Оригинал статьи можно прочесть здесь

Разработка системы питания светодиодным освещением

Обычно питание светодиодных модулей выполняется при помощи одного из следующих способов:
- LED драйвер постоянного тока (CC) подключается непосредственно к одному или нескольким светодиодам, яркость при этом контролируется выходным током светодиодного драйвера.
- Источник питания постоянного напряжения (CV), обычно 12 В или 24 В, подключается к светодиодным полоскам или трубкам, которые имеют резистор или простую схему ограничения тока на светодиодной печатной плате. Резистор или ограничитель тока определяет ток и яркость.
- Напряжение, полученное в результате каскадного подключения сетевого источника питания постоянного напряжения (CV) и DC-DC преобразователя поступает на вход светодиодной платы. Выходной ток управляется только DC-DC преобразователем.
Для первых двух способов источники питания подключаются к светодиоду без активного преобразования между ними. Выбор источника питания относительно прост, необходимо выбрать либо правильный ток, либо правильное напряжение. Третий способ питания включает в себя активный DC-DC преобразователь между входным источником питания и светодиодной структурой, что может привести к определенным проблемам совместимости. Ниже мы рассмотрим рабочую схему с использованием DC-DC преобразователя и потенциальные проблемы в случае выбора источника питания с неподходящими характеристиками.

DC-DC Преобразователь

DC-DC преобразователи бывают 3 типов: Бак-конвертор (Buck) - понижающий преобразователь, Буст-конвертор (Boost) - повышающий преобразователь и Бак-Буст преобразователь (Buck-boost) – понижающий и повышающий преобразователь. По большому счету не столь важно какой тип преобразователя используется в конкретной схеме, большинство из них имеют достаточно широкий диапазон входных напряжений. Если входное напряжение находится в допустимом диапазоне, то DC-DC преобразователь будет конвертировать входную мощность в требуемые выходные напряжения и/или ток нагрузки. Если нагрузка имеет фиксированные параметры, то входная мощность также будет постоянной. Поскольку мощность остается постоянной, в случае если входное напряжение увеличится, входной ток пропорционально уменьшится и наоборот. Формула преобразования мощности указана ниже

Потенциальные проблемы между источником постоянного напряжения и DC-DC преобразователем

Готовые светодиодные трубки постоянного тока или прожекторы обычно уже имеют встроенные преобразователи напряжения. Пример светильников со встроенными DC-DC преобразователями напряжения приведен на Рисунке 1. В руководстве по эксплуатации этих изделий обычно указывается только фиксированное входное напряжение, например, "питание от постоянного напряжения 24 В". При подаче этого напряжения на светильник он, безусловно, будет работать. Однако фактический рабочий диапазон может быть гораздо шире, а минимальное напряжение ниже этого номинального входного напряжения из-за используемого внутри преобразователя постоянного тока.

Чтобы лучше объяснить это явление, мы возьмем в качестве примера преобразователь со стабилизацией выходного тока MEAN WELL LDD-350H. LDD-350H-это преобразователь, который обеспечивает постоянный ток 350 мА в цепи нагрузки. Диапазон входного напряжения составляет 2~52 В постоянного тока, а выходной диапазон, который связан с прямым напряжением светодиода, составляет 9~56 В постоянного тока. Поскольку это понижающий преобразователь, входное напряжение должно быть на 3 в выше выходного напряжения в соответствии со спецификацией. Это означает, что если напряжение падения на светодиоде равно 9 В, то LDD-350H может работать при любом входном напряжении между 12~56 В постоянного тока. На лампа с таким светодиодом и встроенным драйвером вполне может быть указано входное напряжение как "вход 24VDC", поскольку источник питания 24 В обычно доступен на рынке.

При недостаточной информации системный интегратор может не заметить потенциальную проблему совместимости, которая может привести к таким сбоям как мигание, более темный световой поток или просто отсутствие света вообще. Эта проблема связана с переходными процессами при включении питания и поведением первого источника AC-DC. Более детально эти аспекты описаны ниже.

Ситуация 1:
Источник питания со стабилизацией по напряжению, имеющий недостаточный ток при низком выходном напряжении

Типичное подключение проиллюстрировано на Рисунке 3. Каждый LDD-1000H подключен к светодиодам и представляющим собой одну светодиодную трубку. Предположим, что каждый канал светодиодов потребляет 9В 1А, 30 таких светодиодных трубок потребляют 270 Вт. Если на трубках указан вход 24В, то в этом случае мы могли бы выбрать, например, драйвер HLG-320H-24 от Mean well

Согласно документации, максимальная выходная мощность HLG-320H-24 составляет 320,16 Вт, а номинальный выходной ток 13,34 А. Казалось бы, использование HLG-320H-24 на системе 24 В / 270 Вт является правильным выбором и даже имеет разумный запас. Однако в реальности LDD-1000H начнет запускаться, когда входное напряжение на его входе превысит 12 В. Если первый источник питания имеет относительно медленное время нарастания напряжения по сравнению со временем запуска преобразователя постоянного тока, DC-DC преобразователь может уже полностью включиться и начать выдавать полную выходную мощность до того, как выходное напряжение первого источника питания поднимется до нужного уровня. В таком состоянии, поскольку входное напряжение стабилизатора тока низкое, а он пытается все же обеспечить полную мощность своей нагрузки, то DC-DC будет потреблять более высокий, чем ожидалось, входной ток, и в конечном итоге допустимый предел выходного тока HLG-320H-24 будет превышен. В этом случае первый источник перезапускается, в результате лампа либо светит не на полную мощность, либо мигает, либо просто не включается. Расчет входного тока в зависимости от входного напряжения показан ниже:

• Входной ток DC-DC преобразователя при напряжении 24 В

270 Вт=24 В ×11,25 A

• Входной ток DC-DC преобразователя при напряжение 12 В

270 Вт=12 В ×22,5 A

*Не учитывая потери преобразования, DC-DC преобразователь потребляет в два раза больший ток, в случае если входное напряжение снижено вдвое (см. Рисунок 4).

Ситуация 2:
Источник стабилизированного напряжение не работает в рабочем режиме

На Рисунке 6 показан другой пример с использованием LDD-1000Н, в этом примере светильник работает при напряжение 6 В при токе потребления 20А. Поскольку LDD-1000Н - это понижающий преобразователь, он начнет работать с входным напряжением уже от 6В до 9В. Опять же, если DC-DC преобразовывает полную мощность быстрее, чем первый источник постоянного напряжения сможет обеспечить номинальное выходное напряжение на выходе, то DC-DC преобразователь будет стараться запуститься в режиме низкого входного напряжения и потреблять более высокий ток от источника питания. В приведенном ниже примере, если DC-DC начнет работать при достижении входного напряжение уровня 9В, входной ток достигнет точки защиты HLG-320H-24 по току. В таком состоянии блок питания перестанет поднимать свое выходное напряжение и останется в режиме постоянного выходного тока. Существует вероятность того, что источник питания и преобразователь постоянного тока могут быть стабилизированы в этом ненормальном, но стабильном состоянии. Однако для HLG-320H-24 область постоянного тока составляет 12~24 В, а 9 В явно ниже этого диапазона, поэтому источник питания войдет в режим работы "hiccup" (икота). Возможно после нескольких циклов, источник питания может наконец войти в рабочий диапазон, и лампа в конце концов будет включена нормально.

Из эти двух примеров мы можем сказать, что проблемы запуска при совместной работе двух источников связаны с фактическим рабочим диапазоном DC-DC преобразователя. При низком пусковом напряжении DC-DC преобразователя первый источник питания может не работать так, как от него ожидается и, таким образом, создавать различные проблемы при запуске.

Решение проблемы запуска

Если лампы имеют проблемы аналогичные описанным выше, предлагается применить несколько решений:

- Выбрать DC-DC преобразователь с мягким стартом или с функцией задержки запуска

DC-DC преобразователь с мягким стартом после включения постепенно увеличивает выходную мощность до номинального уровня. Это помогает уменьшить пусковой ток DC-DC преобразователя и предотвратит соответствующие проблемы запуска первого источника питания. Задержки запуска при этом нет, но, поскольку номинальная мощность начинает потребляться уже после того, как первый источник способен выдавать номинальное выходное напряжение, это также позволяет предотвратить проблемы, связанные с несогласованным временем запуска источников питания.

- Использование диммирующей функции или входа дистанционного отключения DC-DC преобразователя, если они предусмотрены

Включение преобразователя при помощи входа дистанционного отключения или функции "dim off"(функциональность, которая позволяет диммировать преобразователь до минимального значения) только после того, как первый источник питания успешно запустился, также поможет предотвратить проблемы, связанные с несогласованным временем запуска первого и второго преобразователей напряжения. Обычно светодиод питания на сетевом источнике зажигается менее чем за 0,5 секунд. Ручное или автоматическое включение с задержкой в 0,5 секунд второго DC-DC преобразователя также поможет решить проблемы запуска.

- Увеличение мощности первого источника питания постоянного напряжения

Чем выше выходной ток первого источника, тем меньше проблем будет при запуске системы. Для увеличения выходного тока достаточно просто взять более мощный преобразователь, например, вместо HLG-320H-24 использовать HLG-480H-24, или использовать источник питания той же мощности, но с меньшим выходным напряжением, например, вместо HLG-320H-24 (13.34A) следует использовать HLG-320H-12 (22A). Т.е. если выходное напряжение первого источника соответствует диапазону входных напряжение второго DC-DC, то такой первый источник питания также может быть использован.

- Обратиться в MEAN WELL и запросить адаптированное к требованиям заказчика решение
Некоторые источники питания могут обеспечивать более высокую пиковую мощность, и некоторые источники питания могут быть модифицированы таким образом, что защита от перегрузки по току будет более сбалансированной к требованиям заказчика. После включения питания средняя мощность при этом будет оставаться в пределах номинальной мощности источника питания.

Резюме

Проблема совместимости тесно связана с системными требованиями и условиями. Если имеются проблемы при включении светодиодной лампы, рекомендуется проверить входные параметры DC-DC преобразователя и проконсультироваться со специалистами MEAN WELL для обсуждения возможных решений проблемы. Компания MEAN WELL имеет широкий выбор источников питания для светодиодного освещения в диапазоне мощности от 8 Вт до 1000 Вт. При использовании системного решения с этими источниками может быть достигнута мощность 25 000 Вт и выше. В независимости, используется ли одиночная светодиодная лампа или каскад, при помощи компонентов MEAN WELL можно построить правильную конфигурацию системы, которая будет работать безупречно.