Wolfgang Endrich - Eurolighting GmbH
Hálózati feszültségről működő LED modulok - Eurolighting
2015 október 2.
Összefoglalás :
Az új LED fényforrások tervezésénél a megfelelő világyító diódák kiválasztása mellett sok egyébfeladatt is meg kell oldani, ilyen például a tökéletes meghajtóáramkör megtervezése. Ha nem a piacról szeretnénk kész táegységet beszerezni, egy saját feljesztés rendkívül időigényes, nagy gyakorlat kell hozzá, de mindenképpen megnöveli a piacra kerülés idejét. Egy lehetséges megoldás ennek elkerülésére a hálózati feszültségen (AC) direkt meghajtott LED technológia alkalmazása, melynek számos előnye van, skálázható, nincs szükség nagy, drága tápegységek beszerelésére, és flicker mentes dimmelést tesz lehetővé. Különböző gyártók LEDjei kombinálhatók egymással az áramkörben és a meghajtóáramkör elemei szétoszthatók a LED hordozópanelén, ezáltal nagyon helytakarékos kivitelű fényforrást kapunk. A cikkünkben az Eurolighting GmbH fejlesztette kompakt megoldást mutatjuk be.
Közvetlen meghajtás hálózati feszültségről
A közvetlen AC meghajtás elsőre furcsán hangzik, ha csak az érintésvédelmi megfontolások szempontjából vizsgáljuk azt, azonban, ha megfelelő biztonsági intézkedéseket foganatosítunk és kielégítő szigetelést alkalmazunk, ezek a félelmek alaptalanok. Az EuroLighting fejlesztette EL01 IC chip villódzásmentes, biztonságos LED meghajtást tesz lehetővé közvetlenül a 230V váltakozó hálózati feszültségről. A működési elv egyszerű, a váltakozó feszültség egyenirányítás után simítás nélkül kerül az AC direkt driver bemenetére, mely 100-120 Hz frekvencián működve konstans árammal látja el a meghajtandó sorbakapcsolt LED diódákat, melyek együttes feszültségesése 2-70V érték lehet. Ez a meghajtási mód lehetővé teszi akár külünböző gyártók, különböző nyitóirányú feszültségesésű eszközeinek kombinált használatát, amennyiben az eredő feszültségesés csoportonként nem haladja meg a 70V értéket. Tehát például 3,2 V nyitóirányú feszültségesésű LED-ből max 21 db használható. Amennyiben szükséges, párhuzamosan kapcsolt LED láncokkal tovább növelhetjük az egy chipről meghajtható LED diódák számát, de az egyes láncok túlterhelését elkerülendő feszültségre válogatott LED szelekciókkal érdemes ilyenkor dolgozni, mert csak így biztosítható az egyes ágak egyenlő áramfelvétele.
Természetesen nagyobb fényerő és teljesítmény eléréséhez lehetőség van további EL 01 chip és további LED csoport illesztésére, tehát igazán skálázható megoldást ajánl az EuroLighting. Kétféle kivitel képzelhető el, az egyikben az egyenirányító híd és a szükséges kiegészítők egy kis panelen elférnek, amit aztán nem probléma valahol a világítótest házában elhelyezni. Másik megoldásként az jöhet szóba, hogy a komponensek a LED hordozópanel külső részére kerülnek. Az EL01 chipek pedig közvetlenül a LED féynmező közelében helyezkednek el a nyomtatott áramköri lemezen és epoxi védelemmel vannak ellátva. Sztenderd termékként - beépített meghajtóáramkörrel - kör alakú LED fényforrások max 54 mm ármérőig és 40W teljesítményig léteznek a kínálatban, míg nyílt dizájn alapú megoldások 150mm átmérőig és 120W teljesítményig kaphatók. További moduláris termékek még a 28 x 28 cm2 alapterületű négyzetes 12W-os fénymezők és a led csíkok is, melyeket fénycsövek készítésére használhatunk.
Fényerőszabályzás
A közvetlen AC meghajtás már jól ismert technológia, jól vizsgázott például retrofit LED lámpákban, féyncsövekben, és számos IC gyártó kínál vezérlőáramköröket is. Nagy különbség az alkalmazott fényerőszabályzási módokban van.
Az ábrán látható, hogy az EuroLighting EL01 által képviselt megoldás számos versenytárs megoldásával szember a fénymező összes LED-jének fényerejét szabályozza, nem pedig egyszerűen kikapcsol bizonyos területeket.
Az alábbi ábrán látható, hogyan viselkednek a LED csoportok 5W-os, 2W-os és 1W-os terhelésnél.
Konkurrens cég megoldása jól láthatóan egyes területek szekvenciális ki- és bekapcsolásával oldja meg a fényerőszabályzást.
Ennek a megoldásnak számos hátránya van, az egyik, hogy a LED láncok folyamatos átkapcsolgatása miatt a termikus eloszlás nem egyenletes a panelen, azért sem, mert az egyetlen vezérlő IC is komoly hőmérsékletkoncentrációt jelent. Ráadásul a folyamatosan bekapcsolt állapotú LED-ek nem egyszerre érik el üzemi élettartamuk végét azokkal a társaikkal, melyek gyakorta kikapcsolásra kerülnek.
Az EuroLighting megoldása ezen a területen előnyösebb, a több vezérlő EL01 és az egyenletesen változó fényerejű LED csoportok miatt sokkal homogénebb a hőeloszlás, nincsenek úgynevezett hot spotok, emiatt az a LED szokásos >50.000 óra élettartama a teljes vezérlőáramkörrel együtt is reális. Az EL01 integrált NTC-vel is rendelkezik, ami 85°C elérésekor automatikusan csökkenti a teljesítményt a túlmelegedés megaka-dályozására.
Villódzás – flicker kérdésköre
Amikor egy megvilágítás egyenletességéről, mint minőségi mutatóról beszélünk, különbséget kell tenni gyors és lassú változások közt. A fényerősség gyors fluktuációja a bemenet pulzációja, például a váltakozóáramú meghajtás miatt jön létre. Ha a váltakozás frekvenciája az embei szemre értelmezett villogási küszöbérték (flicker fusion treshold) - ami általában valahol 10 és 70 Hz közötti érték - felett van, akkor ezt állandó fénynek érzékeljük. Ez alatt a frekvencia alatt azonban zavaró villódzást érzékel a szem, ami elsősorban a perifériás látást befolyásolja. A centrális és a peifériális látásunk különbözőképpen regál a villódzásra, utóbbi komoly – akár észrevétlen – mentális terhelést okozhat. Ráadásul a flicker olyan helyek megvilágításakor, ahol gyors periodikus mozgást végző objektumok, például ennek a frenvenciának az egész számú többszörösével egyező forgási sebességgel működő forgógépek, tengelyek vannak, komoly veszélyeket is okozhatnak, a stroboszkóp hatás miatt esetleg nem vesszük észre ezek mozgását.
A relatív lassú változások a megvilágításban viszont pozitív fényérzetet is eredményezhetnek. A monoton megvilágítás fárasztja a szemet, ha lassú változásokat eszközölünk, akkor viszont ezt elkerülhetjük.
A jó megvilágításhoz a vezérlés tekintetében minimum két dologra van szükség, a LED frenkvenciájának a villogási küszöbérték felett kell maradnia, míg a megvilágítás intenzításának a lehető legegyenletesebbnek kell lennie. A direkt AC meghajtás 100 Hz frekvenciája az első kritériumnak megfelel, míg az egyenletes dimmelésből adódó kedvező kimeneti fényintenzítás nem okoz zavaró modulációt, miat az olyan direkt AC meghajtásoknál, ahol egyes LED csoportok ki és bekapcsolásával operál a gyártó. Ez utóbbi esetben a fényintenzítás periodikus ugrásszerű változása fényintenzitás modulációt okoz.
A fent ábrán ultragyors foodiódával mért, a fényintenzítással arányos jel látható dimmeletlen és dimmelt működés közben. A bal oldali az EL01 szolgáltatta trapéz alakú jelalak mentes a jobb oldali ábrán megfigyelhető csúcsoktól, melyek fényitntenzítás modulációt okoznak.
A termékek
A fent leírt direkt AC vezérléssel meghajtott fényforrások tehát egyenletes hőeloszlással, villódzásmentes működéssel és egyenletes dimmelhetőséggel jellemezhetők. A beépített fázisjavító áramkör (PFC) 0.98 körüli cosφ értéket biztosít és a teljes hatásfok 80- 90% között mozog. A teljes harmónikus torzítás (THD) 18% alatt marad a -40-85°C üzemi hőmérséklettartományon.
Adatlapokért, termékismertetőkért és mintákért kérem forduljanak az Endrich GmbH budapesti irodájához.
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2015/6 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2015. (24. évf.) 6. sz. 16-18. old. |
| 2 | Elektronet online | Hálózati feszültségről működő LED-modulok |
| 3 | English version | Directly on mains voltage - alternative to PSUs Alternative circuits for LEDs with 230 V AC driver |
| 4 | Revista Española de Electrónica online | LED + driver en una placa – all in one |