Trình điều khiển LED (Bộ nguồn LED): Nó là gì và hoạt động như thế nào?

25/08/2020 | 63

Tóm tắt: Trình điều khiển LED là bộ não của hệ thống chiếu sáng LED. Nó cung cấp khả năng chuyển đổi nguồn, điều chỉnh tải và bảo vệ thành phần hạ nguồn. Trình điều khiển LED cũng là giao diện mà các cảm biến và mô-đun giao tiếp không dây được tích hợp để cho phép tương tác giữa người và máy cho các ứng dụng chiếu sáng thông minh.

Việc phát triển và triển khai công nghệ điốt phát quang (LED) trên toàn bộ phạm vi ứng dụng chiếu sáng đã rất ngoạn mục trong vài năm qua. Mặc dù hiệu suất chuyển đổi điện quang cao vốn có của đèn LED, đèn LED chỉ tốt như trình điều khiển của nó. Tiềm năng của công nghệ chiếu sáng mang tính cách mạng này chỉ có thể được mở ra khi các chỉ số hiệu suất của trình điều khiển đèn LED luôn khớp với các đặc tính điện của nguồn sáng LED. Một hệ thống chiếu sáng LED là sự kết hợp hiệp đồng của các nguồn ánh sáng, trình điều khiển LED , hệ thống quản lý nhiệtvà quang học. Là thành phần duy nhất ảnh hưởng đặc trưng đến hiệu suất trắc quang và chất lượng ánh sáng của đèn LED trong hệ thống chiếu sáng, trình điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng rộng rãi và chuyên sâu hơn của công nghệ LED.

Trình điều khiển LED là gì?

Trình điều khiển LED là một thiết bị điện tử điều chỉnh nguồn điện cho đèn LED hoặc một chuỗi (hoặc chuỗi) đèn LED. Đèn LED là thiết bị bán dẫn trạng thái rắn được ngâm tẩm, hoặc pha tạp, với các lớp để tạo ra một đường giao nhau pn. Khi dòng điện chạy qua các lớp pha tạp, các lỗ trống từ vùng p và các electron từ vùng n được đưa vào tiếp giáp pn. Chúng tái kết hợp để tạo ra các photon mà chúng ta coi là ánh sáng khả kiến. Sự chuyển đổi từ dòng điện sang đầu ra ánh sáng gần như tuyến tính, việc tăng dòng điện đầu vào cho phép nhiều điện tử và lỗ trống liên kết lại trong tiếp giáp pn và do đó nhiều photon hơn được tạo ra.

Trái ngược với các nguồn sáng thông thường chạy trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều (AC), đèn LED hoạt động trên đầu vào DC hoặc đầu vào sóng vuông điều chế vì điốt có phân cực. Đầu vào của tín hiệu AC sẽ làm cho đèn LED chỉ sáng lên khoảng một nửa thời gian khi tín hiệu AC là cực tính chính xác và ngay lập tức tắt theo phân cực âm. Do đó, nguồn cung cấp dòng điện một chiều không đổi ở đầu ra cố định hoặc đầu ra thay đổi trong phạm vi cho phép phải được áp dụng cho mảng LED để chiếu sáng ổn định, không nhấp nháy.

Trình điều khiển đèn LED cung cấp giao diện giữa nguồn điện (đường dây) và đèn LED (tải), chuyển đổi nguồn điện đường dây AC 50 Hz hoặc 60 Hz đến ở các điện áp như 120 Volts, 220 Volts, 240 Volts, 277 Volts hoặc 480 Volts thành dòng ra DC quy định. Có những trình điều khiển được thiết kế để chấp nhận các loại nguồn điện khác, ví dụ: nguồn DC từ các vi lưới DC hoặc Nguồn qua Ethernet (PoE). Mạch điều khiển LED phải có khả năng miễn nhiễm với các xung đột điện áp và nhiễu khác trên đường dây AC trong phạm vi thiết kế định trước đồng thời lọc ra các sóng hài trong dòng điện đầu ra để ngăn chúng ảnh hưởng đến chất lượng đầu ra của nguồn sáng LED. Trình điều khiển không chỉ đơn thuần là một bộ chuyển đổi điện năng. Một số loại trình điều khiển LED có thêm thiết bị điện tử để cho phép điều khiển chính xác công suất phát sáng hoặc hỗ trợ chiếu sáng thông minh.

Dòng điện không đổi hoặc điện áp không đổi?

Mạch điện điều chỉnh công suất đầu vào để cung cấp đầu ra điện áp không đổi thường được gọi là nguồn điện, trong khi trình điều khiển LED theo nghĩa chặt chẽ đề cập đến mạch điện cung cấp đầu ra dòng điện không đổi. Ngày nay, "trình điều khiển LED" và "nguồn cung cấp năng lượng LED" là những thuật ngữ rất mơ hồ đang được sử dụng thay thế cho nhau. Bất chấp sự mơ hồ về thuật ngữ, chúng ta không thể bỏ qua sự khác biệt nội tại giữa các sơ đồ mạch dòng điện không đổi (CC) và điện áp không đổi (CV) để điều chỉnh tải LED.

http://chieusangnguyenduy.com/san-pham/Den-led-nha-xuong/

Trình điều khiển LED hiện tại không đổi cung cấp dòng điện không đổi (ví dụ: 50mA, 100mA, 175mA, 350mA, 525mA, 700mA hoặc 1A), bất kể tải điện áp, cho mô-đun LED trong phạm vi điện áp cụ thể. Trình điều khiển có thể cấp nguồn cho một mô-đun đơn với các đèn LED được kết nối nối tiếp hoặc nhiều mô-đun LED được kết nối song song. Kết nối nối tiếp được ưu tiên trong kiến ​​trúc mạch CC vì nó đảm bảo tất cả các đèn LED có cùng dòng điện chạy qua các điểm nối bán dẫn của chúng và đầu ra ánh sáng đồng đều trên các đèn LED. Việc điều khiển nhiều mô-đun LED song song đòi hỏi một điện trở trong mỗi mô-đun LED, điều này dẫn đến hiệu suất thấp hơn và phù hợp với dòng điện kém. Hầu hết các trình điều khiển CC có thể được lập trình để hoạt động trên phạm vi dòng điện đầu ra để ghép nối chính xác giữa trình điều khiển và một mô-đun LED cụ thể. Trình điều khiển LED dòng điện không đổi được sử dụng khi đầu ra ánh sáng phải độc lập với sự dao động điện áp đầu vào. Chúng được tìm thấy trong nhiều loại sản phẩm chiếu sáng nói chung, chẳng hạn như đèn downlight, đèn hắt, đèn bàn / đèn sàn, đèn đường và đèn chiếu sáng cao, trong đó chất lượng hiện tại cao và điều khiển đầu ra chính xác là ưu tiên. Trình điều khiển CC hỗ trợ cả điều chế độ rộng xung (PWM) và giảm độ sáng dòng điện không đổi (CCR). Vận hành nguồn điện ở chế độ CC thường yêu cầu bảo vệ quá áp chỉ trong trường hợp gặp phải điện trở tải quá mức hoặc khi ngắt tải. Trình điều khiển CC hỗ trợ cả điều chế độ rộng xung (PWM) và giảm độ sáng dòng điện không đổi (CCR). Vận hành nguồn điện ở chế độ CC thường yêu cầu bảo vệ quá áp chỉ trong trường hợp gặp phải điện trở tải quá mức hoặc khi ngắt tải. Trình điều khiển CC hỗ trợ cả điều chế độ rộng xung (PWM) và giảm độ sáng dòng điện không đổi (CCR). Vận hành nguồn điện ở chế độ CC thường yêu cầu bảo vệ quá áp chỉ trong trường hợp gặp phải điện trở tải quá mức hoặc khi ngắt tải.

Trình điều khiển LED điện áp không đổi được thiết kế để vận hành các mô-đun LED ở điện áp cố định, thường là 12V hoặc 24V. Mỗi mô-đun LED có bộ điều chỉnh dòng chuyển đổi hoặc tuyến tính riêng để hạn chế dòng điện nhằm duy trì đầu ra không đổi. Thường được ưu tiên cung cấp nguồn điện áp không đổi cho nhiều mô-đun hoặc thiết bị LED được kết nối song song. Số lượng tối đa của đèn LED hoặc mô-đun LED và điện áp chuyển tiếp trên chúng không được vượt quá nguồn cung cấp năng lượng điện DC. Mạch CV phải chịu được sự tiêu tán công suất khi tải ngắn mạch. Bộ giới hạn dòng điện thường có chức năng ngắt nhiệt để bảo vệ mạch khi đặt điện áp cao hơn điện áp tối đa cho phép qua bộ giới hạn dòng điện. Trình điều khiển CV thường được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng LED điện áp thấp yêu cầu dễ dàng kết nối nhóm trong điều khiển song song, ví dụ: Dải đèn LED lái xe, mô-đun biển báo LED cho hộp đèn. Trình điều khiển điện áp không đổi chỉ có thể được làm mờ PWM.

Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch (SMPS)

Vì đèn LED rất nhạy cảm với sự dao động của dòng điện và điện áp, một trong những vai trò quan trọng nhất của trình điều khiển đèn LED là giảm sự biến đổi điện áp chuyển tiếp qua đường giao nhau bán dẫn của đèn LED. Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch hoạt động bằng cách điều chế tín hiệu điện sử dụng một hoặc nhiều phần tử chuyển mạch như MOSFET công suất ở tần số cao, do đó tạo ra cường độ định trước của nguồn điện một chiều dưới các biến đổi điện áp nguồn hoặc tải. Bộ chuyển đổi chế độ công tắc được sử dụng trong trình điều khiển LED yêu cầu năng lượng được lưu trữ dưới dạng dòng điện sử dụng cuộn cảm và / hoặc điện áp sử dụng tụ điện để duy trì dòng điện đầu ra hoặc điện áp trên tải trong chu kỳ bật / tắt chuyển mạch. Trình điều khiển AC-DC SMPS LED chỉnh lưu nguồn AC thành nguồn DC, sau đó được chuyển đổi thành nguồn DC có khả năng điều khiển đèn LED đúng cách.

Đối với việc chuyển đổi nguồn ở chế độ chuyển mạch trong trình điều khiển LED, có nhiều cấu trúc liên kết mạch khác nhau để hỗ trợ các yêu cầu tải LED. Trong số tất cả các cấu trúc liên kết của SMPS, buck, boost, buck-boost và flyback là những loại được sử dụng phổ biến nhất.

Còn được gọi là bộ chuyển đổi bước xuống, mạch buck điều chỉnh điện áp DC đầu vào xuống đến điện áp DC mong muốn bằng cách sử dụng một số phương pháp điều khiển dòng điện, bao gồm chuyển mạch đồng bộ, điều khiển từ trễ, điều khiển dòng điện đỉnh và điều khiển dòng điện trung bình. Cấu trúc liên kết buck được thiết kế cho các trình điều khiển đèn LED được cấp nguồn chính được yêu cầu để điều khiển một chuỗi dài các đèn LED, với điện áp tải được giữ dưới điện áp cung cấp. Mạch Buck cũng thường được tìm thấy trong các ứng dụng điện áp thấp nơi điện áp cung cấp đầu vào tương đối thấp (ví dụ: 12 VDC cho đèn chiếu sáng ô tô) và chỉ có một đèn LED được điều khiển. Cấu trúc liên kết buck cho phép thiết kế mạch với số lượng thành phần ít hơn trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao (90–95%). Tuy nhiên, điện áp tải của mạch buck phải nhỏ hơn 85% điện áp nguồn. Hơn thế nữa,

Bộ chuyển đổi tăng cường được thiết kế để nâng điện áp đầu vào lên điện áp đầu ra cao hơn khoảng 20% ​​hoặc hơn. Các mạch tăng cường thường yêu cầu một cuộn cảm và hoạt động ở chế độ dẫn liên tục (CCM) hoặc chế độ dẫn không liên tục (DCM), được xác định bởi dạng sóng của dòng điện dẫn. Bộ chuyển đổi tăng cường công suất thấp có thể sử dụng một máy bơm sạc, thay vì một cuộn cảm, sử dụng tụ điện và công tắc để tăng điện áp đầu ra cao hơn điện áp cung cấp. Bộ chuyển đổi dựa trên cuộn cảm mang lại lợi thế về số lượng thành phần thấp và hiệu suất hoạt động cao (lớn hơn 90%). Nhược điểm của cấu trúc liên kết này là nó không cung cấp sự cách ly giữa các mạch đầu vào và đầu ra. Bộ chuyển đổi tăng cường xuất ra dạng sóng xung và do đó yêu cầu tụ điện đầu ra lớn để giảm gợn sóng hiện tại.

Bộ chuyển đổi Buck-boost có thể cung cấp đầu ra cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong đó điện áp đầu vào tăng và giảm với sự thay đổi lớn (không quá 20%). Các dao động điện áp đầu vào kiểu này thường xảy ra trong các ứng dụng chiếu sáng chạy bằng pin, ví dụ: chiếu sáng gắn trên xe cho máy xây dựng và máy nông nghiệp (xe nâng, máy kéo, máy gặt, máy đào, máy cày tuyết, v.v.) cũng như xe tải và xe buýt. Hai loại bộ chuyển đổi thường thấy trong các ứng dụng tăng cường buck được gọi là SEPIC (bộ chuyển đổi điện cảm chính một đầu) và Cuk. Bộ chuyển đổi SEPIC có đặc điểm là sử dụng hai cuộn cảm, tốt nhất là cuộn cảm kép có kích thước nhỏ, độ tự cảm rò rỉ thấp và khả năng tăng khả năng ghép nối của các cuộn dây để cải thiện hiệu suất mạch. Trong kiến ​​trúc SEPIC, phần tăng cung cấp hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) và phần buck tạo ra điện áp bằng, thấp hơn hoặc cao hơn điện áp đầu vào, trong khi cực tính đầu ra của cả hai phần vẫn như nhau. Cấu trúc liên kết Cuk kết hợp dòng điện đầu ra liên tục của một buck và dòng điện đầu vào liên tục của bộ tăng áp, mang lại cho Cuk hiệu suất EMI tốt nhất và cho phép giảm điện dung khi cần thiết. Bộ chuyển đổi buck-boost là một mạch điều khiển không bị cô lập. Giống như bộ chuyển đổi tăng áp, bộ chuyển đổi tăng cường buck yêu cầu bảo vệ quá áp để ngăn ngừa thiệt hại do điện áp quá cao trong trường hợp điều kiện tải mở. trong khi cực đầu ra của cả hai phần vẫn như nhau. Cấu trúc liên kết Cuk kết hợp dòng điện đầu ra liên tục của một buck và dòng điện đầu vào liên tục của bộ tăng áp, mang lại cho Cuk hiệu suất EMI tốt nhất và cho phép giảm điện dung khi cần thiết. Bộ chuyển đổi buck-boost là một mạch điều khiển không bị cô lập. Giống như bộ chuyển đổi tăng áp, bộ chuyển đổi tăng cường buck yêu cầu bảo vệ quá áp để ngăn ngừa thiệt hại do điện áp quá cao trong trường hợp điều kiện tải mở. trong khi cực đầu ra của cả hai phần vẫn như nhau. Cấu trúc liên kết Cuk kết hợp dòng điện đầu ra liên tục của một buck và dòng điện đầu vào liên tục của một bộ tăng cường, mang lại cho Cuk hiệu suất EMI tốt nhất và cho phép giảm điện dung khi cần thiết. Bộ chuyển đổi buck-boost là một mạch điều khiển không bị cô lập. Giống như bộ chuyển đổi tăng áp, bộ chuyển đổi tăng cường buck yêu cầu bảo vệ quá áp để ngăn ngừa thiệt hại do điện áp quá cao trong trường hợp điều kiện tải mở.

Mạch chuyển mạch flyback là một bộ chuyển đổi chế độ dẫn không liên tục cung cấp cách ly nguồn điện xoay chiều, lưu trữ năng lượng và chia tỷ lệ điện áp. Nó rất giống một bộ chuyển đổi buck-boost, nhưng với phần tách cuộn cảm để tạo thành một máy biến áp. Máy biến áp flyback có ít nhất hai cuộn dây không chỉ cung cấp cách ly hoàn toàn giữa các mạch đầu vào và đầu ra của nó mà còn cho phép tạo ra nhiều hơn một điện áp đầu ra ở các cực khác nhau. Cuộn sơ cấp nối với nguồn điện đầu vào, cuộn thứ cấp nối với tải. Năng lượng từ trường được lưu trữ trong máy biến áp khi công tắc đang bật và đồng thời diode bị phân cực ngược (tức là bị chặn). Khi công tắc tắt, điốt được phân cực thuận và năng lượng từ trường được giải phóng bằng dòng điện chạy ra khỏi cuộn thứ cấp. Một số mạch quay lại sử dụng cuộn dây thứ ba, được gọi là bootstrap hoặc cuộn dây phụ, để cấp nguồn cho IC điều khiển. Kiểm soát chính xác hơn điện áp trung bình trên tụ điện, được sử dụng để duy trì dòng điện trong tải LED khi bộ chuyển đổi ở bước đầu tiên, yêu cầu phản hồi cách ly, thường thông qua bộ ghép quang. Mạch xoay ngược có thể được thiết kế cho nhiều loại điện áp cung cấp và đầu ra, với sự cách ly khỏi điện áp cao nguy hiểm. Tuy nhiên, các mạch này kém hiệu quả hơn (75 - 85%, hiệu suất cao hơn có thể do sử dụng các bộ phận đắt tiền). Mạch xoay ngược có thể được thiết kế cho nhiều loại điện áp cung cấp và đầu ra, với sự cách ly khỏi điện áp cao nguy hiểm. Tuy nhiên, các mạch này kém hiệu quả hơn (75 - 85%, hiệu suất cao hơn có thể do sử dụng các bộ phận đắt tiền). Các mạch xoay ngược có thể được thiết kế cho nhiều loại điện áp cung cấp và đầu ra, với sự cách ly khỏi điện áp cao nguy hiểm. Tuy nhiên, các mạch này kém hiệu quả hơn (75 - 85%, hiệu suất cao hơn có thể do sử dụng các bộ phận đắt tiền).

Cung cấp điện tuyến tính

Một nguồn điện tuyến tính sử dụng phần tử điều khiển (chẳng hạn như tải điện trở) hoạt động trong vùng tuyến tính của nó để điều chỉnh đầu ra. Trong loại mạch điều khiển LED này, điện áp chạy qua điện trở cảm nhận dòng điện được so sánh với điện áp tham chiếu trong vòng phản hồi để tạo ra tín hiệu điều khiển. Bộ điều khiển được vận hành trong vùng tuyến tính của hệ thống phản hồi vòng kín sẽ điều chỉnh điện áp đầu ra cho đến khi dòng điện chạy qua điện trở cảm ứng phù hợp với điện áp phản hồi. Do đó, dòng điện được phân phối đến chuỗi LED được duy trì miễn là điện áp chuyển tiếp không vượt quá điện áp đầu ra giới hạn thời gian bỏ qua. Trình điều khiển tuyến tính chỉ cung cấp chuyển đổi bước xuống, có nghĩa là điện áp tải phải được giữ thấp hơn điện áp cung cấp. Nếu điện áp tải cao hơn điện áp cung cấp hoặc điện áp cung cấp có sự thay đổi lớn,

Các ứng dụng sử dụng nguồn điện xoay chiều, có yêu cầu khắt khe về điều chỉnh điện áp, thường sử dụng bộ điều chỉnh tuyến tính chuyển mạch để điều khiển đèn LED với một chuỗi dài các đèn LED mắc nối tiếp. Bộ điều chỉnh tuyến tính chuyển mạch là sự kết hợp của nhiều bộ điều chỉnh tuyến tính được tích hợp hoặc xếp tầng ở dạng mô-đun. Thông thường được thiết kế trong các gói IC gắn trên bề mặt, các bộ điều chỉnh tuyến tính này được sử dụng để điều chỉnh thông minh số lượng đèn LED tải được kết nối trong một chuỗi trong chu kỳ đường dây điện sao cho điện áp tải phù hợp với điện áp nguồn AC tức thời.

Trình điều khiển LED tuyến tính cung cấp một giải pháp cực kỳ đơn giản giúp loại bỏ nhu cầu về cuộn dây, tụ điện cồng kềnh và tốn kém và các phần tử lọc EMI / EMC đầu vào phản kháng (ví dụ: cảm ứng và / hoặc điện dung). Số lượng bộ phận thấp đáng kể và việc sử dụng các thành phần trạng thái rắn cho phép bộ điều chỉnh tuyến tính chuyển mạch được giảm kích thước thành một chip IC nhỏ gọn. Điều này làm cho các trình điều khiển tuyến tính trở thành một ứng cử viên cạnh tranh cho đèn LED mà chi phí và kích thước vật lý là những cân nhắc thiết kế quan trọng. Với khả năng tạo ra tải điện trở làm mờ đáng kể tương tự như đèn sợi đốt, các trình điều khiển LED tuyến tính có khả năng tương thích chung với các bộ điều chỉnh độ sáng cắt pha (TRIAC) kế thừa được thiết kế để làm mờ tải điện trở.

Đặc trưng bởi khả năng cạnh tranh về chi phí, khả năng miễn nhiễm EMI / EMC, diện tích nhỏ và thiết kế đơn giản, cấu trúc liên kết dẫn động tuyến tính đang ngày càng được quan tâm trong ngành. Tuy nhiên, các trình điều khiển tuyến tính đang phải vật lộn với những nhược điểm cố hữu của chúng khiến họ không thể tham gia vào các ứng dụng chính thống trong khá nhiều loại sản phẩm.

1. Trình điều khiển LED tuyến tính có thể có hiệu suất thấp khi điện áp nguồn chạy cao hơn đáng kể so với điện áp tải.

2. Năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng nhiệt năng, dẫn đến tăng ứng suất nhiệt trên mạch trình điều khiển và rất có thể trên các đèn LED cũng như nếu nhiệt không được tản nhiệt hiệu quả.

3. Hạn chế của việc phải giữ điện áp tải thấp hơn điện áp cung cấp trong một phạm vi nhất định dẫn đến một nhược điểm nữa là chỉ cho phép một phạm vi điện áp cung cấp hạn chế.

4. Các trình điều khiển tuyến tính có sẵn trên thị trường là các mạch chi phí thấp chiếm ưu thế, không có sự cân nhắc đặc biệt về việc loại bỏ nhấp nháy.

5. Cấu trúc liên kết không cách ly không cung cấp cách ly điện từ nguồn điện AC.

Đã chuyển đổi Vs. Tuyến tính

Thiết kế của một trình điều khiển LED liên quan đến nhiều thỏa hiệp. Việc lựa chọn giữa SMPS và trình điều khiển tuyến tính phải tính đến chi phí, hiệu quả, khả năng kiểm soát, tuổi thọ, độ mờ, kích thước, hệ số công suất, nhấp nháy, đầu vào / đầu ra, cách ly nguồn AC và nhiều yếu tố khác.

Bộ nguồn chuyển mạch rõ ràng là hiệu quả hơn bộ nguồn tuyến tính vì điều chế "0/1" (chuyển mạch BẬT / TẮT) của chúng. Chúng có thể được thiết kế để mang lại hiệu quả sử dụng điện năng cao cũng như chiếu sáng không bị nhấp nháy trong khi vẫn duy trì hệ số công suất cao và độ méo hài tổng thấp (THD). Trong khi trình điều khiển LED tuyến tính đã được hình dung là một giải pháp lái xe LED tương lai, SMPS, trong tương lai gần, vẫn là giải pháp lái xe LED được ưa thích cho các ứng dụng mà hiệu quả, kiểm soát ánh sáng, chất lượng ánh sáng và an toàn điện là mối quan tâm hàng đầu. Đặc biệt, khả năng điều khiển kỹ thuật số của trình điều khiển SMPS, được trang bị công nghệ cảm biến thông minh và kết nối không dây, hứa hẹn sẽ kích hoạt nhiều loại ứng dụng. Điều chế kỹ thuật số cho phép mã hóa dữ liệu ở dạng nhị phân cho giao tiếp không dây quang tốc độ cao, giúp mở rộng đáng kể tiềm năng ứng dụng của trình điều khiển SMPS.

http://chieusangnguyenduy.com/san-pham/Den-led-nha-xuong/

Tuy nhiên, các tính năng hấp dẫn của trình điều khiển SMPS đạt được với chi phí phụ thuộc vào các thành phần phản kháng cồng kềnh, đắt tiền và không đáng tin cậy, chẳng hạn như máy biến áp, cuộn cảm và tụ điện. Hoạt động chuyển mạch tốc độ cao gây ra nhiều tiếng ồn, do đó dẫn đến mức độ nhiễu điện từ tương đối cao mà phải được lọc và sàng lọc bằng cách sử dụng các mạch bổ sung. Các mạch bổ sung này có thể làm tăng đáng kể kích thước vật lý và tăng gấp đôi chi phí tổng thể của trình điều khiển LED.

Nhược điểm lớn nhất của trình điều khiển SMPS, cũng là đặc điểm hấp dẫn nhất của trình điều khiển tuyến tính, là độ tin cậy của chúng. Mạch điều khiển SMPS sử dụng một số lượng lớn các thành phần bao gồm bộ lọc, bộ chỉnh lưu, mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC), v.v. Thiết kế phức tạp có thể làm giảm độ tin cậy của mạch. Việc sử dụng rộng rãi các tụ điện nhôm trong PFC như một thành phần lưu trữ năng lượng gây ra mối quan tâm lớn nhất về độ tin cậy của trình điều khiển SMPS. Tụ điện được biết đến với giá trị điện dung cao và định mức điện áp cao. Tuy nhiên, chất điện phân trong tụ điện sẽ bay hơi theo thời gian. Tốc độ bay hơi tương quan tuyến tính với nhiệt độ. Nhiệt độ cao sẽ làm tăng tốc độ bay hơi của chất điện phân, làm giảm điện dung và tăng ESR (điện trở nối tiếp tương đương). ESR tăng dẫn đến gợn và nhiễu điện áp đầu ra cao. Và cuối cùng tụ điện bị hỏng khi chất điện phân bị khô, dẫn đến sự cố sớm của toàn bộ hệ thống chiếu sáng. Hoạt động chuyển mạch tốc độ cao có thể tạo ra nhiễu điện từ (EMI) gây ảnh hưởng xấu đến các phần tử mạch xung quanh. Điều này đặt ra một thách thức thiết kế bổ sung cần vượt qua. Việc sử dụng bộ lọc tiếng ồn dẫn đến tăng khối lượng và trọng lượng cũng như chi phí sản xuất.

Mặt khác, trình điều khiển tuyến tính có một tiềm năng lớn do những lợi thế đã đề cập trước đó. Chúng thường tồn tại lâu hơn các trình điều khiển SMPS, đơn giản hóa thiết kế đèn, mang lại chi phí và giảm đáng kể BOM. Tuy nhiên, thật khó để thiết kế một trình điều khiển tuyến tính với hiệu suất chuyển đổi và giảm thiểu nhấp nháy tương đương với mạch SMPS. Công nghệ này hiện đang được sử dụng một cách lạm dụng. Phần lớn các nhà sản xuất chiếu sáng chỉ coi nó như một giải pháp lái xe chi phí thấp. Mặc dù có thể chấp nhận sử dụng trình điều khiển tuyến tính trong đèn điện LED cho các ứng dụng nơi ánh sáng chất lượng cao và cách ly nguồn AC không phải là ưu tiên hàng đầu (ví dụ: chiếu sáng ngoài trời), một số nhà sản xuất đang cố gắng kết hợp giải pháp dẫn động LED chi phí thấp này với yêu cầu thị giác,

Driver-on-Board (DOB)

DOB là một triển khai điển hình của cấu trúc liên kết dẫn động tuyến tính. Còn được gọi là động cơ đèn LED AC , mô-đun LED DOB chứa các đèn LED và tất cả thiết bị điện tử điều khiển trên bảng mạch in lõi kim loại (MCPCB). Công nghệ DOB tận dụng khả năng gắn MCPCB của các IC điều khiển điện áp cao (bộ điều chỉnh tuyến tính chuyển mạch). Không giống như mạch trình điều khiển SMPS phải được gắn trên PCB FR4 được định tuyến, các IC trình điều khiển gắn trên bề mặt này có thể được hàn với MCPCB gắn trên đèn LED mà không cần định tuyến mạch. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn nhu cầu lắp ráp trình điều khiển chuyên dụng và do đó cho phép một hệ số hình thức nhỏ gọn. Một lợi ích khác của thiết kế DOB là khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời của MCPCB có thể tạo điều kiện tản nhiệt nhanh chóng do chuyển đổi trình điều khiển tuyến tính không hiệu quả.

Sử dụng điện

Quá trình xử lý năng lượng diễn ra bên trong SMPS thường làm tiêu hao năng lượng của nó không đồng đều do điều chế xung hiện tại. Cách mà các bộ điều chỉnh chuyển mạch hút các xung dòng điện từ lưới điện có thể tạo ra các đoạn gấp khúc và biến dạng trong dạng sóng dòng điện cũng như cầu chì nối và bộ ngắt mạch ở các mức công suất thấp hơn khả năng của đường dây điện. Sự hiện diện của những biến dạng hài và tải phi tuyến này có thể dẫn đến các vấn đề khác nhau như quá nóng của dây dẫn trung tính và máy biến áp phân phối, hỏng hóc hoặc trục trặc của thiết bị phát và phân phối điện, nhiễu với các mạch thông tin liên lạc, v.v. Theo quan điểm hữu ích, các nhiễu gây hại này từ thiết bị điện hạ lưu phải bị cấm.

Hệ số công suất là tỷ số giữa công suất sử dụng và công suất được giao và được biểu thị bằng một số từ 0 đến 1. Một tải thuần trở có hệ số công suất bằng 1 vì dòng điện tạo ra chính xác cùng pha với điện áp đường dây. Tuy nhiên, các phần tử phản kháng như tụ điện và cuộn cảm của trình điều khiển đèn LED tạo ra một dòng điện phản kháng bổ sung rất khó đo và do đó các công ty tiện ích không thể thu được doanh thu từ đó. Quan trọng nhất, công suất phản kháng này sẽ làm cho công suất được phân phối (công suất biểu kiến) lớn hơn công suất thực sự yêu cầu của đèn điện LED. Điều này có thể làm cho cơ sở hạ tầng của tiện ích hoạt động trên công suất và có thể phát sinh thiệt hại nếu không có biện pháp bảo vệ cơ sở hạ tầng không bị quá tải do công suất phản kháng bổ sung. PF càng gần 1, các dạng sóng dòng điện và điện áp phù hợp càng chặt chẽ. Khi PF giảm, nhiều điện năng bị lãng phí hơn dưới dạng công suất phản kháng. Trong các lĩnh vực thương mại và công nghiệp, các tiện ích thường sẽ tính phụ phí cho người dùng cuối sử dụng thiết bị điện có PF thấp để bù lại chi phí phát và truyền tải tăng lên.

Hệ số công suất của đèn LED hoặc bộ đèn đã trở thành một yêu cầu kỹ thuật ở nhiều thị trường. Chỉ thị của Liên minh Châu Âu yêu cầu sản phẩm LED có công suất tiêu thụ trên 25 W phải có PF cao hơn 0,9. Tại Mỹ, cả Design Light Consortium (DLC) và Energy Star đều có các quy định về PF tương tự như Châu Âu. Bang California có quy định rõ ràng về giá trị PF phải lớn hơn 0,9 đối với tất cả các mức công suất của đèn LED chiếu sáng dân dụng và thương mại. Để đáp ứng các giá trị PF quy định, trình điều khiển LED cấp nguồn được thiết kế cho các ứng dụng nguồn điện xoay chiều phải sử dụng một số hình thức hiệu chỉnh hệ số công suất để duy trì hệ số công suất cao trên dải điện áp đầu vào rộng. Mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) thường được sử dụng để giảm thiểu công suất phản kháng và tối đa hóa công suất khả dụng từ nguồn và cáp phân phối.

Tổng độ méo hài (THD) thường xuất hiện trong cùng một nhịp với vấn đề PF thấp. THD là phép đo độ méo dạng sóng hiện tại do tải điện phi tuyến tính như tải chỉnh lưu gây ra. Các dạng sóng dòng điện bị biến dạng có thể làm giảm PF và tạo ra biến dạng hài. Méo hài cũng xảy ra khi tải tạo ra dòng điện không giống hình sin thực. THD được biểu thị dưới dạng phần trăm. Giá trị càng thấp càng tốt. THD cao có thể gây ra sự cố bên trong thiết bị phân phối điện. Vì vậy, điều quan trọng là các trình điều khiển LED phải đáp ứng các giá trị THD quy định (thường ít hơn 20%) trên toàn bộ dải điện áp đầu vào. THD bị triệt tiêu bởi mạch hiệu chỉnh hệ số công suất, mạch này phải định hình hiệu quả dòng điện đầu vào để đảm bảo tạo ra năng lượng tối thiểu ở tần số cao hơn.

Cả PF và THD đều có thể bị ảnh hưởng bởi độ mờ. Do đó, cần phải đo PF và THD ở các đầu ra đầy đủ và mờ.

Kiểm soát độ sáng

Việc chuyển đổi từ công nghệ chiếu sáng truyền thống sang chiếu sáng trạng thái rắn được thúc đẩy bởi nhu cầu về hiệu quả, khả năng kiểm soát và tương tác cao hơn. Trọng tâm của điều khiển ánh sáng là công nghệ làm mờ là một chức năng không thể thiếu của hệ thống quản lý ánh sáng. Một trong những ưu điểm của đèn LED là khả năng phản ứng tức thời với những thay đổi trong công suất đầu vào được điều chỉnh bởi trình điều khiển đèn LED. Hiệu suất làm mờ của trình điều khiển LED ngày càng quan trọng khi ánh sáng trở nên kết nối hơn và thích ứng hơn với nhu cầu và sở thích của người dùng. Các điều khiển dimmer-to-driver được sử dụng phổ biến nhất bao gồm triac (triode cho dòng điện xoay chiều), 0-10V và DALI (Giao diện chiếu sáng địa chỉ kỹ thuật số). Điều chế độ rộng xung (PWM) và giảm dòng không đổi (CCR) là các phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để làm mờ tải LED từ trình điều khiển.

 

Bộ điều chỉnh độ sáng pha hoạt động bằng cách cắt bớt các phần của chu kỳ điện áp AC để điều khiển công suất ánh sáng. Mạch điều khiển pha bao gồm điều khiển pha thuận 2 dây (cạnh đầu), điều khiển pha ngược 2 dây (cạnh sau) và điều khiển pha thuận 3 dây (cạnh dẫn). Điều khiển pha mờ thường được sử dụng trong các ứng dụng trang bị thêm nơi kéo dây mạch nhánh mới hoặc bổ sung hoặc dây điều khiển phía sau có thể phức tạp và tốn kém. Tuy nhiên, trình điều khiển LED phải được thiết kế để nhận biết và phản hồi các tín hiệu điện áp từ mạch làm mờ. Không giải thích được đầu ra góc pha thay đổi từ điều khiển pha mờ có thể tạo ra nhấp nháy và giảm phạm vi làm mờ.

0-10V là phương pháp làm mờ 4 dây (Nóng và Trung tính, cộng với 2 dây điều khiển điện áp thấp) và đôi khi được gọi là làm mờ 1-10V vì hầu hết các trình điều khiển có thể điều chỉnh độ sáng 0-10V điển hình chỉ có thể được làm mờ từ 100% (10V ) xuống 10% (1V) và 0V tắt đèn. Trong phương pháp này, trình điều khiển là nguồn hiện tại cho tín hiệu DC và do đó đáng tin cậy với độ mờ xảy ra trong trình điều khiển. Mạch điều khiển gửi tín hiệu điều khiển điện áp thấp để điều chỉnh đầu vào cho trình điều khiển bằng cách thay đổi điện áp giữa 1V và 10V DC. Vì tín hiệu điều khiển là một điện áp tương tự nhỏ, nên việc chạy dây dài có thể gây ra sụt áp và giảm mức tín hiệu. 0-10V là một giao thức điều khiển phổ biến trong ngành công nghiệp chiếu sáng và nhận thấy sự phổ biến của nó trong các ứng dụng chiếu sáng thương mại. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn làm mờ 0-10V cho các ứng dụng kiến ​​trúc ở Hoa Kỳ không xác định giá trị của công suất ánh sáng tối thiểu và giải quyết hình dạng của đường cong làm mờ. Điều này có thể gây ra sự không tương thích giữa các điều khiển và thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau.

DALI, với khả năng cung cấp địa chỉ của từng đồ đạc riêng lẻ và phản hồi trạng thái từ tải, mang lại sự linh hoạt tuyệt vời trong việc điều khiển ánh sáng thông qua hệ thống 4 dây (Nóng và Trung tính, cộng với 2 dây liên kết cấu trúc liên kết dữ liệu điện áp thấp). DALI thường được sử dụng khi chiến lược điều khiển yêu cầu thiết bị chiếu sáng phải phản hồi với nhiều bộ điều khiển (ví dụ: công tắc điều khiển bằng tay và cảm biến chiếm chỗ ). DALI là một giao thức hai chiều và hệ thống chiếu sáng DALI có thể hoạt động tới 64 điểm điều khiển (trình điều khiển, bộ điều chỉnh độ sáng, rơ le) mà không cần sử dụng bộ điều khiển trung tâm. Giao thức DALI sử dụng tính năng làm mờ logarit cung cấp 256 bước độ sáng với đường cong làm mờ tiêu chuẩn trong phạm vi 0,1% đến 100%.

PWM kiểm soát độ sáng của đèn LED bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc của dòng điện không đổi ở tốc độ xung đủ cao để mắt người không thể nhận thấy. Tỷ lệ giữa thời gian bật và thời gian tắt xác định cường độ ánh sáng cảm nhận. Điều chế độ rộng xung giữ cho dòng thuận không đổi, giúp loại bỏ mối lo ngại về sự thay đổi màu sắc và do đó rất thuận lợi cho các ứng dụng yêu cầu CCT nhất quán trên một dải mờ rộng. Làm mờ PWM thường được sử dụng để điều chỉnh cường độ tĩnh và động với nguồn ánh sáng trắng cũng như đèn LED RGB. Trong các ứng dụng trộn màu RGB, tính năng làm mờ PWM cho phép điều chỉnh chính xác độ sáng của các nguồn riêng lẻ để mang lại màu sắc mong muốn. Tuy nhiên, chuyển mạch tốc độ cao có thể tạo ra nhiễu điện từ.

CCR hoặc độ mờ tương tự điều chỉnh cường độ ánh sáng bằng cách thay đổi dòng điện một chiều chạy qua đèn LED. Bởi vì dòng điện được thay đổi tuyến tính, CCR về cơ bản là không có nhấp nháy. Tính năng làm mờ dòng điện liên tục cũng có thể hoạt động trên phạm vi đầu ra ánh sáng rộng hơn so với tính năng làm mờ cắt theo pha điển hình. Các nhược điểm của CCR bao gồm hiệu suất kém ở dòng điện thấp (dưới 10%), sự thay đổi màu sắc của đèn LED khi làm mờ đèn LED đến 20% đầu ra danh định và phản ứng không đồng bộ ở dòng cao hơn do hiệu ứng độ dốc. Mạch làm mờ CCR có thể được điều khiển thông qua nhiều giao thức, chẳng hạn như 0-10V, DALI và ZigBee. CCR và PWM có thể được kết hợp để tạo ra độ mờ lai để có thể thu hoạch được những ưu điểm của cả hai kỹ thuật.

Giảm thiểu nhấp nháy

Hiện tượng nhấp nháy là sự điều biến biên độ của đầu ra ánh sáng có thể gây ra bởi sự dao động điện áp trong nguồn điện xoay chiều, gợn sóng dư trong dòng điện đầu ra được cung cấp cho tải LED hoặc tương tác không tương thích giữa mạch làm mờ và nguồn cung cấp điện LED. Hiện tượng nhấp nháy có thể gây ra các hiện tượng tạo tác ánh sáng tạm thời (TLA) khác, bao gồm hiệu ứng kính nhấp nháy (nhận thức sai về chuyển động) và mảng ảo (mẫu xuất hiện khi mắt di chuyển). TLA có cả dạng hữu hình và vô hình. Hiện tượng nhấp nháy xảy ra ở tần số 80 Hz trở xuống có thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt và nhấp nháy không nhìn thấy là các biến thể theo thời gian xảy ra ở tần số 100 Hz trở lên. Hiệu ứng nhấp nháy và mảng ảo thường sẽ xảy ra trong dải tần từ 80 Hz đến 2 kHz, khả năng hiển thị của chúng thay đổi theo từng quần thể.

Hiện tượng nhấp nháy và các TLA khác là dạng phát ra ánh sáng theo thời gian không mong muốn có thể gây mỏi mắt, mờ mắt, khó chịu về thị giác, giảm hiệu suất thị giác và trong một số trường hợp, thậm chí là đau nửa đầu và co giật động kinh cảm quang. Do đó, chúng là một trong những yếu tố cần cân nhắc khi đánh giá chất lượng ánh sáng. Mục đích sử dụng của ánh sáng nhân tạo đóng một vai trò quan trọng. Các tình huống ánh sáng khác nhau có thể chịu được các mức độ tạo tác ánh sáng thời gian khác nhau. TLA có thể ít được quan tâm hơn đối với đường, bãi đậu xe và chiếu sáng kiến ​​trúc ngoài trời, hoặc các ứng dụng khác mà thời gian tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo bị hạn chế. Không nên sử dụng ánh sáng nhân tạo có tỷ lệ nhấp nháy cao cho cả ánh sáng xung quanh và chiếu sáng công việc trong nhà, văn phòng, lớp học, khách sạn, phòng thí nghiệm và không gian công nghiệp. Ánh sáng không nhấp nháy không chỉ quan trọng đối với các tác vụ hình ảnh đòi hỏi định vị chính xác của mắt và môi trường nơi dân cư nhạy cảm dành thời gian đáng kể, mà còn rất mong muốn cho việc phát sóng HDTV, chụp ảnh kỹ thuật số và ghi chuyển động chậm trong studio, sân vận động và phòng tập thể dục. Máy quay video có thể nhận TLA theo cách giống như mắt người phát hiện các hiệu ứng này.

Chìa khóa để giảm thiểu nhấp nháy nằm ở trình điều khiển LED được thiết kế để điều chỉnh nguồn AC thương mại thành nguồn DC và lọc ra bất kỳ gợn dòng điện không mong muốn nào. Các gợn sóng đủ lớn, thường xuất hiện ở tần số gấp đôi tần số của điện áp nguồn AC, trong dòng điện một chiều được cung cấp cho tải LED dẫn đến nhấp nháy và các dị thường hình ảnh khác ở tần số 100/120 Hz. Do đó, mức độ gợn dòng cho phép trong đèn LED, chẳng hạn như độ gợn sóng ± 15% (tổng cộng là 30%), phải được xác định trong trình điều khiển đèn LED cho các ứng dụng khác nhau có vấn đề về nhấp nháy. Các gợn sóng có thể được làm mịn bằng cách sử dụng một tụ lọc. Một trong những thách thức lớn trong thiết kế trình điều khiển là lọc ra các gợn sóng và sóng hài mà không sử dụng tụ điện điện áp cao cồng kềnh, tuổi thọ ngắn ở phía sơ cấp. Các động cơ LED AC vốn dễ bị hiện tượng nhấp nháy bởi vì các đèn LED trên thực tế chạy từ điện áp DC trung gian về cơ bản trong hệ thống chiếu sáng LED dựa trên SMPS. Sự thay đổi nhanh chóng về cực tính làm tăng cường độ nhấp nháy ở tần số gấp đôi tần số hình sin xoay chiều. Mặc dù sự đơn giản trong thiết kế mạch, cần phải có thêm mạch để giảm hiệu quả sự thay đổi theo thời gian trong nguồn điện.

Các tiêu chuẩn để hạn chế nhấp nháy cho các ứng dụng khác nhau vẫn chưa được thiết lập. IES đã thiết lập hai số liệu để định lượng nhấp nháy. Phần trăm nhấp nháy đo sự thay đổi tương đối trong điều chế ánh sáng (độ sâu điều biến). Chỉ số nhấp nháy là một số liệu đặc trưng cho sự biến đổi cường độ trên toàn bộ dạng sóng tuần hoàn (hoặc chu kỳ nhiệm vụ, đối với dạng sóng vuông). Phần trăm nhấp nháy được người tiêu dùng nói chung biết đến nhiều hơn. Nói chung, 10% nhấp nháy trở xuống ở 120 Hz hoặc 8% nhấp nháy hoặc ít hơn ở 100 Hz là có thể chấp nhận được đối với hầu hết mọi người, ngoại trừ những người có nguy cơ, 4% nhấp nháy trở xuống ở 120 Hz hoặc 3% nhấp nháy trở xuống ở 100 Hz được coi là an toàn cho mọi người dân và rất mong muốn trong các ứng dụng trực quan chuyên sâu. Không may, một số lượng lớn các loại đèn LED và bộ đèn đang cung cấp trên thị trường có tỷ lệ nhấp nháy cao. Đặc biệt, đèn LED AC có độ nhấp nháy thường cao hơn 30% ở 120 Hz.

Bảo vệ mạch

Tùy thuộc vào cấu trúc liên kết trình điều khiển, thiết kế mạch và môi trường ứng dụng, trình điều khiển LED có thể chạy chống lại sự bất thường của tải và các điều kiện hoạt động bất thường như quá dòng, quá áp, kém áp, ngắn mạch, hở mạch, phân cực không đúng, mất trung tính và quá nhiệt, v.v. Do đó, trình điều khiển đèn LED nên kết hợp các cơ chế bảo vệ để giải quyết những thách thức này.

Điện áp đầu ra của một số trình điều khiển dòng điện không đổi, đặc biệt là bộ chuyển đổi tăng cường chuyển đổi, có thể tăng quá nhiều so với điện áp truyền động danh định do ngắt tải hoặc chịu tải quá mức. Bảo vệ hở mạch hoặc bảo vệ quá áp đầu ra (OOVP) cung cấp cơ chế tắt máy sử dụng điốt Zener để đưa ra phản hồi và dẫn dòng điện đầu ra xuống đất khi điện áp đầu ra vượt quá một giới hạn nhất định. Một phương pháp bảo vệ hở mạch được ưu tiên hơn là sử dụng sơ đồ phản hồi điện áp hoạt động để ngắt nguồn cung cấp khi đạt đến điểm chuyến đi quá áp.

Bảo vệ quá áp đầu vào (IOVP) được thiết kế để giảm áp lực quá áp cho mạch dẫn động do tác động của các hoạt động đóng cắt / thay đổi tải trên lưới điện, sét đánh gần đó, sét đánh trực tiếp vào hệ thống chiếu sáng hoặc phóng tĩnh điện. Trong các ứng dụng dòng AC, quá áp nhẹ nhưng kéo dài có thể gây ra dòng điện cao (xung năng lượng) trong trình điều khiển LED và đèn LED, có thể dẫn đến lỗi trình điều khiển LED và giao diện điều khiển, và đèn LED bị lão hóa sớm. Có thể đặt một biến thể ôxít kim loại (MOV) hoặc bộ triệt tiêu điện áp thoáng qua (TVS) trên đầu vào để hấp thụ năng lượng bằng cách kẹp điện áp. Tụ điện bằng màng nhựa, thường được kết nối qua đường dây AC để giảm phát thải EMI, cũng giúp hấp thụ một phần năng lượng trong các xung đột biến.

Các trình điều khiển LED thường đi kèm với một mức bảo vệ chống đột biến giới hạn từ các mạch bảo vệ quá áp tích hợp. Trong một số ứng dụng như chiếu sáng đường phố, các thiết bị chống sét lan truyền bổ sung có khả năng sống sót sau nhiều lần nước dâng hoặc va chạm phải được thêm vào trình điều khiển để bảo vệ các bộ phận phía hạ lưu khỏi nước dâng cao. SPD phải được đánh giá là giảm hoặc xả năng lượng xung cao tối thiểu 10 kV và 10 kA, theo ANSI C136.2.

Ngắn mạch ở tải của nguồn điện tuyến tính có thể dẫn đến quá nhiệt nhưng không tạo ra sự khác biệt đối với dòng điện cung cấp cho mỗi đèn LED vì các mạch hạn chế dòng điện cung cấp bảo vệ ngắn mạch tự động. Tuy nhiên, trong bộ điều chỉnh buck chuyển mạch, ngắn mạch sẽ dẫn đến hỏng đèn LED hoặc toàn bộ mô-đun tùy thuộc vào thiết kế mạch. Sự cố của đèn LED đơn thường có tác động tối thiểu đến tổng sản lượng ánh sáng. Sự thay đổi điện áp có thể được cân bằng bằng cách sử dụng mạch chia sẻ dòng điện tự điều chỉnh mà vẫn phân phối dòng điện như nhau. Mặt khác, ngắn mạch ở tải của một chuỗi LED có thể ảnh hưởng đáng kể đến tổng sản lượng ánh sáng. Cơ chế phát hiện lỗi của bảo vệ ngắn mạch có thể được thực hiện bằng cách giám sát chu kỳ làm việc. Việc đoản mạch thường dẫn đến chu kỳ làm việc rất ngắn.

Bảo vệ quá nhiệt cho hệ thống LED bao gồm Bảo vệ nhiệt độ mô-đun (MTP) và Giới hạn nhiệt độ trình điều khiển (DTL). DTC sử dụng một điện trở NTC (hệ số nhiệt độ âm) để cắt trở lại dòng điện đầu ra khi nhiệt độ điểm tối đa của trường hợp trình điều khiển trong ứng dụng vượt quá giới hạn được xác định trước. MTC giám sát nhiệt độ của mô-đun LED và được giao tiếp với trình điều khiển để tự động giảm dòng điện đến đèn LED khi MTC phát hiện nhiệt độ ngưỡng. DTL cũng có thể được sử dụng thay thế cho MTP nếu điểm TC của trình điều khiển và nhiệt độ mô-đun LED có thể tương quan với nhau.

EMI và EMC

Nhiễu điện từ (EMI), còn được gọi là nhiễu tần số vô tuyến (RFI), ảnh hưởng đến mạch điện khác do hậu quả của sự dẫn điện từ hoặc bức xạ điện từ do thiết bị điện tử phát ra như trong trình điều khiển LED, đài CB và điện thoại di động. Bất kỳ trình điều khiển LED nào được kết nối với nguồn điện AC phải đáp ứng các tiêu chuẩn về phát xạ bức xạ như được định nghĩa trong IEC 61000-6-3. Trong mạch điều khiển LED, chuyển mạch MOSFET thường là nguồn chính của EMI. Bố cục PCB với các đường dẫn cho dòng chuyển mạch được giữ ngắn và nhỏ gọn cũng rất quan trọng để hạn chế EMI. Trong một số ứng dụng, bộ lọc đầu vào được yêu cầu để giảm sóng hài tần số cao và thiết kế của mạch này rất quan trọng để duy trì EMI thấp. Mặt đất trên bảng mạch phải duy trì liên tục để tránh tạo ra vòng lặp dòng điện gây ra mức EMI cao được phát ra. Một màn hình kim loại có thể được gắn trên khu vực chuyển mạch để cung cấp một vỏ bọc ngăn bức xạ EMI.

Tính tương thích điện từ (EMC) là khả năng của một thiết bị hoặc hệ thống hoạt động trong môi trường điện từ của nó mà không tạo ra EMI làm nhiễu thiết bị lân cận hoặc bị nhiễu bởi EMI do thiết bị lân cận bức xạ. Hiệu suất EMC của trình điều khiển LED thường tự động được đảm bảo bởi thiết kế EMI tốt. Tuy nhiên, phóng tĩnh điện (ESD) và khả năng miễn nhiễm đột biến không được tính đến trong thực hành EMI cũng ảnh hưởng đến hiệu suất EMC.

Cân nhắc an toàn

An toàn luôn phải là ưu tiên số một khi đánh giá điều khiển và hệ thống chiếu sáng mà nó vận hành. Rất mong muốn một trình điều khiển LED cấp nguồn có cách ly điện môi, ví dụ, 1500 V RMS (50 hoặc 60 Hz), từ đầu vào đến đầu ra. Việc cách ly mạch đầu vào / đầu ra chỉ có thể được thực hiện với máy biến áp có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có cách ly điện tốt. Điện áp đầu ra phải được giữ dưới giới hạn điện áp thấp thêm (SELV) an toàn 60 VDC theo tiêu chuẩn IEC 61140. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều sản phẩm chiếu sáng LED sử dụng cấu trúc liên kết không cách ly nhằm mục đích cắt giảm chi phí. Nguy cơ điện giật là một mối quan tâm nghiêm trọng trong các sản phẩm LED được điều khiển bởi bộ điều chỉnh tuyến tính chi phí thấp. Các mạch này không có sự cách ly giữa các mạch đầu vào và đầu ra,

Các vấn đề về khoảng cách rò rỉ và khe hở phải được xem xét đối với các sản phẩm được cấp nguồn AC. Khoảng cách đường rò giữa mạch sơ cấp và mạch thứ cấp phải đáp ứng các yêu cầu về khoảng cách nếu không có thể xảy ra điện giật hoặc cháy. Khe hở, được định nghĩa là khoảng cách ngắn nhất giữa hai bộ phận dẫn điện, phải được tính vào yếu tố để ngăn ngừa sự phóng điện giữa các điện cực gây ra bởi sự ion hóa của không khí. Khi kích thước của các mạch điện tử tiếp tục thu nhỏ, một thiết kế PCB tốt là điều cần thiết đối với mạch trình điều khiển để không chỉ giảm phát thải EMI mà còn giảm các vấn đề về độ rão và thanh thải.

Tất cả các bộ phận dẫn điện và có thể cảm ứng của trình điều khiển đèn LED cấp Bảo vệ I cấp nguồn phải được kết nối với đất. Các trình điều khiển LED được thiết kế để vận hành hệ thống chiếu sáng LED cho các ứng dụng dân dụng và thương mại thường được liệt kê là Loại II. Không có vỏ bọc nối đất cho trình điều khiển LED cấp II, nhưng tất cả dây dẫn bên trong trình điều khiển cấp II phải được cách điện kép hoặc cách điện tăng cường để đảm bảo cách điện tốt giữa mạch nguồn chính và phía đầu ra hoặc vỏ kim loại của trình điều khiển.

Cân nhắc về nhiệt

Trình điều khiển đèn LED được định cấu hình để chuyển đổi điện áp dòng AC thành đầu ra DC hiệu quả nhất có thể và bất kỳ năng lượng nào bị mất trong quá trình chuyển đổi sẽ được chuyển thành nhiệt. Điều này có nghĩa là trình điều khiển LED có hiệu suất 90% yêu cầu công suất đầu vào là 100W / 0,9 = 111 W để truyền tải 100W. Trong số công suất đầu vào 11W là công suất hao phí thoát ra dưới dạng nhiệt. Điều này đặt ứng suất nhiệt cao lên mạch trình điều khiển LED. Khi trình điều khiển được đặt cùng trong vỏ đèn, tải nhiệt từ các đèn LED sẽ kết thúc bằng việc tăng thêm nhiệt độ của trình điều khiển. Ngoài việc sử dụng các thành phần được đánh giá là chịu nhiệt độ cao, trình điều khiển phải được thiết kế để kéo nhiệt ra khỏi các thành phần nhạy cảm với nhiệt. Sự tích tụ nhiệt quá mức sẽ gây ra các vấn đề về độ tin cậy với các bộ phận, kể cả các tụ điện sẽ bị khô khi gặp nhiệt. Do đó, nhiệt độ mà trình điều khiển LED đang chạy về cơ bản là quan trọng trong việc xác định tuổi thọ của nó. Để tạo điều kiện tản nhiệt, trình điều khiển LED cho bộ đèn LED công suất cao sử dụng vỏ nhôm có thể đi kèm với các cánh tản nhiệt mật độ cao và bầu dẫn nhiệt.

Bảo vệ sự xâm nhập

Trình điều khiển đèn LED cho các ứng dụng chiếu sáng đường, phố, ngoại thất và cảnh quan phải được niêm phong để bảo vệ khỏi sự xâm nhập của bụi, hơi ẩm, nước và các vật thể khác có thể đi qua sản phẩm. Mức độ bảo vệ chống xâm nhập (IP) cao cho trình điều khiển đèn LED là rất quan trọng đối với các ứng dụng trong nhà như tiệm rửa xe, phòng sạch, nhà máy đóng chai và đóng hộp, cơ sở chế biến thực phẩm, nhà máy dược phẩm hoặc bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào yêu cầu tiếp xúc với áp suất cao hàng ngày. Các trình điều khiển LED khép kín cho các vị trí ẩm ướt thường được làm bằng silicone để tăng cường tính toàn vẹn của vỏ bọc đồng thời tạo điều kiện cách điện và quản lý nhiệt. Các trình điều khiển này thường đi kèm với bảo vệ chống xâm nhập cấp IP65, IP66 hoặc IP67.

Tác động vị trí

Trình điều khiển LED có thể được gắn từ xa hoặc cùng nằm trong vỏ đèn hoặc bộ đèn. Trong các hệ thống đặt chung, không phải DOB, trình điều khiển phải được cách ly nhiệt khỏi các đèn LED tạo ra một lượng nhiệt lớn. Bảo dưỡng trình điều khiển cần được xem xét khi thiết kế vỏ đèn. Trong các hệ thống được gắn từ xa, trình điều khiển PWM có thể bị mất hiệu suất trong một khoảng cách dài. Do đó, CCR là kỹ thuật làm mờ được ưu tiên cho các hệ thống gắn từ xa.


(*) Xem thêm

Bình luận
Gọi ngay : 0962319085