Publicațiile din industrie, într-un cor de prietenie, extol virtuțile iluminatului stradal, în care sunt utilizate LED-urile. Fără îndoială, unul dintre motivele pentru apariția unor astfel de publicații este acela de a stimula îmbunătățirea sistemelor de iluminare în stare solidă de către organizațiile federale.
Articolul discută problema îmbunătățirii sistemului de prezentare a caracteristicilor tehnice ale dispozitivelor LED în cataloage și a erorilor tipice admise în acestea.
Modificând curentul prin intermediul LED-urilor și stabilind regimul de temperatură, este posibilă optimizarea sistemelor de iluminare cu LED-uri în ceea ce privește eficiența, dimensiunile PCB, durata de viață și costul. Cu toate acestea, pentru a obține rezultate corecte, este necesar să se simuleze funcționarea LED-urilor la diferite curenți și temperaturi.
LED-ul se dezvoltă foarte repede, dar costul LED-urilor este încă destul de ridicat, astfel încât dezvoltatorii se confruntă cu sarcina de a crește producția de lumină a LED-urilor pentru a reduce numărul lor. Cea mai simplă modalitate de a rezolva această problemă este creșterea curentului, dar acest lucru duce automat la o creștere a temperaturii, care, la rândul său, poate agrava producția de lumină, reduce eficiența și scurta durata de viață. Evident, în acest caz, este necesar să folosiți radiatoarele. Dezvoltarea corectă a sistemelor de iluminare ține seama nu numai de acești factori, ci și de caracteristicile circuitelor cu LED-uri. Au fost dezvoltate noi instrumente pentru a simplifica proiectarea sistemelor de iluminat și pentru a oferi dezvoltatorilor oportunitatea de a compromite eficiența ridicată, dimensiunile micilor plăci și costurile reduse.
Principala sarcină a proiectanților sistemelor de iluminat este aceea de a furniza o ieșire de lumină dată. De regulă, dezvoltatorii se adresează documentației tehnice pentru LED-uri, găsesc valoarea corespunzătoare a fluxului de lumină și determină numărul de LED-uri necesare pentru sistem. De obicei, fluxul luminos este determinat în condiții de laborator la o temperatură constantă de 25 ° C când se aplică un impuls de curent scurt. Dar în condiții reale LED-urile devin destul de calde. Eficiența celor mai buni dintre cei de pe piață de astăzi este de numai 20-30%, dar care, în comparație cu celelalte dispozitive de iluminat, poate fi considerat un rezultat bun. De fapt, această cifră depășește cu mult eficiența lămpilor cu incandescență cu tungsten, care pentru lămpile cu o putere de 100 W este de aproximativ 2,2%, cu o putere luminii de 1500 lm. Dar întrebarea este, în cazul în care nu rămân restul de 70% din putere? Spre deosebire de lămpile cu tungsten care emit căldură sub formă de radiație infraroșie, LED-urile dau căldură datorită conductivității termice. Prin urmare, nevoia de radiatoare pentru controlul temperaturii. Dezvoltatorii optimiza curent și de temperatură a LED-urilor trebuie să ia în considerare importanți următorii parametri specifici: flux luminos, vf este (căderea de tensiune în prejudecată transmite LED) și eficiența luminoasă (fluxul luminos, împărțit la consumul de energie în lm / W), care determină eficiența LED .
Cu creșterea curentului prin LED-uri, fluxul de lumină crește, de asemenea, care poate fi utilizat pentru a reduce numărul de LED-uri din matrice pentru a reduce costurile (a se vedea figura 1a). În practică, pentru cele mai multe svetoodachi pot fi făcute pentru a lucra cu curenții cu LED-uri în cele două până la trei ori mai mare decât curentul nominal (pentru a verifica acest fapt, găsi datele de referință cu privire la maxim LED curent). Dar, în acest sens, trebuie să găsim un compromis cu temperatura, care, atunci când folosim radiatoare identice cu curent în creștere, crește (a se vedea figura 1b). Creșterea temperaturii duce la scăderea duratei de viață și la scăderea fiabilității LED-urilor. Acest lucru duce, de asemenea, la o scădere a luminii, uneori semnificativă (a se vedea figura 1c). Pentru a reduce temperatura, este necesar să folosiți un radiator mai mare, dar acest lucru duce la o creștere a dimensiunilor plăcilor și a costului sistemului. Spre deosebire de fluxul luminos, eficiența luminii scade odată cu creșterea temperaturii (vezi figura 1d). O astfel de scădere a eficienței luminii poate duce la faptul că LED-ul va înceta să îndeplinească cerințele standardelor de stat pentru eficiență în ceea ce privește economiile de energie. În plus, tensiunea de bias înainte a LED-ului crește cu creșterea curentului și scade cu creșterea temperaturii, care trebuie luată în considerare la selectarea circuitului șoferului. De exemplu, în cazul unui circuit simplu pas în jos, tensiunea totală de polarizare spre înainte în linia de LED-uri de serie să fie menținută sub tensiune minimă de intrare, creșterea în caz contrar poate fi necesar sau de circuite buck-boost. Prin urmare, este clar că dezvoltatorul sistemului de iluminat trebuie să găsească un compromis între cost, dimensiune a bordului, fiabilitate și eficiență. Și acest lucru nu este rezolvat prin simpla creștere a curentului.
Fig. 2b. Compromis între diferite opțiuni pentru a optimiza dezvoltarea sistemului pentru 2500 lumeni
Prima opțiune corespunde sistemului cu cea mai mică dimensiune PCB. Cu o mică suprafață a radiatorului, sistemul are limitări ale capacității de răcire, deci trebuie să mențineți un curent de funcționare moderat și să vă reconciliați cu o temperatură de funcționare destul de ridicată. Optimizarea opțiunii Selection utilizează o matrice de LED-uri 13, care necesită zona de aplicare a radiatorului 35 cm2 ΘSA, egală cu 0,7ºC / W, dar din cauza scăzut curent utilizat aici au 19 LED-uri, ceea ce mărește costul sistemului până la $ 88,75.
Din ceea ce sa spus, se poate observa că caracteristicile LED-urilor variază într-un domeniu larg, în funcție de curentul de funcționare și de temperatura. Cu toate acestea, singura soluție cea mai bună, desigur, nu există. Eficacitatea ridicată a luminii și durata de viață îndelungată pot fi obținute numai prin creșterea costurilor și dimensiunilor. Dimpotrivă, într-un efort de reducere a costurilor și dimensiunilor, trebuie să găsim un compromis între eficiența luminii și durata de viață, care sunt cele două caracteristici principale ale LED-urilor. Singura speranță este că LED-urile se dezvoltă foarte repede, iar noile lor modele apar în mod constant cu date tehnice îmbunătățite. Prin urmare, dezvoltatorii trebuie să monitorizeze constant piața, pentru a nu pierde ultimele modele LED.
Când dezvoltați LED-urile sistemului de iluminare după alegerea numărului de LED-uri, radiator și curent, trebuie să determinați driverul care controlează LED-urile. Pentru a obține o eficiență ridicată a controlului, de regulă se utilizează regulatoare de impuls. În consecință, următorii pași de dezvoltare sunt selectarea circuitului șoferului și a tipului de panouri LED.
Din punct de vedere al controlului parametrului critic este raportul tensiunii între matricea LED-ului și domeniul de tensiune de intrare. Dacă tensiunea totală pe matrice este mai mică decât minimul de Vin (plus o anumită marjă pentru contabilizarea pierderilor de pe cheie), atunci poate fi utilizat un circuit descendent. Acesta este cel mai simplu circuit de implementat, plus avantajul său fiind eficiența ridicată și curentul redus de intrare.
Dacă tensiunea totală pe matrice depășește valoarea maximă a vinului, atunci trebuie să utilizați un circuit de amplificare. Este, de asemenea, un circuit bine proiectat, dar dezavantajele sale includ necesitatea de a folosi tranzistori de câmp de înaltă tensiune (FET) care funcționează la curenți mari, care depinde de cât de mult trebuie să crească tensiunea. Acest lucru poate duce la o creștere a costurilor și dimensiunilor plăcilor de circuite imprimate.
Și, în sfârșit, dacă tensiunea din matricea de LED-uri se situează între valoarea maximă și cea minimă de Vin, se folosește o schemă de step-up. Această schemă oferă o lucrare foarte flexibilă cu matricea, dar are un driver foarte complex și, prin urmare, se distinge printr-un preț ridicat.
Pentru circuitul șoferului selectat, se determină configurația matricei LED. Dacă este selectat un circuit de reducere, matricea poate fi împărțită în linii paralele, tensiunea la care trebuie să fie mai mică decât tensiunea minimă de intrare. Cu toate acestea, în cazul în care liniile paralele vin împreună la același driver de ieșire cu un rezistor de detectare curent, atunci există o problemă cu faptul că în liniile din cauza diferențelor de polarizare directă, curenții cu LED-uri diferite pot curge. Acest lucru poate duce la o diferență de luminozitate și temperatură și înseamnă o durată de viață diferită a riglelor LED. Această problemă poate fi rezolvată utilizând un driver cu ieșiri multiple și rezistoare de detectare curente sau prin utilizarea mai multor drivere cu o ieșire.
Pentru a rezolva problema separării curente, LED-urile pot fi conectate în serie. Cu toate acestea, tensiunea totală pe LED-uri poate deveni destul de mare. Dacă depășește 60 V, pot fi necesare măsuri de precauție și certificate suplimentare pentru a se conforma standardelor guvernamentale.
Pentru versiunea echilibrată de mai sus a optimizării sistemului pentru 2500 lumeni cu o configurație serială de 9 LED-uri, au fost testate mai multe tipuri de drivere. În acest caz, intervalul de tensiuni de intrare a fost de 15 ... 25 V. Figura 3 prezintă o diagramă care ilustrează dependența dimensiunii PCB pentru întregul sistem de eficiența luminii și luând în considerare pierderile conducătorului auto. Dimensiunea cercurilor este proporțională cu costul. Partea din dreapta jos a diagramei corespunde eficienței maxime a luminii și celei mai mici dimensiuni ale plăcii. În acest caz, a fost utilizată o singură linie de 9 LED-uri. Tensiunea totală pe LED-uri a fost de 28,6 V, care este mai mare decât tensiunea maximă de intrare de 25 V, astfel încât circuitul șoferului a fost mărit aici. Partea din mijloc a diagramei corespunde aplicării conducătorului descendent. În acest caz, LED-urile au fost împărțite în trei linii cu o tensiune de 9,5 V, care este sub tensiunea minimă de intrare.
Fig. 3. Opțiuni matrice de la conductorii de LED-uri și drivere pentru un sistem de 2500 lumeni în domeniul tensiunilor de intrare 15 ... 25 V.
Diagrama arată utilizarea a trei drivere distincte, dar pentru a reduce prețurile acestea pot fi combinate pentru a utiliza un conducător auto cu un singur rezistor de detectare curent, dar există un risc de diviziune inegală a curentului. Ultimul grup din colțul din stânga sus corespunde utilizării a două linii a câte cinci LED-uri, fiecare dintre acestea fiind de 15,9 V.
Tabelul 1 descrie utilizarea unei singure linii de LED-uri de serie. Aici tensiunile de intrare au fost diferite pentru diferite topologii ale șoferului. Tabelul ia în considerare numai șofer, și nu este considerată contribuție de LED-uri și radiator. In primul caz, posibilitatea aplicării circuitului în jos gama de tensiune de intrare de 35 ... 40 V, care este mai mare decât tensiunea de pe linia de LED-uri, egale cu 28,6 V. Eficacitate șofer exclusiv LED a fost de 93%, atunci când zona de bord ocupată de 3,5 cm 2 și valoarea 1 , $ 90
Pentru aplicarea circuitului de amplificare, intervalul de tensiune de intrare a fost de 20 ... 25 V, care este sub tensiunea LED-ului. Eficiența obținută în acest caz este, de asemenea, egală cu 93%, dar zona ocupată a consiliului a devenit mai mare - 6.3 cm2, la un cost de 3.02 dolari.
In acest ultim caz, intervalul de tensiune de intrare de 25 ... 35 V. Deoarece tensiunea pe LED a fost între tensiunea de intrare minime și maxime, aplicata circuitul dolar-boost. Eficiența în acest caz a fost mai mică - 88%. și amprenta bord mai - 8 cm 2, la un cost de $ 4.04 Se poate observa că costul driverului LED este de numai 5-15% din costul total sistem și eficacitatea acestuia (93%) depășește în mod considerabil eficiența întregului sistem (24%). (vezi tabelul 2). În ultima etapă a proiectării conducătorului auto se dezvoltă schema reală. program de proiectare driver creează automat o listă de componente (PTO), dar permite utilizatorilor să schimbe componentele pasive, în timp ce verificarea cu modificarea performanței sistemului.
Tabelul 1. Opțiunile driverului când se utilizează o linie de LED-uri cu o tensiune totală de 28,6 V în diferite intervale de tensiune de intrare
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: