I LED nei moderni lampioni sono solitamente pulsati? In tal caso, all'incirca quale frequenza?

Posso pensare ad alcuni motivi per cui i moderni lampioni a LED sarebbero probabilmente pulsati;

• Una conversione di tensione efficiente a partire dalla tensione di linea includerebbe probabilmente un CA o un passo di commutazione superiore a 60 Hz.
• Il funzionamento della massima efficienza dei LED si verifica spesso con una corrente maggiore di quella che può essere sostenuta continuamente a causa di problemi di riscaldamento.
• La conversione a CC costante ( modifica: alla frequenza di linea 50 / 60Hz) richiederebbe componenti aggiuntivi che potrebbero non funzionare e non avrebbe alcun vantaggio che compenserebbe l'operazione a efficienza ridotta.

C'è una breve sezione di Wikipedia sul funzionamento a LED ad impulsi, ma introduce semplicemente il concetto senza affrontare la diffusione del funzionamento a impulsi sul campo.

Finché la frequenza fosse sufficientemente elevata da non avere possibilità di percezione dello sfarfallio, mi sembra che i lampioni a LED sarebbero stati pulsati - o almeno i LED blu utilizzati per eccitare il fosforo. Il fosforo potrebbe avere un'emivita abbastanza lunga da rendere costante la maggior parte dello spettro della luce emessa risultante anche se i LED fossero pulsati.

Poiché alcuni LED a luce bianca fanno molto più affidamento sulla luce blu principale dei LED rispetto ad altri, porterò la mia domanda principalmente sui LED stessi, piuttosto che sulla luce emessa.

I LED nei moderni lampioni sono solitamente pulsati? In tal caso, all'incirca quale frequenza? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Mentre ci potrebbero essere variazioni sostanziali in alcune regioni, mi aspetto che nelle regioni in cui le città stanno implementando una conversione diffusa da gas (mercurio, sodio) a LED, ci devono essere alcuni punti in comune o tendenze generali / convergenza nella progettazione.

Stai assumendo erroneamente che l'efficacia aumenta con un livello di potenza più elevato. È vero il contrario, a qualsiasi livello di potenza significativo l'efficacia diminuisce ogni volta che si aumenta la corrente.

PWM viene utilizzato perché è molto facile da implementare. Se imposti la corrente al massimo che desideri utilizzare, puoi avere un controllo lineare della luminosità semplicemente regolando il duty cycle. La regolazione della corrente ha una risposta non lineare che richiede una tabella di calibrazione se l'accuratezza assoluta è importante (spesso non lo è).

Come puoi vedere da questo lumen a LED bianco da 1W rispetto alla curva di corrente, il raddoppio della corrente non raddoppia l'emissione di luce. L'importanza di ciò dipende dalla tua applicazione. Se hai a che fare con una retroilluminazione pubblicitaria> 1kW, la bolletta dell'elettricità supera facilmente il costo iniziale del modulo display. Ci sono anche considerazioni termiche, con una migliore efficacia hai meno calore residuo sul tuo sistema.

A peggiorare le cose è che l'efficacia diminuisce ancora di più con una temperatura di giunzione più elevata. Questo grafico mostra la temperatura ambiente ma essenzialmente la temperatura di giunzione funziona in modo simile. Stanno solo diventando difficili. Ora PWM calcolerà la media della potenza termica, ma un'efficacia peggiore richiede una corrente media più elevata, il che significa una temperatura di giunzione più elevata.

Un aspetto negativo di un PWM è che il carico è sgradevole dal punto di vista dell'SMPS, stai effettivamente imponendo transitori radicali costanti alla cosa povera. Per lo meno è necessario un grande condensatore di uscita per bufferizzare i cali di tensione e picchi ai bordi.

Un problema con la corrente di guida costante è che è più complicato, soprattutto se si desidera una corrente di uscita regolabile. Ci sono ulteriori complicazioni con le applicazioni di oscuramento locale poiché Vf varia con il livello di potenza in uscita, quindi il regolatore di corrente deve dissipare la differenza.

Modifica bit aggiunto sulla temperatura di giunzione.

I LED utilizzati per l'illuminazione stradale di solito utilizzano un convertitore DC / DC di qualche tipo, con un controllo stretto della corrente in uscita. Quindi, fornire una corrente costante non riduce l'efficienza né aggiunge inutili componenti che potrebbero guastarsi, né riduce la durata dei LED.

È il modo più semplice ed efficiente per pilotare un array di LED ad alta potenza. Corrente costante, fornita da una sorgente "pulsata".

Riassumendo: non lo farebbero perché non è efficiente, non manterrebbero le luci in condizioni di sicurezza, e non è fattibile come un modo per controllare un grande gruppo di luci (a causa della distanza e della mancanza di versatilità).

Nell'illuminazione stradale, il nome del gioco è efficienza .

I LED sono intrinsecamente un cliente difficile, poiché nelle loro gamme ad alta efficienza sono troppo non lineari ** e la maggior parte sono guidati da una corrente costante alimentatore a .

Parola operativa: "costante".

Dal momento che devono già guidarlo con un alimentatore a corrente costante, se anche volessero fare PWM, ciò aggiungerebbe complessità inutili. E c'è un modo molto migliore per attenuare i LED utilizzando l'alimentazione a corrente costante già presente. Qui, guarda questo foglio dati a pagina 11. Tensione diretta contro corrente diretta. Nota che questo grafico è molto distorto, per normalizzato, guarda le mie note di chiusura.

Se stai guidando il LED a 3000ma e vuoi attenuarlo, riduci la corrente a 1000ma e voilà . Ovviamente non scende del 2/3, guarda "flusso vs corrente", stessa pagina.

A 1/3 della corrente, il flusso luminoso scende dal 235% al ​​95% delle specifiche. È molto più efficiente alla corrente più bassa. Anche la tensione diminuisce, il che morde un po 'la differenza di efficienza, ma non di molto.

Qualcuno userebbe deliberatamente più emettitori per migliorare l'efficienza? Assolutamente. Molti clienti commerciali e industriali stanno osservando il costo totale del ciclo di vita e gli emettitori ne sono una piccola parte. Se $ 100 in più emettitori risparmiano $ 300 in elettricità per tutta la vita del dispositivo, potrebbe essere una mossa intelligente. Ho avuto un ragazzo che ha speculato tre LED a redline max 1400ma. Ha dato la luce necessaria. Comunque il calore era il problema chiave. Ho rispedito usando la scheda "normale" corrente di 350ma e sette emettitori. Ho la stessa luce a metà del calore.

Ora che ho dimostrato che una potenza inferiore è più efficiente per i LED, puoi vedere dove PWM non è efficiente. Eseguire 3000ma al 33% di PWM è peggio che eseguire 1000ma in continuo.

Perché qualcuno dovrebbe PWM allora?

In un mondo perfetto, tutto il dimmer sarebbe attraverso qualcosa come il segnale 0-10 volt ampiamente usato commercialmente, e ogni modulo LED userebbe il metodo "regolare l'uscita dell'alimentazione a corrente costante per un dimming perfetto". Tuttavia .. questo non funziona ovunque. Il fatto è ... PWM è un modo efficace per propagare un segnale di attenuazione .

Considera la modesta "striscia LED". Una striscia stretta di PCB, ogni 50 mm (2 ") ha una linea CUT, tre LED e una resistenza. O per una striscia RGB, tre LED RGB e tre resistori. E con RGB, ovviamente, vogliono attenuare ogni canale individualmente. Come possiamo ottenere tre segnali di attenuazione fino a centinaia di piccoli segmenti? costo rende impossibile mettere alimentatori a corrente costante di uscita regolabile su ogni segmento di 50 mm. L'unico metodo di regolazione dimmerabile è PWM.

Va meglio. PWM è sia la potenza che il segnale. Se il controller PWM può pilotare solo 3 ampere e si desidera eseguire sette strip da 6 A, è possibile utilizzare un amplificatore : riceve l'uscita del controller come segnale e lo utilizza per gate le sue uscite ad alta corrente, toccando PWM in lock- passo. La versatilità è difficile da battere.

E questo funziona per una grande varietà di illuminazione a LED (il cui scopo è in particolare, non l'efficienza). Nessuno si preoccupa davvero dei lumen per watt qui:

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Perché non i lampioni, allora?

Non è del tutto irragionevole oscurare i lampioni a LED. Potrebbero tranquillizzarsi al crepuscolo, bruciare oltre i requisiti legali alle 23:00, quindi tornare alle ore tormentate quando quasi nessuno è fuori. Ma non userebbero PWM. Il segnale non si propagherà bene su un'installazione delle dimensioni di una città.

Un lampione a LED prende alta tensione (240-277 V o anche 480 V che staccano la linea di alimentazione più vicina senza misurazione, il che significa che PWMing la linea di alimentazione è subito fuori) ***. Internamente, un lampione ha un numero ragionevole di grandi emettitori, ideali per il collegamento in serie a un'alimentazione a corrente costante ad alta tensione. Questo sarebbe meglio attenuato dalla regolazione attuale. Userebbero la radio o se stessero cablando un costoso cavo di segnale, lo userebbero per molte più cose che per attenuare. Potrebbero collaborare con la compagnia elettrica per codificare in linea elettrica un segnale di dati simile a come le società elettriche possono spegnere in remoto contatori intelligenti. L'aggiunta di $ 20 un'unità per il ricetrasmettitore non è un "rompicapo" su un lampione da $ 1000.

** Gli incandescent sono lineari una volta accesi, quindi l'invio di 120 V ad essi produrrà in modo affidabile 60 W. L'illuminazione di scarica (fluorescente, neon, sodio a bassa / alta pressione, vapore di mercurio e ioduri metallici) è totalmente non lineare: una volta colpiti, sono un corto circuito e devono essere limitati di corrente da un alimentatore / driver. Nel caso dei LED, la loro curva corrente-tensione è piuttosto ripida, Ricordi il grafico Tensione-Corrente da questa scheda tecnica pagina 11. Guarda di nuovo: la scala è distorta e i volt non iniziano da zero. Se corretto , il grafico sarebbe simile al seguente:

Questo è ciò che chiami non lineare . Ricorda, questa linea si sposta leggermente a seconda della temperatura, dell'età, del binning, ecc. E quando la linea è così ripida, un po 'è molto. Invia 3,05 V e chissà cosa accadrà! Il produttore garantisce ciò che accadrà solo se invii 2500ma. Ogni altro grafico nel foglio dati si basa sulla corrente , per questo motivo.

*** La compagnia elettrica e la città concordano sulla quantità di energia che un normale lampione consuma e la compagnia elettrica si moltiplica semplicemente per il numero di luci e le fattura.

In generale, ci sono due metodi per attenuare i LED, il dimmeraggio PWM e il dimming di ampiezza. Ciò che si definisce oscuramento CC è l'oscuramento dell'ampiezza. Nelle applicazioni di illuminazione professionale, PWM non viene più utilizzato per l'oscuramento, principalmente a causa di problemi di salute dovuti allo sfarfallio generato. Con l'illuminazione stradale, un altro problema è l'effetto stroboscopico. Oggi scoprirai che praticamente tutti i driver LED professionali, compresi i lampioni, utilizzano l'oscuramento dell'ampiezza. Puoi leggere di più sullo sfarfallio e sull'oscuramento qui .

Aggiornamento : in risposta ad alcuni dei commenti, vorrei estendere la mia risposta. Per applicazioni di illuminazione professionale, mi riferisco a driver LED dimmerabili a corrente costante> 20 W come questi , non alogene economiche e brutte o sostituzioni di lampadine o applicazioni di retroilluminazione del computer.

Esistono due cause di sfarfallio, una è causata dall'ondulazione di rete che si propaga all'uscita. I driver LED a stadio singolo economici come quelli utilizzati nella sostituzione delle lampadine soffrono di questo fenomeno.

Il secondo tipo di sfarfallio è causato dall'oscuramento PWM. Questo può essere percepibile o impercettibile. L'IEEE PAR1789 è una raccomandazione di quanto deve essere alta la frequenza PWM per essere considerata inaccettabile. Detto questo, troverete nell'industria che driver LED di alta qualità per applicazioni professionali utilizzano quasi esclusivamente il dimming di ampiezza (DC dimming).