Светодиоды в современных уличных фонарях обычно импульсные? Если да, то примерно с какой частотой?

Я могу думать о некоторых причинах, почему современные светодиодные уличные фонари, вероятно, были бы импульсными;

• Эффективное преобразование напряжения, начиная с сетевого напряжения, вероятно, будет включать переменный ток или ступень переключения выше 60 Гц.
• Работа светодиодов с наивысшей эффективностью часто происходит при токе, превышающем непрерывный из-за проблем с нагревом.
• Преобразование обратно в постоянный постоянный ток ( редактирование: на частоте линии 50/60 Гц) потребовало бы дополнительных компонентов, которые могли бы выйти из строя, и не имели бы преимуществ, которые бы компенсировали работу с пониженной эффективностью.

В Википедии есть короткий раздел о работе импульсных светодиодов, но он просто представляет концепцию, не обращаясь к тому, насколько широко распространены импульсные операции в полевых условиях.

Пока частота была достаточно высокой, чтобы не было возможности восприятия мерцания, мне кажется, что светодиодные уличные фонари будут импульсными - или, по крайней мере, голубые светодиоды, используемые для возбуждения люминофора. Люминофор может иметь достаточно длительный период полураспада, чтобы сделать большую часть спектра получаемого излучаемого света устойчивой, даже если светодиоды были импульсными.

Поскольку некоторые светодиоды белого света в большей степени полагаются на основной синий свет светодиода, чем другие, я собираюсь задать свой вопрос в первую очередь о самих светодиодах, а не об излучаемом свете.

Светодиоды в современных уличных фонарях обычно импульсные? Если да, то примерно с какой частотой? 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц? Хотя в некоторых регионах возможны существенные различия, я ожидаю, что в регионах, где города реализуют широко распространенное преобразование из газа (ртуть, натрий) в светодиод, должны быть некоторые общие черты или общие тенденции / конвергенция в дизайне.

Вы делаете неправильное предположение, что эффективность повышается с повышением уровня мощности. Наоборот, для любых значимых уровней мощности эффективность снижается всякий раз, когда вы увеличиваете ток.

ШИМ используется потому, что его очень легко реализовать. Если вы установите максимальный ток, который вы хотите использовать, вы можете управлять линейной яркостью, просто регулируя рабочий цикл. Регулировка тока имеет нелинейный отклик, требующий калибровочной таблицы, если важна абсолютная точность (часто это не так).

Как вы можете видеть из этого 1W белого светодиода в зависимости от кривой тока, удвоение тока не удваивает светоотдачу. Важность этого зависит от вашего приложения. Если вы имеете дело с рекламной подсветкой> 1 кВт, счет за электроэнергию легко превышает первоначальную стоимость модуля дисплея. Существуют также тепловые факторы: с большей эффективностью у вас меньше отработанного тепла в вашей системе.

Хуже всего то, что эффективность падает еще больше при более высокой температуре соединения. Этот график показывает температуру окружающей среды, но, по существу, температура соединения работает аналогичным образом. Им просто сложно об этом. Теперь PWM будет усреднять тепловую мощность, но, тем не менее, худшая эффективность требует более высокого среднего тока, что означает более высокую температуру соединения.

Одним из недостатков ШИМ является то, что нагрузка является мерзкой с точки зрения SMPS, вы фактически навязываете бедным постоянные радикальные переходные процессы. По крайней мере, вам нужен большой выходной конденсатор для буферизации провалов напряжения и пиков по краям.

Проблема с постоянным током заключается в том, что это более сложно, особенно если вам нужен регулируемый выходной ток. Существуют и другие сложности с приложениями с локальным диммированием, поскольку Vf изменяется в зависимости от уровня выходной мощности, поэтому ваш регулятор тока должен рассеивать разницу.

Редактировать добавил немного о температуре перехода.

Светодиоды, используемые для уличного освещения, обычно используют какой-либо преобразователь постоянного тока с жестким контролем тока на его выходе. Таким образом, обеспечение постоянного тока не снижает эффективность и не добавляет ненужных компонентов, которые могут выйти из строя, а также не сокращает срок службы светодиодов.

Это самый простой и эффективный способ управления мощным светодиодным массивом. Постоянный ток от «импульсного» источника.

Подводя итог: они не будут этого делать, потому что это неэффективно, они не будут держать свет в безопасных условиях, и не являются жизнеспособным способом управления большой группой источников света (из-за расстояния и отсутствия универсальности).

В уличном освещении название игры - эффективность .

Светодиоды по своей природе являются сложными потребителями, поскольку в своих диапазонах высокой эффективности они слишком нелинейные ** и в большинстве своем управляются постоянным током. .

Оперативное слово: «константа».

Поскольку они уже должны управлять им с помощью источника постоянного тока, если бы они также хотели сделать ШИМ, это добавило бы ненужную сложность. И есть намного лучший способ затемнить светодиоды, используя постоянный ток, который уже присутствует. Здесь, посмотрите на этот лист данных на странице 11. Прямое напряжение против прямого тока. Обратите внимание, что этот график очень искажен, для нормализации посмотрите на мои сноски.

Если вы управляете светодиодом на 3000 мА и хотите уменьшить его, уменьшите ток до 1000 мА и вуаля . Конечно, он не совсем падает на 2/3, посмотрите «поток против тока», та же страница.

При 1/3 тока световой поток падает с 235% до 95% от спецификации. Это намного эффективнее при меньшем токе. Напряжение тоже падает, что откусывает немного разницу в эффективности, но не сильно.

Будет ли кто-то сознательно использовать больше излучателей для повышения эффективности? Абсолютно. Многие коммерческие и промышленные клиенты смотрят на общую стоимость жизненного цикла, и эмиттеры составляют небольшую часть этого. Если на 100 $ больше излучателей экономят 300 $ электричества в течение срока службы прибора, это может быть разумным шагом. У меня был парень, который использовал три светодиода с красной линией до 1400 мА. Это дало необходимый свет. Однако тепло было ключевым вопросом. Я переписал с помощью таблицы данных «нормальный» ток 350мА и семь излучателей. Получил тот же свет на половине тепла.

Теперь, когда я убедительно продемонстрировал, что более низкое энергопотребление более эффективно для светодиодов, вы можете видеть, где ШИМ их неэффективен. Запуск 3000 мА при 33% ШИМ хуже, чем непрерывный 1000 мА.

Зачем кому-то ШИМ тогда?

В идеальном мире все диммирование будет происходить с помощью чего-то вроде сигнала 0-10 В, широко используемого в промышленности, и каждый светодиодный модуль будет использовать метод «регулировки выхода источника постоянного тока для идеального диммирования». Однако .. это не работает везде. Факт ... ШИМ - это эффективный способ распространения диммирующего сигнала .

Рассмотрим скромную «светодиодную ленту». Узкая полоса печатной платы, каждые 50 мм (2 ") имеет линию CUT, три светодиода и резистор. Или для полосы RGB, три светодиода RGB и три резистора. И с RGB, конечно, они хотят затемнить каждый канал индивидуально. Как мы получаем три диммирующих сигнала до сотен маленьких сегментов? стоимости невозможно установить регулируемые выходные блоки питания постоянного тока на каждый 50-миллиметровый сегмент. Единственный работающий метод диммирования - это ШИМ.

Это становится лучше. ШИМ - это и сила, и сигнал. Если контроллер ШИМ может управлять только 3 амперами, и вы хотите запустить семь полосок 6А, вы можете использовать усилитель : он получает выход контроллера в виде сигнала и использует его для управления своими сильноточными выходами, выкручивая ШИМ в замке. шаг. Универсальность трудно победить.

И это работает для любого из огромного разнообразия светодиодного освещения (цель которого, в частности, не эффективность). Никто действительно не заботится о люменах на ватт здесь:

ЦСИ

Почему тогда не уличные фонари?

Это не совсем необоснованно, чтобы затемнить светодиодные уличные фонари. Они могли бы расслабиться в сумерках, сгореть с превышением требований закона до 11 вечера, а затем откатиться в навязчивые часы, когда почти никого нет. Но они не будут использовать ШИМ. Сигнал не будет хорошо распространяться на объекте размером с город.

Светодиодный уличный фонарь получает высокое напряжение (240-277 В или даже 480 В, которое они отключают от ближайшей линии электропередачи без измерения, это означает, что ШИМ в линии электропередачи прямо) ***. Внутренне уличный фонарь имеет разумное количество крупных излучателей - идеально подходит для последовательного подключения к источнику постоянного тока высокого напряжения. Это будет лучше всего затемнено текущей настройкой. Они либо использовали радио, либо, если бы они проводили дорогой сигнальный провод, они использовали бы его для гораздо большего количества вещей, чем для затемнения. Они могли бы сотрудничать с энергетической компанией для кодирования линии передачи данных, аналогично тому, как энергетические компании могут удаленно отключать интеллектуальные счетчики. Добавление $ 20 за приемопередатчик не является «нарушителем условий» на уличном фонаре за $ 1000.

** Лампы накаливания являются линейными после того, как они загорелись, поэтому отправка на них напряжения 120 В будет давать 60 Вт. Разрядное освещение (флуоресцентное, неоновое, натрия низкого / высокого давления, паров ртути и галогенидов металлов) является полностью нелинейным: после удара они имеют прямое короткое замыкание и должны быть ограничены током балластом / водителем. В случае светодиодов их кривая напряжение-ток довольно крутая. Вы помните график «Напряжение в зависимости от тока» со страницы этого листа данных 11. Посмотрите еще раз: шкала искажена, и вольт не начинается с нуля. Если исправить , график будет выглядеть так:

Это то, что вы называете нелинейным . Помните, что эта линия движется немного в зависимости от температуры, возраста, биннинга и т.д. , и , когда линия , что крутой, немного много. Отправь 3.05В и кто знает что будет! Производитель гарантирует только то, что произойдет, если вы отправите 2500мА. По этой причине все остальные диаграммы в таблице основаны на текущих данных .

*** Энергетическая компания и город договариваются о том, сколько энергии потребляет обычный уличный фонарь, и энергетическая компания просто умножает количество ламп и выставляет им счета.

В общем, существует два способа регулировки яркости светодиодов: ШИМ-диммирование и Амплитудное диммирование. То, что вы называете затемнением постоянного тока, является затемнением амплитуды. В профессиональных осветительных приборах ШИМ больше не используется для затемнения, в основном из-за проблем со здоровьем из-за создаваемого мерцания. С уличным освещением другой проблемой является стробоскопический эффект. Сегодня вы обнаружите, что практически все профессиональные светодиодные драйверы, включая уличные фонари, используют амплитудное затемнение. Вы можете прочитать больше о мерцании и затемнении здесь .

Обновление : в ответ на некоторые комментарии я хотел бы расширить свой ответ. По профессиональным освещения я имею в виду постоянного тока диммингом> 20W светодиодные драйверы , такие как эти , не дешевый и противный галогенные или репчатый замены или применения компьютерной подсветки.

Есть две причины мерцания, одна из которых вызвана пульсацией сети, распространяющейся на выход. От этого явления страдают дешевые одноступенчатые драйверы светодиодов, например, используемые при замене ламп.

Второй тип мерцания вызван уменьшением яркости ШИМ. Это может быть приемлемым или недопустимым. IEEE PAR1789 - это рекомендация о том, насколько высокой должна быть частота ШИМ, чтобы ее считали неприемлемой. Тем не менее, в промышленности вы найдете, что в высококачественных драйверах светодиодов для профессиональных применений почти исключительно используется регулировка яркости по амплитуде (DC dimming).