Iluminatul pe bază de semiconductori începe să realizeze economiile de energie promise de mult timp, explică ALI FAWAZ, dar pentru a extinde adoptarea, dezvoltatorii trebuie să continue să reducă costurile circuitelor de control, în timp ce caracteristici precum reglarea intensității luminoase trebuie să fie în continuare acceptate.
Iluminatul pe bază de LED-uri a început să aibă un impact asupra cantității uriașe de energie utilizată pentru iluminat în regiunile dezvoltate ale globului, dar se așteaptă mai mult de la tehnologia de iluminat cu stare solidă (SSL). Pentru a îndeplini previziunile, de exemplu, privind o pătrundere mai mare de 50% în sectorul iluminatului comercial până la sfârșitul acestui deceniu, producătorii de SSL trebuie să reducă în continuare costurile pentru lămpile și corpurile de iluminat asociate. Componentele electronice utilizate pentru controlul LED-urilor sunt o țintă principală pentru eforturile de reducere a costurilor, iar integrarea la nivelul cipurilor de siliciu sau al circuitelor integrate se concentrează pentru a contribui la atingerea acestui obiectiv. Cu toate acestea, electronica trebuie să fie complet dotată cu suport pentru reglarea intensității luminoase, deoarece reglarea intensității luminoase poate avea un impact și mai mare asupra economiilor de energie, oferind în același timp un mediu mai bun pentru lucrători și îmbunătățind ambianța în multe aplicații.
Vă interesează articolele & anunțuri privind comenzile de reglare a intensității luminoase & electronica SSL?
De fapt, luați în considerare sectorul iluminatului comercial menționat mai sus. Potrivit unui document publicat în 2014 de Worcester Polytechnic Institute, iluminatul reprezintă aproape jumătate (349 TWh/an) din bugetul de energie electrică al clădirilor comerciale din SUA. Costul uriaș al energiei asociat unor astfel de niveluri de utilizare înseamnă că avantajul costului de proprietate al lămpilor pe bază de LED este adesea suficient pentru a câștiga cotă de piață în cadrul noilor proiecte. Dar dezvoltatorii trebuie să depună în continuare eforturi pentru îmbunătățiri în ceea ce privește funcționalitatea care să reducă costurile inițiale de achiziție.
Optimizarea comenzilor de reglare a intensității luminoase 0-10V pentru corpuri de iluminat cu LED eficiente și rentabile
Electronica de reglare a intensității luminoase reprezintă un domeniu deosebit de dificil pentru dezvoltatorii SSL. În ciuda faptului că LED-ul în sine este în mod inerent reglabil, multe dintre primele generații de lămpi cu LED nu erau compatibile cu variatoarele convenționale. Mai mult, controlerele tradiționale ale circuitelor integrate de alimentare cu comutație s-au dovedit a fi inadecvate pentru aplicațiile de balast cu LED-uri. Prin urmare, circuitele integrate de control pentru balasturile cu LED-uri utilizează din ce în ce mai mult tehnologia digitală, în special în partea de reglaj a circuitului integrat. Având în vedere această concentrare asupra circuitului integrat de control, interfața dintre circuitul integrat de control al LED-ului și dispozitivul de reglare a intensității luminoase (variator) a fost în mare parte ignorată. O interfață de reglare a intensității luminoase bine concepută și stabilă este esențială pentru o calitate constantă a luminii și pentru a obține fiabilitatea necesară pentru aplicațiile comerciale și industriale.
Metode de încorporare a controlului de reglare a intensității luminoase 0-10V
În timp ce reglarea intensității luminoase cu tăiere de fază este utilizată în mod obișnuit pentru aplicațiile rezidențiale de masă, există probleme legate de pâlpâirea inerentă care limitează utilizarea sa pe piețele comerciale. În scenariile comerciale de interior și exterior și chiar și în iluminatul rezidențial de înaltă calitate în care nu este necesară schimbarea culorii, variatorul de intensitate 0-10V este preferat de mulți proiectanți și specificatori de iluminat. Există două metode de control al variatorului 0-10V. Într-o metodă, controlerul (variatorul) furnizează curent către driverul LED; aceasta este definită și susținută de standardul ESTA E1.3 și este o metodă preferată în aplicațiile tehnologice de teatru sau de divertisment.
În cea de-a doua metodă, controlerul (variatorul) scade curentul de la driverul LED. Ușurința relativă de utilizare face ca această a doua metodă să fie populară pentru cea mai largă gamă de aplicații comerciale. Specificațiile tehnice cheie pentru cea de-a doua metodă, care sunt definite în standardul tehnic IEC60929 Anexa E, sunt:
– Curentul minim de absorbție către controlerul de atenuare (dimmer) este de 10 μA și curentul maxim de absorbție este de 2 mA.
– În niciun caz bornele circuitului de interfață către controlerul de atenuare (dimmer) nu trebuie să producă o tensiune care să depășească +20V și nici nu poate fi mai mică de -20V. Driverul/balastul nu trebuie să fie deteriorat atunci când tensiunea de atenuare este cuprinsă între +20V și -20V.
– Terminalele de comandă ale circuitului de interfață trebuie să fie protejate împotriva polarității inverse. În cazul polarității inverse a terminalelor de control ale interfeței, lumina de ieșire trebuie să fie la minim sau oprită.
– Interfața circuitului de reglare a intensității luminoase trebuie să producă lumină de ieșire stabilă pentru o tensiune de control de reglare a intensității luminoase între 0-11V.
– Atunci când semnalul controlerului de reglare a intensității luminoase (variator) este de 10V sau mai mare, lumina de ieșire trebuie să fie la maxim. Atunci când semnalul controlerului de reglare a intensității luminoase (dimmer) este de 1V sau mai mic, lumina de ieșire trebuie să fie la minim sau stinsă.
– Dacă nu se utilizează un controler de reglare a intensității luminoase (dimmer), terminalele de reglare a intensității luminoase sunt de obicei menținute deschise, iar lumina de ieșire trebuie să fie la maxim. Dacă bornele de reglare a intensității luminoase sunt scurtcircuitate, lumina de ieșire ar trebui să fie la minim.
– Firul de alimentare al terminalului de reglare a intensității luminoase este violet, iar cel de retur este gri.
În plus, este necesară o izolare/izolare dublă sau întărită față de toate tensiunile periculoase, inclusiv față de tensiunea de intrare, pentru siguranță în toate cazurile în care circuitul controlerului de reglare a intensității luminoase (variator) este accesibil utilizatorului. Izolarea îmbunătățește și mai mult performanța de dimming prin menținerea zgomotului de comutare ridicat departe de semnalele de dimming.
Dezvoltarea de proiecte pentru o interfață de dimming
Două figuri anterioare prezintă soluții tipice de proiectare pentru un circuit de interfață de dimming. Fig. 1 este un circuit de interfață de atenuare bazat pe transformator, iar Fig. 2 prezintă un circuit de interfață de atenuare bazat pe optocuplor. În ambele circuite, semnalul de atenuare este transformat într-un impuls pentru a facilita obținerea unui semnal proporțional cu semnalul de atenuare de cealaltă parte a limitei în care se află controlerul principal al circuitului integrat cu LED-uri. Impulsul este de obicei mediatizat și alimentat la pinul de atenuare al controlerului LED.
Interfața de atenuare bazată pe transformator nu are nevoie de o tensiune de polarizare, dar suferă de imprecizii în cazul schimbărilor de temperatură. În plus, transformatorul este costisitor și necesită o amprentă PCB (placa de circuite imprimate) relativ mare. Este necesar, de asemenea, un impuls extern de undă pătrată; acesta este de obicei implementat prin utilizarea comenzii de poartă a unui MOSFET de putere low-side. Semnalul de comandă a porții are fronturi rapide de creștere și descreștere care ar putea exacerba EMI la variator. Tranzitorii de înaltă tensiune, în primul rând tensiunea de supratensiune, la poarta MOSFET-ului de putere impun, de asemenea, cerințe de blocare a semnalului de reglaj în jurul transformatorului de izolare. Multe dintre aceste probleme sunt abordate, iar performanța interfeței de atenuare bazată pe transformator este îmbunătățită semnificativ prin utilizarea unui controler principal al LED-ului care poate genera un impuls pătrat controlat și asigură compensarea temperaturii pentru semnalul de atenuare.
Interfața de atenuare bazată pe optocuploare prezentată în figura 2 este mai complexă decât un proiect bazat pe transformator, dar poate fi, de asemenea, mai precisă. Ea necesită o tensiune de polarizare și cel puțin două amplificatoare operaționale în plus față de opto-cuplorul optic. Acesta generează singur unda pătrată, eliminând unele dintre problemele care apar la utilizarea semnalului de comandă a porții MOSFET-ului de putere.
În ambele circuite de interfață, parametrii de proiectare sunt fixați la o anumită specificație și nu sunt ușor de modificat. Modificările parametrilor, cum ar fi curentul de scufundare în variator, ciclul minim de funcționare (care determină tensiunea minimă de programare la controlerul circuitului integrat cu LED-uri) și modul operațional al interfeței de reglare a intensității luminoase, toate acestea necesită reproiectare.
Beneficii ale proiectelor de circuite simplificate pentru interfețele de reglare a intensității luminoase
Cum se întâmplă adesea în industria semiconductoarelor, cel mai bun mod de a rezolva o problemă de proiectare a circuitului poate fi prin intermediul unui circuit integrat care este construit special pentru sarcina respectivă. Presupunând că aplicația în cauză este suficient de mare pentru a susține proiectarea și fabricarea unui astfel de circuit integrat, beneficiile pot include performanțe mai mari și costuri mai mici. Iar sectorul SSL este cu siguranță în creștere până la punctul de a face fezabile circuitele integrate construite special.
Figura 3 ilustrează o abordare în care o mare parte din elementele discrete din proiectarea bazată pe optocuplor sunt integrate într-un astfel de circuit integrat compact, Infineon CDM10V. În esență, toate circuitele prezentate în partea stângă a opto-cuplorului din Fig. 2 sunt reduse la acest circuit integrat.
Pe lângă simplificarea proiectării, abordarea cu circuit integrat reduce costul și dimensiunea sistemului global, scade costurile de asamblare și îmbunătățește fiabilitatea. Parametrii programabili oferă, de asemenea, flexibilitate pentru a reutiliza proiectarea circuitului în dezvoltări multiple de corpuri de iluminat. Setările programabile o singură dată includ curentul rezistenței, ciclul minim de funcționare, frecvența semnalului de modulație a lățimii de impuls și funcționalitatea dim-to-off. Tabelul alăturat rezumă caracteristicile programabile. Circuitul integrat poate fi configurat chiar și într-un mod transparent pentru ieșirea directă a unui semnal de modulație a lățimii de puls a sursei.
Această abordare mai simplă a unui circuit de interfață de dimming oferă flexibilitate într-o gamă largă de aplicații de dimming în iluminatul industrial și comercial, cum ar fi trofeele, luminile de coborâre, sconces, iluminatul sub dulap, iluminatul de birou și altele. Circuitul ar putea fi folosit chiar și pentru aplicații în afara iluminatului general, cum ar fi semnalizarea bazată pe LED-uri. Într-adevăr, producătorul de iluminat ar putea implementa un singur design hardware pentru o întreagă platformă de balasturi comerciale cu LED-uri, permițând astfel aplicarea în volum a tehnologiei de reglare a intensității luminoase.
ALI FAWAZ este inginer senior de aplicații la Infineon Technologies Americas (infineon.com).
.