Czy diody LED w nowoczesnych lampach ulicznych zwykle pulsują? Jeśli tak, z grubsza jaką częstotliwość?

Mogę wymyślić kilka powodów, dla których nowoczesne lampy uliczne LED mogłyby pulsować;

• Efektywna konwersja napięcia począwszy od napięcia sieciowego prawdopodobnie obejmowałaby prąd przemienny lub stopień przełączania większy niż 60 Hz.
• Działanie diod LED o najwyższej wydajności często występuje przy prądzie większym niż można utrzymać w sposób ciągły z powodu problemów z ogrzewaniem.
• Konwersja z powrotem na stały prąd stały ( edycja: przy częstotliwości linii 50 / 60Hz) wymagałaby dodatkowych komponentów, które mogłyby zawieść, i nie miałaby żadnych korzyści, które zrównoważyłyby działanie o zmniejszonej wydajności.

W Wikipedii znajduje się krótki rozdział o pulsującym działaniu diod LED, ale wprowadza on koncepcję, nie zajmując się tym, jak szeroko rozpowszechnione jest działanie pulsacyjne w terenie.

Tak długo, jak częstotliwość była wystarczająco wysoka, aby nie było szansy na percepcję migotania, wydaje mi się, że lampy uliczne LED będą pulsować - a przynajmniej niebieskie diody LED użyte do wzbudzenia luminoforu. Fosfor może mieć wystarczająco długi okres półtrwania, aby większość widma emitowanego światła była stabilna, nawet jeśli diody LED były pulsowane.

Ponieważ niektóre diody LED o białym świetle polegają znacznie bardziej na pierwotnym niebieskim świetle LED niż inne, zadam pytanie przede wszystkim o same diody LED, a nie emitowane światło.

Czy diody LED w nowoczesnych lampach ulicznych zwykle pulsują? Jeśli tak, z grubsza jaką częstotliwość? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Chociaż mogą istnieć znaczne różnice w niektórych regionach, spodziewam się, że w regionach, w których miasta wdrażają szeroko rozpowszechnioną konwersję gazu (rtęci, sodu) na LED, muszą występować pewne podobieństwa lub ogólne trendy / konwergencja w projektowaniu.

Błędnie zakładasz, że skuteczność rośnie wraz z wyższym poziomem mocy. Jest odwrotnie, w przypadku każdego znaczącego poziomu mocy skuteczność zmniejsza się za każdym razem, gdy zwiększasz prąd.

PWM jest używany, ponieważ jest bardzo łatwy do wdrożenia. Jeśli ustawisz swój prąd na maksimum, którego chcesz użyć, możesz mieć liniową kontrolę jasności, po prostu dostosowując cykl pracy. Regulacja prądu ma nieliniową odpowiedź wymagającą tabeli kalibracji, jeśli absolutna dokładność jest ważna (często nie jest).

Jak widać z tej białej krzywej lumenów względem prądu o mocy 1 W, podwojenie prądu nie podwaja mocy świetlnej. To, czy jest to ważne, zależy od zastosowania. Jeśli masz do czynienia z podświetleniem reklamowym> 1kW, rachunek za energię elektryczną z łatwością przekracza górny koszt modułu wyświetlacza. Istnieją również względy termiczne, przy lepszej skuteczności masz mniej ciepła odpadowego w systemie.

Co gorsza, skuteczność spada nawet bardziej przy wyższej temperaturze złącza. Ten wykres pokazuje temperaturę otoczenia, ale zasadniczo temperatura złącza działa w podobny sposób. Są po prostu trudne. Teraz PWM uśrednia moc cieplną, ale gorsza skuteczność wymaga wyższego średniego prądu, co oznacza wyższą temperaturę złącza.

Jednym minusem PWM jest to, że obciążenie jest nieprzyjemne z punktu widzenia SMPS, skutecznie nakładasz stałe radykalne transjenty na biedną rzecz. Przynajmniej potrzebujesz dużego kondensatora wyjściowego, aby buforować spadki i szczyty napięcia na krawędziach.

Problem ze sterowaniem stałoprądowym polega na tym, że jest bardziej skomplikowany, szczególnie jeśli chcesz regulować prąd wyjściowy. Istnieją dalsze komplikacje związane z lokalnymi aplikacjami ściemniania, ponieważ Vf zmienia się w zależności od poziomu mocy wyjściowej, więc twój regulator prądu musi rozproszyć różnicę.

Edytuj dodany bit o temperaturze złącza.

Diody LED stosowane w oświetleniu ulicznym zwykle wykorzystują pewnego rodzaju przetwornicę DC / DC z ścisłą kontrolą prądu na wyjściu. Zatem zapewnienie stałego prądu nie zmniejsza wydajności, ani nie dodaje niepotrzebnych komponentów, które mogłyby ulec awarii, ani nie skraca żywotności diod LED.

To najprostszy i najbardziej wydajny sposób na napędzanie układu diod LED o dużej mocy. Prąd stały dostarczany ze źródła „pulsującego”.

Podsumowując: nie zrobiliby tego, ponieważ nie jest wydajny, nie utrzymywałby świateł w bezpiecznej specyfikacji i nie jest wykonalny jako sposób kontrolowania dużej grupy świateł (ze względu na odległość i brak wszechstronności).

W oświetleniu ulicznym nazwa gry to wydajność .

Diody LED są z natury trudnym klientem, ponieważ w swoich wysokosprawnych zakresach są zbyt nieliniowe **, a większość z nich jest zasilana prądem stałym.

Słowo operacyjne: „stały”.

Ponieważ muszą już zasilać go prądem stałym, jeśli chcieliby również wykonać PWM, spowodowałoby to niepotrzebną złożoność. I jest o wiele lepszy sposób na przyciemnianie diod LED przy użyciu już obecnego zasilania stałoprądowego. Spójrz na ten arkusz danych na stronie 11. Napięcie przewodzenia w stosunku do prądu przewodzenia. Uwaga: ten wykres jest bardzo zniekształcony, w celu znormalizowania spójrz na moje przypisy końcowe.

Jeśli prowadzisz diodę LED na 3000ma i chcesz ją przyciemnić, zmniejsz prąd do 1000ma i voila . Oczywiście nie spada ona o 2/3, spójrz na „strumień w porównaniu do prądu”, ta sama strona.

Przy 1/3 bieżący strumień świetlny spada z 235% do 95% spec. Jest znacznie wydajniejszy przy niższym prądzie. Napięcie również spada, co zmniejsza nieco różnicę wydajności, ale nie za bardzo.

Czy ktoś celowo wykorzysta więcej emiterów, aby poprawić wydajność? Absolutnie. Wielu klientów komercyjnych i przemysłowych patrzy na całkowity koszt cyklu życia, a emitery stanowią jego niewielką część. Jeśli kolejne 100 USD emiterów pozwoli zaoszczędzić 300 USD energii elektrycznej przez cały okres użytkowania urządzenia, może to być sprytny ruch. Miałem faceta, który dostrzegł trzy diody LED na czerwonej linii max 1400ma. Dało potrzebne światło. Najważniejsze było jednak ciepło. Przestrzegałem przy użyciu arkusza danych „normalnego” prądu 350ma i siedmiu emiterów. Mam to samo światło przy połowie ciepła.

Teraz, gdy pozytywnie wykazałem, że niższa moc jest bardziej wydajna dla diod LED, możesz zobaczyć, gdzie PWMing nie jest wydajna. Praca 3000ma przy 33% PWM jest gorsza niż praca ciągła 1000ma.

Dlaczego więc ktoś miałby PWM?

W idealnym świecie wszystkie ściemnianie odbywałoby się za pomocą powszechnie stosowanego w handlu sygnału 0–10 woltów, a każdy moduł LED używałby metody „dostosowywania mocy wyjściowej prądu stałego dla idealnego ściemniania”. Jednak .. to nie wszędzie działa. Faktem jest, że ... PWM to skuteczny sposób propagowania sygnału ściemniania .

Zastanów się nad mało „listwą LED”. Wąski pasek PCB, co 50 mm (2 ") ma linię CUT, trzy diody LED i rezystor. Lub w przypadku paska RGB, trzy diody LED RGB i trzy rezystory. A przy RGB oczywiście chcą przyciemnić każdy kanał indywidualnie. Jak uzyskać trzy sygnały ściemniania do setek małych segmentów? Koszt uniemożliwia umieszczenie zasilaczy stałoprądowych o regulowanym wyjściu na każdym odcinku 50 mm. Jedyną możliwą do zastosowania metodą ściemniania jest PWM.

To staje się lepsze. PWM to zarówno moc, jak i sygnał. Jeśli kontroler PWM może sterować tylko 3 amperami i chcesz uruchomić siedem pasków 6A, możesz użyć wzmacniacza : odbiera on sygnał wyjściowy kontrolera jako sygnał i wykorzystuje go do blokowania wyjść wysokoprądowych, stukając PWM w blokadzie krok. Wszechstronność jest trudna do pokonania.

Działa to w przypadku wielu różnych rodzajów oświetlenia LED (których celem jest przede wszystkim nie wydajność). Nikt tak naprawdę nie przejmuje się lumenami na wat:

src

Dlaczego więc nie latarnie uliczne?

Przyciemnianie oświetlenia ulicznego LED nie jest całkowicie nierozsądne. Mogliby się zrelaksować o zmierzchu, spalić ponad wymagania prawne do 23.00, a następnie wycofać się w nawiedzających godzinach, kiedy prawie nikogo nie ma. Ale nie użyliby PWM. Sygnał nie rozchodzi się dobrze po instalacji wielkości miasta.

Oświetlenie uliczne LED pobiera wysokie napięcie (240–277 V lub nawet 480 V, które pobierają najbliższą linię zasilania bez pomiaru, co oznacza, że ​​PWMing linii zasilania jest natychmiastowy) ***. Wewnętrznie latarnia uliczna ma rozsądną liczbę dużych emiterów - idealna do szeregowego podłączenia do źródła prądu stałego o wysokim napięciu. Najlepiej byłoby to przyciemnić przez regulację prądu. Albo użyliby radia - albo jeśli byliby przewodowi drogiego drutu sygnałowego, użyliby go do znacznie więcej rzeczy niż ściemniania. Mogą współpracować z przedsiębiorstwem energetycznym w celu zakodowania linii danych na sygnał podobny do tego, w jaki sposób przedsiębiorstwa energetyczne mogą zdalnie wyłączać inteligentne liczniki. Dodanie 20 USD za urządzenie nadawczo-odbiorcze nie stanowi „przełomu” na latarni ulicznej za 1000 USD.

** Po zapaleniu żarniki są liniowe, więc przesłanie do nich 120 V niezawodnie wytworzy 60 W. Oświetlenie wyładowcze (fluorescencyjne, neonowe, sodowe o niskim / wysokim ciśnieniu, pary rtęci i halogenku metalu) jest całkowicie nieliniowe: po uderzeniu są martwe i muszą być ograniczone prądem przez statecznik / sterownik. W przypadku diod LED ich krzywa napięcie-prąd jest dość stroma. Pamiętasz tabelę napięcia w funkcji prądu z tej karty danych na stronie 11. Spójrz ponownie: Skala jest zniekształcona, a wolty nie zaczynają się od zera. Po skorygowaniu wykres wyglądałby następująco:

To, co nazywacie nieliniowym . Pamiętaj, że ta linia porusza się trochę w zależności od temperatury, wieku, grupowania itp., A kiedy linia jest tak stroma, trochę jest dużo. Wyślij 3,05 V i kto wie, co się stanie! Producent gwarantuje, co się stanie, jeśli wyślesz 2500ma. Z tego powodu każdy inny wykres w arkuszu danych jest oparty na bieżącym .

*** Firma energetyczna i miasto zgadzają się, ile mocy zużywa normalna latarnia uliczna, a firma energetyczna po prostu mnoży liczbę lamp i wystawia na nie rachunki.

Ogólnie istnieją dwie metody ściemniania diod LED: ściemnianie PWM i ściemnianie Amplituda. Ściemnianie DC określa się mianem przyciemniania amplitudowego. W profesjonalnych zastosowaniach oświetleniowych PWM nie jest już używany do ściemniania, głównie z powodu obaw zdrowotnych związanych z generowanym migotaniem. W przypadku oświetlenia ulicznego kolejnym problemem jest efekt stroboskopowy. Przekonasz się dzisiaj, że praktycznie wszystkie profesjonalne sterowniki LED, w tym lampy uliczne, wykorzystują ściemnianie amplitudy. Możesz przeczytać więcej o migotaniu i przyciemnianiu tutaj .

Aktualizacja : W odpowiedzi na niektóre komentarze chciałbym rozszerzyć swoją odpowiedź. Przez profesjonalnych zastosowań oświetleniowych, mam na myśli stałą obecnej ściemniania> sterowniki LED 20W, takie jak te , nie tanie i paskudne żarówki halogenowe lub zamienników lub aplikacje komputerowe podświetlenie.

Istnieją dwie przyczyny migotania, jedna jest spowodowana przez tętnienie sieci propagujące się na wyjście. Tanie to jednostopniowe sterowniki LED, takie jak stosowane w zamiennikach żarówek, cierpią z powodu tego zjawiska.

Drugi rodzaj migotania jest spowodowany przyciemnieniem PWM. Może to być zauważalne lub niezauważalne. IEEE PAR1789 to zalecenie dotyczące tego, jak wysoka musi być częstotliwość PWM, aby można ją było uznać za niezauważalną. To powiedziawszy, znajdziesz w branży, że wysokiej jakości sterowniki LED do profesjonalnych zastosowań prawie wyłącznie wykorzystują ściemnianie amplitudowe (ściemnianie DC).