I moduli LED sono generalmente gestiti da una delle tre strutture elencate di seguito:
- Driver LED a corrente costante (CC) il quale si collega direttamente al LED, la luminosità è controllata dalla corrente di uscita del driver LED.
- Alimentatore LED a tensione costante (CV), in genere 12V o 24V, il quale si collega a strisce o tubi LED che hanno sul PCB LED una resistenza o un semplice circuito di limitazione della corrente che definiscono la luminosità.
- Collegamento in cascata di un alimentatore CV e un convertitore DC-DC (DC/DC) e LED. In questo collegamento la corrente in uscita è controllata dal convertitore DC/DC.
Nelle prime due strutture, gli alimentatori si collegano al LED senza alcuna conversione attiva nel mezzo.
In questi due casi, la scelta dell’alimentatore è relativamente semplice, bisogna però prestare attenzione alla scelta della corretta tensione e corrente.
La terza struttura include un DC/DC attivo nel mezzo, che potrebbe comportare alcuni problemi di compatibilità.
Più avanti verrà esaminato il funzionamento del DC/DC e il potenziale problema che può sorgere nel momento in cui venga selezionato un alimentatore con specifiche errate.
Convertitore DC/DC
I convertitori DC/DC sono di 3 tipologie: Buck (conversione step down), Boost (conversione step up) e Buck-boost.
Indipendentemente dal tipo di convertitore, la maggior parte è caratterizzata da un ampio range operativo di tensione in ingresso. All’interno di questo range, il convertitore DC/DC convertirà la potenza in ingresso nella tensione o corrente in uscita desiderata. Se il carico è fisso, anche la potenza in ingresso sarà fissa. La potenza rimarrà sempre la stessa, quindi se la tensione in ingresso è alta, la corrente in ingresso sarà bassa, e viceversa.
La formula di conversione della potenza è indicata di seguito:
Problema di compatibilità tra alimentatore CV e convertitore DC/DC
I tubi o i faretti LED standard con alimentazione DC, normalmente contengono all’interno i convertitori. Nel manuale di tali prodotti viene specificata solo una tensione in ingresso fissa, ad esempio, “Ingresso 24VDC”. Sicuramente, se verrà applicata questa tensione, la lampada funzionerà; tuttavia, il range di lavoro effettivo potrebbe essere molto più ampio, superiore o inferiore a questa tensione in ingresso a causa del convertitore DC/DC utilizzato all’interno.
Per spiegare meglio il fenomeno, prendiamo come esempio il convertitore DC/DC Mean Well (marchio distribuito da Digimax) LDD-350H. LDD-350H è un convertitore DC/DC che fornisce una corrente costante di 350mA.
Il range di tensione in ingresso è 9-56 Vdc e il range in uscita, legato alla tensione diretta del LED, è 2-52 Vdc. Trattandosi di un convertitore step-down, la tensione in ingresso dovrebbe essere 3V superiore alla tensione in uscita. Ciò significa che se il LED è 9V, LDD-350H può funzionare con una qualsiasi delle tensioni di ingresso tra 12 e 56Vdc. Essendo l’alimentazione di 24Vdc più comune nel mercato, molto probabilmente una lampada riporterà il dato di alimentazione in ingresso “24VDC input”.
Con informazioni insufficienti, l’installatore del sistema potrebbe trascurare il potenziale problema di compatibilità e quindi si potrebbe imbattere in errori di avvio come: lampeggio, emissione di luce più debole o nessuna luce. Il problema è legato alla risposta ai transitori all’accensione e al comportamento del convertitore DC/DC.
Situazione 1: Alimentatore CV con corrente insufficiente a bassa tensione in uscita
La Figura 3 mostra un‘installazione tipica: ogni LDD-1000H con LED rappresenta un tubo LED. Supposto che il LED sia 9V, 1A, 30 di tali tubi LED richiedono 270W. Se sui tubi è indicato un ingresso a 24V, ad esempio si potrebbe scegliere un HLG-320H-24.
La specifica HLG-320H-24 mostra che la potenza massima in uscita è 320, 16W e la corrente in uscita di 13, 34A. Apparentemente, utilizzare HLG-320H-24 sul sistema 24V/270W è la scelta giusta. Tuttavia, la situazione reale è che l’LDD-1000H inizierà a funzionare quando la tensione in ingresso è superiore a 12V. Se l’alimentatore ha un tempo di aumento della tensione DC più lento rispetto al tempo di avvio del convertitore DC/DC, il convertitore potrebbe già passare alla piena potenza prima che la tensione in uscita dell’alimentatore raggiunga il giusto livello. In tali condizioni, poiché la tensione in ingresso è bassa e il DC/DC cerca di fornire ancora la piena potenza al suo carico, la corrente in ingresso dovrà essere più alta del previsto ed eventualmente raggiungerà e supererà il limite dell’HLG-320H-24. In questo caso, l’uscita dell’alimentatore potrebbe essere portata a zero per poi essere riavviata, causando un lampeggiamento della lampada, luminosità inferiore o impossibilità di accensione.
Il calcolo della corrente in ingresso dipende dalla tensione in ingresso, come mostrato di seguito:
• Corrente in ingresso convertitore DC/DC quando la tensione in ingresso è 24V
270 W = 24 V × 11.25 A
• Corrente in ingresso convertitore DC/DC quando la tensione in ingresso è 12V
270W = 12V × 22.5A
* Trascurando la perdita di potenza non ideale, il convertitore DC/DC richiede una corrente due volte superiore quando la tensione in ingresso viene dimezzata.
Situazione 2: Tensione in uscita dell’alimentatore CV non in esecuzione nel range di lavoro (campo operativo)
La Figura 6 mostra un altro esempio con l’LDD-1000H, nel quale il LED è 6V e la corrente totale è 20A.
Poiché LDD-1000H è un convertitore step-down, inizierà già a funzionare con una tensione in ingresso compresa tra 6V e 9V. Anche in questo caso, se il convertitore DC/DC si porta alla piena potenza più velocemente rispetto all’alimentatore CV, aumenta il suo livello di tensione in uscita.
Il convertitore DC/DC proverà quindi a funzionare in modalità a bassa tensione in ingresso per ottenere una corrente di alimentazione maggiore. Nell’esempio riportato di seguito, se il DC/DC inizia a funzionare a 9V, la corrente in ingresso raggiungerebbe il punto di protezione da sovracorrente HLG-320H-24.
In tale condizione, l’alimentatore smetterà di aumentare la sua tensione in uscita e rimarrà nella modalità di uscita a corrente costante. È possibile che l’alimentazione e il convertitore DC/DC possano stabilizzarsi in questa condizione anomala. Tuttavia, per l’HLG-320H-24, il range di corrente costante è 12-24V, e 9V è ovviamente inferiore, quindi l’alimentazione entrerà in hiccup mode. Può essere che, dopo diversi hiccup, l’alimentatore potrebbe finalmente entrare in un intervallo funzionale e la lampada infine si accenderà.
Dai due casi sopra visti, si potrebbe dire che i problemi di avvio con il convertitore DC/DC sono principalmente legati al range di lavoro del convertitore. A bassa tensione di avvio, l’alimentatore potrebbe non funzionare nelle condizioni previste e quindi creare vari problemi di avvio.
Soluzioni al problema di avvio
Se una lampada ha un problema di avvio simile a quello sopra menzionato le soluzioni potrebbero essere:
- Scelta di un convertitore DC/DC con funzione di avvio graduale o avvio ritardato
Un convertitore DC/DC con avvio graduale aumenta la potenza di uscita in modo progressivo fino al livello corretto dopo l’accensione. Ciò aiuta a ridurre la corrente di spunto del convertitore DC/DC e può prevenire guasti all’avvio.
Un avvio ritardato non ridurrà la corrente di spunto, ma poiché consuma energia solo quando la tensione di alimentazione è pronta, può anche prevenire guasti all’avvio da tempi di installazione non corrispondenti. - Utilizzo dell’interruttore DC o della funzione dim off sul convertitore DC/DC (se disponibile)
Accendere o rilasciare il dim off solamente dopo che l’alimentazione in uscita si è stabilizzata, può evitare problemi di avvio. Normalmente il setup time dell’alimentatore LED a 230Vac è inferiore a 0,5 secondi. Scollegare manualmente l’alimentazione in ingresso o posticipare l’uscita del convertitore DC/DC per 0,5 secondi potrebbe evitare il problema di avvio.
- Aumentare la corrente nominale di uscita dell’alimentatore CV
Quando la corrente di uscita è maggiore, è meno probabile che si verifichi il problema di blocco all’accensione. Per aumentare la corrente in uscita può semplicemente aumentare la potenza, ad esempio, cambiando HLG-320H-24 in HLG-480H-24 o cambiando la tensione in uscita mantenendo la stessa potenza, ad esempio passando da HLG-320H-24 (13.34A) a HLG-320H-12 (22A), a condizione che la tensione selezionata sia nel range operativo del convertitore DC/DC. - Soluzione di alimentazione personalizzata
Alcuni alimentatori possono fornire una potenza di picco e alcuni alimentatori possono essere modificati con una protezione da sovracorrente più estesa così da coprire i requisiti di corrente di spunto. Dopo l’accensione, la potenza media dovrebbe comunque rientrare nella potenza nominale dell’alimentatore.
Riepilogo
Il problema di compatibilità è fortemente correlato ai requisiti e alle condizioni di sistema.
Quando si verifica un problema di avvio della lampada a LED, si consiglia di verificare le specifiche del convertitore LED e DC/DC o contattare il proprio referente.
