Os LEDs nos postes modernos geralmente pulsam? Se sim, aproximadamente qual frequência?

Posso pensar em algumas razões pelas quais as modernas luzes de rua em LED provavelmente seriam pulsadas;

• A conversão eficiente de tensão a partir da tensão da linha provavelmente incluiria uma CA ou uma etapa de comutação superior a 60 Hz.
• A operação com maior eficiência dos LEDs geralmente ocorre a uma corrente maior do que a que pode ser sustentada continuamente devido a problemas de aquecimento.
• A conversão de volta para CC estável ( editar: na frequência de linha 50 / 60Hz) exigiria componentes adicionais que poderiam falhar e não teria nenhum benefício que compensaria a operação de eficiência reduzida.

Há uma seção curta na Wikipedia sobre operação de LED pulsado, mas apenas introduz o conceito sem abordar como a operação pulsada é generalizada no campo.

Enquanto a frequência fosse suficientemente alta para que não houvesse chance de percepção de tremulação, parece-me que as luzes de rua com LEDs seriam pulsadas - ou pelo menos os LEDs azuis usados ​​para excitar o fósforo. O fósforo poderia ter uma meia-vida longa o suficiente para manter estável a maior parte do espectro da luz emitida resultante, mesmo que os LEDs fossem pulsados.

Como alguns LEDs de luz branca dependem muito mais da luz azul primária do que outros, vou fazer minha pergunta principalmente sobre os próprios LEDs, em vez da luz emitida.

Os LEDs nos postes modernos geralmente pulsam? Se sim, aproximadamente qual frequência? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Embora possa haver uma variação substancial em algumas regiões, eu esperaria que em regiões onde as cidades estão implementando uma ampla conversão de gás (mercúrio, sódio) para LED, deve haver alguns pontos em comum ou tendências gerais / convergência no design.

Você está assumindo que a eficácia aumenta com um nível de potência mais alto. O oposto é verdadeiro: para qualquer nível de poder significativo, a eficácia diminui sempre que você aumenta a corrente.

O PWM é usado porque é muito fácil de implementar. Se você definir sua corrente para o máximo que deseja usar, poderá ter um controle linear de brilho apenas ajustando o ciclo de serviço. O ajuste da corrente tem uma resposta não linear que requer tabela de calibração se a precisão absoluta é importante (geralmente não é).

Como você pode ver nesta curva de lúmen branco de 1W vs corrente atual, dobrar a corrente não duplica a saída de luz. Se isso é importante depende do seu aplicativo. Se você estiver lidando com uma luz de fundo de publicidade de> 1kW, a conta de eletricidade excederá facilmente o custo inicial do módulo de exibição. Há também considerações térmicas, com melhor eficácia, você tem menos calor desperdiçado em seu sistema.

Para piorar as coisas, a eficácia cai ainda mais com a temperatura da junção mais alta. Este gráfico mostra a temperatura ambiente, mas essencialmente a temperatura da junção funciona de maneira semelhante. Eles só estão sendo difíceis sobre isso. Agora, o PWM calculará a média da produção de calor, mas, ainda assim, uma eficácia pior requer uma corrente média mais alta, o que significa uma temperatura de junção mais alta.

Uma desvantagem de um PWM é que a carga é desagradável do ponto de vista do SMPS, você está efetivamente impondo transientes radicais constantes para o pobre. No mínimo, você precisa de um capacitor de saída grande para amortecer os picos e picos de tensão nas bordas.

Um problema com a corrente constante é que é mais complicado, especialmente se você deseja uma corrente de saída ajustável. Existem outras complicações com as aplicações locais de escurecimento, pois Vf varia com o nível de potência de saída, portanto, seu regulador atual precisa dissipar a diferença.

Edite um pouco sobre a temperatura da junção.

Os LEDs usados ​​para iluminação pública geralmente empregam algum tipo de conversor DC / DC, com controle de corrente rígido na saída. Portanto, fornecer uma corrente constante não reduz a eficiência, nem adiciona componentes desnecessários que podem falhar, nem reduz a vida útil dos LEDs.

É a maneira mais simples e eficiente de conduzir um painel de LEDs de alta potência. Corrente constante, fornecida a partir de uma fonte "pulsada".

Para resumir: eles não o faziam porque não é eficiente, não mantinham as luzes em especificações seguras e não é viável como uma maneira de controlar um grande grupo de luzes (devido à distância e falta de versatilidade).

Na iluminação pública, o nome do jogo é eficiência .

Os LEDs são inerentemente um cliente difícil, uma vez que em suas faixas de alta eficiência, são muito não lineares ** e a maioria é acionada por uma fonte de alimentação de corrente constante .

Palavra operativa: "constante".

Como eles já devem controlá-lo com um fornecimento de corrente constante, se eles também desejarem fazer PWM, isso adicionaria complexidade desnecessária. E há uma maneira muito melhor de reduzir os LEDs usando a fonte de corrente constante já presente. Aqui, veja esta folha de dados na página 11. Tensão direta versus corrente direta. Observe que este gráfico está muito distorcido, para normalizado, veja minhas notas finais.

Se você estiver dirigindo o LED a 3000ma e quiser diminuí-lo, reduza a corrente para 1000ma e pronto . Claro que não cai 2/3, veja "fluxo versus corrente", na mesma página.

Em 1/3, o fluxo luminoso atual cai de 235% para 95% da especificação. É muito mais eficiente na corrente mais baixa. A tensão também cai, o que diminui um pouco a diferença de eficiência, mas não muito.

Alguém usaria deliberadamente mais emissores para melhorar a eficiência? Absolutamente. Muitos clientes comerciais e industriais estão analisando o custo total do ciclo de vida, e os emissores são uma pequena parte disso. Se mais de US $ 100 emissores economizarem US $ 300 em eletricidade durante a vida útil do equipamento, pode ser uma jogada inteligente. Eu tinha um cara que especificou três LEDs no redline max 1400ma. Deu a luz necessária. No entanto, o calor era a questão principal. Reseccedi usando a corrente "normal" da folha de dados de 350ma e sete emissores. Tem a mesma luz na metade do calor.

Agora que mostrei positivamente que a menor potência é mais eficiente para os LEDs, é possível ver onde o PWMing não é eficiente. A execução de 3000ma a 33% de PWM é pior do que a execução contínua de 1000ma.

Por que alguém faria PWM então?

Em um mundo perfeito, todo o escurecimento seria através de algo como o sinal de 0 a 10 volts amplamente utilizado comercialmente, e cada módulo de LED usaria o método "ajustar a saída da fonte de corrente constante para o escurecimento perfeito". No entanto .. isso não funciona em todos os lugares. O fato é que ... PWM é uma maneira eficiente de propagar um sinal de escurecimento .

Considere a humilde "faixa de LED". Uma faixa estreita de PCB, a cada 50 mm (2 "), possui uma linha CUT, três LEDs e um resistor. Ou para uma faixa RGB, três LEDs RGB e três resistores. E com o RGB, é claro, eles querem escurecer cada canal individualmente. Como podemos obter três sinais de escurecimento até centenas de pequenos segmentos? Custo torna impossível colocar fontes de alimentação de corrente constante e saída ajustável em cada segmento de 50 milímetros. O único método de escurecimento viável é PWM.

Fica melhor. PWM é a potência e o sinal. Se o controlador PWM puder acionar apenas 3 amperes e você desejar executar sete tiras de 6A, poderá usar um amplificador : ele recebe a saída do controlador como um sinal e o usa para bloquear suas saídas de alta corrente, pressionando PWM no bloqueio. degrau. A versatilidade é difícil de bater.

E isso funciona para qualquer variedade enorme de iluminação LED (cujo objetivo é notavelmente, não a eficiência.) Ninguém realmente se importa com os lúmens por watt aqui:

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Por que não luzes da rua, então?

Não é totalmente irracional escurecer as luzes de rua LED. Eles podiam relaxar ao entardecer, queimar além dos requisitos legais às 23h e voltar nas horas assustadoras quando quase ninguém está fora. Mas eles não usariam o PWM. O sinal não se propaga bem em uma instalação do tamanho de uma cidade.

Uma luz de rua LED consome alta voltagem (240-277V ou mesmo 480V, que eles tiram da linha de energia mais próxima sem medir, isso significa que o PWM da linha de energia está fora de linha) ***. Internamente, uma luz de rua possui um número sensato de grandes emissores - ideal para conexão em série a uma fonte de corrente constante de alta tensão. Isso seria melhor esmaecido pelo ajuste atual. Eles usariam o rádio - ou, se conectassem um fio de sinal caro, o usariam para muito mais coisas do que escurecer. Eles podem trabalhar com a empresa de energia para codificar em linha um sinal de dados semelhante a como as empresas de energia podem desligar remotamente medidores inteligentes. Adicionar US $ 20 por unidade para o transceptor não é um "rompimento de acordo" em um poste de US $ 1000.

** As lâmpadas incandescentes são lineares uma vez acesas; portanto, o envio de 120V a elas produzirá 60W de maneira confiável. A iluminação da descarga (fluorescente, neon, sódio de baixa / alta pressão, vapor de mercúrio e iodetos metálicos) é totalmente não linear: uma vez atingidas, elas ficam muito curtas e devem ser limitadas por corrente por um reator / motorista. No caso dos LEDs, a curva tensão-corrente é bastante acentuada. Lembre-se da tabela Tensão versus corrente desta folha de dados na página 11. Observe novamente: a escala está distorcida e os volts não começam em zero. Se corrigido , o gráfico ficaria assim:

Isso é o que você chama de não linear . Lembre-se, esta linha se move um pouco, dependendo da temperatura, idade, binning, etc. e quando a linha é que íngreme, um pouco é muito. Envie 3.05V e quem sabe o que vai acontecer! O fabricante garante apenas o que acontecerá se você enviar 2500ma. Todos os outros gráficos da folha de dados são baseados na corrente , por esse motivo.

*** A empresa de energia e a cidade concordam com a quantidade de energia que uma luz de rua normal consome, e a empresa de energia simplesmente multiplica pelo número de luzes e as fatura.

Em geral, existem dois métodos para escurecer os LEDs, PWM e Amplitude. O que você chama de escurecimento DC é escurecimento em amplitude. Em aplicações de iluminação profissional, o PWM não é mais usado para escurecer, principalmente devido a problemas de saúde devido ao tremor gerado. Com a iluminação pública, outra questão é o efeito estroboscópico. Você encontrará hoje que praticamente todos os drivers profissionais de LED, incluindo luzes de rua, usam o escurecimento da amplitude. Você pode ler mais sobre cintilação e escurecimento aqui .

Atualização : em resposta a alguns comentários, gostaria de estender minha resposta. Em aplicações de iluminação profissional, refiro-me a drivers de LED de 20W reguláveis ​​por corrente constante como esses , não a substituições baratas e desagradáveis ​​de halogênio ou lâmpada ou aplicações de luz de fundo de computador.

Existem duas causas de tremulação, uma causada pela ondulação da rede que se propaga para a saída. Drivers de LED de estágio único baratos, como os usados ​​na substituição de lâmpadas, sofrem com esse fenômeno.

O segundo tipo de tremulação é causado pelo escurecimento do PWM. Isso pode ser perceptível ou imperceptível. O IEEE PAR1789 é uma recomendação de quão alta a frequência PWM precisa ser para que seja considerada imperceptível. Dito isto, você encontrará na indústria que os drivers de LED de alta qualidade para aplicações profissionais usam quase exclusivamente o escurecimento de amplitude (escurecimento DC).