Prohlížíte si webovou stránku pro zákazníky z: Czech Republic. Na základě údajů o poloze doporučená verze stránek pro Vás je USA / US
Panel zákazníka
Váš košík
Registrace

Driver LED: Jaký zvolit?

2020-11-04

Po dobu, kdy se diody LED dostupné na trhu používaly jako obyčejné kontrolky nebo zobrazovače, bylo jejich napájení výjimečně snadné a nevyžadovalo speciální řešení, kromě použití rezistorů omezujících proud. Jakmile se však na trhu objevily první součástky středního a velkého výkonu, určené pro osvětlení různých místností, nároky na jejich napájení se výrazně změnily. Aby byla zajištěna účinnost a trvanlivost těchto polovodičů a současně byly tyto napájeny správným způsobem, je nutno použít speciálně k tomu určené drivery.

Driver LED: Jaký zvolit?

Proč říkáme těmto zařízením „drivery” a ne obyčejně „napájecí zdroje ”?

Jelikož je driver určen k napájení diod LED, není to pouze obyčejný napájecí zdroj v tradičním významu toho slova. Projekt, na kterém je založeno toto řešení, od samého začátku zohledňoval speciální vlastnosti diod LED, aby byla zajištěna jejich optimální funkce, trvanlivost, energetická účinnost a ochrana před poškozením. Klasický napájecí zdroj by nemohl všechno to zajistit a pokud by měl realizovat stejné funkce, musel by být vybaven řídicí elektronikou.

Jsou si všechny drivery dostupné na rynku navzájem podobné?

Vůbec ne. Jednotlivé modely mají mnoho rozdílů, včetně velkých a významných, souvisejících hlavně s cílovými aplikacemi. Jako příklad můžeme rozlišit několik makrokategorií aplikací, pro každou z nich se budeme snažit stručně popsat jejich vlastnosti, které je třeba u jednotlivých zařízení analyzovat.

Domácí osvětlení

Principiálně jsou drivery určené pro osvětlení uvnitř domu povinny splňovat následující požadavky:

  • Nevelké rozměry
  • Konkurenční cena
  • Středně nízký výkon
  • Vysoká účinnost a spolehlivost
  • Snadná montáž
  • Jednoduché a okamžité řízení jasu (stmívání)
  • Trvanlivost

Jako příklad řešení pro tuto kategorii aplikací můžeme vzpomenout drivery řady LDC s výkonem od 35 do 80 W, které umožňují řízení CP (s konstantním výkonem) diod LED.

V případě použití předpokládajících integraci do systému domácí automatizace můžeme kromě výše uvedených řešení rovněž uvést:

  • Dostupnost vyspělých rozhraní jako jsou DALI nebo KNX
  • Možnost bezdrátového ovládání

Například řada LCM-BLE spojuje v sobě funkci Bluetooth s Mesh Networking. Zařízení lze snadno programovat a obsluhovat pomocí speciální aplikace.

Pouliční osvětlení

Je to pravděpodobně jedna z nejkritičtějších aplikací, protože v jejím případě musejí LEDky fungovat bez poruchy v obtížných podmínkách.
Proto také použité drivery musejí mít nejlepší vlastnosti, co se týče řízení, spolehlivosti a trvanlivosti.

  • Široký rozsah teplot použití
  • Vysoká účinnost a stabilita
  • Provoz při konstantním výkonu
  • Aktivní korekce účiníku (Active PFC)
  • Vysoký stupeň krytí IP
  • Třída izolace 2
  • Možnost dálkového ovládání pro funkci Smart City,
  • Skvělý poměr ceny a parametrů.

XLG-100-H-A Obr. 1. Driver XLG-100-H-A s konstantním výkonem

Drivery z řady XLG – představené na Obr. 1 - s nevelkými rozměry, nebo z řady ELG se skvělým poměrem ceny k nabízeným parametrům, nebo z řady HLG s vysokou účinností, to je velmi dobrá volba pro aplikace tohoto typu.

Aby bylo zajištěná dodatková úspora energie, byly verze D2 řady ELG (volitelně pro model HLG) vybaveny funkcí „Smart Timer Dimming”.

V čem přesně spočívá funkce „Smart Timer Dimming”?

Tato funkce umožňuje měnit procentovou hodnotu stmívání během 14 hodin, od 00:00 do 14:00 hodin, v souladu s třemi výchozími profily (domácí osvětlení, osvětlení ulic nebo tunelů). Alternativně lze použít programovací interfejs SDP-001, umožňující naprogramování driveru pomocí profilů definovaných uživatelem.

Scénické osvětlení

Rovněž v případě uměleckého odvětví, např. divadelních nebo hudebních představení, nacházejí zdroje osvětlení LED výjimečně široké použití na moderních scénách.

V případě řešení RGB lze používat drivery s možností regulace napětí (CV) MEAN WELL jako vysoce stabilní napájecí zdroje pro ovladače LED ve standardu DMX s využitím jejich vysoké škálovatelnosti a širokého rozsahu použití. Za další pak v případě monochromatických řešení s velkým výkonem (například bodových projektorů se zaostřeným paprskem) lze použít drivery řady HBG, jejichž válcový tvar se skvěle pro tento účel hodí.

Osvětlení intenzivního pěstování

Osvětlení LED používané při intenzivním pěstování rostlin ve sklenících nahradilo a vylepšilo dříve používané zdroje světla, neboli vysokotlaké sodíkové výbojky. Principiálně změna k lepšímu spočívá v možnosti použití kombinace diod LED s různými barvami pro dosažení vhodných odstínů světla v závislosti na druhu pěstovaných rostlin nebo fázích jejich růstu. Kromě účinnosti, spolehlivosti, izolace a ochrany, kterými se vyznačovala již přecházející kategorie, by se měly drivery určené pro tyto aplikace rovněž vyznačovat:

  • Vysokým výstupním výkonem
  • Širokým rozsahem řízení, rovněž v případě vysokého napětí

LCM-40KN Drivery LED řady LCM
firmy MEAN WELL

Zařízení řady HVGC (Obr. 7) se s ohledem na jejich vlastnosti zvlášť hodí pro použití v zemědělském sektoru. V takových případech použití, bereme-li do úvahy využití velkého výkonu, je neobyčejně užitečná možnost připojení 2 fází z třífázové sítě (vstup 400 V AC) s přínosem pro energetickou účinnost i při značném zmenšení vstupního proudu. V těchto případech se jako výjimečně přínosná jeví přítomnost aktivního obvodu „Active PFC”.

Jak funguje obvod aktivního PFC a jaké má přínosy?

PFC neboli „Power Factor Correction” či aktivní korekce účiníku je velmi užitečná funkce, která eliminuje jeden z typických problémů se stavy vstupů u méně vyspělých driverů, které jsou bez této funkce. Na Obr. 3 jsou představeny průběhy napětí (zelená barva) a proudu (červená barva) vztahující se ke vstupu zdroje AC tohoto typu. Vlevo na obrázku je uveden průběh proudu, který odebírá zařízení bez obvodu aktivního PFC. Podíváme-li se na průběh detailněji, všimneme si, že průběh proudu je nejen posunutý vůči napětí, ale je také značně zkreslený. Tuto situaci nelze brát na lehkou váhu, protože vede ke snížení účinnosti elektrické instalace (velké proudy v poměru ke skutečně přenášenému činnému výkonu). Navíc není takový stav v souladu se zákony a je trestán energetickými závody použitím zvýšeného tarifu pro obchodní a průmyslové zákazníky. Obvod aktivního PFC používaný v driverech MEAN WELL, umožňuje stálým provozem a funkcí automatického přizpůsobení značně zmenšit zkreslení průběhu proudu a posunout mezi dva signály (jak je uvedeno vpravo na Obr. 3) a přivést účiník k hodnotě rovné nebo větší než 0,9 bez ohledu na zátěž.

Průběhy napětí Obr. 3. Průběh napětí (zeleně) a proudu (červeně) na vstupu AC driveru bez obvodu regulace účiníku (vlevo) a s obvodem Active PFC (vpravo).

Jaké jsou standardy napájení LED osvětlení?

Standardy napájení LED jsou obvykle napájení konstantním proudem (CC) nebo konstantním napětím (CV). Nejlepším způsobem, jak se dozvědět, který z nich je třeba použít, je seznámit se s technickými specifikacemi použitých dílů, dodaných výrobci.

Napájení konstantním proudem (CC)

LEDky (jednotlivé nebo spojené do série) jsou napájeny driverem, který trvale kontroluje a reguluje proud tekoucí přechody polovodičů. Příkladem tohoto typu zařízení může být rodina driverů s konstantním proudem, s nízkou úrovní zvlnění, řady HVGC firmy MEAN WELL, dostupných s výstupním proudem od 350 mA do 7 A, které jsou schopny udržet široký rozsah napětí proměnlivý v závislosti na počtu diod LED, které tvoří obvod řízený driverem.

Napájení konstantním napětím (CV)

V tomto případě driver přesně kontroluje a reguluje napětí přiváděné na LEDky, které podporují tento pracovní režim. Dodávaný proud bude záviset na počtu připojených součástek, přičemž integrovaná ochrana driveru znemožní překročení mezních hodnot předpokládaných specifikací.Řada APV firmy MEAN WELL je příkladem použití řešení „Constant Voltage”, sestává z výrobků s výstupním napětím od 5 V do 48 V, nastavitelným nebo pevným, a proudem od 0,3 A do 40 A.

Napájecí zdroj pro LED se 40 A na výstupu? K čemu je?

Bezpečnostní normy instalací osvětlení v náročných podmínkách (HazLoc, Hazardous Locations) předpokládají (v podstatě) použití zdrojů nízkého napětí. Rovněž i riziko vzniku jisker nebo elektrických oblouků musí být sníženo na minimum. V důsledku toho je při projektování instalace tohoto typu instalací preferováno paralelní spojení osvětlovacích zařízení a větší proudy, na úkor účinnosti, ale s přínosem pro bezpečnost funkce a údržbu těchto instalací.

DriverHLG-600H-12 je příkladem zařízení přizpůsobeného tomuto typu aplikací CV s velkými proudy.

Proč je napájení LED tak důležitým a rozhodujícím faktorem?

LEDky, jak všechny polovodiče, vykazují teplotní drift. V závislosti na změně teploty se mění rovněž napětí na přechodu Vf součástek. Pro jejich správné řízení je vždy potřeba zohlednit tento jev. Uvedeme praktický příklad: předpokládejme, že musíme napájet obvod sestávající z 50 sériové zapojených diod LED. Když budeme udržovat proud tímto sériovým obvodem na konstantní úrovni 0,35 A a stabilizovat teplotu přechodu na hodnotě 85 °C, dostaneme hodnotu Vf rovnou 3,2 V pro každou diodu LED (bez zohlednění eventuální tolerance součástky) a celkové napětí na výstupu driveru rovné 160 V. Nicméně však pokud bychom museli zapnout sériový obvod diod LED při výjimečně nízké teplotě, byla by situace na výstupu napájecího zdroje rozhodně jiná.

Na Obr. 4 je zobrazen vztah teploty přechodu a Vf (při velikosti proudu uvedené dříve). Můžeme si všimnout, že při 0 °C je pracovní napětí diody 3,6 V, což nám při vynásobení 50 dává konečnou hodnotu 180 V – to je hodnota, kterou musí být zdroj schopen zajistit, aby udržoval proud na konstantní úrovni (v aplikacích s konstantním proudem) nebo jej proporcionálně reguloval (v aplikacích s konstantním výkonem). Jednou z nejdůležitějších vlastností příslušného driveru je to, že má široký pracovní rozsah, který zajistí stabilní provoz LEDek ve výjimečně širokém rozsahu teplot a umožňuje zapnutí série LEDek rovněž v případě nízkých teplot (funkce „Cold Start”).

Vztah teploty a hodnoty Vf Obr. 4. Vztah teploty a hodnoty Vf

Cold Start? Co to je?

U driverů MEAN WELL dovoluje tato vlastnost modifikovat podmínky práce driveru pří zapínání osvětlovacího systému zastudena. V předchozím příkladu jsme ukázali, jakým způsobem reaguje dobrý driver na změny teploty LEDek, kdy nejen udržuje definovaný proud, ale současně kontroluje, aby celkové napětí nepřekročilo mezní hodnoty předpokládané pro daný systém. Jako vztažný bod vezměme model HLG-480H-C2100. Ze specifikací obsažených v Obr. 5 vidíme, že může generovat maximální proud 2,1 A, s maximálním výkonem 481 W a je schopen účinně regulovat napětí (v režimu konstantního proudu) v rozsahu od 114 V do 229 V.

Hlavní technické údaje driveru Obr. 5. Hlavní technické údaje driveru HLG-480H-C2100

Na Obr. 6 je uvedeno schéma, které ilustruje výše uvedený pracovní rozsah tohoto driveru (šedou barvou, pracovní rozsah napětí je na ose X, rozsah proudu na ose Y).

Pracovní rozsah pro funkci cold-start Obr. 6. Standardní (šedý) a rozšířený (bílý) pracovní rozsah pro funkci cold-start

V případě normálního provozu, po teplotním ustálení systému, se bude poměr provozu V-I vždy nacházet v této oblasti. V případě zapnutí při extrémně nízké teplotě drivery MEAN WELL chvilkově „modifikují” tyto rozsahy zvětšením pracovního napětí až o 20 % při současné redukci generovaného proudu. Tento dočasný kompromis způsobuje, že zdroj pracuje v bílé oblasti (uvedené na Obr. 6) a umožňuje tak normální spuštění systému. Po teplotním ustálení diod LED se standardní parametry předpokládané ve specifikaci zařízení vrátí.

Co je funkce „Flicker Free”?

V případě driverů LED standardní kvality při pracovních podmínkách při napětí, které se blíží mezní hodnotě regulace, ovlivňuje vysoká úroveň zvlnění s nízkým kmitočtem na výstupu první sekce zdroje práci kontroléru PWM a v důsledku toho (přes jeho poměrně vysoký spínací kmitočet) lze zrakem postřehnout „blikání” světla vyzařovaného diodami LED. Tento jev souvisí s vysokou zbytkovou hodnotou složky s kmitočtem 100 Hz, vznikající v první sekci. U výrobků MEAN WELL díky řešením zajišťujícím nízkou úroveň zvlnění v první sekcia bohaté rezervě mezi špičkovým napětí a maximální hodnotou nastavitelnou na výstupu je zaručená funkce osvětlovacího systému bez tohoto jevu.

HVGC-1000A-L-AB Obr. 7. Řada HVGC firmy Mean WELL, s velkým výkonem a všestranným použitím

Na příkladřada LDC MEAN WELL, výjimečně ceněná v instalacích domácího osvětlení, má takovou funkci.

Jak lze driver napájet?

Drivery lze principálně napájet širokým rozsahem napětí AC, které, v závislosti na modelu, může být od 90 V do více než 300 V. S přínosem pro univerzálnost mohou být některé verze napájené rovněž stejnosměrným napětím (DC) od 110 V do 430 V, v závislosti na modelu.

Jaká připojení se principiálně nacházejí na vstupu a na výstupu driveru?

Za normálních podmínek máme co do činění se vstupním připojením napájení AC nebo DC a výstupem určeným pro LED. U vyspělejších modelů najdeme kromě jednoduchých připojení I/O rovněž řídicí vstup pro nastavení (stmívání) světla emitovaného LEDkami. V některých případech nalezneme rovněž vstup pro připojení eventuálního čidla teploty okolí (NTC). Standardy připojení jsou ve většině případů 0-10 V a DALI.

V čem spočívá standard „0-10 V”?

Ovládání signálem 0-10 V je známé přes dvacet let a je jedním z nejjednodušších, nejrozšířenějších a ověřených analogových protokolů pro ovládání jasu driverů LED a napájecích zdrojů pro osvětlovací systémy. Ovládací vstup podporuje napětí DC, které může být od 0 V (odpovídající úrovni na výstupu = 0 %, světla zhasnutá) do 10 V (výstup = 100 %, plný jas). Tento systém se vyznačuje četnými přednostmi, mj.:

  • Linearitou regulace od 0 do 100 %
  • Bezpečností (v případě výpadku řídicího signálu se výstup driveru nastaví na 100 %)
  • Výjimečnou jednoduchostí, nevyžadující složitou řídicí elektroniku

Co je DALI?

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) je číslicovou evolucí standardu 0-10 V. Je to protokol nezávislý na producentech, definovaný v normě IEC62386, zaručující interoperabilitu ovládacích zařízení používaných v instalacích osvětlení. Číslicové ovládání je rozhodně univerzálnější než analogový standard 0-10 V a umožňuje ovládat a jednotlivě adresovat až 64 zařízení, které lze navíc rozdělit do 16 skupin a 16 samostatných scénářů ovládání. Navíc jeho sběrnicová topologie (BUS), jak rovněž hvězdicová, umožňuje značné zmenšení stupně složitosti kabeláže.

Mám systém domácí automatizace ve standardu KNX: existují drivery LED, které lze připojit?

Tak na příklad modely řady LCM-KN MEAN WELL. KNX je prvním standardem, který lze používat v systémech inteligentních budov (building automation), splňujícím požadavky evropských (EN50090 – EN13321-1) a světových (ISO/IEC 14543) norem. Aby se dalo spravovat větší výkony než ty, které nabízí řada LCM, lze použít vstup KNX-DALI KDA-64 a tímto způsobem ovládat jiné drivery, kompatibilní z DALI, nebo také akční prvky/stmívače řady KAA

Lze na vstupu použít řídicí signál PWM?

Samozřejmě. U modelů předpokládajících řešení tohoto typu lze ovládat osvětlení i tímto způsobem. Řídicí signál PWM (Pulse Width Modulation) obvykle využívá zdroj napájení se stejnosměrným napětím (10 V), které se následně cyklicky přerušuje na určitou dobu, čímž vzniká tzv. střída (duty cycle) trvající od 0 do 100 % užívaného časového intervalu, v souladu s Obr. 8 (ve kterém jsou představeny tři příklady s hodnotami 50, 75 a 25 %).

Duty cycle Obr. 8. Příklad střídy 50, 75 a 25 %

Na výstupu driveru dostáváme hodnoty proporcionální ke střídě vstupního signálu. Rovněž tento druh řízení (analogového) má četné přednosti související s jednoduchostí kabeláže a využitím standardu 0-10V, ale současně má četná omezení. Pro získání větší všestrannosti při použití řízení PWM lze instalovat speciální číslicové konvertory.

Jaké interfejsy lze použít pro využití tohoto typu řízení?

Konvertor DALI-PWM DAP-04 MEAN WELL umožňuje překonat hranice vycházející z použití řízení PWM tím, že udržuje na vstupu signál v souladu se standardy DALI a generuje na výstupu čtyři signály PWM (adresovatelné odděleně), dovolující řídit stejný počet driverů se vstupy PWM s logikou Active-High nebo Active-Low. Je to výjimečně užitečné řešení, dovolující připojení driverů LED, které nemají možnost číslicového řízení.

Jsou drivery LED přizpůsobeny k provozu venku?

Samozřejmě, i když ne ve všech případech. Nejlepším způsobem, jak zjistit, zda výrobek, který nás zajímá, je přizpůsoben k provozu venku (nebo v částečně zastřešených prostorách), je vyhledání jeho stupně krytí IP v technické specifikaci dodané výrobcem. Tyto kódy IP jsou stanoveny mezinárodní normou*IEC 60529** a podrobně uvádějí úroveň odolnosti elektrických zařízení vůči vodě. Principiálně se však vždy doporučuje omezit případy, kdy jsou drivery vystaveny působení atmosférických vlivů a slunečního světla. V případě pochybností je zapotřebí konzultovat se zákaznickou podporou MEAN WELL, která bude schopna označit výrobek nejvhodnější pro potřeby uživatele.

Prohlédněte si drivery LED v katalogu

TAKÉ SI PŘEČTĚTE

Váš prohlížeč již není podporován, stáhněte si novou verzi