LED, în serie sau paralel. Ambele arhitecturi au plusurile lor în ceea ce priveşte eficienţa, ajustarea luminozităţii şi rezistenţa la defecţiuni. A treia opţiune reprezintă o soluţie hibrid, denumită conexiune mixtă, care îmbină configuraţiile în serie şi paralel.

Figura 1: Conectare în serie.

Cum arată o conexiune în serie?
În cazul conectării în serie a diodelor LED, catodul primei diode este conectat cu anodul celei de-a doua etc. Această schemă este prezentată în figura 1.
Principalul avantaj al conectării în serie îl reprezintă ajustarea la maximum a luminozităţii, ceea ce înseamnă că diferenţele de luminozitate a diferitelor diode LED sunt imperceptibile. Ajustarea luminozităţii se datorează valorii identice a curentului prin fiecare diodă şi nu depinde de variaţiile căderii de tensiune în conducţie directă pe diferitele diode. Tensiunea totală în şir este funcţie de numărul diodelor din şir şi de căderea de tensiune standard în conducţie directă (Uf) a fiecărei diode LED. De exemplu: dacă şirul cuprinde 20 de diode LED cu o cădere de tensiune în conducţie directă Uf = 3.5VDC, atunci tensiunea totală a şirului este de 70VDC. Un singur alimentator de curent continuu alimentează fiecare dintre diodele LED. În această configuraţie, toate diodele primesc curent de aceeaşi valoare.

Avantajele conectării în serie
configuraţie simplă, care cuprinde un singur circuit;
lipsa disproporţiei curentului – toate diodele LED din şir primesc curent cu aceeaşi valoare;
eficienţa ridicată a sistemului – nu este necesară folosirea unor rezistoare limitatoare de curent;
funcţionare normală a celorlalte diode în situaţia în care una dintre ele se defectează ca urmare a unui scurtcircuit, iar tensiunea în şir scade cu Uf a diodei LED care nu mai funcţionează, reducând consumul de curent. Luminozitatea totală a lămpii se diminuează doar cu o singură diodă LED.

Dezavantajele conectării în serie
poate apărea o tensiune de ieşire foarte mare, periculoasă în cazul unui număr mare de diode LED;
întregul şir se stinge dacă o diodă se defectează ca urmare a unei întreruperi în circuit. În această situaţie, poate fi conectat în paralel un circuit simplu de şuntare, care să permită omiterea diodei defecte, minimizând astfel efectele întreruperii circuitului.

Cum să calculăm parametrii necesari pentru alimentatorul LED?
Pentru a calcula numărul maxim de diode LED care pot fi conectate în siguranţă în serie cu alimentatorul de curent continuu, trebuie să împărţim tensiunea maximă de ieşire a alimentatorului la căderea de tensiune în conducţie directă pe fiecare dintre diodele LED.
De exemplu: dacă Uieş. max. = 30VDC, iar Uconducţie = 3.0V, atunci numărul maxim de diode LED 30/3 = 10. În total pot fi conectate în serie 10 diode LED la respectivul alimentator de curent continuu. Pentru a seta curentul de ieşire dorit al alimentatorului, trebuie să consultăm specificaţia tehnică a diodelor LED folosite, verificând valoarea recomandată a curentului. Apoi vom alege un alimentator LED cu aceeaşi valoare optimă a curentului.

Figura 2: Conectare în paralel.

Cum arată conectarea în paralel?
Un exemplu în acest caz poate fi o lampă cu 10 diode LED, în care pot fi utilizate două şiruri a câte cinci diode, conectate în paralel. Această configuraţie este prezentată în figura 2.
Conectarea în paralel a diodelor LED permite reducerea tensiunii maxime într-un şir şi creşterea rezistenţei la defecţiuni. Tensiunea totală din şir scade faţă de conectarea în serie cu un coeficient egal cu numărul de şiruri paralele.
Variaţiile Uf a diferitelor diode LED pot determina disproporţii considerabile ale valorilor de curent din fiecare şir, de aceea în fiecare dintre şiruri se folosesc rezistoare care ajută la echilibrarea valorilor de curent. Valoarea curentului se împarte între diferitele şiruri în funcţie de cât de bine a fost ales rezistorul limitator de curent.

Avantajele conectării în paralel
un singur alimentator necesar pentru configurare;
tensiune de ieşire totală relativ joasă;
posibilitatea distribuirii echilibrate a curentului între şirurile de diode LED în cazul alegerii corespunzătoare a valorii rezistenţei.

Dezavantajele conectării în paralel
distribuţia curentului poate fi îmbunătăţită cu preţul unui consum mai mare al acestuia de către rezistoare şi a scăderii eficienţei sistemului;
riscul unei sarcini mai mari pe toate diodele în cazul în care o diodă din şir se defectează în urma unui scurtcircuit – diodele vor trebui să facă faţă unui curent mai mare, ceea ce va duce probabil la defectarea altora din sistem. În consecinţă, diodele din celelalte şiruri vor fi vizibil mai întunecate, pentru că valoarea însumată a curentului este limitată de randamentul de curent al alimentatorului.
întregul şir se stinge dacă o diodă se defectează din cauza unei întreruperi în circuit, iar curentul în celelalte şiruri, în funcţie de numărul acestora, va creşte. În această situaţie, poate fi conectat în paralel un circuit simplu de şuntare, care să permită omiterea diodei defecte, minimizând astfel efectele întreruperii circuitului.

Cum să calculăm tensiunea maximă de ieşire a alimentatorului LED?
Pentru a determina curentul de ieşire al alimentatorului de curent continuu pentru iluminat LED, valoarea optimă a curentului pentru diodele LED folosite va trebui înmulţită cu numărul de şiruri. De exemplu: dacă valoarea optimă a curentului pentru diodele LED este de 350mA şi avem două şiruri de diode, valoarea curentului alimentatorului LED trebuie să fie 350 × 2 = 700mA.
În configuraţia în paralel, căderea de tensiune totală în conducţie directă Uf va fi înmulţită cu numărul de diode LED din fiecare şir. De exemplu: dacă avem 2 şiruri a câte 5 diode, iar Uf este de 3.5V, căderea de tensiune totală în conducţie directă va fi 5 × 3.5 = 17.5VDC.

Figura 3: Conexiunea mixtă.

Cum arată conexiunea mixtă?
În această configuraţie, diodele LED sunt amplasate în schema unei matrice de rânduri şi coloane ca în figura 3.
Conexiunea mixtă constituie o încercare de eliminare a unei părţi din proble­mele caracteristice conectării în serie, prin adăugarea unui număr mai mare de conexiuni între diodele LED.
Schema acestei conexiuni seamănă cu cea utilizată în cazul legării în paralel a şirurilor, cu deosebirea că între şiruri apare o conexiune. Prima diodă LED din fiecare şir este conectată în paralel cu primele diode din celelalte şiruri. Fiecare diodă următoare – cu diodele LED din vecinătate.

Avantajele conexiunii mixte
configurarea necesită şi în acest caz doar un alimentator, pentru că tensiunea de ieşire este relativ mică faţă de configuraţia în paralel;
prin natura sa, este mai rezistentă la defecţiuni;
eficienţă mai mare – de obicei, nu este nevoie să utilizăm rezistoare de distribuire a curentului.

Dezavantajele conexiunii mixte
în cazul unei disproporţii a curentului, adăugarea de rezistoare pentru eficientizarea distribuţiei curentului nu este la fel de uşoară ca în configuraţia în paralel;
distribuţia neuniformă a curentului determină o distribuţie neomogenă a luminii şi căldurii;
toate diodele din rândul respectiv se sting dacă o singură diodă LED se defectează ca urmare a unui scurtcircuit, iar celelalte rânduri vor lumina normal, dar luminozitatea lămpii scade;
risc crescut de defectare a diodelor următoare din rândul respectiv, dacă una dintre acestea se defectează ca urmare a unei întreruperi în circuit – ceea ce rezultă din faptul că restul diodelor din acel rând sunt expuse, în această situaţie la un curent mai înalt. Celelalte rânduri de diode LED vor ilumina normal. În acest caz, poate fi conectat în paralel un circuit simplu de şuntare, care să permită omiterea diodei defecte, minimizând astfel efectele întreruperii circuitului de diode LED.

Alimentatoare de curent continuu pentru LED-uri de la Aimtec
În fiecare dintre variantele mai sus menţionate de configurare a ilumi­nării LED pot fi folosite cu succes ali­mentatoarele de curent continuu pentru LED de la Aimtec.
Acestea sunt disponibile în versiune pentru întrebuinţare generală pentru tensiune de intrare AC, dar şi ca mo­dele care lucrează cu tensiune de intrare DC.

Mai multe informaţii puteţi găsi pe site-ul firmei Transfer Multisort Elektronik ( www.tme.eu), distribuitor oficial Aimtec.

 

Transfer Multisort Elektronik   |     www.tme.eu

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *