Randamentul este un obiectiv clar în proiectarea circuitelor care sunt utilizate la comanda LED-urilor, dar acesta este un factor care merge adesea mână în mână cu controlabilitatea. Pornind de la faptul că ambii factori: consumul energetic și aspectul estetic, sunt importanți, producătorii de sisteme de iluminare și utilizatorii vor să fie capabili de a regla dinamic ieșirea luminoasă, acest lucru venind ca răspuns la cerințele clienților. Utilizatorii casnici doresc posibilitatea de diminuare a strălucirii, cu becuri bazate pe RGB, cu controlul culorii.
Numeroși utilizatori din industrie și comerț vor să își maximizeze utilizarea iluminării ambientale și să micșoreze costurile cu electricitatea prin existența unei lumini artificiale care să producă atâta lumină cât este necesar în fiecare punct pe durata zilei și în fiecare loc din cadrul unei magazin.
Pentru a răspunde acestui deziderat, senzorii de lângă sistemele de iluminare vor raporta condițiile de lumină ambientală minut cu minut, astfel încât controlerele LED să poată ajusta ieșirea pentru a compensa variațiile.
Pe lângă deciziile bazate pe setul de caracteristici al corpului de iluminat cu LED-uri, există alegeri de făcut cu privire la topologia de circuit care va fi determinată de cerințele aplicației, precum capabilitate de reglare a strălucirii, control culoare, siguranță în funcționare pe termen lung, timp până la lansarea pe piață și cost. Acest articol detaliază opțiunile valabile pentru inginerii proiectanți.
Modulare prin lățimea pulsului vs. Reducerea curentului constant
Atunci când vine vorba despre alegerea topologiei de circuit pentru controlul iluminării cu LED-uri, variantele se bazează pe tehnicile PWM (modulare prin lățimea pulsului) și CCR (reducerea curentului constant). Ambele abordări lucrează pe principiul că circuitul va menține tensiunea aproximativ constantă, dar va regla curentul ce trece prin fiecare LED în acord cu strălucirea și culoarea dorite. În primul caz, curentul este transmis sub formă de pachete discrete (sarcini) încărcate electric; în cel de al doilea caz, ca un flux continuu de particule încărcate electric.
Metoda PWM prezintă avantaje acolo unde strălucirea și temperatura de culoare trebuie să fie controlate independent. Un LED optimizat pentru iluminare va avea în mod tipic un profil de temperatură de culoare care variază cu creșterea curentului. Un model de LED particular poate, de exemplu, emite lumină cu o temperatură de culoare de 2700K la 300mA, crescând la 3000K la 600mA. Cu o topologie CCR (Constant-Current Reduction), strălucirea va fi maximă pentru temperatura de culoare la curentul furnizat.
Atunci când LED-ul comută foarte rapid PORNIT și OPRIT, controlul PWM poate asigura că dispozitivul de iluminare emite lumină la 3000K, dar poate varia iluminarea pe o plajă largă. Uzual, frecvența PWM este așa de ridicată, încât oamenii nu vor sesiza nicio oscilație a luminii.
Lumawise Z50 – TE Connectivity
Cu control PWM, schimbarea ieșirii luminoase este în general liniară în acord cu ciclul factorului de umplere. Cu CCR, schimbarea în ieșirea luminoasă pentru o variație de curent poate să nu fie în întregime liniară. Ca rezultat, controlul PWM are tendința de a fi favorizat acolo unde dispozitivului trebuie să i se poată diminua strălucirea mai jos de 50%, dar trebuie să păstreze culoarea dorită a ieșirii luminoase. Din același motiv, dispozitivele de iluminare RGB au nevoie în general de control PWM pentru a asigura o mixare predictibilă a culorii.
CCR are avantaje în aplicații în care ieșirea luminoasă trebuie să fie maximizată, iar controlul intensității luminoase este mai puțin important. O sursă de alimentare poate livra către dispozitivul CCR o tensiune globală mai ridicată, sistemul putând fi utilizat acolo unde șirul de LED-uri funcționează cu conectare prin conductoare lungi. CCR aduce, de asemenea, avantajul unor emisii electromagnetice mai mici, oferind posibilitatea de instala iluminare cu LED-uri în medii în care interferențele date de circuitele PWM ar fi inacceptabile, precum săli de operații și camere de tratament din spitale.
O altă aplicație în care este potrivit CCR este în iluminarea auto, în cazul luminii de interior sau a stopurilor. Utilizarea unei surse de curent liniare maximizează ieșirea LED-ului în operare normală, permițând astfel un maxim de strălucire cu un număr mai mic de elemente LED în ansamblul de far. Cu toate acestea, se poate face un schimb între ieșirea maximă și o durată mai mare de viață.
Un factor cheie în durata de viață a LED-ului îl reprezintă curentul maxim la care dispozitivul este expus, după cum acest lucru crește temperatura internă a dispozitivului. Controlerele PWM vor comanda adesea LED-ul la un curent mai mare, chiar dacă utilizează pulsuri scurte. După cum CCR potrivește curentul de vârf și cel mediu, stresul asupra LED-ului este redus, astfel conducând la durate de funcționare mai mari.
Există un număr de căi de abordare a proiectării cu module LED, care sunt potrivite pentru operare PWM sau CCR și, acolo unde configurabilitatea este importantă pentru modul, ambele pot fi utilizate. O opțiune este de a utiliza un design discret, bazat pe o sursă de tensiune liniară sau convertor DC/DC, împreună cu un circuit de control adițional. Dispozitivele suplimentare pot fi încorporate pentru a oferi funcții de protecție împotriva situațiilor precum sarcină -deschisă și alte diagnostice.
Abordarea discretă oferă un maxim de flexibilitate, dar cu costul unei proiectări și a unor cicluri de testare mai îndelungate.
Există o varietate largă de circuite integrate de drivere LED care au aceste funcții integrate și simplifică puternic configurația la nivel de placă de circuit și proiectarea sistemului. Atunci când timpul până la lansarea pe piață și simplitatea integrării sunt factori extrem de importanți, sunt disponibile subsisteme în care este conținută electronica de comandă, gata de utilizat: proiectantul are nevoie doar să selecteze și să adauge LED-urile pe care le dorește.
Soluții pentru comanda LED-urilor
Pentru aplicații în care CCR este strategia de control favorită, LITIX Basic de la Infineon Technologies suportă aplicații auto cu funcțiile sale de diagnosticare și de protecție. De exemplu, prin detecția erorii N-1, dispozitivul poate informa un microcontroler gazdă asupra problemelor de funcționare ale unui șir de LED-uri care ar putea compromite integritatea sistemului. În cazul unui stop din industria auto, dacă problema de funcționare a șirului este suficient de mare încât să reducă strălucirea la nivele inacceptabile, lumina trebuie să fie dezactivată, iar condiția de eroare raportată șoferului, lucru executat de microcontroler, care trimite un mesaj electronicii de bord.
LYTSwitch-6 LED oferă o combinație de convertor DC/DC și funcții de comandă LED, într-o singură capsulă. Controlerul puterii primare este bazat pe o topologie de convertor de tip flyback (cu transfer indirect) cvasi rezonant și are integrat un MOSFET de putere de 650V. Controlerul secundar, care furnizează curent către șirul de LED-uri constă dintr-un circuit transmițător cuplat magnetic la convertorul primar și circuite de control de tensiune constantă și curent constant. Suportul pentru ieșirile atât de tensiune constantă, cât și de curent constant, oferă flexibilitatea de a opera cu o mare varietate de configurații LED. Sub control de curent constant, LYTswitch-6 este potrivit pentru comanda unor șiruri de LED-uri de diferite lungimi, cu dispozitivele din șir accesând diferite tensiuni, de la o singură sursă. În modul de tensiune constantă, controlul dispozitivului este potrivit pentru modurile de lucru PWM, oferind suport pentru reglare până la ieșire zero și control culoare în matrice RGB.
DLE15 – XP Power
Seria DLG de unități de surse de tensiune de la XP oferă o soluție încapsulată de alimentare a LED-urilor, utilizând fie tehnici de tensiune constantă, fie de curent constant, fiind potrivită pentru sistemele utilizate în medii dure. Unitățile DLG sunt rezistente la apă și praf conform cu standardul IP67, permițând imersie în apă până la o adâncime de 1m. Acestea sunt alimentate direct de la rețeaua principală de AC, fără a fi nevoie de convertoare suplimentare. Proiectate pentru a fi utilizate cu șiruri de LED-uri externe, unitățile DLG sunt gata de utilizare în aplicații precum publicitate de exterior și semnalizare de informare. Acolo unde LED-urile trebuie să fie integrate într-un suport, Lumawise Z50 produs de TE Connectivity oferă o soluție cu timp rapid de lansare pe piață. Z50 încorporează în suport un convertor DC/DC și circuite de comandă LED, luând energie de la o sursă de curent continuu de 48V, fiind potrivită pentru integrare în sisteme de iluminare de tip spot sau de urmărire, precum cele utilizate în mod uzual în aplicațiile de afișare în unitățile de vânzare cu amănuntul.
Cu toate că flexibilitatea LED-urilor înseamnă pentru proiectanți că au foarte multe posibilități în ceea ce privește alegerea variantelor de proiectare a circuitelor și a topologiilor, există numeroase soluții pe piață, care îndeplinesc cerințele dispozitivelor alese pentru aplicația țintă – este nevoie doar de abilitatea de a face un compromis între particularizare și durata până la lansarea pe piață.
Author:
Andrew Fawcett, Senior Product Manager, Farnell
https://ro.farnell.com