LED-es lámpatestek tápegysége Schulcz Gábor LIGHTRONIC Kft. www.lightronic.hu

LED tápegységek - A LED-ek tápegységei általában - A LED, mint villamos alkatrész - A LED a törpefeszültségű áramkörben - Kapcsolóüzemű tápegységek Villamos fogyasztók által keltett hálózati áram harmonikusok - Áram felharmonikusok fogalma, keletkezésének oka - Tápegységek megbízhatósága Összegzések

A LED, mint villamos alkatrész I=f(U) karakterisztika - meredekség, RD U/I - LED feszültségének szórása (Utip 3,3V Umax. 3,9V (ez +18%)@I=350mA) - LED feszültségének hőmérséklet függése – 4mV/°C T=50°C  U= -4mV/°C x 50°C= -200mV 3 LED-nél U= -0,6V I I RD U/I ~ 1@350mA < 0,5@700mA 350mA U U 3,3V tip 3,9V max

A LED a törpefeszültségű áramkörben Közel feszültséggenerátoros táplálás (Pl.: Akku, elem) Példa: 12V-ról 3 LED sorban előtét ellenállással ULEDtip=3*3,3V=9,9V Re= =6 Ha ULEDmax=3*3,9V=11,7V Re= =0,86  12V-9,9V 0,35A Ug Re 3x RD~ 3 U=12V ULED I=350mA 12V-11,7V 0,35A A LED feszültség szórása miatt nem lehet előre kalkuláltan beállítani. Legyen Re=6 ULEDH=3*3,3V T=50C ULEDM=9,9-0,6V=9,3V I  0,45A NEM JÓ MEGOLDÁS, mert ULED szórásra, hőmérsékletre instabil Ha növeljük Ug-t és Re-t jobb lesz, de veszteségesebb 12V-9,3V 6

Kapcsolóüzemű áramgenerátoros táplálás Kis veszteség, jó hatásfok  =0,9…0,97 Bonyolult működés, még ha a korszerű cél IC-k miatt kevés alkatrész is kell A LED árama hullámzik Kapcsolástechnika szerint lehet - Feszültség csökkentő - Feszültség növelő - Feszültség növelő, csökkentő is

Hálózatról táplált LED tápegységek I. 230 VAC/max. 48V, SELV, 1 csatorna Széles hálózati feszültség tartományban ugyanúgy működik a PFC miatt Elfogadható hatásfok  80% SELV Zavarsz. +túlfesz védelem PFC Kapcsoló Üzemű DC/DC átalakító 400V DC STAB 230VAC RS U I Áram vcs Fesz vcs

Hálózatról táplált LED tápegységek II. 230 VAC / max. 48V, SELV + több áramgenerátor csatorna SELV 24V stab Jó hatásfokú Kapcsoló Üzemű DC/DC átalakító Zavarsz. +túlfesz védelem 400V DC STAB … 230VAC PFC U 1 … n Fesz.vcs 1.csat áramgn n.csat áramgn Széles hálózati feszültség tartományban ugyanúgy működik a PFC miatt Közepes hatásfok >85% Rugalmasan használható! Drága, bonyolult

Hálózatról táplált, galvanikusan nem leválasztott táp Zavarsz. +túlfesz védelem BUCK Áramsz. ULED max 350V 400V DC STAB PFC 230VAC  C Kiváló hatásfok   0,95 Nagy teljesítmény Pmax  100W @ 350mA, 200W @ 700mA Széles telj.tartomány 20  100W @ 350mA Védőelválasztást a lámpatestben kell megoldani

Felharmonikus fogalma Villamos fogyasztók általában nem lineáris eszközök Áramköri viselkedésüket meghatározza feszültség-áram karakterisztikájuk Lineáris fogyasztók karakterisztikája Nem lineáris fogyasztók karakterisztikája

A torzított áram kialakulása Pl.: Alulméretezett (telítődő) fojtóval működő kisülő lámpa

Fourier spektrumok Tiszta szinuszos jel (áram, feszültség) spektruma Nem lineáris fogyasztó által felvett áram spektruma

(régi TV, számítógép, becsavarható kompakt fénycső) által felvett áram Tipikus elektronikus nem lineáris fogyasztó (régi TV, számítógép, becsavarható kompakt fénycső) által felvett áram A harmonikus áramokért felelős, hálózatra csatlakozó áramköri részlet. EKS18 hálózati áram, feszültség EKS18 áram spektrum

Az EN 61000-3-2 szabványnak minden szempontból megfelelő LED tápegység által felvett áram LD335 hálózati áram, feszültség LD335 áram spektrum

Szabványos, ha THD 30% alatt van.

Felharmonikus áramok hálózatra gyakorolt hatása Hálózat túlterhelése. Az energiarendszer elemein nem csak a hasznos (=hatásos) teljesítményt előállító áram folyik, hanem haszontalan (=meddő) áram is. Közel 2x-es áramterhelés is lehet. 3 fázisú szimmetrikus rendszerben, ha nincsenek áramharmonikusok, a Ø vezetőben nem folyik áram. Harmonikusok jelenléténél a Ø vezetőben jelentős áram folyik, ami többszöröse lehet a fázisáramnak. A védelmek indokolatlanul megszólalhatnak, ez csökkenti az energiaellátás biztonságát, a védelem megszakítóinak élettartamát. Meddőáram kompenzáló rendszerek működésében zavart okoz, rezonáns feszültségeket kelt a hálózat induktív jellege és a meddőkompenzáló kapacitív rendszer alkotta rezonáns körben. Torzított hálózati feszültséget okoznak a harmonikus áramok.

Felharmonikus áramok hatása a hálózaton levő fogyasztókra Harmonikus áramot egy másik fogyasztó közvetlenül nem érzékel. A hálózat impedanciáján a harmonikus áram által létrehozott torz feszültség okoz problémát. Általában a kapacitív jellegű fogyasztók érzékenyek, pl. számítógép, TV, kompakt fénycső. A torz hálózati feszültség nagy értékű harmonikus áramot okoz az elektronikus berendezések hálózat oldali bemenő fokozatában. Rezonáns feszültség és áramtúlterhelést okoz. Fázishasítással működő fogyasztó pl. fali fényerőszabályzó dimmer működésében bizonytalanságot okoz. Ez zavaró villogásban jelentkezik a világítási berendezéseknél.

Megbízhatóság szempontjából a rendszerelemek kapcsolhatók Sorosan: Működik, ha minden eleme működik Párhuzamosan:   Akkor nem működik, ha egyik sem működik.

Vegyes rendszer, az elemek nem függetlenek egymástól. Ki tudja eldönteni ? Vegyes rendszer, az elemek nem függetlenek egymástól.

Mit lehet tenni a gyakorlatban? gondosan kiválasztani az alkatrészeket megbízható, ismert gyártótól vásárolni túlméretezni védő elemeket beépíteni a készülék tervezésekor előre gondolkozni, legyen helyettesítő típus EZ MIND PÉNZBE KERÜL Hűteni, hűteni, hűteni!

Elektrolit kondenzátorok (mint a hiedelem szerinti legkevésbé megbízható alkatrész) 10-12ezer óra 105ºC-on -> 40ezer óra 85ºC-on Átfolyó áramot a lehető legkisebb értéken tartani Kategória feszültség ne legyen kisebb, mint az üzemi feszültségek Jó minőségű, az adott feladatra ajánlott típust kell beépíteni ( ballast type, low ESR, long-life). L. elektronika gyártó által beépített kb. 300ezer db-ból nem volt olyan elektronika meghibásodás, ami az ELCO-ra visszavezethető lett volna.

Az elektronika megbízhatósága szempontjából a félvezetők a kritikusak.  • kapcsolóüzemű működés= kis átlagos veszteség ≤2W, • néhány 10nsec ideig több 100W veszteség   • megfelelő kapcsolástechnikával csökkenthető (ez terhelés csökkenést jelent a félvezetőn) • a hidegebb félvezető nagyobb terhelést elvisel

Túlméretezés L. gyártó 200W-os táp IC-t épít be a 40W-os LED driverjébe 3 db 200V-ot üzemszerűen elviselő ellenállás sorosan 400V-ra. 50mW disszipáció a megengedett 250mW helyett. 6A/600V FET 1A/400V-ra 22uF ELKO az általánosan használt 10uF helyett + sok egyéb más EZ MIND +++ PÉNZ

LD335LED driver túlfeszültség védelme

Összegzés I. A tápegység alapvetően befolyásolja a lámpatest hatásfokát, élettartamát Kritikus mind a LED-ek élettartama, mind a hálózatra gyakorolt hatása miatt A veszteség hőt el kell vezetni! Általában a hálózati feszültség széles tartományában (190 250V) a LED-ek árama nem változik, ezért a közvilágítási hálózat feszültség szabályozásával fényáram szabályozás nem lehetséges

Összegzés II. Áramharmonikusok károsak mind a hálózatra, mind a torzított feszültségen keresztül a többi fogyasztóra Törekedni kell a legkisebb harmonikus szintekre EN 61000-3-2 szabvány előírásainak kell megfelelni Az aktív PFC áramkör beépítése a készülékekbe - biztosítja: λ (~cosφ) = 0,9-0,98 ITHD = 5 … < 30% , állandó belső tápfeszültséget (központi feszültség szabályozó hatástalan) - drágítja a készüléket • 25W fölötti világítástechnikai berendezés PFC vagy PFC funkciót megvalósító áramkör nélkül kereskedelmi forgalomba nem hozható a CE jelölés feltüntetésével.

Összegzés III. közvetlen villámcsapást nem valószínű, hogy elektronika elvisel hatásos túlfeszültség védelmet kell beépíteni (nagy varisztor és ELKO) túlméretezni mind áramban, mind feszültségben úgy kell beépíteni az elektronikát, hogy a lehető legkisebb legyen a hőmérséklete védeni a külső behatásoktól (pl. a víz ne folyjék be)

Kívánok hosszú élettartamú, jó minőségű, hálózat és felhasználó barát elektronikákat!   Köszönöm figyelmüket! Tisztelettel: Schulcz Gábor