lunedì, Novembre 28, 2022
Home Elettronica Tools/Production La progettazione di illuminazione a LED

La progettazione di illuminazione a LED

5
(1)

I moduli LED sono generalmente gestiti da una delle tre strutture elencate di seguito:

  • Driver LED a corrente costante (CC) il quale si collega direttamente al LED, la luminosità è controllata dalla corrente di uscita del driver LED.
  • Alimentatore LED a tensione costante (CV), in genere 12V o 24V, il quale si collega a strisce o tubi LED che hanno sul PCB LED una resistenza o un semplice circuito di limitazione della corrente che definiscono la luminosità.
  • Collegamento in cascata di un alimentatore CV e un convertitore DC-DC (DC/DC) e LED. In questo collegamento la corrente in uscita è controllata dal convertitore DC/DC.

Nelle prime due strutture, gli alimentatori si collegano al LED senza alcuna conversione attiva nel mezzo.

In questi due casi, la scelta dell’alimentatore è relativamente semplice, bisogna però prestare attenzione alla scelta della corretta tensione e corrente.

La terza struttura include un DC/DC attivo nel mezzo, che potrebbe comportare alcuni problemi di compatibilità.

Più avanti verrà esaminato il funzionamento del DC/DC e il potenziale problema che può sorgere nel momento in cui venga selezionato un alimentatore con specifiche errate.

Convertitore DC/DC
I convertitori DC/DC sono di 3 tipologie: Buck (conversione step down), Boost (conversione step up) e Buck-boost.

Indipendentemente dal tipo di convertitore, la maggior parte è caratterizzata da un ampio range operativo di tensione in ingresso. All’interno di questo range, il convertitore DC/DC convertirà la potenza in ingresso nella tensione o corrente in uscita desiderata. Se il carico è fisso, anche la potenza in ingresso sarà fissa. La potenza rimarrà sempre la stessa, quindi se la tensione in ingresso è alta, la corrente in ingresso sarà bassa, e viceversa.

La formula di conversione della potenza è indicata di seguito:

La progettazione di illuminazione a LED

Problema di compatibilità tra alimentatore CV e convertitore DC/DC
I tubi o i faretti LED standard con alimentazione DC, normalmente contengono all’interno i convertitori. Nel manuale di tali prodotti viene specificata solo una tensione in ingresso fissa, ad esempio, “Ingresso 24VDC”. Sicuramente, se verrà applicata questa tensione, la lampada funzionerà; tuttavia, il range di lavoro effettivo potrebbe essere molto più ampio, superiore o inferiore a questa tensione in ingresso a causa del convertitore DC/DC utilizzato all’interno.

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 1: Illuminazioni interni

Per spiegare meglio il fenomeno, prendiamo come esempio il convertitore DC/DC Mean Well (marchio distribuito da Digimax) LDD-350H. LDD-350H è un convertitore DC/DC che fornisce una corrente costante di 350mA.

Il range di tensione in ingresso è 9-56 Vdc e il range in uscita, legato alla tensione diretta del LED, è 2-52 Vdc. Trattandosi di un convertitore step-down, la tensione in ingresso dovrebbe essere 3V superiore alla tensione in uscita. Ciò significa che se il LED è 9V, LDD-350H può funzionare con una qualsiasi delle tensioni di ingresso tra 12 e 56Vdc. Essendo l’alimentazione di 24Vdc più comune nel mercato, molto probabilmente una lampada riporterà il dato di alimentazione in ingresso “24VDC input”.

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 2: Specifica tecnica LDD-H

Con informazioni insufficienti, l’installatore del sistema potrebbe trascurare il potenziale problema di compatibilità e quindi si potrebbe imbattere in errori di avvio come: lampeggio, emissione di luce più debole o nessuna luce. Il problema è legato alla risposta ai transitori all’accensione e al comportamento del convertitore DC/DC.

Situazione 1: Alimentatore CV con corrente insufficiente a bassa tensione in uscita
La Figura 3 mostra un‘installazione tipica: ogni LDD-1000H con LED rappresenta un tubo LED. Supposto che il LED sia 9V, 1A, 30 di tali tubi LED richiedono 270W. Se sui tubi è indicato un ingresso a 24V, ad esempio si potrebbe scegliere un HLG-320H-24.

La specifica HLG-320H-24 mostra che la potenza massima in uscita è 320, 16W e la corrente in uscita di 13, 34A. Apparentemente, utilizzare HLG-320H-24 sul sistema 24V/270W è la scelta giusta. Tuttavia, la situazione reale è che l’LDD-1000H inizierà a funzionare quando la tensione in ingresso è superiore a 12V. Se l’alimentatore ha un tempo di aumento della tensione DC più lento rispetto al tempo di avvio del convertitore DC/DC, il convertitore potrebbe già passare alla piena potenza prima che la tensione in uscita dell’alimentatore raggiunga il giusto livello. In tali condizioni, poiché la tensione in ingresso è bassa e il DC/DC cerca di fornire ancora la piena potenza al suo carico, la corrente in ingresso dovrà essere più alta del previsto ed eventualmente raggiungerà e supererà il limite dell’HLG-320H-24. In questo caso, l’uscita dell’alimentatore potrebbe essere portata a zero per poi essere riavviata, causando un lampeggiamento della lampada, luminosità inferiore o impossibilità di accensione.

Il calcolo della corrente in ingresso dipende dalla tensione in ingresso, come mostrato di seguito:

• Corrente in ingresso convertitore DC/DC quando la tensione in ingresso è 24V
270 W = 24 V × 11.25 A

• Corrente in ingresso convertitore DC/DC quando la tensione in ingresso è 12V
270W = 12V × 22.5A

* Trascurando la perdita di potenza non ideale, il convertitore DC/DC richiede una corrente due volte superiore quando la tensione in ingresso viene dimezzata.

 

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 4: Tensione in ingresso DC/DC e confronto corrente sotto lo stesso trasferimento di potenza

 

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 5: Specifica tecnica output HLG-320H

Situazione 2: Tensione in uscita dell’alimentatore CV non in esecuzione nel range di lavoro (campo operativo)
La Figura 6 mostra un altro esempio con l’LDD-1000H, nel quale il LED è 6V e la corrente totale è 20A.

Poiché LDD-1000H è un convertitore step-down, inizierà già a funzionare con una tensione in ingresso compresa tra 6V e 9V. Anche in questo caso, se il convertitore DC/DC si porta alla piena potenza più velocemente rispetto all’alimentatore CV, aumenta il suo livello di tensione in uscita.

Il convertitore DC/DC proverà quindi a funzionare in modalità a bassa tensione in ingresso per ottenere una corrente di alimentazione maggiore. Nell’esempio riportato di seguito, se il DC/DC inizia a funzionare a 9V, la corrente in ingresso raggiungerebbe il punto di protezione da sovracorrente HLG-320H-24.

In tale condizione, l’alimentatore smetterà di aumentare la sua tensione in uscita e rimarrà nella modalità di uscita a corrente costante. È possibile che l’alimentazione e il convertitore DC/DC possano stabilizzarsi in questa condizione anomala. Tuttavia, per l’HLG-320H-24, il range di corrente costante è 12-24V, e 9V è ovviamente inferiore, quindi l’alimentazione entrerà in hiccup mode. Può essere che, dopo diversi hiccup, l’alimentatore potrebbe finalmente entrare in un intervallo funzionale e la lampada infine si accenderà.

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 6: Se i DC/DC iniziano a fornire piena potenza prima dei 9V, l’HLG-320H entrerà in modalità singhiozzo a causa della bassa tensione in uscita

 

Dai due casi sopra visti, si potrebbe dire che i problemi di avvio con il convertitore DC/DC sono principalmente legati al range di lavoro del convertitore. A bassa tensione di avvio, l’alimentatore potrebbe non funzionare nelle condizioni previste e quindi creare vari problemi di avvio.

Soluzioni al problema di avvio
Se una lampada ha un problema di avvio simile a quello sopra menzionato le soluzioni potrebbero essere:

  • Scelta di un convertitore DC/DC con funzione di avvio graduale o avvio ritardato
    Un convertitore DC/DC con avvio graduale aumenta la potenza di uscita in modo progressivo fino al livello corretto dopo l’accensione. Ciò aiuta a ridurre la corrente di spunto del convertitore DC/DC e può prevenire guasti all’avvio.
    Un avvio ritardato non ridurrà la corrente di spunto, ma poiché consuma energia solo quando la tensione di alimentazione è pronta, può anche prevenire guasti all’avvio da tempi di installazione non corrispondenti.
  • Utilizzo dell’interruttore DC o della funzione dim off sul convertitore DC/DC (se disponibile)
    Accendere o rilasciare il dim off solamente dopo che l’alimentazione in uscita si è stabilizzata, può evitare problemi di avvio. Normalmente il setup time dell’alimentatore LED a 230Vac è inferiore a 0,5 secondi. Scollegare manualmente l’alimentazione in ingresso o posticipare l’uscita del convertitore DC/DC per 0,5 secondi potrebbe evitare il problema di avvio.

La progettazione di illuminazione a LED
Figura 8: Utilizzo dell’interruttore DC della funzione dim off sul convertitore DC/DC

  • Aumentare la corrente nominale di uscita dell’alimentatore CV
    Quando la corrente di uscita è maggiore, è meno probabile che si verifichi il problema di blocco all’accensione. Per aumentare la corrente in uscita può semplicemente aumentare la potenza, ad esempio, cambiando HLG-320H-24 in HLG-480H-24 o cambiando la tensione in uscita mantenendo la stessa potenza, ad esempio passando da HLG-320H-24 (13.34A) a HLG-320H-12 (22A), a condizione che la tensione selezionata sia nel range operativo del convertitore DC/DC.
  • Soluzione di alimentazione personalizzata
    Alcuni alimentatori possono fornire una potenza di picco e alcuni alimentatori possono essere modificati con una protezione da sovracorrente più estesa così da coprire i requisiti di corrente di spunto. Dopo l’accensione, la potenza media dovrebbe comunque rientrare nella potenza nominale dell’alimentatore.

Riepilogo
Il problema di compatibilità è fortemente correlato ai requisiti e alle condizioni di sistema.
Quando si verifica un problema di avvio della lampada a LED, si consiglia di verificare le specifiche del convertitore LED e DC/DC o contattare il proprio referente.

Per informazioni clicca qui

Quanto hai trovato interessante questo articolo?

Voto medio 5 / 5. Numero valutazioni: 1

Ancora nessuna valutazione! Valuta per primo questo articolo.

Registrati anche tu su Elettronica TECH!
Ecco i vantaggi esclusivi per gli utenti registrati:
- GRATIS abbonamento alla rivista Elettronica AV
- ricezione in tempo reale degli aggiornamenti
- possibilità di recensire e commentare gli articoli
ISCRIVITI SUBITO!

ULTIME NEWS

PARTNER

MERCATO

SOCIAL

IN EVIDENZA

Registrati anche tu su Elettronica TECH!
Ecco i vantaggi esclusivi per gli utenti registrati:
- GRATIS abbonamento alla rivista Elettronica AV
- ricezione in tempo reale degli aggiornamenti
- possibilità di recensire e commentare gli articoli
ISCRIVITI SUBITO!