Usuwanie migotania światła LED poprzez prawidłowy wybór sterownika LED

W przemyśle oświetleniowym trendem jest zastępowanie tradycyjnych żarówek i świetlówek bardziej wydajnymi i trwalszymi diodami LED. Jednakże, ponieważ jest on bezpośrednio podłączony do linii prądu zmiennego, podobnie jak pionierzy tradycyjni, może wystąpić ryzyko migotania 100 Hz lub 120 Hz z powodu tętnienia prądu przemiennika na wyjściu zasilacza, chociaż przez większość czasu może to sprawić, że konsumenci czuć się nieswojo wśród ludzi. Oczy nie mogą ich zauważyć. Producenci diod LED i lamp są chętni do rozwiązania tego problemu, zwracają się do producenta sterownika LED, ponieważ ostatecznie sterownik LED określa, czy migotać, czy nie. W tym artykule zbadano przyczyny migotania, opisano, w jaki sposób dochodzi do migotania diod LED i wyjaśniono, w jaki sposób inżynierowie mogą znaleźć kompromis między różnymi rozwiązaniami, aby rozwiązać problem. Wreszcie, zapewnia opłacalny i elastyczny sposób na uzyskanie oświetlenia LED bez migotania za pomocą tłumików tętnień.

Lampy LED zastąpią większość innych lamp, takich jak żarówki i świetlówki w ciągu najbliższych kilku lat. To dobrze znany trend, że LED to nowa generacja źródeł światła. Ludzie oczekują nie tylko wyższej wydajności świetlnej, ale także lepszego środowiska świetlnego.

Większość świateł LED jest bezpośrednio podłączona do sieci energetycznej AC. W zależności od regionu są to 50Hz lub 60Hz, a częstotliwość po prostowaniu AC jest bardzo niska nawet 100Hz lub 120Hz, co może powodować migotanie stroboskopowe i powodować niepokój. Jeśli sterownik LED jest zaprojektowany do korzystania z jednostopniowej konstrukcji PFC, możesz nawet zachorować.

Teraz producenci lamp zdają sobie sprawę i próbują rozwiązać ten problem, zwłaszcza w pomieszczeniach. Zwrócili się więc do profesjonalnych producentów sterowników LED o pomoc i rozwiązania. W tym artykule wyjaśniono, w jaki sposób prąd pulsujący diody LED wpływa na migotanie, oraz wyjaśniono wiele sposobów rozwiązania problemu poprzez odpowiedni projekt sterownika LED, w szczególności unikalne urządzenie zwane tłumikiem tętnienia, które umożliwia producentom lamp. tętnienia prądu bez zmiany aktualnego sterownika LED.

Wpływ migotania

Częstotliwości migotania światła w zakresie od 3 do 70 Hz są łatwo dostrzegalne przez człowieka, co może sprawić, że poczuje się bardzo niekomfortowo. Nawet powtarzające się błyski i statyczne powtarzające się wzory geometryczne mogą wywoływać u tych osób napady padaczkowe, a częstość ich występowania wynosi około 0,025%. Ten rodzaj migotania można łatwo rozwiązać za pomocą sterownika LED. Jeśli widzimy tę częstotliwość w przebiegu tętnienia prądu wyjściowego, zwykle myślimy, że sterownik LED jest niestabilny. Ludzie zaczynają zwracać większą uwagę na fakt, że długotrwałe narażenie na migotanie o wyższej częstotliwości (w zakresie 70-160 Hz) może również powodować dyskomfort, bóle głowy i zaburzenia widzenia. W przypadku sterowników LED, ponieważ częstotliwość sieci w większości części świata wynosi 50 Hz lub 60 Hz, najczęstsze to migotanie 100 Hz i 120 Hz. W tym artykule omówiono więc głównie sposoby radzenia sobie z migotaniem 100 Hz lub 120 Hz. W rzeczywistości wpływ migotania 100 Hz lub 120 Hz na zdrowie człowieka jest nie tylko funkcją częstotliwości, ale jest również związany z czynnikami fizjologicznymi i fizjologicznymi.

Niektórzy badacze twierdzą nawet, że siatkówka może dostrzegać migotanie do 200 Hz, jednak testy wykazały, że powyżej 160 Hz wpływ migotania na zdrowie jest znikomy.

Definiowanie migotania

IESNA (Illuminating Engineering Society of North America) opublikowało definicje „procentowego migotania” i „wskaźnika migotania” w dziewiątym wydaniu The IESNA Lighting Handbook. Rysunek 1 pokazuje sposób definiowania metryk.

Procent migotania jest względną miarą cyklicznych zmian mocy wyjściowej źródła światła (tj. modulacji procentowej). Jest to również czasami określane jako „wskaźnik modulacji”.

Wskaźnik migotania jest „wiarygodną względną miarą cyklicznych zmian mocy wyjściowej różnych źródeł przy danej częstotliwości zasilania. Bierze pod uwagę kształt fali strumienia świetlnego, a także jego amplitudę” – czytamy w podręczniku. Współczynnik migotania przyjmuje wartości od 0 do 1,0, gdzie 0 oznacza stały strumień świetlny. Wyższe wartości wskazują na zwiększoną możliwość zauważalnego migotania lampy, a także efektu stroboskopowego.

Jak wspomniano powyżej, oprócz częstotliwości, wskaźnik migotania ma znaczący wpływ na to, jak ludzie czują się przy świetle. Wyższy wskaźnik migotania oznacza większą czułość ludzkiego oka i gorszy poziom komfortu. Poniższa tabela pokazuje typowy wskaźnik migotania różnych silników oświetlenia.

Grupa robocza ds. standardów IEEE IEEE PAR1789 „Zalecane praktyki dostosowywania prądu w diodach LED o wysokiej jasności w celu zmniejszenia zagrożeń dla zdrowia odbiorców” została utworzona w celu dostarczania branży oświetleniowej, ANSI/NEMA, IEC, EnergyStar i innym organizacjom normalizacyjnym zaleceń dotyczących pojawiających się problemów Dioda LED Lampka miga. W artykule przedstawiono zagadnienia zdrowotne związane z migotaniem dla projektantów energoelektroniki oświetlenia LED, dowiedziono, że istniejąca technologia w oświetleniu LED czasami zapewnia migotanie z częstotliwością, która może wywołać reakcję biologiczną organizmu człowieka, oraz omówiono próby złagodzenia niezamierzonych skutków biologicznych. Niektóre metody do rozważenia przy oświetleniu LED. Ten artykuł przedstawia trwające prace nad normą IEEE PAR1789, która jest niezbędna do zaprojektowania bezpiecznych sterowników lamp LED.

A według artykułu https://fhi.nl/app/uploads/sites/32/2017/09/Te-Lintelo-Systems-LED-Flicker- %E2% 80%93-where-we-are-with-test- metody-i-standardy.pdf

Mamy następującą krzywą.

Funkcja półprzewodnikowego źródła światła

Wyjście światła LED jest prawie liniowe z prądem sterującym, jak pokazano na poniższym rysunku, więc jest całkiem oczywiste, że krytyczna przyczyna migotania światła LED jest spowodowana prądem sterującym, który jest pierwotnie dostarczany przez sterownik LED. Podstawowym rozwiązaniem jest więc upewnienie się, że prąd wyjściowy sterownika LED jest stabilny bez dużych tętnień.

Rozwiązania sterowników LED do zastosowań wewnętrznych

Kiedy mówimy o migotaniu 100 Hz lub 120 Hz, w większości przypadków chodzi o zastosowania wewnętrzne. Istnieje sporo schematów sterowników LED do zastosowań wewnętrznych, zapewniających stały prąd, takich jak prosty rezystor, liniowa regulacja półprzewodnikowa i przełączająca regulacja PWM po prostowaniu AC, ale schematy te wykraczają poza dyskusję w tym artykule, ponieważ nie są w stanie zapewnić kwalifikowanych współczynnik mocy (PF), który normalnie powinien być większy niż 0,9. Coraz więcej krajów i stowarzyszeń normalizacyjnych, takich jak Energy Star i DLC (Design Lights Consortium), wymaga, aby światła miały wartość PF powyżej 0,9 i można przewidzieć, że lampy i oprawy bez PF 0,9 zostaną wkrótce wycofane. Tutaj omówiono i porównano niektóre kwalifikowane metody osiągnięcia PF. Wprowadzono również nowy rodzaj schematu obniżania istniejącego dużego tętnienia z jednostopniowego sterownika LED, jak poniżej.

1. Pasywny (Valley Fill) PFC plus przełączanie DCDC

Ta struktura jest szeroko stosowana w tanich adapterach i ładowarkach offline. Dzięki układowi wypełniającemu dolinę i kondensatorom o dużej pojemności tętnienia prądu tego rozwiązania są małe i łatwe do kontrolowania. Wadą tego schematu jest to, że PF jest słaby, nie może przejść normy EN61000-3-2 (test emisji prądu harmonicznego) klasy C i nie nadaje się do wyższych mocy powyżej 20 W. Ponadto rozwiązanie to nie nadaje się do realizacji szerokich napięć wejściowych 100Vac-240Vac.

2. Jednostopniowy aktywny PFC

Jest to powszechnie stosowana topologia dla sterowników LED o szerokim zakresie wejściowym. Ma dobrą wydajność produktu i wartość PF oraz szeroki zakres obciążeń. Wadą jest to, że wysokie tętnienia prądu mogą powodować widoczne lub niewidoczne migotanie 100Hz/120Hz. Dobry projekt może zredukować tętnienie prądu do stosunkowo niskiej wartości, ale tętnienie jest zwykle nadal wyższe niż w poprzednim schemacie. Interesującą cechą tego schematu jest to, że na tętnienie duży wpływ mają charakterystyki VI różnych obciążeń LED. Aby więc całkowicie zapanować nad falowaniem tego schematu, producenci sterowników LED szukają lepszych rozwiązań.

3. Aktywne PFC plus przełączanie DCDC

Aby rozwiązać problem jednostopniowego PFC, należy do napędu dołożyć dodatkowy DCDC, co zwiększa koszt o 15-20%. Ten obwód znacznie zmniejsza tętnienie prądu wyjściowego, dzięki czemu wyjście jest prawie idealne dla prądu stałego, ale straci 2-3% wydajności. Ta struktura może pokryć większość poziomów mocy w zastosowaniach wewnętrznych.

W podsumowaniu

Wraz z rozwojem branży oświetlenia LED cechy wysokiej wydajności i długiej żywotności nie mogą już zadowalać rynku. Ludzie szukają lepszego środowiska świetlnego, zwłaszcza zdrowego środowiska świetlnego. W niektórych miejscach, takich jak biura i pokoje dzienne, brak migotania jest ważniejszy.

Istnieje wiele sposobów generowania dobrego prądu stałego o niskim tętnieniu do zasilania diody LED, a każda metoda ma swoje zalety i wady. Główną zaletą tłumika tętnień jest to, że zapewnia bardzo prostą i elastyczną metodę, która może zmniejszyć migotanie naszych istniejących projektów poprzez zwiększenie rozsądnych kosztów.

Konstrukcja diod LED o niskim tętnieniu będzie jeszcze przez długi czas przedmiotem badań, a profesjonalni producenci sterowników LED, tacy jak uPowerTek, będą nadal znajdować lepsze rozwiązania na rynek.

Nadal masz pytania? Skontaktuj się teraz!