Kaip išsirinkti maitinimo šaltinį LED apšvietimui?

LED modulius paprastai maitina viena iš trijų toliau išvardytų schemų:

• Nuolatinės įtampos (CV) LED maitinimo šaltinis, paprastai 12V arba 24V, jungiamas prie LED juostų ar prie LED modulių, turinčių rezistorių arba paprastą srovės ribojimo grandinę LED PCB. Rezistorius arba srovės ribotuvas nustato leistiną srovę ir  švietimo intensivumą .
• Kaskadinis CV maitinimo šaltinio ir DC-DC keitiklio sujungimas.  Prie LED plokštės tiesiogiai jungiame DC/DC keitiklį. LED maitinimo srovę valdo tik DC/DC keitiklis.
• Pastovios srovės (CC) LED driveriai tiesiogiai jungiami su šviesos diodu, o šviesos intensivumą galima keisti valdant LED dariverio išėjimo srovę.

DC/DC keitikliai yra 3 tipų: „Buck“ (įėjimo įtampa keičiama į žiamesnę išėjimo įtampą), „Boost“ (žemesnė įėjimo įtampa keičiama į aukštesnę išėjimo įtampą ) ir „Buck-boost“- mišrus variantas. Nesvarbu, kokio tipo DC/DC keitiklis yra, dauguma jų turi platų įtampų diapazoną. Šiame įėjimo įtampų diapazone DC/DC keitiklis įėjimo galią  pavers norima išėjimo įtampa ir (arba) srove suderintą pagal apkrovą. Jei apkrova yra fiksuota, taip pat bus fiksuota įėjimo galia. Kadangi galia yra fiksuota, kai įėjimo įtampa yra aukšta, tada įėjimo srovė bus maža, ir atvirkščiai. Galios keitimo formulė pateikta žemiau:

Tokie keitikliai paprastai yra sumontuoti DC LED lempučių viduje. Tų gaminių specifikacijoje paprastai nurodoma tik fiksuota įėjimo įtampa, pvz.:24 VDC maitinimo įtampa 24 VDC. Prijungus šią maitinimo įtampą LED lemputei, ji tikrai veiks,  tačiau tikrasis darbo diapazonas gali būti daug platesnis. Prijungus net  mažesnę už nurodytą vardinę įėjimo įtampą LED lemputė ims šviesti  dėl viduje naudojamo DC/DC keitiklio technių savybių.

Norėdami geriau paaiškinti šį reiškinį, kaip pavyzdį paimsime MEAN WELL LDD-350H DC/DC keitiklį. LDD-350H yra DC/DC keitiklis, kurio apkrovai tiekiama 350mA nuolatinė srovė. Įėjimo įtampos diapazonas yra nuo 2 iki 52VDC, o išėjimo diapazonas, susijęs su LED įėjimo įtampa, irgali būti diapazone nuo 9 iki 56 VDC. Kadangi  šis keitiklis yra tai yra step-down (įėjimo įtampa aukštesnė nei išėjimo įtampa) tipo, įėjimo įtampa turėtų būti 3 V didesnė nei išėjimo.  Tai reiškia, kad jei šviesos diodas kurio maitinimo įtampa yra 9 V, su keitikliu LDD-350H gali veikti esant bet kuriai įėjimo įtampai nuo 12 iki 56 VDC. Labai tikėtina, kad  LED Lemputė su įmontuotu šviesos diodu ir DC/DC keitikliu  turi 24 VDC vardinę maitinimo įtampą tik todėl,  kad 24V maitinimo šaltiniai dažnai sutinkami rinkoje.

Jei instaliuotojai neturi pakankamai informacijos,  diegdami apšvietimo sistemą  gali susidurti su suderinamumo problemomis, dėl ko gali atsirasti mirksėjimas, mažesnis šviesos intensyvumas arba tiesiog LED lemputės visai neveiks. Šios problemos yra susijusios su pereinamuoju procesu įjungus DC/DC keitiklį. Detaliau ši problema paaiškinta žemiau.

1 situacija: CV maitinimo šaltinis, turinti nepakankamą išėjimo srovę prie mažos išėjimo įtampos

Tipiškas įrengimas parodytas 3 pav. Kiekvienas LDD-1000H su šviesos diodu žymi vieną LED šviestuvą. Tarkime, kad LED yra 9 V, 1A, 30 tokių LED lempučių galia 270 W. Jei šviestuvuose nurodoma 24V įėjimo įtampa, šiuo atveju galime pasirinkti HLG-320H-24.

3 Pav., CV maitinimo šaltinis apkrautas DC/DC keitikliais ir 30 LED.

HLG-320H-24 specifikacijoje nurodoma maksimali išėjimo galia yra 320,16 W, o vardinė išėjimo srovė - 13,34A. Akivaizdu, kad HLG-320H-24  gali būti naudojima 24V/270W  apšvietimo sistemoje yra teisingas pasirinkimas ir net su protingu galios rezervu. Tačiau tikroji situacija yra tokia, kad LDD-1000H pradės veikti, kai įėjimo įtampa viršys 12V. Jei maitinimo šaltinis turi palyginti ilgą nuolatinės srovės bei įtampos kilimo laiką, palyginus su DC/DC keitiklio paleidimo laiku, DC/DC keitiklis gali būti spėjęs pereiti prie visos galios, kol maitinimo šaltinio išėjimo įtampa bus nespėjusi pakilti iki reikiamo lygio. Esant tokiai būklei, kol DC/DC įėjimo įtampa yra maža, o DC/DC bando vis tiek suteikti visą galią savo apkrovai, DC/DC keitiklis reikalaus vis didesnės įėjimo srovės ir galiausiai pasieks HLG-320H-24  maitinimio šaltinio maksimalią ribą. Tokiu atveju maitinimo šaltinio išėjimo srovė gali sumažėti iki nulio ir vėl pasileisti iš naujo (suvekia apsauga nuo perkrovos, kuri vis tikrina ar nepašalinta apkrova arba suveikia maksimalios srovės ribojimas), dėl ko LED lemputė gali pradėti mirksėti, tamsėja arba tiesiog negali įsijungti.

Įėjimo srovės apskaičiavimas priklauso nuo įėjimo įtampos:

DC/DC keitiklio įėjimo srovė, kai įėjimo įtampa yra 24V:

            270W = 24 V × 11,25A

DC/DC keitiklio įėjimo srovė, kai įėjimo įtampa yra 12V:

           270 W = 12 V × 22,5A

* Atmetus energijos nuostolius, DC/DC keitikliui reikia dvigubai didesnės srovės, kai įėjimo įtampa sumažėja perpus.

4 pav. DC / DC įėjimo įtampos ir srovės palyginimas perduodant ta pačią energiją

5 Pav. HLG-320H-24 išėjimo specifikacija

2 situacija: CV maitinimo šaltinio išėjimo įtampa nesiekia  veikimo diapazono įtampos

6 pav. Parodytas kitas DC/DC keitiklio LDD-1000H prijungimo pavyzdys, šiame pavyzdyje šviesos diodas yra 6V, o bendra srovė yra 20A. Kadangi LDD-1000H yra step-down (įėjimo įtampa aukštesnė nei išėjimo įtampa), jis jau pradės veikti, kai įėjimo įtampa bus nuo 6 V iki 9 V. Vėlgi, jei DC/DC keitiklis pasieks visą galią greičiau nei pakils CV maitinimo šaltinio išėjimo įtampos lygis. DC/DC keitiklis bandys veikti žemos įėjimo įtampos darbo režimu ir bandys gauti didesnę srovę iš maitinimo šaltinio. Toliau pateiktame pavyzdyje, kai DC/DC keitiklis  pradeda veikti esant 9V įėjimo įtampai,  DC/DC keitiklio įėjimo srovė  viršija  HLG-320H-24 maitinimo šaltinio išėjimo srovę, suveikia maksimalios srovės apsauga. Esant tokiai būklei,  nustos kilti maitinimo šaltinio išėjimo įtampa ir maitinimo šaltinis lika pastovios srovės darbo režime. Yra tikimybė, kad esant tokiai nenormaliai, bet stabiliai būsenai gali stabiliai veikti maitinimo šaltinis ir DC/ DC keitiklis. Tačiau HLG-320H-24 nuolatinės srovės darbo sritis yra įtampų rėžyje nuo 12V iki 24 V, o 9V yra akivaizdžiai mažesnė už šį diapazoną, taigi maitinimo šaltinis pateks į žagsėjimo režimą (maitinimo šaltinis sugeneruos kelis srovės impulsus, LED lemputė gali pradėti mikrsėti). Tikėtina, kad po kelių srovės impulsų energijos tiekimas pagaliau gali patekti į darbinį diapazoną ir galiausiai lemputė įsijungs.

6 Pav. Jei DC/DC pradės veikti pilna galią kol maitinimo šaltinio įtampa nebus pasiekusi 9V, HLG-320H dėl žemos išėjimo įtampos pereis į žagsėjimo režimą

7 Pav.  HLG-320H-24 veikimo diapazonas, palyginti su DC/DC keitiklio darbo zona

Iš dviejų pavyzdžių galime pasakyti, kad DC/DC keitiklio paleidimo problemos yra daugiausia susijusios su DC/DC keitiklio faktiniu darbo diapazonu. Esant žemai paleidimo įtampai, maitinimo šaltinis gali neveikti numatytomis sąlygomis ir dėl to kilti įvairių paleidimo problemų.

Jei LED lemputė turi panašią paleidimo problemą, kaip minėta aukščiau, pateikiame kelis patarimus:

- DC/DC keitiklio pasirinkimas su minkštu paleidimu arba suvėlinto paleidimo funkcij

DC / DC keitiklis su minkštu paleidimu, po įjungimo palaipsniui padidins išėjimo galią iki reikiamo lygio. Tai padeda sumažinti DC/DC keitiklio paleidimo srovę ir gali užtikrinti sklandų maitinimo šaltinio pasileidimą.  Pavėluotas paleidimas nesumažins paleidimo srovės, tačiau energija pradedama naudoti  tik tada, kai maitinimo šaltinio išėjimo įtampa yra pakankamai pakilusi, toks sprendimas gali užtikrinti sklandų  sistemos maitinimo šaltinis – DC/DC keitiklis - LED lemputė pasileidimą dėl tinkamo laiko nustatymo.

-  Naudoti DC/DC keitiklio jungiklį arba  DC/DC dimmingo funkcija jei tokia galimybė yra.

Įjunkite ir palaipsniui didinkite išėjimo srovę, tokiu būdu  maitinimo šaltinio išėjime įtampa pakils iki darbinės, nesuveiks apribojimai ir taip bus išvengta paleidimo problemų. Paprastai LED maitinimo šaltinio įsijungimo laikas esant 230 VAC įtampai yra mažesnis nei 0,5 sekundės. Rankiniu būdu atjunkite DC/DC įėjimą arba pavėlinkite 0,5 sekundės  DC/DC keitiklio apkrovos prijungimą ir tokiu budų bus išvengta LED lempučių įjungimo problemų.

8 pav. DC/DC keitiklio  jungiklio ir dimerio funkcijos naudojimas

Pasirinkite CV maitinimo šaltinį su didesne išėjimo srove

Kai maitinimo šaltinio išėjimo srovė yra didesnė, mažesnė tikimybė, kad ji susidurs su paleidimo problema. Norėdami padidinti maitinimo šaltinio išėjimo srovę, ją galite  padidinti tiesiog pakeisdami HLG-320H-24 į HLG-480H-24, arba pakeiskite išėjimo įtampą, tos pačios galios maitinimo šaltinį pakeičiant su žemesne išėjimo įtampa, pvz. keičiant iš HLG-320H-24 (13.34A) į HLG-320H-12 (22A), jei pasirinkta įtampa yra DC/DC keitiklio darbiniame diapazone, galima pasirinkti mažesnės įtampos maitinimo šaltinį.

Iš MeanWell maitinimo šaltinių galima parinktis tuos, kurie gali patenkinti trumpalaikius didesnės srovės poreikius

Kai kurie maitinimo šaltiniai gali užtikrinti didesne pikinę išėjimo galią, o kai kurie maitinimo šaltiniai gali būti modifikuoti ir turėti mažiau jautrią maksimalios srovės ribojimo grandį, kad būtų patenkinti laikini srovės poreikiai. Procesui nusistovėjus, vidutinė galia vis tiek turėtų atitikti vardinę maitinimo šaltinio galią.

Panaudota Mean Well puslapio medžiaga.