Modern sokak lambalarındaki LED'ler genellikle atımlı mı? Eğer öyleyse, kabaca hangi frekans?


11

Modern LED sokak lambalarının muhtemelen nabız atmasının bazı nedenlerini düşünebilirim;

  • Hat voltajından başlayan verimli voltaj dönüşümü muhtemelen bir AC veya 60 Hz'den daha yüksek bir anahtarlama adımını içerebilir.
  • LED'lerin en yüksek verimli çalışması, ısıtma sorunları nedeniyle sürekli olarak sürdürülebilenden daha yüksek bir akımda gerçekleşir.
  • Sabit DC'ye dönüştürme ( düzenleme: hat frekansı 50 / 60Hz'de) başarısız olabilecek ek bileşenler gerektirir ve düşük verimlilik çalışmasını dengeleyecek hiçbir yararı olmaz.

Vikipedi'de darbeli LED çalışması hakkında kısa bir bölüm var, ancak bu alanda yaygın darbeli çalışmanın ne kadar olduğunu ele almadan konsepti tanıtıyor.

Frekans, titreşim algılama şansı olmadığından yeterince yüksek olduğu sürece, bana göre LED sokak lambaları darbeli - ya da en azından fosforu uyarmak için kullanılan mavi LED'ler. Fosfor , LED'ler darbeli olsa bile , ortaya çıkan yayılan ışığın spektrumunun çoğunu sabit hale getirmek için yeterince uzun bir yarı ömre sahip olabilir .

Bazı beyaz ışık LED'leri LED'in birincil mavi ışığına diğerlerinden daha fazla güvendiğinden, yayılan ışıktan ziyade öncelikle LED'lerin kendileri hakkında sorumu soracağım.

Modern sokak lambalarındaki LED'ler genellikle atımlı mı? Eğer öyleyse, kabaca hangi frekans? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Bazı bölgelerde önemli farklılıklar olsa da, şehirlerin gazdan (cıva, sodyum) LED'e yaygın dönüşüm gerçekleştirdiği bölgelerde, tasarımda bazı ortaklıklar veya genel eğilimler / yakınsama olması gerekir.


2
Bir sokak lambasına örnek vermediğiniz sürece sınır çizgisi "çok geniş" çünkü her türlü çözüm olacak, ancak yine de ilginç bir soru.
boru

2
@prep Endişeyi anlıyorum, ancak bu özel durumda, şu anda, standardizasyon veya standart uygulamaların ortaya çıkması için iyi bir şans var. Açık bir cevabın ortaya çıkıp çıkmadığını görmek için bunu bir veya iki gün verelim. Değilse ben düzenleyeceğim. Burada iyi bir cevabın peşindeyim, böylece neler olduğuna bir göz atacağım. Bu arada, önerebilir veya hatta yararlı bir düzenleme yapabilirseniz, bu harika olurdu! İnsta-kapanıştan kısa olan her şey takdir edilecektir.
uhoh

2
Kabaca 50Hz ve 50kHz arasında.
PlasmaHH

3
LED sokak aydınlatmasına karşı tartışan mühendislik komitesinden bir çok insanı hatırlıyorum, çünkü soğuk sodyum buharı ile karşılaştırıldığında bir takım dezavantajları var (örneğin, SV ışıkları gibi profesyonel astronomların daha fazla filtre kullanabileceğine inanıyorum. İki spektral çizgiyi engellemek ve ışık kirliliği ile ilgili birçok sorundan kurtulmak için SV ışıkları, algılanan ışık yoğunluğu açısından da çok etkilidir, belki de artık LED'lerden daha iyi olmasına rağmen, verimlilikte artık daha fazla olamaz. true)
Joren Vaes

2
Verimlilik artan akımla AŞAĞIYA gider. Vf vs I ve Lm vs I eğrileri düz değil ama biraz kıvrımlıdır. PWM kullanılır, çünkü sabit bir voltaj kaynağını uygulamak değişken bir sabit akım kaynağından daha kolaydır. Böylece parlaklık kontrolünü sağlamak için maksimum akımı ve nabzı üretmek için çıkış voltajını ayarlarsınız.
Barleyman

Yanıtlar:


7

Etkinliğin daha yüksek güç seviyesine yükseldiğini yanlış bir şekilde varsayıyorsunuz. Bunun tersi doğrudur, anlamlı güç seviyelerinde, akımı artırdığınızda etkinlik azalır.

PWM kullanılır çünkü uygulaması çok kolaydır. Akımınızı kullanmak istediğiniz maksimum değere ayarlarsanız, sadece görev döngüsünü ayarlayarak doğrusal parlaklık kontrolüne sahip olabilirsiniz. Akımın ayarlanması, mutlak doğruluk önemliyse (genellikle önemli değildir) kalibrasyon tablosu gerektiren doğrusal olmayan bir yanıta sahiptir. resim açıklamasını buraya girin

Bu 1W beyaz ledli Lümen'e karşı akım eğrisinden görebileceğiniz gibi, akımı ikiye katlamak ışık çıkışını iki katına çıkarmaz. Bunun önemli olup olmadığı uygulamanıza bağlıdır. 1kW üzeri bir reklam arka ışığı ile uğraşıyorsanız, elektrik faturası ekran modülünün ön maliyetini kolayca aşar. Termal faktörler de vardır, daha iyi etkinlikle sisteminizde daha az atık ısı elde edersiniz.

resim açıklamasını buraya girin

İşleri daha da kötüleştirmek, daha yüksek birleşme sıcaklığı ile etkinliğin daha da düşmesidir. Bu grafik ortam sıcaklığını gösterir, ancak esas olarak birleşme sıcaklığı benzer şekilde çalışır. Sadece bu konuda zorlar. Şimdi PWM ısı çıkışını ortalayacaktır, ancak yine de daha kötü etkinlik için daha yüksek ortalama akım gerekir, bu da daha yüksek bağlantı sıcaklığı anlamına gelir.

Bir PWM'nin bir dezavantajı, yükün SMPS açısından kötü olması, fakir şeye sürekli radikal geçici geçişler uyguladığınızdır. En azından kenarlardaki voltaj düşüşlerini ve tepe noktalarını tamponlamak için büyük bir çıkış kapasitörüne ihtiyacınız vardır.

Sabit akım sürüşüyle ​​ilgili bir sorun, özellikle ayarlanabilir çıkış akımı istiyorsanız, daha karmaşık olmasıdır. Vf çıkış gücü seviyesine göre değiştiğinden, yerel regülatör uygulamalarında başka komplikasyonlar da vardır, bu nedenle mevcut regülatörünüzün farkı dağıtması gerekir.

Düzenleme birleşme sıcaklığı ile biraz eklendi.


1
Vaov! İki kez kontrol etmek için, grafikte gerçekten PWM ortalama akımı değil DC akımı gösteriliyor mu? Ve 400 mA DC'yi sürekli olarak işleyebilen bir LED hala en azından yerel olarak yaklaşık 5 mA DC'ye kadar doğrusaldır (ver veya al)? i.stack.imgur.com/dSQbw.png Bunların hepsi gerçekten ölçülür ve sadece bazı parametrelendirmeler için bir çizim / ekstrapolasyon değil mi?
uhoh

1
@uhoh Evet, bu DC. PWM ile aktif nabız aynı şekilde davranır.
Barleyman

2
Ayrıca ikinci bir sipariş etkisi var, ışık çıkışı bağlantı sıcaklığı ile düşüyor. Bu nedenle, daha yüksek akım içeren PWM, başlamak için daha kötü bir etkinlikle çalışacaktır. Ayrıca, aynı ışık çıkışı için işleri daha da kötüleştiren daha sıcak çalışır. Bu nedenle sistem verimliliği açısından sabit akım kullanmak kesinlikle daha iyidir.
Barleyman

2
@uhoh PWM kullanmanın tek nedeni, çok yüksek anlık ışık çıkışına (örneğin optik sensörler) ihtiyacınız varsa veya parlaklığı kontrol etmek istiyorsanız. Aydınlatma için, dimmer istemiyorsanız PWM için bir neden yoktur.
Barleyman

2
Ancak önemli olan verimlilik, güç kaynağı + LED ve güç kaynaklarının verimliliğidir, genellikle daha yüksek güçle verimliliği arttırır. Sonunda önemli olan her iki verimliliğin de "art arda sıralanması" ve bu da bir tasarım kararı olabilir.
Andrés

7

Sokak aydınlatması için kullanılan LED'ler genellikle çıkışında sıkı akım kontrolü olan bir tür DC / DC dönüştürücü kullanır. Bu nedenle, sabit bir akım sağlamak verimliliği düşürmez , başarısız olabilecek gereksiz bileşenleri de eklemez veya LED'lerin ömrünü azaltmaz.

Bu, yüksek güçlü bir LED dizisini sürmenin en basit ve verimli yoludur. Sabit akım, "darbeli" bir kaynaktan sağlanır.


2
Çoğu DC / DC dönüştürücünün devresinde, çıkışında - çalışmasının darbeli doğasına rağmen - otomatik olarak daha fazla veya daha az sabit bir akım üreten bir bobin vardır. Böyle bir DC / DC dönüştürücünün temel işlevi budur.
Janka

1
Biraz okuma yapıp veri bulmaya çalışacağım. Çok düşük voltajdan (üretilen ısının olduğu ve ışığın olmadığı yerlerde) ve rampadan başlayarak, verimlilik sıfırdan başladığı için düşük başlar. Sadece radyasyon olmayan rekombinasyon vardır. Gerilimi artırdığınızda ve akım arttıkça, radyasyonun radyasyon olmayan rekombinasyona oranı, diğer yönlerde olduğu gibi iyileşir. Verimlilikteki platonun, sürekli çalışma için ısının çıkarılabileceği bir noktada meydana geldiğini düşünmüştüm ve böylece watt elektrik başına en fazla watt ışık için LED'ler ve nabız eklemek daha iyi oldu.
uhoh

3
Düşük voltajlarda verimlilik düşüktür, çünkü doğrudan bant boşluğunun üzerinden atlamazsanız ışık yayılımı yapamazsınız. Ancak bunu yapar yapmaz, artık voltajı arttırmanın bir anlamı yoktur - aşma enerjisi basitçe ısıya dönüşür.
Janka

1
@uhoh, verimliliğin artmasını durduran akım oldukça düşüktür. Daha sonra verimlilik, en azından kısmen ısı-ısı nedeniyle (temas dirençlerinden ısıtma dahil) düşmeden önce neredeyse düzdür. Bu konuyla ilgili bir konferansa gittim ve diğer III-nitrür birkaç yıl önce önemliydi: O zaman doğruydu ve şimdi daha doğru, ortaya çıkan faydalı miktarlarda ışığa sahip olduğunuzda, onları daha fazla sürmek bu LED'leri daha az verimli hale getiriyor .
Chris H

1
@ChrisH bir kişi var o zaman başka bir kişi olarak aynı olması gerekmez sonra . Benim o zaman çoğu insan en fazla öteye geri döndü sonra . Son birkaç saat içinde biraz daha okuma yaptım ve daha yeni şeylerin de bahsettiğiniz gibi göründüğünü görebiliyorum, gerçekten geniş bir plato ve ardından çok daha yüksek akımlarda çok yavaş bir düşüş. On yıllar boyunca birçok iş yapıldı; daha iyi kristal büyümesi, daha sonra safir substratlar, substrat kalkışı da, daha iyi MBE teknolojisi, artı daha iyi ısı akışı ve katı hal modelleme, vb. Bildiğiniz hiçbir şey için Nobel Ödülü vermiyorlar.
uhoh

4

Özetlemek gerekirse: Etkili olmadıklarından, ışıkları güvenli spesifikasyonda tutmadıklarından ve büyük bir ışık grubunu kontrol etmenin bir yolu olarak (mesafe ve çok yönlülük eksikliği nedeniyle) bunu yapmazlardı.

Sokak aydınlatmasında oyunun adı verimliliktir .

LED'ler doğal olarak zor bir müşteridir, çünkü yüksek verimlilik aralıklarında çok doğrusal değildir ** ve çoğu sabit akım güç kaynağı tarafından yönlendirilir .

Operatif kelime: "sabit".

Zaten bir sabit akım kaynağı ile götürmek zorunda olduğundan onlar eğer, ayrıca PWM yapmak istediği, bu gereksiz karmaşıklığı eklersiniz. Halihazırda mevcut sabit akım kaynağını kullanarak LED'leri karartmanın çok daha iyi bir yolu var. Burada, sayfa 11'deki bu veri sayfasına bakın. İleri gerilim ve ileri akım. Bu grafiğin çok bozuk olduğunu unutmayın, normalleştirmek için son notlarıma bakın.

resim açıklamasını buraya girin

Eğer 3000mA de LED sürüş ve 1000mA, ve, kesme akımını bunu dim istiyorum ediyorsanız voila . Tabii ki 2/3 oranında düşmüyor, "akıya karşı akım" a bakın, aynı sayfa.

resim açıklamasını buraya girin

Akımın 1 / 3'ünde, ışık akısı spesifikasyonların% 235'inden% 95'ine düşer. Düşük akımda çok daha verimlidir. Gerilim de düşer, bu da verimlilik farkından biraz parçalanır, ancak çok fazla değil.

Birisi verimliliği artırmak için kasten daha fazla yayıcı kullanır mı? Kesinlikle. Birçok ticari ve endüstriyel müşteri toplam yaşam döngüsü maliyetine bakıyor ve yayıcılar bunun küçük bir parçası. Armatürün ömrü boyunca 100 $ daha fazla yayıcı 300 $ elektrik tasarrufu sağlıyorsa, bu akıllıca bir hareket olabilir. Redline max 1400ma'da üç LED kullanan bir adamım vardı. Gerekli ışığı verdi. Ancak ısı önemli bir konuydu. Ben 350ma ve yedi yayıcı "normal" akım veri sayfasını kullanarak saygı. Aynı ışığı sıcağın yarısı kadar aldım.

Artık daha düşük gücün LED'ler için daha verimli olduğunu gösterdiğime göre, PWMing'in nerede verimli olmadığını görebilirsiniz. % 33 PWM'de 3000ma çalıştırmak, sürekli 1000ma çalıştırmaktan daha kötüdür.

Öyleyse neden PWM?

Mükemmel bir dünyada, tüm karartma, ticari olarak yaygın olarak kullanılan 0-10 volt sinyali gibi bir şey yoluyla olacaktır ve her LED modülü, "mükemmel karartma için sabit akım kaynağının çıkışını ayarlayın" yöntemini kullanır. Ancak .. bu her yerde çalışmaz. Gerçektir ... PWM için etkili bir yoldur yaymak bir karartma sinyalini .

Düşük "LED şeridi" düşünün. Dar bir PCB şeridi, her 50 mm'de (2 ") bir CUT hattı, üç LED ve bir direnç vardır.Ve bir RGB şeridi, üç RGB LED ve üç direnci vardır.Ve RGB ile elbette her kanalı kısmak istiyorlar tek tek. biz küçük segmentlerin yüzlerce aşağı üç karartma sinyalleri nasıl alabilirim? Maliyet imkansız her 50mm segmenti üzerinde ayarlanabilir-çıkış sabit akım güç kaynakları koymak kolaylaştırır. sadece çalışılabilir karartma yöntemi PWM olduğunu.

Daha iyi olur. PWM hem güç hem de sinyaldir. PWM denetleyicisi yalnızca 3 amper sürebiliyorsa ve yedi 6A şeridi çalıştırmak istiyorsanız, bir amplifikatör kullanabilirsiniz : denetleyicinin çıkışını sinyal olarak alır ve yüksek akım çıkışlarını geçitlemek için kullanır. adım. Çok yönlülüğü yenmek zor.

Ve bu çok çeşitli LED aydınlatmalardan herhangi biri için işe yarar (amacı özellikle verimlilik değil). Kimse burada watt başına lümenleri gerçekten umursamıyor:

resim açıklamasını buraya girin src

Neden sokak lambaları olmasın?

LED sokak ışıklarını kısmak tamamen mantıksız değil. Alacakaranlıkta rahatlayabilirler, yasal gerekliliklerin ötesinde saat 23'e kadar yanabilirler, daha sonra hiç kimsenin dışarı çıkmadığı perili saatlerde geri dönebilirler. Ama PWM kullanmayacaklardı. Sinyal, bir kasaba büyüklüğünde bir kurulum üzerinde iyi yayılamaz.

Bir LED sokak lambası yüksek voltaj alır (240-277V veya hatta 480V, en yakın güç hattını ölçüm yapmadan kapatırlar, bu da güç hattının PWMing'inin doğru olduğu anlamına gelir) ***. Dahili olarak, bir sokak lambasının makul sayıda büyük yayıcı vardır - yüksek voltajlı sabit akım beslemesine seri bağlantı için idealdir. Bu, en iyi akım ayarlaması ile azaltılır. Ya radyo kullanırlardı - ya da pahalı bir sinyal kablosu bağlarlarsa, karartmaktan çok daha fazla şey için kullanırlardı. Güç şirketlerinin akıllı sayaçları uzaktan nasıl kapatabileceğine benzer bir veri sinyalini güç hattı kodlamak için güç şirketi ile birlikte çalışabilirler. Alıcı-verici için 20 $ birim eklemek, 1000 $ 'lık bir sokak lambasında "anlaşma kırıcı" değildir.




** Akkorlar bir kez yandığında doğrusaldır, bu nedenle onlara 120V göndermek güvenilir şekilde 60W üretecektir. Deşarj aydınlatması (floresan, neon, düşük / yüksek basınçlı sodyum, cıva buharı ve metal halojenür) tamamen doğrusal değildir: vurulduktan sonra ölü bir kısadır ve bir balast / sürücü tarafından akım sınırlaması yapılmalıdır. LED'lerde, voltaj-akım eğrisi oldukça diktir, Bu veri sayfası sayfa 11'deki Gerilim ve Akım grafiğini hatırlarsınız. Tekrar bakın: Ölçek bozulur ve volt sıfırdan başlamaz. Düzeltilirse , grafik şöyle görünür:

resim açıklamasını buraya girin

Doğrusal olmayan dediğiniz şey budur . Unutmayın, bu çizgi sıcaklık, yaş, binning vb.'ye bağlı olarak biraz hareket eder ve çizgi bu kadar dik olduğunda, biraz fazladır. 3.05V gönderin ve ne olacağını kim bilebilir! Üretici, yalnızca 2500ma gönderirseniz ne olacağını garanti eder. Veri sayfasındaki diğer tüm grafikler bu nedenle akıma dayanır .

*** Enerji şirketi ve şehir, normal bir sokak lambasının ne kadar güç çektiğini kabul ediyor ve enerji şirketi basitçe ışık sayısıyla çarpıyor ve faturalandırıyor.


Bu ilginç bir bakış açısı, teşekkürler! En üste bir tl; dr eklemeyi düşünebilirsiniz. Bu bir evet / hayır sorusudur ve bununla ilgili kesin bir sonuca sahip olduğunuzu düşünüyorum, neden cevabın başında bir yere "evet" veya "hayır" eklemiyorsunuz?
uhoh

2 "bazı nit almak için 50.8mm olduğunu, bazı yaygın emperyal değerleri oldukça hızlı ezberlemek .. Çinli şirketler (bir metrik ülke) metrik her şeyi rastgele bir gözlem olarak belirttiğimde her zaman mil ve inç bana cevap. WRT PWM karmaşık olmak LED'lerle seri olarak mütevazi bir MOSFET işi halledecek.Olumsuz tarafa koyun ve yüksek voltajlarla da uğraşmak zorunda değilsiniz.WRT 20 $ ekstra masraf, fasulye sayımının ne kadar az olduğunu tahmin edersiniz . $ 5k gibi bir şey maliyetlendirme bir ürün üzerinde ekstra 2 $ gideri hoş karşılanmaz alır WRT uzaktan kumanda GSM bunu yapardı..
Barleyman

Başlangıçta PWM kontrolü kullanmak istersem PWM üretmek için istenen akım değeri OTA ileterek ve yerel olarak bazı 8/16-bit ucuz mikrodenetleyici kullanarak PWM kontrolü uygulayacağım. Cevabımı benzer içerikle görün.
Barleyman

2

Genel olarak, iki karartma LED yöntemi vardır, PWM karartma ve Genlik karartma. DC karartma olarak adlandırdığınız şey genlik karartmasıdır. Profesyonel aydınlatma uygulamalarında, PWM, esas olarak üretilen titreşimdeki sağlık endişeleri nedeniyle karartma için kullanılmaz. Sokak aydınlatmasında başka bir sorun stroboskopik etkidir. Bugün sokak lambaları da dahil olmak üzere neredeyse tüm profesyonel LED sürücülerin genlik karartma kullandığını göreceksiniz. Titreme ve karartma hakkında daha fazla bilgiyi buradan edinebilirsiniz .

Güncelleme : Bazı yorumlara cevap olarak cevabımı uzatmak istiyorum. Profesyonel aydınlatma uygulamaları ile, bunlar gibi sabit akım kısılabilir> 20W LED sürücülerine atıfta bulunuyorum , ucuz ve kötü halojen veya ampul değiştirme veya bilgisayar arka ışık uygulamaları değil.

Titremenin iki nedeni vardır, bunlardan biri çıkışa yayılan ana dalgalanmadır. Ampul değişiminde kullanılanlar gibi ucuz tek aşamalı LED sürücüleri bu fenomenden muzdariptir.

İkinci titreşim türü PWM karartmasından kaynaklanır. Bu algılanabilir veya algılanamaz olabilir. IEEE PAR1789, kabul edilemez olarak kabul edilebilmesi için PWM frekansının ne kadar yüksek olması gerektiğine dair bir öneridir. Bununla birlikte, endüstride profesyonel uygulamalar için yüksek kaliteli LED sürücülerinin neredeyse sadece genlik karartma (DC karartma) kullandığını göreceksiniz.


PWM kesinlikle profesyonel ekran arka ışık uygulamalarında kullanılır. Sabit akım bir istisnadır. Titreşim genellikle yeterince yüksek frekansınız olduğunda sorun olmaz. 90 ila 360Hz tipik aralıktır.
Barleyman

1
@mr js titreme hakkında iyi bir makale. Ucuz kötü titreyen ledlerden nefret ediyorum.
Otistik

3
@mr_js: Bağlantı verdiğiniz makale neredeyse tamamen şebeke beslemesi nedeniyle titreme ile ilgilidir (genellikle 50-60 Hz gibi oldukça düşük bir frekanstadır, genellikle 100-120 Hz'de titremeye neden olur). Profesyonel aydınlatma uygulamaları karartma için PWM kullanır, ancak genellikle çok daha yüksek bir frekans kullanır (onlarca kHz).
psmears

3
PWM yaygın olarak kullanılmaktadır. Şebeke frekanslarında (100-120Hz etkili) artık çok fazla kullanılmıyor , çünkü anahtarlama kaynakları bugünlerde bakır sargılarından daha ucuz. Ne yazık ki, General Motors not alamadı ve GM araç arka lambaları basitçe PWM'nin "sönük" bir ışık seviyesine ve görünür bir aralıkta fren lambaları. Aslında onlar fren lambaları olarak aydınlık gibidir onlar olduğunuzda ve gözlerin yol süpürme-tarama gibi, bu reklamların kornealar genelinde izler bırakır. Çıldırtıcı!
Harper - Monica
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.