Problema de inicialização em módulos de LED com conversor DC para DC

Estrutura de design de condução de LED

Os módulos de LED são normalmente acionados por uma das três estruturas listadas abaixo:
– Um driver de LED de corrente constante (CC) conecta-se diretamente ao LED, a luminância é controlada pela corrente de saída do driver de LED.
– Uma fonte de alimentação de LED de tensão constante (CV), normalmente 12 V ou 24 V, conecta-se a tiras ou tubos de LED que possuem resistor ou circuito limitador de corrente simples na PCB do LED. O resistor ou limitador de corrente define a corrente e a luminância.
– Conexão em cascata de uma fonte de alimentação CV e um conversor DC-DC (DC/DC) e depois à placa de LED. A corrente de saída é controlada apenas pelo conversor CC/CC.  

Para as duas primeiras estruturas, as fontes de alimentação estão conectadas ao LED sem conversão ativa entre elas. A seleção da fonte de alimentação é relativamente simples: a corrente ou a tensão correta devem ser selecionadas. A terceira estrutura de acionamento inclui um DC/DC ativo intermediário, o que pode trazer certos problemas de compatibilidade. Nos capítulos seguintes, examinaremos o mecanismo de funcionamento DC/DC e os possíveis problemas ao selecionar uma fonte de alimentação com a especificação errada.   

Conversor CC/CC

Os conversores DC/DC têm 3 tipos: Buck (conversão redutora), Boost (conversão intensificada) e Buck-boost. Não importa quais conversores sejam, a maioria deles possui uma ampla faixa operacional de tensão de entrada. Dentro desta faixa de entrada, o conversor DC/DC converterá a potência de entrada na tensão de saída desejada e/ou corrente para a carga. Se a carga for fixa, a potência de entrada também será fixa. Como a potência é a mesma quando a tensão de entrada é alta, a corrente de entrada será baixa e vice-versa. A fórmula de conversão de energia é mostrada abaixo:

Potencial problema de compatibilidade entre a fonte de alimentação CV e o conversor DC/DC

Tubos ou holofotes LED acionados por CC prontos para uso normalmente contêm esses conversores em seu interior. No manual desses produtos normalmente apenas é especificada uma tensão de entrada fixa, por exemplo “entrada 24VDC”. Ao aplicar esta tensão na lâmpada, ela certamente funcionará; no entanto, a faixa de trabalho real pode ser muito maior e menor do que esta tensão de entrada nominal devido ao conversor CC/CC usado internamente. 

 
Figura 1. Iluminação de pista 

 
 Figura 2. Especificação LDD-H 

Com informações insuficientes, o instalador do sistema pode ignorar o possível problema de compatibilidade e sofrer falhas de inicialização, como piscar, saída de luz mais escura ou simplesmente nenhuma luz. O problema está relacionado à resposta transitória ao ligar e ao comportamento do conversor CC/CC. Mais detalhes são explicados abaixo: 

Situação 1:
Fonte de alimentação CV com corrente insuficiente sob baixa tensão de saída  

Uma instalação típica é ilustrada na Fig.3. Cada LDD-1000H com LED representa um tubo LED. Suponha que o LED tenha 9V, 1A, 30 desses tubos de LED consomem 270W. Se a entrada de 24V estiver indicada nas válvulas, podemos selecionar HLG-320H-24 neste caso, por exemplo.

Fig. 3 Fonte de alimentação CV com 30 tubos LED

A especificação HLG-320H-24 mostra máx. a potência de saída é 320,16 W e a corrente de saída nominal 13,34A. Aparentemente, usar HLG-320H-24 em sistema 24V/270W é a escolha certa e até com uma margem razoável. Porém, a situação real é que o LDD-1000H começará a funcionar quando a tensão de entrada estiver acima de 12V. Se a fonte de alimentação tiver um tempo de aumento de tensão CC relativamente lento em comparação com o tempo de inicialização do conversor CC/CC, o CC/CC já poderá atingir a saída de potência total antes que a tensão de saída da fonte de alimentação suba para o nível correto. Nessa condição, como a tensão de entrada é baixa e o DC/DC tenta ainda fornecer potência total à sua carga, será necessária uma corrente de entrada maior do que o esperado e, eventualmente, atingindo e ultrapassando o limite de HLG-320H-24. Neste caso, a saída da fonte de alimentação pode ser reduzida a zero e reiniciada, o que faz com que a lâmpada pisque, fique mais escura ou simplesmente não consiga acender. O cálculo da corrente de entrada depende da tensão de entrada é mostrado abaixo: 

• Corrente de entrada do conversor DC/DC quando a tensão de entrada é 24V

            270 W = 24 V × 11,25 A

• Corrente de entrada do conversor DC/DC quando a tensão de entrada é 12V

           270 W = 12 V × 22,5 A

* Negligenciando a perda de energia não ideal, o conversor CC/CC requer uma corrente duas vezes maior quando a tensão de entrada é reduzida à metade.  

A Figura 6 mostra outro exemplo com LDD-1000H, neste exemplo o LED é de 6V e a corrente total é de 20A. Como o LDD-1000H é um conversor abaixador, ele já começará a trabalhar com tensão de entrada entre 6V a 9V. Novamente, se o conversor DC/DC atingir a potência máxima mais rápido do que a fonte de alimentação CV, aumentará seu nível de tensão de saída. O conversor DC/DC tentará trabalhar no modo de baixa tensão de entrada e obter corrente mais alta da fonte de alimentação. Neste exemplo abaixo, se DC/DC começar a funcionar em 9V, a corrente de entrada atingirá o ponto de proteção contra sobrecorrente HLG-320H-24. Nessa condição, a fonte de alimentação irá parar de aumentar sua tensão de saída e permanecerá no modo de saída de corrente constante. Há uma chance de que a fonte de alimentação e o conversor CC/CC possam ser estabilizados nesta condição anormal, mas estável. No entanto, para HLG-320H-24, a região de corrente constante é 12~24V, e 9V é obviamente inferior a esta faixa, portanto a fonte de alimentação entrará no modo soluço. Por acaso, após vários soluços, a fonte de alimentação pode finalmente entrar na faixa viável e a lâmpada acenderá bem no final.

    Fig. 8 Usando o interruptor DC da função dim off no conversor DC/DC