Rimozione dello sfarfallio della luce LED tramite la corretta selezione del driver LED

È una tendenza nel settore dell’illuminazione sostituire le tradizionali lampade a incandescenza e fluorescenti con LED più efficienti e di maggiore durata. Tuttavia, poiché è direttamente collegato alla linea CA, come i pionieri tradizionali, potrebbe esserci il rischio di uno sfarfallio di 100 Hz o 120 Hz a causa dell’ondulazione della corrente di pilotaggio all’uscita dell’alimentatore, sebbene la maggior parte delle volte ciò possa rendere i consumatori sentirsi a disagio con gli umani. Gli occhi non possono notarli. I produttori di LED e lampade sono ansiosi di risolvere questo problema, si rivolgono al produttore del driver LED perché, alla fine, il driver LED determina se sfarfallare o meno. Questo articolo analizza le cause dello sfarfallio, descrive come si verifica lo sfarfallio dei LED e spiega come gli ingegneri possono scegliere soluzioni diverse per risolvere il problema. Infine, fornisce un modo economico e flessibile per ottenere un’illuminazione a LED priva di sfarfallio utilizzando soppressori di ondulazione.

Le lampade a LED sostituiranno la maggior parte delle altre lampade, come le lampade a incandescenza e le lampade fluorescenti nei prossimi anni. Questa è una tendenza ben nota secondo cui il LED è una nuova generazione di sorgenti luminose. Le persone non solo attendono con impazienza una maggiore efficienza luminosa, ma desiderano anche un ambiente luminoso migliore.

La maggior parte delle luci a LED è collegata direttamente alla rete elettrica CA. A seconda della regione, ci sono 50Hz o 60Hz e la frequenza dopo la rettifica CA è molto bassa anche 100Hz o 120Hz, il che può causare sfarfallio stroboscopico e causare ansia. Se il driver LED è progettato per utilizzare un design PFC a stadio singolo, puoi persino ammalarti.

Ora i produttori di lampade si stanno rendendo conto e stanno cercando di risolvere questo problema, soprattutto all’interno. Quindi si sono rivolti a produttori di driver LED professionali per aiuto e soluzioni. Questo articolo spiegherà in che modo lo sfarfallio è influenzato dalla corrente di ripple del LED e spiegherà i molti modi per risolvere il problema attraverso il corretto design del driver LED, in particolare un dispositivo unico chiamato soppressore di ripple, che consente ai produttori di lampade di Sono già utilizzati per ridurre al minimo il corrente di ondulazione senza modificare il driver LED corrente.

L’impatto dello sfarfallio

Le frequenze di sfarfallio della luce nell’intervallo da 3 a 70 Hz sono facilmente percepibili dagli esseri umani, il che può renderli molto scomodi. Anche lampi ripetitivi e schemi geometrici ripetitivi statici possono indurre crisi epilettiche in queste persone e l’incidenza è di circa lo 0,025%. E questo tipo di sfarfallio può essere facilmente risolto dal driver LED. Se vediamo questa frequenza nella forma d’onda dell’ondulazione della corrente in uscita, di solito pensiamo che il driver LED sia instabile. Le persone stanno iniziando a prestare maggiore attenzione al fatto che l’esposizione a lungo termine a sfarfallio di frequenza più elevata (nella gamma di 70-160 Hz) può anche causare disagio, mal di testa e disturbi visivi. Per i driver LED, poiché la frequenza di rete nella maggior parte del mondo è di 50 Hz o 60 Hz, i più comuni sono il flicker di 100 Hz e 120 Hz. Quindi questo articolo discute principalmente come gestire lo sfarfallio a 100Hz o 120Hz. Infatti, l’impatto del flicker a 100Hz o 120Hz sulla salute umana non è solo funzione della frequenza ma anche legato a fattori fisiologici e fisiologici.

Alcuni ricercatori affermano addirittura che la retina può percepire lo sfarfallio fino a 200 Hz, ma i test hanno dimostrato che oltre i 160 Hz l’impatto dello sfarfallio sulla salute è trascurabile.

Definizione dello sfarfallio

IESNA (la Illuminating Engineering Society of North America) ha rilasciato la definizione di “percentuale di sfarfallio” e “indice di sfarfallio” nella nona edizione di The IESNA Lighting Handbook. La Figura 1 mostra come vengono definite le metriche.

Lo sfarfallio percentuale è una misura relativa della variazione ciclica nell’emissione di una sorgente luminosa (ovvero, la modulazione percentuale). Questo è talvolta indicato anche come “indice di modulazione”.

L’indice di sfarfallio è una “misura relativa affidabile della variazione ciclica dell’uscita di varie sorgenti a una data frequenza di alimentazione. Tiene conto della forma d’onda dell’emissione luminosa e della sua ampiezza”, secondo il manuale. L’indice di sfarfallio assume valori da 0 a 1,0, con 0 per un’emissione luminosa costante. Valori più alti indicano una maggiore possibilità di sfarfallio notevole della lampada, così come effetto stroboscopico.

Come notato sopra, oltre alla frequenza, l’indice di sfarfallio ha un effetto significativo su come la luce fa sentire le persone. Indice di sfarfallio più alto significa maggiore sensibilità all’occhio umano e minore livello di comfort. La tabella seguente mostra il tipico indice di sfarfallio di diversi motori di illuminazione.

Il gruppo di lavoro sugli standard IEEE IEEE PAR1789 “Pratiche consigliate per la regolazione della corrente nei LED ad alta luminosità per ridurre i rischi per la salute del pubblico” è stato istituito per fornire all’industria dell’illuminazione, ANSI/NEMA, IEC, EnergyStar e altre organizzazioni di standard raccomandazioni sulle problematiche emergenti LED La spia lampeggia. Questo articolo introduce i problemi di salute legati allo sfarfallio ai progettisti di elettronica di potenza per l’illuminazione a LED, dimostra che la tecnologia esistente nell’illuminazione a LED a volte fornisce sfarfallio a una frequenza che può causare la risposta biologica del corpo umano e discute i tentativi di mitigare gli effetti biologici non intenzionali. Alcuni metodi da considerare quando l’illuminazione a LED. Questo documento rappresenta il lavoro in corso in IEEE PAR1789, che è essenziale per la progettazione di driver per lampade LED sicuri.

E secondo il documento https://fhi.nl/app/uploads/sites/32/2017/09/Te-Lintelo-Systems-LED-Flicker- %E2% 80%93-where-we-are-with-test- metodi-e-standard.pdf

Abbiamo la seguente curva.

Funzione di sorgente luminosa a stato solido

L’emissione luminosa del LED è quasi lineare con la corrente di pilotaggio, come mostra la figura seguente, quindi è abbastanza ovvio che il motivo critico dello sfarfallio della luce del LED è causato dalla corrente di pilotaggio, originariamente fornita dal driver LED. Quindi la soluzione di base è assicurarsi che la corrente di uscita del driver LED sia stabile senza grandi ondulazioni.

Soluzioni di driver LED per applicazioni indoor

Quando si parla di sfarfallio a 100Hz o 120Hz, nella maggior parte dei casi, si tratta di applicazioni indoor. Ci sono alcuni schemi di driver LED per interni per fornire una corrente costante come un semplice resistore, regolazione di semiconduttori lineari e regolazione PWM di commutazione dopo la rettifica CA, ma questi schemi vanno oltre la discussione in questo documento perché non sono in grado di fornire qualificato fattore di potenza (PF) che normalmente deve essere superiore a 0,9. Sempre più paesi e associazioni standard come Energy Star e DLC (Design Lights Consortium) richiedono che le luci abbiano un valore superiore a 0,9 PF e si può prevedere che le lampade e gli apparecchi senza 0,9 PF verranno presto eliminati. Qui vengono discussi e confrontati alcuni metodi qualificati per raggiungere il PF. Di seguito viene introdotto anche un nuovo tipo di schema per ridurre l’ondulazione di grandi dimensioni esistente dal driver LED a singolo stadio.

1. PFC passivo (Valley Fill) più commutazione DCDC

Questa struttura è ampiamente utilizzata negli adattatori e nei caricabatterie offline a basso costo. Grazie al circuito di riempimento della valle e ai condensatori di grande capacità, l’ondulazione di corrente di questa soluzione è piccola e facile da controllare. Lo svantaggio di questo schema è che il PF è scarso, non può superare lo standard Classe C EN61000-3-2 (test di emissione di corrente armonica) e non è adatto per potenze superiori a 20W. Inoltre questa soluzione non è adatta a realizzare ampie tensioni di ingresso di 100Vac-240Vac.

2. PFC attivo a stadio singolo

Si tratta di una topologia ampiamente adottata per i driver LED con ampia gamma di input. Ha una buona efficienza del prodotto e un valore PF e un’ampia gamma di carichi. Lo svantaggio è che un’elevata ondulazione di corrente può causare uno sfarfallio visibile o invisibile a 100Hz/120Hz. Un buon progetto può ridurre l’ondulazione corrente a un valore relativamente basso, ma l’ondulazione è solitamente ancora superiore allo schema precedente. Una caratteristica interessante di questo schema è che l’ondulazione è fortemente influenzata dalle caratteristiche VI dei diversi carichi LED. Quindi, per controllare completamente l’ondulazione di questo schema, i produttori di driver LED sono alla ricerca di soluzioni migliori.

3. PFC attivo più commutazione DCDC

Per risolvere il problema del PFC monostadio, è necessario aggiungere un ulteriore DCDC all’azionamento, il che aumenta il costo del 15-20%. Questo circuito riduce notevolmente l’ondulazione della corrente di uscita, rendendo l’uscita CC quasi ideale, ma perderà l’efficienza del 2-3%. E questa struttura può coprire la maggior parte dei livelli di potenza per applicazioni indoor.

In sintesi

Con lo sviluppo dell’industria dell’illuminazione a LED, le caratteristiche di alta efficienza e lunga durata non possono più soddisfare il mercato. Le persone sono alla ricerca di un ambiente luminoso migliore, in particolare un ambiente luminoso sano. Per alcuni luoghi come uffici e salotti, l’assenza di sfarfallio è più importante.

Esistono molti modi per generare una buona corrente CC a bassa ondulazione per pilotare il LED e ogni metodo ha i suoi vantaggi e svantaggi. Il vantaggio principale del soppressore di ripple è che fornisce un metodo molto semplice e flessibile che può ridurre lo sfarfallio dei nostri progetti esistenti aumentando un costo ragionevole.

Il design a basso ripple dei LED sarà ancora un obiettivo di ricerca per molto tempo in futuro e i produttori di driver LED professionali come uPowerTek continueranno a trovare soluzioni migliori per il mercato.

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