Димиране без трептене на LED осветителни тела - Захранващи устройства -
Днес LED технологията е доминираща в областта на осветителните устройства. LED лампите, светофарите, автомобилните осветителни устройства са станали обичайни и има тенденция за замяна на луминесцентни и нажежаеми лампи с LED в жилищни, търговски и промишлени помещения.
Количеството енергия, което ще бъде спестено чрез преминаване към LED осветление, е зашеметяващо. Само в Китай властите са изчислили, че преминаването на една трета от страната към LED осветление ще спести 100 милиона киловата електроенергия годишно и ще намали емисиите на въглероден диоксид с 29 милиона тона.Има обаче един проблем с LED технологията, а именно технологията за затъмняване.
Лесно е да се приложи функция за димиране на лампи с нажежаема жичка, като се използва прост и евтин димер, базиран на триак. В резултат на това те са повсеместни. За да станат LED лампите наистина популярни и широко разпространени, те трябва да внедрят тази функция, използвайки съществуващите контролери за затъмняване и инфраструктура.
Яркостта на блясъка на лампите с нажежаема жичка е перфектно регулируема. По ирония на съдбата това се улеснява от тяхната изключително ниска ефективност и в резултат на това висок ток, който позволява на димера (устройство за регулиране на нивото на осветление или, с други думи, за затъмняване) да работи добре. Топлинната инерция на нишката също така прави възможно маскирането на всяка нестабилност или колебания, създадени от димера. Опитът да намалите LED светлината по този начин създава редица проблеми като трептене и други.нежелани ефекти. За да обясним защо това се случва, нека да разгледаме как работят триачните димери и как взаимодействат с LED тела.
Фиг. 1. Обикновен триак димер
Нафиг. 1 показва типичен триак димер и неговата характеристика ток-напрежение. Потенциометър R2 регулира фазовия ъгъл на триака, който се отваря при всяка вълна на AC напрежение, когато VC2 превиши напрежението на превключване на триака. Когато токът на триака падне под неговия ток на задържане (IH), триакът се затваря и изчаква кондензатор C2 да се зареди за следващия половин цикъл, за да се включи отново. Напрежението, приложено към нажежаемата жичка на лампата, е функция на фазовия ъгъл на димиране, който може да варира в диапазона практически от 0-180°.
LED лампа, предназначена да замени лампа с нажежаема жичка, обикновено съдържа матрица от светодиоди, подредени така, че да осигуряват максимална светлинна мощност. Светодиодите са свързани последователно във верига. Яркостта на всеки от тях е функция на тока, протичащ през него. В допълнение, спадът на напрежението в посока напред върху светодиода е приблизително 3,4 V (може да варира между 2,8 V и 4,2 V). Поредица от светодиоди трябва да се захранва от източник на постоянен ток със строг контрол на изхода, за да се осигури съвпадение между съседни лампи.
За да може една LED лампа да се димира, нейното захранване трябва да преобразува промяната във фазовия ъгъл на димера в промяна на постоянния ток на захранване към LED лампата. Трудността при постигане на този ефект, съчетана с правилната работа на димера, може да доведе до значително намаляване на производителността. Проблеми като: дълго време за стартиране, трептене, неравномерносветене, мигане (при настройка на минималното ниво на осветеност). Има също проблеми с повторяемостта (от продукт на продукт) и нежелан аудио шум, идващ от лампата. Тези нежелани ефекти обикновено се причиняват от комбинация от фалшиви отваряния и преждевременни затваряния на триаците, както и недостатъчен контрол на тока на светодиода. Основната причина за фалшивото отваряне на триака е така нареченото токово "звънене" при отваряне на триака. Ориз. 2 ясно илюстрира тази ситуация.
В момента, в който триакът се отвори, напрежението почти моментално се прилага към входния LC филтър на захранването. Напрежение, приложено върху индуктор, причинява "звънене". Ако в същото време токът на тиристора падне под тока на задържане на триака, последният се затваря. Веригата на димера презарежда и рестартира триака. Тези многократни рестарти на триак могат да причинят нежелан аудио шум и трептене на LED лампата. Простите EMI филтри могат да сведат до минимум това нежелано звънене. За надеждна работа на димиращата функция е необходимо входните дросели и кондензатори да са възможно най-малки.
Счита се, че фазовият ъгъл с най-голямо „звънене“ е 90° (когато напрежението на върха на синусоидалната вълна се прилага към захранващия вход на LED лампата и високото мрежово напрежение причинява минимален захранващ ток). Ако се изисква дълбоко димиране (т.е. фазов ъгъл, приближаващ 180°) при ниско захранващо напрежение, LED лампата може да се изключи преждевременно. За да предотвратите това да се случи, триакът трябва да отваря всеки цикъл и да остава отворен почти до момента, в който променливото напрежение спадне донула. За да се гарантира това, е необходим задържащ ток от 8–40 mA. За лампите с нажежаема жичка е лесно да поддържат този ток, но с LED лампи, които консумират по-малко от 10% от енергията на еквивалентна лампа с нажежаема жичка, токът може лесно да падне под нивото на поддържащия ток, което ще доведе до преждевременно изключване на триака. Това обяснява ограничението на обхвата на трептене и/или затъмняване.
Редица други проблеми, с които дизайнерът може да се сблъска при проектирането на LED осветител, са: фактор на мощността (Energy Star изисква минимум 0,9 за търговски и промишлени приложения), строги изисквания за енергийна ефективност, строги толеранси за нестабилност на изходното напрежение и EMI, безопасност при късо съединение и отворена верига на светодиодите.
Най-новите разработки от Power Integrations показват как можете да захранвате LED осветител и в същото време да сте съвместими със съществуващите триак димери. Нафиг. 3 е диаграма на 14W захранване за външно димируемо LED осветително тяло, разработено от тази компания.
Източникът е базиран на чипа LNK406EG(U1) от фамилията LinkSwitch-PH. Представители на тази линия микросхеми комбинират 725 V захранващ MOSFET превключвател и PWM контролер, работещ в режим без ток на главния индуктор. Контролерът изпълнява функцията на коректор на фактора на мощността (PFC) и осигурява постоянен изходен ток. Технология за контрол на изходните параметриПървичната страна, използвана в чиповете LinkSwitch-PH, осигурява прецизно управление на изходния ток, елиминира използването на оптрон и частта от вторичната верига, често използвана в изолирани обратни преобразуватели, докато функцията PFC елиминира използването на електролитен кондензатор за съхранение на входа.
Семейството интегрални схеми LinkSwitch-PH може да бъде конфигурирано да работи както в затъмнени, така и без затъмнени режими. За приложения на димер на триак, R4 се използва на щифта REFERENCE и сноп резистори от 4 MΩ R2+R3 се използва на щифта VOLTAGE MONITOR, за да се осигури линейна връзка между входното напрежение и изходния ток и да се увеличи максимално диапазонът на затъмняване.
Режимът на постоянен ток на главния индуктор има две ключови предимства: намалени загуби на проводимост (следователно по-висока ефективност) и по-малко EMI (следователно изисква по-малък филтър, за да отговаря на стандарта EMI). Един X-кондензатор може да бъде пропуснат и може да се използва по-малък дросел (или също да се пропусне). Вграденият в фамилията LinkSwitch-PH MOSFET фундаментален трептене на честотата на превключване допълнително намалява нуждата от филтърни компоненти. По-малък EMI входен филтър означава по-малко реактивно съпротивление за димера, което съответно намалява звъненето. Стабилността е допълнително подобрена от факта, че LinkSwitch-PH чиповете се захранват от собствено вътрешно референтно напрежение. Добавянето на амортисьор за затъмняване и верига за разделяне на напрежението гарантира надеждна работа без трептене в най-широкия възможен диапазон на затъмняване.
Гореизложенотозахранването за LED осветителното тяло е напълно съвместимо със съществуващите триакови димери в много широк диапазон на димиране (1000-1, 500-0,5 mA), има ефективност от> 85% и фактор на мощността от> 0,9. То ясно показва, че проблемите с несъвместимостта на LED осветителните тела и триачните димери могат да бъдат преодолени и в резултат на това може да се създаде прост драйвер за евтина и надеждна димируема LED лампа.
Бил Вайс (Бил Вайс) Превод: Генадий Бандура