Llums led sense conductor

El gran home de negocis americà i inventor de bombetes - Thomas Alva Edison va dir una vegada que "farem electricitat tan barata que només els rics cremaran espelmes", cosa que certament s'ha convertit en el cas d'avui. Des de petites cases fins a carreteres asfaltades fins a grans indústries, podem observar llums de corrent altern que il·luminen el nostre entorn després que es pon el sol. Els sistemes d’il·luminació anteriors utilitzaven diferents tipus de bombetes, com ara bombetes incandescents, bombetes fluorescents compactes (CFL), etc. El mercat mundial d’il·luminació LED ha experimentat un creixement prolongat amb una mida valorada en 45.577 milions de dòlars el 2018.

Tot i que se sap que les llums LED són gairebé un 90% eficients que les bombetes incandescents i tenen una vida útil millor que les altres bombetes de corrent altern, encara pateixen un revés. És a dir, les llums LED són alimentades per voltatge continu, però tota la nostra font d'alimentació és de corrent altern. Això ha empès els dissenyadors a utilitzar un component addicional anomenat controlador LED que no és més que un tipus de convertidor de CA a CC. Aquest controlador convertirà l’alimentació de CA de la xarxa a una tensió CC adequada per alimentar la llum LED. Però es van introduir les bombetes LED sense controlador de CA que es poden connectar directament a la xarxa de CA sense cap mòdul de controlador extern. En aquest article aprendrem més sobre els sistemes LED sense controlador i la seva evolució al llarg del temps.

Per què els sistemes LED sense conductor?

El principal problema amb els tradicionals controladors LED de commutació de CA a CC d’ alta potència és la pèrdua d’alimentació associada. Aquests controladors LED de CA tradicionals utilitzen topologies de commutació i resistències per controlar el corrent de LED, aquest canvi provoca calor que redueix l'eficiència del sistema. A més, aquest circuit addicional comporta un augment del cost global de la bombeta. És per això que en el nostre article anterior discutíem sobre un sistema de controladors LED de baix cost i fins i tot en vam construir un per provar-ne el rendiment.

Un altre gran problema dels controladors LED de CA és l’efecte parpelleig. Com la majoria de nosaltres hem notat, els antics circuits de controladors LED tenen un efecte parpellejant. En els casos màxims, aquests circuits tradicionals de controladors de CA LED fan servir ona sinusoïdal a dues vegades la freqüència de la línia elèctrica. Això significa que, en una línia elèctrica de freqüència de 50 Hz, produeix gairebé 100 cops de llum que poden ser detectats pels ulls humans i és perjudicial. Això s’ha d’eliminar. Per tant, s’introdueix una tecnologia moderna que utilitza pocs components passius en lloc del convertidor tradicional de CA a CC que utilitza topologies de commutació.

Llums LED de CA sense controladors: funcionen

El sistema LED sense controlador té una denominació com a motor de llum LED de corrent altern. Però, què és un motor de llum LED de CA? Un motor en general s’utilitza per convertir una forma d’energia en l’altra. Per exemple, s’utilitza un motor motor per convertir la calor produïda pel combustible al moviment d’un eix. De manera similar, s’utilitza un motor de llum LED de CA per convertir l’energia elèctrica als lúmens de la llum.

Un motor de llum LED de CA és un dispositiu mecànic o una placa de circuit que té muntats xips LED amb totes les connexions elèctriques. És una forma de font de llum ja preparada que es pot fixar fàcilment en una presa de corrent altern. Ajuda les bombetes LED a actuar com a substitut directe d'altres làmpades convencionals.

El desenvolupament d’aquest LED AC té diverses etapes. Va començar simplement connectant LED estàndard en sèrie per fer coincidir la tensió directa combinada dels LED amb la tensió màxima d’entrada de CA. Sembla una bona idea encendre aquests LED sense cap controlador, però no va tenir èxit. Aquest disseny té un gran inconvenient, la CA altera la seva polaritat de positiu a negatiu per a cada cicle i, per això, a cada cicle positiu els LED es polaritzen cap endavant (s’encenen), però en cada cicle negatiu els LED es polaritzen inversament, cosa que fa que els apaguen.

LED sense conductor de primera generació

Quina és la solució? En aquest moment, es va introduir la primera generació de llums LED de CA sense controlador en què cada segment dels LED es reemplaçava per un parell antiparal·lel, igual que la imatge següent.

A la imatge anterior, els LED es connecten de manera antiparal·lel. En cada cicle positiu, un costat dels parells està esbiaixat cap endavant i l’altre costat és esbiaixat inversament, però en el cicle negatiu, els estats canvien i els altres LED s’encenen. El corrent aquí està limitat per una sola resistència R1 d’alta potència.

El costat positiu del circuit és l’eficiència. L’eficiència és molt alta. La forma d'ona de corrent i tensió en fase que travessa el circuit crea un factor de potència elevat. Però, tot i el costat positiu esmentat, la primera generació del motor de llum LED sense conductor és un error. Es deu al pobre índex de parpelleig i al doble nombre de LED que el necessari. Produeix un efecte de flaix que és fàcilment detectable pels ulls humans i la meitat dels LED utilitzats romanen apagats en qualsevol moment donat.

LED sense controladors de segona generació

A partir d’aquest inconvenient, es desenvolupen els motors LED AC de segona generació sense conductor. Aquesta vegada l'objectiu és reduir el recompte de LED. Només és possible si la CA es transforma en CC. Per tant, s’inclou un díode rectificador de pont als motors de llum LED de corrent altern sense conductor de segona generació. A part dels díodes rectificadors, tot el circuit no canvia.

Com abans, la resistència R1 controla el corrent LED. Ara, cada cicle negatiu i positiu passa pels LEDs, cosa que fa que continuïn encès durant els dos cicles.

LED sense controlador de tercera generació

La tercera generació de motors AC LED s’introdueix per augmentar l’eficiència i obtenir un índex de parpelleig millorat. S'afegeix un controlador de commutació al circuit que pot controlar individualment els LED fins a un nivell determinat on la tensió de la línia elèctrica és la mateixa que la tensió del LED. La funció de límit actual també està disponible al controlador de commutació integrat i es pot reconfigurar mitjançant components externs. Aquest circuit podria proporcionar gairebé un 80% d’eficiència i un índex de parpelleig de 0,30 a 0,35.

LED sense controladors de quarta generació

Als motors de corrent altern LED sense conductor de 4a generació, s’elimina el controlador i s’utilitzen components passius per compensar el cost de fabricació. A més, l’eficiència és superior amb un factor de potència elevat i un índex de parpelleig millorat.

El circuit funciona amb dos impulsos de corrent independents, que són impulsos de corrent limitats capacitivament i impulsos de corrent limitat de manera resistiva. Aquests polsos actuals s'introdueixen a la cadena LED de manera que la cadena LED rep dos impulsos de corrent per mig cicle de la tensió de línia. A la imatge inferior es mostra un circuit de llum lleuger de CA sense conductor de quarta generació de baixa potència.

El funcionament del circuit anterior és força interessant. Durant el primer semicicle de l'entrada CA, el corrent passa per la resistència R1 i, finalment, es carrega del condensador C1 i torna al díode del rectificador de pont a través de la segona cadena de LED, carregant el condensador C2 i a través de la resistència R2. Durant el pic negatiu, el condensador C4 descarrega C1 i C2 corresponentment i empeny el corrent a la segona cadena. Per tant, en cada cicle, el corrent necessari per il·luminar les cordes LED no circula completament a través de les resistències. Gairebé el 40-50% del corrent total passa per les resistències, cosa que augmenta l’eficiència fins al 90% reduint la dissipació de calor.

La forma d'ona d'entrada dels LED i el voltatge de CA d'entrada es poden veure a la imatge següent.

El gràfic anterior mostra tres gràfics que són, Voltatge d'entrada, Corrent de cadena de LED esquerre i Corrent de cadena de LED dret al llarg del temps. En tensió de línia de 230 V, les cordes LED s’il·luminen alternativament. És una transició molt ràpida en el rang de mil segons.

Avantatges de la tecnologia de llum LED sense conductor

1. Aquestes llums LED sense conductor són més fàcils de fabricar. El cost es redueix i requereix un manteniment molt baix.

2. A causa de l'índex de parpelleig millorat, es pot utilitzar en llums d'alta badia. A més, els sectors de l’oficina, l’habitació i l’educació utilitzen llums LED de CA sense conductor.

3. Si es treu el controlador de LED, permet la funció de remodelació. Els productes LED es poden fabricar en diferents formes i mides.

4. La instal·lació fàcil i ràpida és una altra característica excel·lent dels llums LED de CA sense conductor.

Fabricant de llums LED sense conductor

Actualment, la llum LED sense conductor es ven com un pastís calent. Diferents fabricants produeixen un tipus diferent de tecnologia LED AC sense controladors. La Xina és un dels principals proveïdors de llum LED de CA sense conductor. No obstant això, els LEDs amb un voltatge frontal molt alt amb Lumen elevat també són fabricats per diverses empreses. Els LED d’alta tensió directa proporcionen un baix recompte de components en el sistema LED AC sense controlador. Els fabricants de LEDs AC sense controladors populars en aquests segments són Cree, LUMILEDS, SAMSUNG, NMB Technologies, Opulent, etc.