Prezeráte si stránku pre zákazníkov z: Slovakia. Navrhovaná verzia stránky pre Vás je USA / US
Panel zákazníka
Vo Vašom košíku
Zaregistruj sa

LED driver: ako vyberať?

2020-11-04

Kým sa LED diódy dostupné na trhu používali len ako bežné kontrolky alebo displeje, ich napájanie bolo mimoriadne jednoduché a žiadne špeciálne riešenia, okrem použitia rezistorov na obmedzenie prúdu, neboli potrebné. Odkedy sa však na trhu objavili prvé stredne a vysoko výkonné komponenty určené na osvetlenie rôznych priestorov, miestností, požiadavky na napájanie sa zásadne zmenili. Aby bolo možné zabezpečiť účinnosť a trvácnosť týchto polovodičov, bolo potrebné použiť na to určené špeciálne drivery.

LED driver: ako vyberať?

Prečo nazývame tieto zariadenia „driverami”, a nie normálne „zdroje”?

Pretože driver určený na napájanie LED diód nie je iba obyčajný zdroj v tradičnom zmysle slova. Projekt, na báze ktorého je postavené toto riešenie, zohľadňuje od úplného začiatku špecifické vlastnosti LED diód kvôli zabezpečeniu ich chodu, energetickej funkčnosti a ochrane pred poškodením. Klasický napájací zdroj by toto všetko zabezpečiť nemohol a na vykonávanie rovnakých funkcií by musel byť vybavený riadiacou elektronikou.

Sú si všetky drivery dostupné na trhu navzájom podobné?

Určite nie. Medzi jednotlivými modelmi je veľa rozdielov, veľkých a podstatných, súvisiacich najmä s cieľovými aplikáciami. Ako príklad môžeme spomenúť niekoľko používateľských makrokategórií. V skratke sa pokúsime opísať ich vlastnosti, ktoré treba analyzovať v jednotlivých zariadeniach.

Osvetlenie v domácnosti

Drivery určené pre osvetlenie interiérov v domácnostiach musia spĺňať nasledujúce požiadavky:

  • Kompaktné rozmery
  • Atraktívna cena
  • Stredný až nízky výkon
  • Vysoká funkčnosť a spoľahlivosť
  • Jednoduchá montáž
  • Jednoduché a okamžité ovládanie jasu (stmievanie)
  • Životnosť

Ako príklad riešení pre túto kategóriu použitia môžeme spomenúť drivery série LDC s výkonom od 35 do 80W, ktoré dokážu riadiť LED diódy pri konštantnom výkone (CP).

V prípade aplikácií integrujúcich systémy domácej automatiky môžeme okrem uvedených riešení dosiahnuť:

  • Dostupnosť pokročilých rozhraní, takých ako DALI alebo KNX
  • Možnosť bezdrôtového ovládania

Napríklad séria LCM-BLE v sebe spája funkciu Bluetooth a Mesh Networking. Zariadenia sú jednoducho programovateľné a obsluhujú sa pomocou špeciálnej aplikácie.

Cestné osvetlenie

Ide pravdepodobne o jedno z najkritickejších použití, pretože v tomto prípade musia LEDky fungovať v náročných podmienkach bezporuchovo. Aj preto musia mať použité drivery čo najlepšie vlastnosti spojené s ovládaním, spoľahlivosťou a životnosťou.

  • Široký rozsah prevádzkových teplôt
  • Vysoká účinnosť a stabilita
  • Prevádzka pri konštantnom výkone
  • Aktívna korekcia účinníka (Active PFC)
  • Vysoký stupeň ochrany krytom IP
  • Izolačná trieda 2
  • Možnosť diaľkového ovládania pre funkciu Smart City,
  • Dokonalý pomer ceny a parametrov.

XLG-100-H-A Obrázok 1. Driver XLG-100-H-A s konštantným výkonom

Drivery zo série XLG – predstavené na Obrázku 1 – s kompaktnými rozmermi alebo zo série ELG s dokonalým pomerom ceny k ponúkaným parametrom, alebo série HLG s vysokou účinnosťou, predstavujú veľmi dobrý výber pre tento typ použitia.

Pre zabezpečenie ďalšej úspory energie boli verzie D2 série ELG (voliteľne pre model HLG) vybavené funkciou „Smart Timer Dimming”.

Čo presne znamená funkcia „Smart Timer Dimming”?

Táto funkcia umožňuje meniť percentuálnu hodnotu stmievania v priebehu 14 hodín, od 00:00 do 14:00 hod. v súlade s ľubovoľnými profilmi (interiérové osvetlenie, cestné osvetlenie alebo osvetlenie tunelov). Alternatívne možno použiť programovacie rozhranie SDP-001, umožňujúce naprogramovať driver pomocou profilov zadaných užívateľom.

Scénické osvetlenie

Aj v umeleckej branži, napríklad pri divadelných alebo hudobných predstaveniach, nachádzajú LED svetelné zdroje mimoriadne široké uplatnenie na moderných scénach.

V prípade RGBriešení sa môžu používať drivery s možnosťou regulácie napätia (CV) MEAN WELL ako vysoko stabilné napájacie zdroje pre LED ovládače v štandarde DMX, pričom sa na tento účel využíva vysoká škálovateľnosť a široký rozsah použitia. V prípade monochromatických riešení s vysokým výkonom (napríklad v bodových projektoroch so sústredeným lúčom) sa môžu používať drivery série HBG, ktoré majú pre tento účel ideálny tvar.

Osvetlenie pri intenzívnom pestovaní

LED osvetlenie používané pri intenzívnom pestovaní rastlín v skleníkoch nahradilo a zlepšilo predtým využívané svetelné zdroje, teda sodíkové výbojky. Jednoznačná zmena k lepšiemu spočívala v možnosti využiť pre dosiahnutie správneho svetla v závislosti od pestovaných rastlín a ich vývojovej fázy kombináciu LED diód v rôznych farbách. Okrem účinnosti, spoľahlivosti, izolácie a ochrany, ktorými sa vyznačovali už predošlé kategórie, sa drivery určené na tento typ použitia vyznačujú:

  • Vysokým výstupným výkonom
  • Širokým rozsahom ovládania, a to aj v prípade vysokého napätia

LCM-40KN Drivery LED série LCM
spoločnosti MEAN WELL

Zariadenia série HVGC (Obrázok 7) sú vďaka ich možnostiam mimoriadne vhodné pre použitie v poľnohospodárskom sektore. V takých prípadoch, vzhľadom na využitie veľkého výkonu, je veľmi prínosná aj možnosť zapojenia 2 fáz v trojfázovej sieti (vstup 400 V AC) výhodná pre energetickú účinnosť pri výraznom znížení vstupného prúdu. V týchto prípadoch sa ako mimoriadne vhodná ukazuje prítomnosť „Active PFC”.

V čom spočíva činnosť aktívneho PFC obvodu a aké má výhody?

PFC teda „Power Factor Correction” alebo aktívna korekcia účinníka, to je veľmi nápomocná funkcia, ktorá eliminuje jeden z typických problémov so stavom vstupov v menej pokročilých driveroch, ktoré túto funkciu nemajú. Na Obrázku 3 je zachytený priebeh napätia (zelená farba) a prúdu (červená farba) vzťahujúci sa na vstup AC zdroja tohto typu. Na ľavej strane obrázka je priebeh prúdu odoberaného zariadením bez aktívneho PFC. Pri dôkladnejšej analýze vidíme, že priebeh prúd je nielenže posunutý vo vzťahu k napätiu, ale aj to, že je výrazne deformovaný. Túto situáciu netreba podceňovať, pretože vedie k zníženiu funkčnosti elektroinštalácie (prúdy s vysokou intenzitou vo vzťahu ku skutočnému aktívnemu výkonu). Okrem toho, tento stav je v rozpore s právnymi predpismi a energetické podniky ho trestajú vyššími tarifami pre obchodných a priemyselných zákazníkov. Aktívny PFC obvod použitý v driveroch MEAN WELL umožňuje neustálou prácou a funkciou automatického prispôsobovania významne znížiť deformácie priebehu prúdu a zmeny medzi dvomi signálmi (tak, ako je to znázornené v pravej časti Obrázku 3), čím sa bez ohľadu na záťaž dostane účinník na hodnotu rovnú alebo väčšiu ako 0,9.

Priebehy napätia Obrázok 3. Priebehy napätia (na zeleno) a prúdu (na červeno) na vstupe AC drivera bez obvodu regulácie účinníka (naľavo) a s Active PFC (napravo).

Aké sú štandardy napájania LED osvetlenia LED?

Štandardy napájania LED, to je zvyčajne napájanie konštantným prúdom (CC) alebo konštantným napätím (CV). Najlepší spôsob ako zistiť, ktorú možnosť treba použiť, je pozrieť si technické špecifikácie použitých komponentov, ktoré dodávajú jednotliví výrobcovia.

Napájanie konštantným prúdom (CC)

LEDky (samostatné alebo zapojené sériovo) napája driver, ktorý neustále kontroluje a reguluje intenzitu prúdu pretekajúceho cez konektory polovodičov. Príkladom tohto typu zariadení môže byť rodina CC driverov s nízkou úrovňou pulzovania zo série HVGC od spoločnosti MEAN WELL dostupné s výstupným prúdom s hodnotou od 350 mA do 7 A, a ktoré sú schopné udržať široký rozsah napätia meniaci sa v závislosti od počtu LED diód tvoriacich driverom ovládaný obvod.

Napájanie konštantným napätím (CV)

V tomto prípade driver precízne kontroluje a reguluje napätie vstupujúce do LEDiek, ktoré podporujú tento prevádzkový režim. Dodávaný prúd bude závisieť od počtu pripojených prvkov, kým integrovaná ochrana drivera nezabráni prekročeniu hraničných hodnôt výkonu predpokladaných v špecifikácii. Sériu APV spoločnosti MEAN WELL ako príklad použitia riešenia „Constant Voltage” tvoria produkty s výstupným regulovaným alebo konštantným napätím od 5 V do 48 V a prúdom od 0,3 A do 40 A.

Zdroj pre LED z 40 A na výstupe? Na čo slúži?

Bezpečnostné normy platné pre osvetľovacie systémy v náročných podmienkach (HazLoc, Hazardous Locations) predpokladajú používanie zdrojov s nízkym napätím. Rovnako je potrebné na minimum znižovať riziko iskrenia alebo elektrických oblúkov. Aj na základe uvedeného sa pri projektovaní inštalácií tohto typu preferuje paralelné zapojenie osvetľovacích prístrojov a väčšia intenzita prúdu, síce na úkor účinnosti, ale v prospech bezpečnostnej úrovne prevádzky a údržby týchto rozvodov.

Driver HLG-600H-12 predstavuje príklad zariadenia prispôsobeného tomuto typu vysokoprúdového využitia CV.

Prečo je LED napájanie takým dôležitým a rozhodujúcim faktorom?

LEDky, podobne ako všetky polovodiče, vykazujú vlastnosti teplotného driftu. V závislosti od zmeny teploty sa mení aj napätie na konektore Vf komponentov. Aby ich bolo možné riadne ovládať, vždy je potrebné spomínaný jav zohľadniť. Načrtnime si praktickú situáciu: predpokladáme, že musíme napájať obvod pozostávajúci z 50 sériovo zapojených LED diód. Udržiavaním intenzity prúdu tohto sériového obvodu na konštantnej úrovni 0,35 A a stabilizáciou teploty konektora na úrovni 85°C, dosiahneme hodnotu Vf na úrovni 3,2 V pre každú LED diódu (bez zohľadnenia prípadných tolerancií komponentu) a celkové napätie na výstupe drivera rovnajúce sa 160 V. Ak by sme však museli zapojiť sériový obvod LED diód v mimoriadne nízkej teplote, situácia na výstupe zdroja by bola úplne odlišná.

Na Obrázku 4 je znázornený vzťah teploty konektora k Vf (pri už uvedenej hodnote prúdu). Môžeme vidieť, že pri 0°C je pracovné napätie diódy 3,6 V, čo vynásobené 50 nám dáva hodnotu 180 V – je to hodnota, ktorú musí byť zdroj schopný zabezpečiť udržiavaním prúd na konštantnej úrovni (v aplikáciách s konštantným prúdom) alebo pomerne zredukovaný (v aplikáciách s konštantným výkonom). Jednou z dôležitých vlastnosti vhodného drivera je to, že má široký prevádzkový rozsah zabezpečujúci stabilnú prácu LEDiek v mimoriadne širokom teplotnom rozsahu a umožňuje zapojenie série LEDiek aj v prípade nízkych teplôt (funkcia „Cold Start”).

Vzťah teploty a hodnoty Vf Obrázok 4. Vzťah teploty a hodnoty Vf

Cold Start? Čo je to?

V driveroch MEAN WELL umožňuje táto vlastnosť modifikovať prevádzkové podmienky drivera počas studeného zapínania osvetľovacieho systému. V predošlom príklade sme ukázali, akým spôsobom reaguje dobrý driver na teplotné zmeny LEDiek nielen udržiavaním konkrétnej hodnoty prúdu, ale aj kontrolou, či celkové napätie neprekročí limitné hodnoty predpokladané pre celý systém. Za východiskový bod môžeme považovať HLG-480H-C2100. Zo špecifikácie uvedenej na Obrázku 5 vyplýva, že môže dodávať prúd s maximálnou hodnotou 2,1 A, s maximálnym výkonom 481 W a dokáže účinne regulovať napätie (v režime konštantného prúdu) v rozsahu od 114 V do 229 V.

Hlavné technické parametre drivera Obrázok 5. Hlavné technické parametre drivera HLG-480H-C2100

Na Obrázku 6 je schéma, ktorá znázorňuje spomínaný pracovný rozsah tohto drivera (v šedej farbe, pracovný rozsah napätia je na osi X, rozsah prúdu na osi Y).

Pracovný rozsah pre funkciu cold-start Obrázok 6. Štandardný (šedý) a rozšírený (biely) pracovný rozsah pre funkciu cold-start

V normálnej prevádzke bude po teplotnej stabilizácii systému vzťah práce V-I vždy spadať do tejto zóny. V prípade zapínania pri extrémne nízkej teplote drivery MEAN WELL dočasne tieto rozsahy „modifikujú”, zvyšovaním pracovného napätia až o 20% a zároveň redukciou prúdu. Tento prechodný kompromis znamená, že zdroj pracuje v bielej zóne (znázornenej na Obrázku 6), vďaka čomu je možné systém normálne spustiť. Po tepelnej stabilizácii LED diód sa obnovia štandardné parametre predpokladané v špecifikácii zariadenia.

Čo je funkcia „Flicker Free”?

V prípade LED driverov štandardnej kvality v prevádzkových podmienkach, pri napätí v blízkosti hraničných hodnôt regulácie, vytvára vysoká úroveň pulzácie s nízkou frekvenciou na výstupe z prvej sekcie zdroja závislosť na činnosti kontroléra PWM, a preto (napriek jeho pomerne vysokej frekvencii prepínania) je možné zrakom vidieť „blikanie“ svetla produkovaného LED diódami. Tento jav je spojený s vysokou čiastkovou hodnotou s frekvenciou 100 Hz, ktorá vyplýva z prvej sekcie. V produktoch MEAN WELL je vďaka riešeniam zabezpečujúcim nízku úroveň pulzovania v prvej sekcii a dostatočnej rezerve medzi špičkovým napätím a maximálnou regulovanou hodnotou na výstupe garantované fungovanie systému osvetlenia bez tohto javu.

HVGC-1000A-L-AB Obrázok 7. Séria HVGC spoločnosti Mean WELL, s veľkým výkonom a všestranným použitím

Napríklad séria LDC MEAN WELL, mimoriadne cenená v domácich systémoch osvetlenia, je touto funkciou vybavená.

Ako sa dá napájať driver?

Drivery môžu byť napájané širokým rozsahom ACnapätia, ktoré sa v závislosti od modelu pohybuje od 90 V do viac ako 300 V. Pre všestrannosť môžu byť výhodné niektoré verzie napájané aj konštantným napätím (DC) od 110 V do 430 V, a to v závislosti od modelu.

Aké zapojenia sa nachádzajú na vstupe a výstupe drivera?

V normálnych prevádzkových podmienkach máme do činenia s vstupmi napájania AC alebo DC a výstupom určeným pre LED. V pokročilejších modeloch nájdeme okrem jednoduchých I/O aj ovládacie vstupy do regulácie (stmievania) emitovaného svetla z LEDiek. V niektorých prípadoch nájdeme aj vstup pre zapojenie prípadného teplotného senzora (NTC). Štandardy zapojenia sú vo väčšine prípadov 0-10 V a DALI.

V čom spočíva štandard „0-10 V”?

Ovládanie signálu 0-10 V je známe už viac ako dvadsať rokov a je jedným z najjednoduchších, najrozšírenejších a overených analógových protokolov ovládania jasu LED driverov a zdrojov pre systémy osvetlenia. Riadiaci vstup podporuje DC napätie, ktoré môže mať hodnotu od 0 V (zodpovedajúce úrovni na výstupe = 0%, svetlá zhasnuté) do 10 V (výstup = 100%, plný jas). Tento systém sa vyznačuje mnohými výhodami, napríklad:

  • linearitou regulácie od 0 do 100%
  • bezpečnosťou (V prípade prerušenia ovládacieho signálu je výstup drivera nastavený na 100%)
  • mimoriadnou jednoduchosťou nevyžadujúcou komplikovanú riadiacu elektroniku

Čo je to DALI?

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) je digitálna evolúcia štandardu 0-10V. Je to protokol, ktorý nie je spojený s producentmi, je definovaný v norme IEC62386, garantuje interoperabilitu riadiacich zariadení používaných v systémoch osvetlenia. Jeho ovládanie je oveľa univerzálnejšie ako v prípade analógového štandardu 0-10 V a umožňuje spájať až 64 zariadení a adries, ktoré je možné rozdeliť do 16 skupín a 16 samostatných scén. Okrem toho, jeho lineárna (BUS) hviezdicová topológia umožňuje výrazné zníženie miery komplikovanosti napájania káblov.

Mám systém domácej automatiky v štandarde KNX: existujú LED drivery, ktoré je možné zapojiť?

Áno, napríklad modely série LCM-KN MEAN WELL. KNX je prvý štandard, ktorý je vhodný na použitie v systémoch inteligentných budov (building automation), spĺňa požiadavky európskych (EN50090 – EN13321-1) a svetových noriem (ISO/IEC 14543). Pre riadenie väčšieho výkonu ako toho, ktorý ponúka séria LCM, je možné použiť vstup KNX-DALI KDA-64. Týmto spôsobom sa ovládajú iné drivery kompatibilné s DALI alebo vykonávacími prvkami/stmievačmi série KAA

Dá sa použiť na vstupe riadiaci signál PWM?

Samozrejme. V modeloch predpokladajúcich uvedené riešenie možno osvetlenie ovládať aj takýmto spôsobom. Kontrolný systém PWM (Pulse Width Modulation) zvyčajne využíva napájací zdroj s konštantným napätím (10V), ktoré je periodicky prerušované po dobu nazývanú strieda (duty cycle) trvajúcu od 0 do 100% využívaného časového intervalu, v súlade s Obrázkom 8 (ktorý znázorňuje tri príklady s hodnotami 50, 75 a 25%).

Duty cycle Obrázok 8. Príklady striedy 50, 75 a 25%

Na výstupe drivera budú dosiahnuté hodnoty proporčné k striede vstupného signálu. Aj tento druh (analógového) ovládania sa vyznačuje mnohými výhodami súvisiacimi s kabelážou a využitím štandardu 0-10V, zároveň má mnohé limity. Pre dosiahnutie väčšej všestrannosti pri používaní ovládania PWM je možné inštalovať špeciálne digitálne prevodníky.

Aké rozhrania sú použiteľné pri tomto type ovládania?

Prevodník DALI-PWM DAP-04 MEAN WELL umožňuje prekročiť hranice vyplývajúce z používania ovládania PWM použitím signálu podľa štandardov DALI na vstupe a generovaním štyroch signálov PWM (adresovateľné osobitne) na výstupe, umožňujúcich ovládať rovnaký počet driverov s vstupmi PWM s logikou Active-High alebo Active-Low. Je to mimoriadne výhodné riešenie umožňujúce zapojiť LED drivery, ktoré nemajú možnosť digitálneho riadenia.

Sú LED drivery prispôsobené na prevádzku vo vonkajšom prostredí?

Samozrejme, aj keď to neplatí vo všetkých prípadoch. Najlepším spôsobom ako zistíme, či je produkt, o ktorý sa zaujímame, prispôsobený na prevádzku vonku (alebo v čiastočne zastrešených priestoroch) je vyhľadať informácie o jeho stupni ochrany krytom IP v technickej špecifikácii dodanej výrobcom. Tieto IP kódy stanovuje medzinárodná norma IEC 60529 a podrobne opisujú úrovne vodeodolnosti elektrických prístrojov. V skutočnosti sa vždy odporúča minimalizácia prípadov, v ktorých sú drivery vystavené pôsobeniu atmosférických podmienok a slnečnému žiareniu. V prípade pochybností je potrebné kontaktovať obsluhu klienta MEAN WELL, ktorá vám poradí ten najvhodnejší produkt.

Zobraziť LED drivery v katalógu

ČÍTAŤ VIAC

Váš prehliadač už nie je podporovaný, stiahnite si novú verziu