¿Los LED de las farolas modernas suelen estar pulsados? Si es así, ¿aproximadamente qué frecuencia?

Puedo pensar en algunas razones por las cuales las farolas LED modernas probablemente serían pulsadas;

• La conversión eficiente de voltaje a partir del voltaje de la línea probablemente incluiría una CA o un paso de conmutación superior a 60 Hz.
• La operación de mayor eficiencia de los LED a menudo ocurre a una corriente mayor que la que se puede mantener continuamente debido a problemas de calentamiento.
• La conversión de nuevo a CC estable ( edición: a una frecuencia de línea de 50 / 60Hz) requeriría componentes adicionales que podrían fallar, y no tendría ningún beneficio que compensara la operación de eficiencia reducida.

Hay una sección corta en Wikipedia sobre la operación de LED pulsado, pero solo introduce el concepto sin abordar cuán extendida es la operación pulsada en el campo.

Siempre y cuando la frecuencia sea lo suficientemente alta como para que no haya posibilidad de una percepción de parpadeo, me parece que las luces de las calles con LED serían pulsadas, o al menos los LED azules utilizados para excitar el fósforo. El fósforo podría tener una vida media lo suficientemente larga como para estabilizar la mayor parte del espectro de la luz emitida resultante, incluso si los LED estuvieran pulsados.

Debido a que algunos LED de luz blanca dependen mucho más de la luz azul primaria del LED que otros, voy a hacer mi pregunta principalmente sobre los LED en sí mismos, en lugar de la luz emitida.

¿Los LED de las farolas modernas suelen estar pulsados? Si es así, ¿aproximadamente qué frecuencia? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Si bien podría haber una variación sustancial en algunas regiones, esperaría que en regiones donde las ciudades estén implementando una conversión generalizada de gas (mercurio, sodio) a LED, debe haber algunos puntos en común o tendencias generales / convergencia en el diseño.

Está asumiendo erróneamente que la eficacia aumenta con un mayor nivel de potencia. Lo contrario es cierto, para cualquier nivel de potencia significativo, la eficacia disminuye cada vez que aumenta la corriente.

PWM se usa porque es muy fácil de implementar. Si configura su corriente al máximo que desea usar, puede tener un control de brillo lineal simplemente ajustando el ciclo de trabajo. La corriente de ajuste tiene una respuesta no lineal que requiere una tabla de calibración si la precisión absoluta es importante (a menudo no lo es).

Como puede ver en esta curva de 1W de luz blanca led Lumen vs corriente, duplicar la corriente no duplica la salida de luz. Si esto es importante depende de su aplicación. Si se trata de una retroiluminación publicitaria> 1kW, la factura de la electricidad supera fácilmente el costo inicial del módulo de visualización. También hay consideraciones térmicas, con una mejor eficacia tiene menos calor residual en su sistema.

Para empeorar las cosas, la eficacia disminuye aún más con una temperatura de unión más alta. Este gráfico muestra la temperatura ambiente, pero esencialmente la temperatura de unión funciona de manera similar. Simplemente están siendo difíciles al respecto. Ahora, PWM promediará la producción de calor, pero aún así, una eficacia peor requiere una corriente promedio más alta, lo que significa una temperatura de unión más alta.

Una desventaja de un PWM es que la carga es desagradable desde el punto de vista de SMPS, efectivamente está imponiendo transitorios radicales constantes a los pobres. Como mínimo, necesita un condensador de salida grande para amortiguar las caídas de voltaje y los picos en los bordes.

Un problema con la conducción de corriente constante es que es más complicado, especialmente si desea una corriente de salida ajustable. Existen otras complicaciones con las aplicaciones de atenuación locales, ya que Vf varía con el nivel de potencia de salida, por lo que su regulador actual tiene que disipar la diferencia.

Editar bit agregado sobre la temperatura de la unión.

Los LED utilizados para el alumbrado público suelen emplear algún tipo de convertidor CC / CC, con un control estricto de corriente en su salida. Por lo tanto, proporcionar una corriente constante no reduce la eficiencia ni agrega componentes innecesarios que podrían fallar, ni reduce la vida útil de los LED.

Es la forma más simple y eficiente de manejar una matriz de LED de alta potencia. Corriente constante, proporcionada por una fuente "pulsada".

Para resumir: no lo harían porque no es eficiente, no mantendrían las luces en especificaciones seguras y no es viable como una forma de controlar un gran grupo de luces (debido a la distancia y la falta de versatilidad).

En el alumbrado público, el nombre del juego es eficiencia .

Los LED son inherentemente un cliente difícil, ya que en sus rangos de alta eficiencia, son demasiado no lineales ** y la mayoría son alimentados por una fuente de alimentación de corriente constante .

Palabra operativa: "constante".

Dado que ya deben conducirlo con un suministro de corriente constante, si también quisieran hacer PWM, eso agregaría una complejidad innecesaria. Y hay una forma mucho mejor de atenuar los LED utilizando el suministro de corriente constante ya presente. Aquí, mire esta hoja de datos en la página 11. Voltaje directo vs corriente directa. Tenga en cuenta que este gráfico está muy distorsionado, para normalizado, mire mis notas finales.

Si maneja el LED a 3000ma y desea atenuarlo, corte la corriente a 1000ma y listo . Por supuesto, no cae en 2/3, mira "flujo vs corriente", misma página.

A 1/3 de la corriente, el flujo luminoso cae del 235% al ​​95% de las especificaciones. Es mucho más eficiente en la corriente más baja. El voltaje también cae, lo que muerde un poco la diferencia de eficiencia, pero no mucho.

¿Alguien usaría deliberadamente más emisores para mejorar la eficiencia? Absolutamente. Muchos clientes comerciales e industriales están analizando el costo total del ciclo de vida, y los emisores son una pequeña parte de eso. Si $ 100 más emisores ahorran $ 300 en electricidad durante la vida útil del dispositivo, puede ser un movimiento inteligente. Tuve un tipo que especificó tres LED en redline max 1400ma. Dio la luz necesaria. Sin embargo, el calor fue el tema clave. Respeté el uso de la hoja de datos de corriente "normal" de 350ma y siete emisores. Tengo la misma luz a la mitad del calor.

Ahora que he demostrado positivamente que una potencia más baja es más eficiente para los LED, puede ver dónde PWMing no es eficiente. Ejecutar 3000 ma al 33% PWM es peor que ejecutar 1000 ma continuo.

¿Por qué alguien PWM entonces?

En un mundo perfecto, toda la atenuación se haría a través de algo como la señal de 0-10 voltios ampliamente utilizada comercialmente, y cada módulo LED usaría el método "ajustar la salida del suministro de corriente constante para una atenuación perfecta". Sin embargo ... eso no funciona en todas partes. El hecho es ... PWM es una forma eficiente de propagar una señal de atenuación .

Considere la humilde "tira de LED". Una tira estrecha de PCB, cada 50 mm (2 ") tiene una línea CUT, tres LED y una resistencia. O para una tira RGB, tres LED RGB y tres resistencias. Y con RGB, por supuesto, quieren atenuar cada canal individualmente. ¿Cómo podemos obtener tres señales de atenuación en cientos de pequeños segmentos? El costo hace que sea imposible colocar fuentes de alimentación de corriente constante de salida ajustable en cada segmento de 50 mm. El único método de atenuación viable es PWM.

Se pone mejor. PWM es tanto la potencia como la señal. Si el controlador PWM solo puede manejar 3 amperios, y desea ejecutar siete tiras de 6A, puede usar un amplificador : recibe la salida del controlador como una señal y la usa para bloquear sus salidas de alta corriente, aprovechando PWM en bloqueo. paso. La versatilidad es difícil de superar.

Y esto funciona para cualquiera de una gran variedad de iluminación LED (cuyo propósito es notablemente, no la eficiencia). A nadie realmente le importan los lúmenes por vatio aquí:

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¿Por qué no las luces de la calle, entonces?

No es del todo irracional atenuar las luces LED de las calles. Podrían relajarse al anochecer, quemar más de los requisitos legales hasta las 11 p.m., y luego retroceder en las inquietantes horas cuando casi nadie está fuera. Pero no usarían PWM. La señal no se propagará bien en una instalación del tamaño de una ciudad.

Una luz de calle LED toma alto voltaje (240-277V o incluso 480V que desconectan de la línea de alimentación más cercana sin medición, eso significa que PWMing la línea de alimentación está justo fuera) ***. Internamente, una farola tiene un número razonable de emisores grandes, ideal para la conexión en serie a un suministro de corriente constante de alto voltaje. Esto se atenuaría mejor con el ajuste actual. Usarían la radio, o si estuvieran cableando un cable de señal costoso, lo usarían para muchas más cosas que la atenuación. Podrían trabajar con la compañía eléctrica para codificar mediante una línea de alimentación una señal de datos similar a cómo las compañías eléctricas pueden apagar remotamente los medidores inteligentes. Agregar $ 20 por unidad para el transceptor no es un "factor decisivo" en una farola de $ 1000.

** Los incandescentes son lineales una vez encendidos, por lo que enviarles 120V producirá 60W de manera confiable. La iluminación de descarga (fluorescente, neón, sodio de baja / alta presión, vapor de mercurio y halogenuros metálicos) es totalmente no lineal: una vez encendidos, tienen un cortocircuito y deben estar limitados por un balastro / impulsor. En el caso de los LED, su curva de voltaje-corriente es bastante empinada. Recuerde la tabla Voltaje vs Corriente de esta página de hoja de datos 11. Mire nuevamente: la escala está distorsionada y los voltios no comienzan en cero. Si se corrige , el gráfico se vería así:

Eso es lo que llamas no lineal . Recuerde, esta línea se mueve un poco dependiendo de la temperatura, la edad, el binning, etc. y cuando la línea es tan empinada, un poco es mucho. ¡Envíe 3.05V y quién sabe qué sucederá! El fabricante solo garantiza lo que sucederá si envía 2500ma. Todos los demás cuadros de la hoja de datos se basan en el actual , por ese motivo.

*** La compañía eléctrica y la ciudad acuerdan la cantidad de energía que consume una farola normal , y la compañía eléctrica simplemente se multiplica por el número de luces y las factura.

En general, hay dos métodos para atenuar los LED, atenuación PWM y atenuación de amplitud. Lo que usted denomina atenuación de CC es la atenuación de amplitud. En aplicaciones de iluminación profesional, PWM ya no se usa para atenuar, principalmente debido a problemas de salud sobre el parpadeo generado. Con el alumbrado público, otro problema es el efecto estroboscópico. Hoy descubrirá que prácticamente todos los controladores LED profesionales, incluidas las luces de la calle, utilizan atenuación de amplitud. Puede leer más sobre parpadeo y atenuación aquí .

Actualización : en respuesta a algunos de los comentarios, me gustaría extender mi respuesta. Por aplicaciones de iluminación profesional, me refiero a controladores LED de intensidad constante regulables> 20W como estos , no reemplazos de bombillas o halógenos baratos y desagradables o aplicaciones de retroiluminación de computadora.

Hay dos causas de parpadeo, una es causada por la ondulación de la red que se propaga a la salida. Los controladores LED baratos de una etapa, como los que se usan en el reemplazo de bombillas, sufren de este fenómeno.

El segundo tipo de parpadeo es causado por la atenuación PWM. Esto puede ser perceptible o imperceptable. El IEEE PAR1789 es una recomendación de cuán alta debe ser la frecuencia PWM para que se considere imperceptable. Dicho esto, encontrará en la industria que los controladores LED de alta calidad para aplicaciones profesionales utilizan casi exclusivamente atenuación de amplitud (atenuación de CC).