Fórum

CV a CC systém napájania, prúdové drivre vs prúdovo napájané LED pásy a moduly,

výhody a nevýhody
CV a CC systém napájania, prúdové drivre vs prúdovo napájané LED pásy a moduly,

Prúdové drivre významne prispievajú ku predĺžení životnosti a stability LED osvetlenia, faktor predĺženia životnosti je 5 - 20x (podľa výkonu a riešenia). Nakoľko LED jemne menia svoje svetelnotechnické a hlavne elektrické vlastnosti počas svojej životnosti (napr. Priepustné napätie, vodivosť, jas, atď), je absolútne nutné napájať LED konštantným prúdom pre zaistenie dlhodobého kvalitného riešenia. Iba tento koncept napájania môže ochrániť LED pred zlyhaním spôsobené nadprúdom, prehriatim, atď., ktoré sa deje počas životnosti LED čipov kedže ich interné vlastnosti sa menia vplyvom postupnej degradácie. Pozvolnej degradácii, ako aj posúvaniu priepustného napätia LED, menenie VA charakteristiky, atď nieje možné zabrániť vplyvom času ako aj tepla, ale je podstatné aby tento priebeh bol kontrolovaný, čo zaistí životnosť namiesto cca 3000 hodín pri rovnakých LED kľudne aj 80 000 hodín (Životnosť meraná ako L70/B50).

Principiálne sú 2 riešenia zaistenia prúdového napájania LED

A. Zdroj konštantného prúdu je centralizovaný - viaceré LED sú v sérii, a jednotlivé série LED sú potom prepojené paralelne medzi sebou. Zdroj prúdu je centrálny, pripojený na celú skupinu LED. Ako vidieť na schéme, zapojenie je veľmi jednoduché, prakticky tam nieje nikde žiadny prvok/súčiastka ktorá by zabezpečovala aktívnu ochranu LED.Je to taktiež veľmi lacné a jednoduché na výrobu.

B. Zdroj konštantného prúdu je decentralizovaný - (LED pásy a moduly s prúdovými drivermi) - každá séria LED čipov (1segment) obsahuje 1 nezávyslý prúdový driver (malý integrovaný obvod, aktívne zabezpečujúci že každá LED bude mať presne rovnaký prúd, a tým aj výkon a jas, nech má akékoľvek vstupné napájacie napätie. Ako zo schémy vyplíva, LED pás s 100 segmentami po 7 LED bude obsahovať presne 100 x IC (1x prúdový driver na 1 sekciu). Toto zapojenie poskytuje nespočetné množstvo výhod

Niekto z tohto môže byť trochu zmätený, preto krátke upresnenie trochu do hĺbky na uvedomenie si výhod a nevýhod.

A. Zdroj konštantného prúdu je centralizovaný

V takom scénari, je ako zdroj prúdu použitý napájací zdroj prúdový (napr. 500mA) napájajúci napr. 10 paralelne zapojených sekcii LED (každá sekcia má napr. 7 x LED v sérii). Takéto usporiadanie označujeme ako "Prúdovo napájaný modul". Zdroj konštantného prúdu v tomto prípade je externý napájací zdroj. Tento koncept môže dosahovať veľmi slušnú efektivitu(nakoľko na module nieje iná komponenta ako LED) a všetka el. energia je teda premenená na svetlo. Nevýhodou tohto riešenia je, že v zapojení nieje žiaden komponent, ktorá by zabezpečoval akúkoľvek ochranu pre LED.

Tento systém je výhodný, pokiaľ :

  • inštalácia neobsahuje 50 či viac metrov LED línii (čo by malo za následok 20 či viac napájacích zdrojov roztrúsených po priestore, čo je zbytočne drahé na inštaláciu, ako aj údržbu.
  • jedna alebo viac LED zo série alebo modulu sa odpojí alebo zlyhá pre napr. vadnú LED, alebo vadný prepojovací konektor, alebo pre inštalačný problém (ESD), atď. Pre ktorékoľvek tieto problémy by toto malo za následok preťaženie ešte fungujúcich LED, nakoľko že ostávajúcimi LED by tiekol zvýšený prúd určený ostatným LED.
  • potrebujete rozširovať a upravovať rozsah inštalácie - každá úprava rozsahu totiž vyžaduje úpravu zapojenia a kabeláže ostatných modulov ktoré sú v zapojení, pričom je potrebné napasovať počet modulov v sérii a ich výkon na výkon a napätie napájacieho zdroja, všetko skompletovať a až potom rozsvietiť naspäť celý systém.
  • rozpojenie alebo pripojenie vodičov počas prevádzky napr. pri servise (sekundárna strana) vedie ku zničeniu LED čipov alebo celého LED modulu (často prejavené až po určitej dobe).

B. Zdroj koštantného prúdu je decentralizovaný

Tu sú najdôležitejšie výhody :

  • prúdové drivre sú decentralizované - čo znamená že každý LED segment obsahuje 1 nezávyslý prúdový driver. Všetky segmenty sú potom zapojené paralelne voči sebe. Iba týmto zapojením sa podarilo dosiahnuť, že všetky LED v systéme sú chránené proti nadprúdu a prehriatiu nezávisle od ďalších drivrov. Zlyhanie 1 LED či 1 drivra bude viesť ku zlyhaniu iba 1 sekcie (bežne 3 - 10cm) pričom ostatné sekcie nebudú nijakým spôsobom ovplyvnené. Toto je veľmi výhodné v porovnaní s prúdovými pásmi/modulmi, ktoré majú centralizovaný prúdový zdroj.
  • Napájací systém 24VDC  - má množstvo výhod (na trhu je obrovské portfólio nap. zdrojov 1 - 6000W ) umožňujúce ľahkú škálovatelnosť inštalácie - od 1sekcie až po stovky metrov s minimom potrebných komponentov (zdroj, káble, a stovky metrov LED pásu (LONGRUN napr. až 140m z jednoho napájacieho miesta, čo je ľahké a prehľadné). A to najlepšie je : 24VDC inštalácia je vysoko rozšíriteľná kedykoľvek : pridávanie či uberanie LED pásov aj za prevádzky je bezpečné a môže sa robiť bez nutnosti vypnutia systému a nieje potrebné meniť zapojenie elektroinštalácie.   
  • NIE! 12VDC NIE! prosím nie! - jedine pokiaľ nemáte bezpečnostné obmedzenia (napr. Sauny, wellnesy, atď) Vo všetkých ostatných prípadoch je použitie 24VDC určite múdrejšie, nakoľko umožňuje v zapojení série LED, použiť o 1 LED naviac, ktorej energia bude premenená namiesto tepla na svetlo. (12VDC LED pásy obsahujú preto 3x LED v sérii nakoľko iba LED majú priepustné napätie cca 3.1VDC , t.j. 3 x 3.1VDC = 9.3VDC, a zbytok napätia sa už musí použiť na straty vo vedení a na ochrannom prvku (rezistor) ktoré  LED potrebuje. 24VDC LED pásy umožňujú použiť až 7 x LED na sekciu (7 x 3.1VDC = 21.7VDC a zbytok napatia sa použije na straty na vedení a ochrannom prvku (CC IC pri MASTER pásoch). Samozrejme čím vyššie napájacie napätie tým efektívnejšie by celé zapojenie mohlo byť + straty na vedení by mohli byť menšie, keďže prúdy budú už iba menšie. Tu si však treba uvedominť, zže so stúpajúcim počtom LED v sérii stúpa aj deliteľnosť LED pásu, čo je naopak žiaduce držať čo najmenšie. Preto 24VDC systém poskytuje perfektný a dostačujúci kompromis medzi dĺžkou sekcie, prenášaným výkonom, ako aj efektivitou ktorú okrem iného umožňuje 7 x LED v sekcii.
  • ľahké a efektívne stmievanie (pomocou PWM modulácie) - PWM systém modulácie je najefektívnejší systém stmievania pre CV systémy, nakoľko nedochádza ku analógovému znižovaniu napätia čo spôsobuje obrovské straty na stmievači. Namiesto toho je napätie rozsekané na stav zapnutý/vypnutý a bnastavením pomeru v čase ľudské oko tieto úrovňe spriemeruje a vyhodnotí ako zostmievanie. Tento typ stmievania nájdete všade - od hobby stmievačov za 2 USD, až po sofistikované centrálne stmievacie systémy za stovky či tisíce eur (Philips, OSRAM, atď). Táto metóda zároveň nespôsobuje takmer žiadne zahrievanie stmievacie kontroléra. Preto výber stmievacieho kontroléra je maximálne flexibilné a jednoduché : KNX, DMX, DALI, Switch-Dimm, RF Dimm, Wifi, BlueTooth, 0-10V, 1-10V, atď...

Nevýhody CV systému :

Samozrejme, že niekto by mohol povedať že tento systém nieje dobrý, a má mnoho nevýhod,atď. Po rozobratí a vyhodnotení dôvodov, ktoré "sú problém" musí asi každý uznať že tento systém je najvhodnejší pokiaľ pre Vás nieje striktne asi jedine toto ako zdroj problému - (blikanie pri stmievaní sa deje okolo frekvencie 500 - 2000Hz, ľudským okom neviditeľné, ale problém to môže niekedy byť napr. v TV nahrávacom štúdiu napr.) - efektivita 200 Lm/W+ samozrejme, že keďže tento systém obsahuje decentralizované CC drivre, má aj určité malé straty na týchto drivroch. Preto tento systém bude vždy jemne menej energeticky výhodnejší ako riešenie s prúdovým napájaním centralizovaným (super vysoké efektivity sa vyžadujú pri napr. LEEDs či inej certifikácii zameranej na super vysokú efektivitu a ekologickosť pasívnych kancelárii, atď).

Ak hore uvedené problémy niesú Váš prípad, je CV systém pre Vás ideálny.

Časté neporozumenie a pomiešanie pojmov vedie ku zlým záverom, napr. :

  • "prúdový modul / prúdové napájanie"- nieje príliš dobrý a výhodný produkt -  je často a právom označované takto, a je treba vyvarovať laickú verejnosť...označuje to však opäť CC systém napájania LED modulov (MASTER pásy majú CV systém napájania)
  • LED pás s PRÚDOVÝMI drivermi (CC IC) vs Prúdové napájanie nieje to isté a je vlastne pravý opak. Často sa teda stáva, že produkt s slovom "pás s Prúdovými drivermi" je označovaný ako "nevhodný pre laickú verejnosť"...čo je ale pravý opak.
  • s LED pásmi s prúdovým "xx" sa zle pracuje (áno platí to, ale hovoríme tu o "pásoch bez prúdových drivroch  t.j. CC pásoch/moduloch, nie o CV pásoch. CC pásy / Moduly takmer nikdy nenájdete informáciu o 12VDC alebo 24VDC napájacom napätí, najskôr nájdete informáciu o prúde (konštantný prúd , CC, 350mA, 700mA, atď.
  • tieto pásy s prúdovým "xx" nieje možné stmievať analógovým stmievaním - ANO? chvála bohu! napr. Mean Well má zdroje s možnosťou stmievania, ale bohužial ich spôsob stmievanie je analógový a tým pádom nevhodný). To, že napr. MASTER pásy (s CC IC ) nereagujú na analógovú zmenu napájacieho napätia je naopak ich najväčšia a neprekonateľná prednosť - nakoľko po celej dĺžke LED pásu bude vždy rovnaká identická intenzita, nech sú straty na el. vedení 0VDC alebo 4VDC!  Naopak, LED pás bez CC IC (mávajú iba klasický odpor medzi LED čipmi) reagujú na analógovú zmenu napätia, čo si niekto môže vyložiť ako dobrú vlastnosť, bohužial opak je pravdou .Takéto pásy trpia veľmi na straty po dĺžke pásu, kedy začiatok svieti pekne jasne na 100% a koniec výrazne slabšie (60% a často aj menej).

Niekto by si teda mohol myslieť, že LED pásy určené pre konštantné napájanie sú všetky rovnako dobré.

Čítajte ďalej, inak sa môžete veľmi mýliť.
Systém konštantného napájacieho napätia je dobrá vec, ale dôležitý detail tu je práve "decentralizácia pŕudového drivra " pre LED. Bohužial táto aktivna ochrana býva často pre nízku cenu a ľahkosť zapojenia nahradená obyčajnou pasívnou súčiastkou (odpor), ktorý samozrejme istým spôsobom chráni LED pred nadprúdom, keďže limituje prúd tečúci obvodom, ale bohužial výkyvy v napätí hore aj dole, spôsobujú že obvodom a aj LED bude v každej situácii tiecť iný prúd, čo je najhoršie pri výkonejších produktoch kedy odpor nedokáže dlhodobo zamedziť lavinovej charakteristike , ktorú LED prirodzene má (čim je výkonešia a viac sa hreje, tým jej klesá napätie na PN prechode, čo spôsobuje že obvodom tečie vyšši prúd, čo zasa "lavínovo" spôsobuje že má tendneciu sa viac hriať, atď. Preto "odpor " ako ochranný prvok je naprosto nevhodný pre dlhodobé a profesionálne aplikácie, kde sa počas niekoľkých tisíc hodinách začnu ukazovať problémy v inštalácii ak sú použité produkty bez prúdových drivrov.
 
 
LED pásy s prúdovými drivermi (MASTER) takýmito problémami a chybami netrpia.
 
 

Pozrime sa na viacero grafov ukazujúce Jasovo-napäťovú závyslosť pre LED pás s KONŠTANTNÝM napájaním (CV) :

Graf zobrazuje 12V LED pásy (2krivky v ľavo) a 24V LED pásy (3 krivky v pravo), pričom :

  • oba STANDARD LED pásy obsahujú rezistor (odpor), preto ich jas (Y-os) rastie takmer lineárne s napätím (os X) i po presiahnutí nominálneho napätia, až kým sa neprehrejú tak veľmi, že sa uplatní ich lavínová charaktersitika a nadprúdom začnú "zomierať" . Použité 12V pásy (v ľavo) boli málo výkonné (4,8W /m iba) a niesú schopné výkonovo zohraiť LED pás tak aby sa ich lavínová charakteristika ukázala pri tak krátkom meraní, bohužial ale aj tak presiahnutím nominálnej hodnoty LED skôr či neskôr zomrie vplyvom lavínovej VA charakteristiky a nadprúdom. Najviac a najrýchlejšie  týmto javom trpia výkonejšie pásy (14.8W a viac).
  • MASTER LED pásy obsahujú  CC IC (Prúdové drivre / CC IC) ktorý v podstate nerobí nič dokiaľ prúd tečúci LED nedosiahne nastavenú hodnotu. Akonáhle je hodnota dosiahnutá, ďalšie zvyšovanie napätia nemá vplyv na akékoľvek zvyšovanie prúdu či výkonu tečúceho do LED, preto napr. 12VDC MASTER pás je možné kľudne napájať 24V, resp. 24VDC LED pás MASTER (Utyp=24V) je možné napájať aj zvýšeným napájacím napätím Utyp2 (27VDC či 30VDC). kdekoľvek za hranicou Umin má totiž každá LED na páse vždy 100% identický jas (či je na začiatku či na konci LED pásu.)

Červená oblasť na grafe ukazuje "zakázanú oblasť" pre STANDARDné LED pásy (s odporom). MASTER LED pásy pracujú aj v týchto podmienkach korektne (niektoré designy môžu mať nižšie limity) - MASTER pásy netrpia tak žiadnym prehriatim LED, nadprúdom, znižovanie životnosti či jasu.

Graf "Allowed Voltage drop limits" - Povolený úbytok napätia, ukazuje povolené úbytky na LED pásoch (závyslosť dĺžky línie, homogenity jasu, atď.)

Pre zjednodušenie sa zamerajme iba na :

  • 12VDC vs 24VDC LED pásy a ich povolené napäťové rozsahy