Малі витрати, висока продуктивність: джерела живлення Inventronics для LED-освітлення

1. Джерела живлення для світлодіодів - драйвери
2. Відмінність високопродуктивних драйверів світлодіодів
3. Основні способи з'єднання світлодіодів в освітлювальному приладі
4. Про компанію Inventronics
5. Нові драйвери світлодіодів фірми Inventronics
6. стандарти
7. Приклад розрахунку світлодіодного світильника з використанням драйвера серії LWC
8. Висновок
9. література
10. Високоефективні LED драйвери для однофазних і трифазних мереж
11. про компанію

Для забезпечення харчування одиночного світлодіода досить постійної напруги і одного обмежувального резистора, щоб задати необхідний рівень струму. В освітлювальному пристрої, що складається з великого числа світлодіодів, з'єднаних між собою, такий спосіб харчування неприйнятний. Відбувається це через те, що величина падіння напруги на світлодіоді в прямому напрямку відрізняється від зразка до зразка, як наслідок буде відрізнятися і яскравість світіння між окремими сегментами освітлювача. Також характеристики будь-якого напівпровідникового приладу залежать від різних зовнішніх факторів, основним з яких є зміна температури навколишнього середовища. Таким чином, щоб добитися рівномірної яскравості, доцільно використовувати джерело живлення, який за рахунок регулювання напруги на виході буде постійно підтримувати однаковий рівень струму, що протікає через ланцюжок світлодіодів.

В основному це реалізується за допомогою імпульсних джерел живлення. У них мережеве напруга спочатку випрямляється, потім використовується для харчування високочастотного генератора, в якому воно перетвориться в прямокутні імпульси частотою в декілька десятків кГц. Генератор заснований на керованих за допомогою широтно-імпульсної модуляції ключах, в якості яких використовуються силові транзистори. Далі високочастотні імпульси подаються на імпульсний трансформатор, вторинна обмотка якого пов'язана з вихідним випрямлячем і фільтром. У разі якщо імпульсний джерело живлення працює як джерело струму, регулятор відстежує падіння напруги на датчику струму, роль якого грає прецизійний зразковий резистор (шунт), включений послідовно з навантаженням. При цьому відбувається підтримка через навантаження постійного струму, що не залежить від величини навантаження. Таким чином, не має значення, скільки світлодіодів підключено до джерела послідовно, а також наскільки змінилася температура навколишнього середовища - струм через ланцюг буде залишатися постійним, отже, постійної буде і яскравість випромінювання світлодіодів.

Джерела живлення для світлодіодів - драйвери

Більшість джерел живлення промислового класу не задовольняє вимогам, що пред'являються до систем зовнішнього (outdoor) світлодіодного освітлення по ряду причин. Перша з них полягає в тому, що звичайний джерело живлення в більшості випадків є стабілізатором напруги, в той час як для харчування освітлювача з великого числа світлодіодів потрібно, як правило, постійний струм. Наступна причина - більшість промислових джерел живлення здатні підтримувати сталість вихідної потужності тільки коли температура навколишнього середовища нижче 40 ° С (при більш високій температурі вихідна потужність починає знижуватися), в той час як для багатьох додатків зовнішнього і внутрішнього (indoor) освітлення цей температурний поріг істотно вище і становить 60 ... 70 ° С. Третя причина полягає в тому, що промислові джерела живлення, як правило, не мають захисту від блискавки та проникнення води, а дані властивості є необхідними для всіх видів зовнішніх світлодіодних освітлювачів.

Переважна більшість драйверів світлодіодів оснащується активним коректором коефіцієнта потужності (ККП). Основним завданням ККМ є встановлення відповідності за формою і фазою між струмом, що споживаються пристроєм і годує мережевим напругою. Наслідком цього є більш ефективне споживання енергії і зниження навантаження на мережу.

Відмінність високопродуктивних драйверів світлодіодів

Застосування високопродуктивних драйверів світлодіодів. Приклад: розсіює потужність 100-ватного (по виходу) драйвера становить приблизно 11,1Вт, якщо його ККД дорівнює 90%; якщо ж ККД даного драйвера 80%, то рівень потужності, що розсіюється збільшується до 25Вт. Сумарний час роботи світлодіодного світильника становить 40000 годин. Таким чином, різниця в економії електроенергії в цих двох випадках буде дорівнює 556 кВтгод. При вартості 2,80 рубля за 1кВтчас за час експлуатації високопродуктивного драйвера можна заощадити 1556,80 рубля.

Величина потужності, що розсіюється впливає на температуру роботи драйвера. Чим нижче втрати енергії при роботі, тим менше нагрівається пристрій і, як наслідок, збільшується його термін служби. Втрати потужності в драйвері з ККД 90% вдвічі менше, ніж в драйвері з ККД 80%. Останній буде нагріватися в два рази більше в порівнянні з першим, що істотно підвищить температуру його електронних компонентів. Термін служби електролітичних конденсаторів, що застосовуються в драйвері, зменшується на 50% при збільшенні робочої температури на 10 ° С. Таким чином термін служби високопродуктивних драйверів світлодіодів буде в 2 ... 4 рази довше, ніж у низькопродуктивних. Надійність всіх електронних компонентів драйвера також підвищується при зменшенні робочої температури, тому величина середнього напрацювання на відмову у високопродуктивних драйверів також буде більше.

Основні способи з'єднання світлодіодів
в освітлювальному приладі

Світлодіоди в освітлювальних лампах можуть бути з'єднані різними способами, кожен з яких має свої переваги і обмеження. Розглянемо чотири основні конфігурації:

1) Послідовне з'єднання.

Можливо, найпростіший спосіб включення - коли анод кожного наступного світлодіода з'єднаний з катодом попереднього. Одне джерело живлення, що працює в режимі джерела струму, може живити весь ланцюжок світлодіодів. Даний спосіб хороший, коли потрібно живити невелике число світлодіодів. Однак падіння напруги на ланцюжку пропорційно кількості світлодіодів в ній: довгі ланцюжки вимагають високої напруги. При величині падіння напруги на потужному світлодіоді в 3,5 В (в цьому і подальших прикладах) ланцюжок з 24 елементів породжує падіння напруги 84 В. Висока напруга є обмежуючим фактором при виборі джерела живлення. Якщо в результаті несправності відбувається коротке замикання будь-якого з світлодіодів, то це призводить до незначного збільшення струму, що протікає через ланцюжок. Однак якщо при виході з ладу одного з світлодіодів відбувається обрив, то вся лампа перестає працювати.

2) Паралельні ланцюжка.

Для мінімізації робочої напруги ланцюжка з послідовно з'єднаних світлодіодів можуть бути з'єднані між собою паралельно. Для харчування чотирьох паралельно з'єднаних ланцюжків по шість світлодіодів потрібно близько 21 В, але це зажадає в чотири рази більшого струму, ніж якби вони (ланцюжки) були з'єднані послідовно. Якщо в одній з ланцюжків станеться обрив в результаті виходу з ладу будь-якого з світлодіодів, то інші ланцюжки продовжать роботу. Якщо ж в ланцюжку в результаті несправності відбудеться коротке замикання будь-яких світлодіодів, то цей ланцюжок буде споживати більше струму, ніж інші. Ця ситуація призведе до того, що надійність залишилися в пошкодженій ланцюжку світлодіодів знизиться внаслідок збільшення навантаження на них. З метою вирівнювання струмів, що протікають через різні ланцюжки, зазвичай проводиться додавання резистора в кожну з них (малюнок 1).

Мал. 1. Схема включення типу «паралельні ланцюжки»

Недоліком цього методу є велика споживана потужність через втрати на резисторах, а також те, що будь-яка проблема (обрив або коротке замикання світлодіода) в одній з ланцюжків впливає на роботу інших ланцюжків. Перевага: робоча напруга істотно нижче, ніж при послідовному з'єднанні всіх світлодіодів, як в попередньому випадку.

3) Матриця.

Кілька світлодіодів з'єднуються між собою паралельно, потім ця група з'єднується з іншими такими ж групами послідовно. Зображення схеми даного включення (рисунок 2) нагадує матрицю, в якій число стовпців відповідає числу світлодіодів в групі, а число рядів відповідає числу груп. Робоча напруга для харчування матриці з шести груп по чотири світлодіода одно 21 В. Струм, споживаний від драйвера, залишається таким же, як і в попередньому варіанті включення.

Мал. 2. Схема включення типу «матриця»

Якщо в результаті несправності будь-якого світлодіода відбудеться його коротке замикання (що є найбільш часто зустрічається збоєм), то інші світлодіоди з цього ряду перестануть працювати. Решта ряди світлодіодів будуть працювати нормально без перевантаження, а яскравість лампи знизиться на величину 1 / r, де r - число рядів. У разі обриву при виході з ладу будь-якого з світлодіодів, інші світлодіоди в цьому ряду будуть споживати більший струм і, як наслідок, світити трохи яскравіше. Решта ряди будуть працювати нормально.

Таким чином, до переваг цього типу включення можна віднести той факт, що воно, загалом, є більш терпимим до несправностей і вимагає рівня напруги на виході драйвера, який можна порівняти з тим, який потрібно для харчування розглянутого раніше з'єднання з паралельних ланцюжків світлодіодів. Недоліком даного типу включення є нерівномірний розподіл струмів в ряду внаслідок технологічного розкиду між елементами, через що яскравість світлодіодів може відрізнятися.

4) мультиканального включення.

Для реалізації такого включення (рисунок 3) потрібен драйвер більш складної схеми з декількома незалежними каналами на виході. Кожна з ланцюжків послідовно з'єднаних світлодіодів приєднується до свого каналу драйвера.

Мал. 3. Схема мультиканального включення

У разі несправності при замиканні будь-яких світлодіодів накоротко, інші елементи в цьому ланцюжку продовжують працювати нормально (що протікає через них струм залишається незмінним). При цьому сумарна яскравість лампи зменшується на величину 1 / n, де n - загальне число світлодіодів в лампі. Якщо світлодіод виходить з ладу і утворюється обрив, то весь ланцюжок припиняє роботу без впливу на інші ланцюжки. Сумарна яскравість лампи при цьому зменшується на величину 1 / s, де s - кількість ланцюжків в лампі. Таким чином, переваги даного типу включення: несправність в одному ланцюжку не впливає на роботу інших ланцюжків; рівномірна яскравість світіння діодів. Недолік методу - складність драйвера і, як наслідок, його висока вартість.

Про компанію Inventronics

Головний офіс компанії Inventronics розташований в місті Ханчжоу (КНР). Це китайсько-американське підприємство світового класу, що спеціалізується на розробці, виробництві і збуті потужних драйверів для світлодіодів і потужних мережевих вторинних джерел живлення.

Нові драйвери світлодіодів фірми Inventronics

Високопродуктивні драйвери світлодіодів Inventronics для бюджетних рішень представлені серією LWC з постійним струмом на виході (таблиця 1).

Таблиця 1. Драйвери серії LWC

18,0 26 ... 51 350 50% 86% LWC-018S050SSP / E 18,0 18, ... 36 500 50% 85% LWC -018S075SSP / E 18,0 13 ... 26 750 50% 84% LWC-018S105SSP / E 18,0 9 ... 17 1050 50% 83% LWC-024S035SSP / E 25,2 36 державного ... 72 350 50% 86% LWC-024S050SSP / E 24,0 24, ... 48 500 50% 86% LWC-024S075SSP / E 25,2 18, ... 36 750 50% 85% LWC-024S105SSP / E 25,2 12 ... 24 1050 50% 84% * - Даний параметр наводиться як відсоток від величини середнього значення струму на виході при максимальному навантаженні.

Таблиця 2. Параметри драйверів серії LWC

СторонаЗначення

Вхід Допустимий робочий напруга (діюче значення), В 90 ... 264 Коефіцієнт потужності при повному навантаженні 0,95 Коректор коефіцієнта потужності Активний Максимальний споживаний струм, А 0.22 * / 0,32 ** Максимальний пусковий струм, А 40 Струм витоку, мА 0,5 Вихід Точність підтримки струму навантаження ± 10% Максимальна величина перерегулювання струму навантаження при запуску 10% Нестабільність вихідного струму по мережі 5% Нестабільність вихідного струму по навантаженню 5% Максимальний час виходу на режим при включенні, з 1 Інше Діапазон робочих температур, ° С -20 ... 70 Максимальна температура зберігання, ° С -30 ... 85 Термін служби (при 25 ° С), годин 50000 Середній час напрацювання на відмову, годин 300000 * - для моделей LWC-018 ..., ** - для моделей LWC-024 ....

Оскільки в пристрої драйвера застосовуються електронні компоненти, характеристики яких забезпечуються при роботі тільки до певної температури, то застосовується тепловий захист, яка призупиняє роботу драйвера при досягненні температурою порогового значення. Графік, що ілюструє скидання вихідної потужності при збільшенні температури навколишнього середовища, представлений на малюнку 4.

Мал. 4. Зниження потужності в навантаженні c зростанням температури навколишнього середовища

Як вже було сказано вище, термін служби всього пристрою визначається мінімальним терміном служби компонента. Оскільки зростання температури істотно знижує термін служби електролітичних конденсаторів, що застосовуються в драйвері, довговічність всього драйвера також сильно залежить від температури. Дана залежність проілюстрована на малюнку 5.

Мал. 5. Залежність терміну служби драйвера від температури його корпусу

ККД драйверів незначно залежить від величини вихідної напруги. Дана залежність для модифікацій драйверів з вихідним струмом 350 мА наведена на малюнку 6.

Мал. 6. Залежність ККД від вихідної напруги: а - для моделей потужністю 18 Вт, б - для моделей з потужністю 24 Вт

Величина коефіцієнта потужності у драйверів серії LWC також незначно залежить від вихідної напруги. Через це високе значення даного коефіцієнта підтримується незалежно від числа світлодіодів, підключених до виходу драйвера (малюнок 7).

Мал. 7. Залежність коефіцієнта потужності від вихідної напруги драйвера

Драйвери серії LWC виконані в пластикових корпусах двох видів; їх зовнішній вигляд представлений на малюнку 8, а параметри наведені в таблиці 3.

Мал. 8. Зовнішній вигляд корпусів драйверів серії LWC: а - варіант SSE c контактами під обтиск, б - варіант SSP - з жорстко фіксованими проводами

Таблиця 3. Різниця в корпусах моделей драйвера

Габаритні розміри корпусу, мм 135х42х30,5 120х42х30,5 Маса, г 170 180 Тип контактів Під обтиск Провід

стандарти

У таблиці 4 наведено перелік електротехнічних стандартів, яким відповідають драйвери серії LWC.

Таблиця 4. Перелік електротехнічних стандартів для драйверів LWC

EN 55015 / CISPR15 Радіоперешкоди від електричного світлового та аналогічного обладнання. Норми і методи вимірювань FCC частина 15 Клас "B" - граничні норми електромагнітних наведень для житлових приміщень (Американська Державна Комісія з комунікацій). EN 61000-3-2 Частина 3-2: Норми емісії гармонійних складових струму (обладнання з споживаним струмом Ј 16 А
в одній фазі) EN 61000-3-3 Частина 3-3: Обмеження змін напруги, коливань напруги і «флікера» в низьковольтних розподільчих системах електропостачання загального призначення, для обладнання з номінальним споживаним струмом Ј 16 А в одній фазі Норми щодо електромагнітної сумісності EN 61000-4-2 Частина 4-2: Випробування на стійкість до електростатичного розряду, критерій «A» EN 61000-4-3 Частина 4-3: Випробування на стійкість до випромінюється радіочастотного електромагнітного поля, критерій «A» EN 61000-4- 4 Частина 4-4: Випробування на стійкість до наносекундной імпульсних перешкод. Базова публікація ЕМС, критерій «A» EN 61000-4-5 Частина 4-5: Випробування на стійкість до мікросекундним імпульсних перешкод великої енергії EN 61000-4-6 Частина 4-6: Стійкість до перешкод, наведеним радіочастотними електромагнітними полями, критерій « A »EN 61000-4-8 Частина 4-8: Методи випробувань і вимірювань - Випробування на стійкість до магнітного поля промислової частоти, критерій« A »EN 61000-4-11 Частина 4-11: Методи випробувань і вимірювань - Випробування на стійкість до провалів, коротким переривань і змін напруги, критерій «B» EN 61547 Перешкодостійкість світел го устатковання загального призначення. Вимоги та методи випробувань Норми з техніки безпеки EN 61347-1 Пристрої управління для ламп - частина 1: Загальні вимоги та вимоги безпеки EN 61347-2-13 Апарати пускорегулюючі для ламп. Частина 2-13. Додаткові вимоги до електронних пускорегулюючим апаратів з напругою живлення постійного або змінного струму для модулів з світловипромінюючих діодів UL / cUL UL1310 class 2, TUV EN 60950-1, EN 61347-2-13, CAN / CSA C22.2 No. 223-M91, CSA C22.2 No. 107.1-01 - Міжнародні стандарти з електробезпеки

Приклад розрахунку світлодіодного світильника
з використанням драйвера серії LWC

Для проектування світильника використовуємо з'єднання світлодіодних модулів компанії CREE - XTEAWT-00-0000-000000F50-STAR (малюнок 9). Даний модуль є потужний світлодіод з білим кольором світіння (колірна температура: 5000 ... 7000К), змонтований на підставі в формі зірки. Підстава модуля спеціально зроблено теплопроводящим, щоб забезпечувати більш ефективне розсіювання тепла при роботі світлодіода. Форма підстави передбачає, що його зручно монтувати на будь-яку поверхню.

Мал. 9. Зовнішній вигляд світлодіодного модуля

З Переліку характеристик світлодіодного модуля дізнаємося, что его світловій потік при прямому струмі If = 350мА ставити 122лм. При послідовному з'єднанні світлодіодів робочий струм кожного з них буде мати одне і той же значення, відповідно, сумарний світловий потік буде дорівнює: n122лм (де n- число світлодіодів в ланцюжку). Дане значення струму для харчування ланцюжка може забезпечити драйвер LWC-024S035SS. Напруга на виході цього драйвера може варіюватися в межах 36 ... 72В.

З вольт-амперної характеристики (ВАХ) світлодіодів (рисунок 10) встановимо, що при прямому струмі 350 мА падіння напруги в прямому напрямку Vf складе приблизно 2,85 В. Оскільки ВАХ може змінюватися при зміні різних чинників, головним з яких є температура кристала, врахуємо, що величина Vf = Vfmax = 3,4 В.

Мал. 10. Вольт-амперна характеристика світлодіодів

Сумарне падіння напруги в прямому напрямку, вироблене всіма світлодіодами в послідовної ланцюжку, не повинно перевищувати максимального напруження на виході драйвера Vmax = 72В. Кількість світлодіодів в ланцюжку: n = Vmax / Vf = 72 / 3,4 = 21шт. Сумарний світловий потік, вироблений цими світлодіодами, при харчуванні струмом 350мА складе 2560лм. Потужність, споживана світлодіодами від драйвера P = nVfIf = 213,40,35 = 25Вт. Світлова віддача світильника: 2560/25 = 102,4лм / Вт, що значно більше, ніж у люмінесцентної лампи- 50лм / Вт (лампа потужністю 40Вт виробляє світловий потік близько 2000лм).

Висновок

Драйвери світлодіодів компанії Inventronics серії LWC мають високий ККД (до 86%), високий коефіцієнт потужності 0,95, високу надійність і тривалий термін служби. Дана продукція виконана з дотриманням вимог з електробезпеки та електромагнітної сумісності міжнародної електротехнічної комісії. Драйвера даної серії з успіхом можуть використовуватися в світильниках для ЖКГ або інших світильниках для освітлення приміщень, в яких відсутні високі вимоги до пульсацій.

література

1. Inventronics technical support FAQ: http://www.inventronics-co.com/jszc.asp?info_kind=004 ;

2. Application note: LED driver configuration: http://www.inventronics-co.com/uploads/ANDriverConfigs.pdf ;

3. CREE XLamp XP-C LED, Technical information: http://www.cree.com/led-components-and-modules/products/xlamp/discrete-directional/xlamp-xpc

4. Довідкова книга з світлотехніки // Під ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. М .: Знак. 2005. - 972 с.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Високоефективні LED драйвери для однофазних і трифазних мереж

HVG-100 і HVGC-100 потужністю 96 і 100 Вт - нові моделі AC / DC-перетворювачів для LED-освітлення від компанії MEAN WELL як для внутрішнього, так і для зовнішнього застосування.

ІП мають активний коректор коефіцієнта потужності, захист від короткого замикання, перенапруження, перевантаження, перегріву. Діапазон вхідної напруги від 180 до 480 VAC дозволяє їм працювати як в однофазних, так і в трифазних мережах. Перетворювачі мають високий ККД до 92% і можуть працювати при температурах від -40 ° С.

Моделі HVG-100-xA мають регулювання вихідної напруги в межах ± 10% від номінального значення і регулювання рівня обмеження вихідного струму від 50 до 100%, HVGC-100-xA - тільки регулювання рівня обмеження вихідного струму.

Перетворювачі з індексом B мають вхідний кабель для регулювання рівня обмеження вихідного струму (діммірованія) одним з трьох способів: зміною постійної напруги від 1 до 10 В, ШІМ-сигналом або зовнішнім потенціометром.

Опціональний варіант HVGC-100-xD передбачає можливість тимчасового діммірованія по заздалегідь заданій замовником програмою, що зберігається на вбудованої платі управління.

Загальні характеристики:

• Широкий вхідний діапазон 180 ... 480 VAC
• Алюмінієвий герметизований корпус, відповідає стандарту IP65 / IP67
• Можливість підстроювання вихідної напруги і струму
• Стійкість до стрибків напруги до 4кВ
• Вбудована схема активної компенсації реактивної потужності
• ККД до 92%
• конвекційне охолодження
• Захист від короткого замикання, перевантаження, перенапруги, перегріву
• Діапазон робочих температур: -40 ... 70 ° С

про компанію

...Читати далі