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Por Hank Lan/MWEU Departamento Técnico

Selecionar um driver de LED com uma faixa de operação de tensão adequada (região de Corrente Constante) pode parecer bastante fácil, mas este artigo explicará que não é tão direto. Em primeiro lugar, é necessário perceber que as tensões de avanço do LED não são idênticas de matriz em matriz. Em segundo lugar, a tensão do LED varia quando a temperatura da junção sobe ou desce.

Como o funcionamento correto do driver é crucial para a funcionalidade e confiabilidade da lâmpada, vale a pena analisar mais detalhes sobre esses fatores que afetam a tensão do LED. Este artigo explica as preocupações típicas das tensões de avanço do LED e como determinar adequadamente a margem necessária para a tensão do driver de LED. Também sugere procurar uma nova função encontrada em alguns novos drivers de LED que podem funcionar com um aumento temporário da tensão de saída para contornar a questão da alta tensão de LED a uma temperatura extremamente baixa.

O design de uma lâmpada LED é um trabalho de engenharia multidimensional que envolve preocupações de design óptico, térmico e elétrico. Para atingir a meta dos requisitos ópticos, o tipo e a quantidade de LED e sua corrente de acionamento são decididos primeiro. Dependendo de certas considerações de segurança e/ou de uma abordagem de design modularizado, certos números de LEDs são colocados na mesma corda e outros em paralelo. Quando esses fatores são definidos, a primeira estimativa da tensão de trabalho do LED pode ser feita multiplicando o número de LEDs em uma corda para a tensão direta típica (Vforward) deste LED.

Vforward_{_total} = Vforward x Num/String
O cálculo acima dá uma ideia aproximada sobre a faixa de tensão operacional e, juntamente com a corrente de acionamento determinada, conhecerá o requisito de energia. No entanto, esse número não é um valor absoluto e não é adequado para garantir um projeto elétrico adequado. Para fazer a preocupação de projeto com a tensão do driver, a tensão do LED deve ser considerada por 1) característica V-I, 2) variação de produção e 3) coeficiente de temperatura.
No parágrafo abaixo, esses 3 aspectos são explicados separadamente e, no final do artigo, um exemplo de estimativa de tensão e etapas de escolha do driver de LED é fornecido.

Características do LED V/I

Para um LED ideal, a tensão direta não muda quando a corrente aumenta (Fig 1.). Na realidade, a tensão de avanço muda com a corrente, e é importante verificar a tensão do LED com base na corrente real projetada, em vez de se referir à condição de teste padrão da especificação.
No exemplo abaixo, a especificação mostra que a tensão típica do LED é de 3,2V. Se o LED não for usado a 350mA, mas a 1A, em vez de 3,2V/LED, a tensão real do LED típica é de 3,8V/LED. Essa diferença de 0,6V pode levar a um resultado muito diferente quando um alto número de LEDs é colocado em série.

Além disso, a situação pode ficar ainda pior se o driver de LED tiver uma alta corrente de ondulação, o que resultaria em uma corrente de pico superior a 1A e, portanto, a tensão de pico excederia 3,8V.

Fig.

Fig. 2.

HLG-80H Driver de LED 80W Alta Eficiência e Durabilidade MeanWell

Tolerância de produção de LED:

As tensões de avanço do LED em cada matriz têm variações devido à deriva do processo. Uma produção madura deve fornecer uma tolerância mais apertada, resultando em uma distribuição normal (ex. Fig. 3). A tolerância de tensão típica devido à variação de produção é inferior a 10%, o que pode ser indiretamente derivado da relação máximo-típica na tensão direta típica na folha de dados do LED (Referindo-se à Tabela 1, coluna 4 e 5). Os dados de produção, como a distribuição real da tensão direta, por outro lado, podem ter que ser verificados diretamente com o fabricante do LED.

Embora o máximo/mínimo absoluto seja de +/- 10%, estatisticamente, quanto mais LEDs conectados em série, maior a probabilidade de a tensão direta combinada se estabelecerá em torno do valor típico da tensão. Recomenda-se criar algum espaço de cabeça de tensão, uma margem de 10% para a tensão típica é considerada segura. Uma margem mais alta também pode ser considerada, o que colocaria o drive em melhores condições de trabalho e prolongaria a vida útil do driver.

Fig. 3 Distribuição de tensão direta LED da produção

LED Vf. Vs. Temperatura

A tensão de avanço do LED tem um coeficiente de temperatura negativo, isso significa que quanto maior a temperatura, menor a tensão de avanço. Como um LED é um elemento de autoaquecimento, com um design térmico adequado da lâmpada, a temperatura de trabalho contínua e a tensão de operação de LED são normalmente bastante estáveis.

O pior caso ocorre quando a lâmpada liga a uma temperatura baixa. Para estimar o requisito de tensão extra a baixa temperatura, a especificação do LED fornece uma curva V-T típica de acordo com a condição de teste padrão (por exemplo, 350mA).

Muitos fabricantes também fornecem uma ferramenta de software para verificar a tensão de acordo com parâmetros variáveis, como temperatura de junção (Tj), corrente de acionamento, etc.

Pode haver uma diferença dramática no requisito de tensão devido à baixa temperatura e ao requisito de tensão devido à tolerância de produção ou diferença de corrente.

No primeiro caso, o requisito de tensão é apenas temporário e, portanto, o espaço da cabeça de tensão não precisa ser reservado permanentemente.
No mercado, existem alguns drivers de LED avançados equipados com função adaptativa de tensão para lidar com a exigência de tensão de curto prazo.

O HLG-480H-C da Mean Well, por exemplo, tem uma função “adaptável ao ambiente” que pode reduzir automaticamente sua corrente de saída para trocar por uma tensão de saída mais alta enquanto ainda mantém a potência de saída total dentro da classificação de especificação.

À medida que a lâmpada é ligada e gradualmente aquecida, a tensão volta a um nível normal e, em seguida, a corrente também voltará ao valor original projetado.

A função adaptativa ao ambiente fornece 20% de espaço de tensão extra do que o driver de LED comum. O HLG-480H-C1400 que funciona em 171~343V pode aumentar para 412V temporário para garantir a inicialização bem-sucedida das lâmpadas a uma temperatura extremamente baixa (por exemplo, -40°C).

A série de potência constante HVGC, da mesma forma, permite uma tensão de saída mais alta quando a corrente é escuecida. Há também diferentes possibilidades para outros modelos. Se houver alguma dúvida sobre o problema de inicialização do LED, entre em contato com a MEAN WELL para as melhores sugestões.

Fig. 4 Temperatura vs. tensão de avanço

Exemplo e Resumo:

Um design de lâmpada usa 100 LEDs como na Fig. 2, a corrente de acionamento é de 1,05A. Existem 2 cordas no total, o que significa que cada corda tem 50 LEDs.

A menor temperatura de operação de acordo com a especificação da lâmpada é de 0°C. Para definir o requisito de tensão:

Solução 1: Preencha esses parâmetros no software do PC e obtenha o ponto de operação do LED com margem.
Verifique com o fabricante com mais detalhes.

Solução 2: Verifique a folha de dados do LED e siga os passos abaixo:

• Passo 1: Verifique a curva de LED V-I, encontre a tensão na curva de acordo com a corrente destinada.

De acordo com a Fig. A tensão de avanço típica de 2 LEDs a 1,05A é de 3,8V

• Passo 2: Multiplice essa tensão para o número de LEDs em uma sequência.

3,8 (V) x 50 (pcs) = 190 V

• Etapa 3: Considerando a tolerância de produção usando a proporção de tensão máxima para tipo.

3,48 (V) / 3,2 (V) = 108,75%
190 (V) x 108,75 % = 206,6 (V)

Breve resumo:
A tensão direta total do LED típica é de 190V
O pior caso da tensão direta total do LED é 207V*
(* a ondulação atual do driver não é considerada aqui.)

• Etapa 4: Considerando o coeficiente de temperatura para avaliar a pior tensão de inicialização.

Da Fig. 4, Typ. a tensão a 0°C é de 3,6V, a 85°C é de 3,2V.
Suponha que a lâmpada LED normalmente funcione a Tj 85°C
3.6 (V, Tj=0) / 3.2 (V, Tj=85) = 1.125 < 1.2
No começo frio
A tensão direta total do LED típica é de 190V x 1,2 = 228 V
A tensão direta total do LED, o pior caso, é 207V x 1,2 = 248,4 V

Modelo sugerido: HLG-480H-C2100, razão como abaixo

A lâmpada LED precisa de 190V e 2.1A (399W), no pior dos casos 207V (435W). Isso está dentro da classificação HLG-480C. Além disso, o HLG-480H tem ondulação de corrente muito baixa, portanto, a influência da ondulação na mudança de tensão do LED pode ser ignorada. Em temperatura fria, a exigência de tensão pode ser temporária acima de 249V, que não está dentro da região normal de corrente constante, no entanto, essa situação raramente acontecerá e pode ser coberta pela função adaptativa do ambiente do HLG-480H-C2100 que suporta ao máximo 275V com a corrente reduzida.

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