CV a CC systém napájania, prúdové drivre vs prúdovo napájané LED pásy a moduly, výhody a nevýhody
Prúdové drivre významne prispievajú ku predĺžení životnosti a stability LED osvetlenia, faktor predĺženia životnosti je 5-20x (podľa výkonu riešenia). Nakoľko LED jemne menia svoje svetelnotechnické a hlavne elektrické vlastnosti počas svojej životnosti (napr. Priepustné napätie, vodivosť, jas, atď. je absolútne nezbytné 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 vplivom 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 3000Hod. pri rovnakých LED kľudne aj 80 000Hod (Životnosť meraná ako L70/B10).
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 vyplýva, LED pás s 100 segmentami po 7x LED bude obsahovať presne 100x IC (1x prúdový driver na 1 sekciu) Toto zapojenie poskytuje nespočetné množstvo výhod (čítaj ďalej).
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. 7x 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. Nevýhoda tohto riešenia je, že v zapojení nieje žiadna súčiastka, ktorá by zabezpečovala 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 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.)
Preto sme vyvinuli LED pásy MASTER
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 nezávysle 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 1 sekcie až po stovky metrov s minimom potrebných komponentov (zdroj, káble, a stovky metrov LED pásu (LONGRUN napr. až 140m z 1 nap. miesta....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! 12V 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. (12V LED pásy obsahujú preto 3x LED v sérii nakoľko iba LED majú priepustné napätie cca 3,1V , t.j. 3x3,1V=9,3V a zbytok napätia sa už musí použiť na straty vo vedení a na ochrannom prvku (odpor) ktoré LED potrebuje)...24V LED pásy umožňujú použiť až 7x LED na sekciu (7x3.1V=21.7V a zbytok napätia 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 uvedomiť, že 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 design 7x 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 nastavením pomeru v čase ľudské oko tieto úrovňe spriemeruje a vyhodnotí ako zostmievanie. Tento typ stmievania nájdete všade - od hobby stmievačov za 2USD, 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 :
- flicker free (blikanie pri stmievaní - PWM stmievače pracujú okolo frekvencie 500-2000Hz, ľudským okom neviditeľné, ale problém to môže niekedy byť napr. v TV nahrávacom štúdiu)
- efektivita 200Lm/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 horeuvedené problémy nie sú 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 so slovom "pás s Prúdovými drivermi" je nesprávne vnímaný ako "prúdový pás" a teda 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 12V 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! chvalabohu! napr. Mean Well má zdroje s možnosťou stmievania, ale bohužial ich spôsob stmievanie je analógový a 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 0 alebo 4V! 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.
Čítaj ďalej, inak sa môžeš veľmi mýliť.
Systém konštantného napájacieho napätia CV je dobrá vec, ale dôležitý detail tu je práve "decentralizácia prúdového 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 "lavinovo" spôsobuje, že má tendenciu sa viac hriať, atď. Preto "odpor " ako ochranný prvok je naprosto nevhodný pre dlhodobé a profesionálne aplikácie, kde sa počas niekoľkých tisíc hodinách začnú ukazovať problémy v inštalácii ak sú použité produkty bez prúdových drivrov.
LED pásy s prúdovými drivermi (MASTER) takýmito problémami a chybami netrpia - čítaj ďalej.
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 vplivom 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 vpliv na akékoľvek zvyšovanie prúdu či výkonu tečúceho do LED, preto napr. 12V MASTER pás je možné kľudne napájať 24V, resp. 24V LED pás MASTER (Utyp=24V)je možné napájať aj zvýšeným napájacím napätím Utyp2 (27V či 30V). 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 ŠTANDARDné 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 :
12V vs 24V LED pásy a ich povolené napäťové rozsahy
Graf povolených napäťových úbytkov
Priebeh pre 12V a 24V ukazuje oba STANDARD LED pásy (s odporom) s takmer identickým napäťovým rozsahom (červená a modrá plná čiara, resp. farebný "bar graf" v hornej časti pri type pásu STANDARD) Ako môžete vidieť, žiadne 2 sekcie na LED páse nebudú mať rovnaký jas - jas LED sa kontinuálne mení s meniacim sa napätím, nakoľko na napätie vplýva úbytok napätia na dráhe pásu (odpor cestičiek pásu)..preto to postupné klesanie jasu s dĺžkou pásu ... povolený rozsah jasov pre tento typ pásu je v rozmedzí 90-110%...Veľkosť povoleného rozsahu (plná čiara) je veľmi malá (preto je potreba veľmi časté a hrubé prívodné vodiče každých 5m, používať krátke káble a držať napäťový úbytok na kábloch a LED páse na minime....Inak LED pás nikdy nebude svietiť na 100% ani nič tomu podobné. Merania v typových situáciach ukazujú, že inštalácie s takýmito STANDARD LED pásmi svietia bežne na "svojom maxime" na 60-80%...konce ešte menej.
Oproti tomu MASTER LED pásy ( 12V aj 24V na grafe) obsahujúce prúdové drivre (CC IC) majú svoje limity niekoľkonásobne vyššie , čo im umožňuje použitie v stave kedy svietia na 100% na omnoho väčšom rozsahu dĺžok (napr. MASTER-LONGRUN bude mať 100% jas ak napätie na páse je kdekoľvek medzi 17.5V a 36VDC) Pri napájaní týchto LED pásov z 24VDC systému tak máme "rezervu určenú pre napäťový úbytok na kábli" + úbytok na samotnom LED páse až 6.5V! kým sa začne meniť jas (24V-17.5V=6.5V, čo predstavuje bežne cca 60m LED pásu pri napájaní v strede) Ďalšia obrovská výhoda prichádza s parametrom Utyp2 - Nakoľko existuje mnoho napájacích zdrojov s možnosťou "podvihnutia napájacieho napätia o +10-15% (Meanwell séria HLG, CLG, PLN, atď. typ A) pre pokrytie strát na kábloch, dokážeme zvýšením napájacieho napätia využiť plnú kapacitu prúdovej dráhy FCB (7000mA) LED pásu LONGRUN na až 140m v kuse (pri napájaní v strede)..pričom LED pás bude svietiť vždy identicky kdekoľvek po celej dĺžke LED pásu (nezáleží či má sekcia s LED 27V, 24V, alebo 21V, všetky svietia identicky)
Napäťový rozsah vs max. povolený prúd FCB - vysvetlenie
Graf zobrazujúci iba 2, celkom rozdielne 24VDC LED pásy :
STANDARD LED strip (LED pásy s rezistorom a LED iba) bez aktívnej regulácie prúdu
MASTER-LONGRUN LED strip s prúdovými drivermi (CC IC) (špeciálna verzia LED pásu určená pre super dlhé línie)
Červená plná čiara (STANDARD LED pás) má iba krátky rozsah medzi limitmi (Umin a Umax) preto max. povolená inštalovaná dĺžka v kuse je veľmi krátka (červený "bar graf" v hornej časti pri nápise STANDARD - normálne 5-10m)...čo Vás núti používať veľa nap. zdrojov alebo káblov pozdĺž línie ktorá má byť dlhšia (napr. 50m, či 100m)
Naproti tomu, MASTER-LONGRUN LED pás s prúdovými drivermi (CC IC) má veľmi široký rozsah medzi limitmi (Umin a Umax) , čo umožňuje použiť napr. vyššie nap. napätie až do Umax na pokrytie napäťového úbytku na kábloch bez zmeny jasu akejkoľvek LED nech je kdekoľvek na páse. Keďže naše limity sú naozaj obrovské, môžete inštalovať LED pás v 1 dlhej línii až dokiaľ nedosiahnete 1 z 2 možných limitov :
Umin - pod touto hodnotou LED pás začne už svietiť na menej ako 100%, nakoľko na sekcii už nebude dostatočné napätie na plné otvorenie PN prechodu LED pri stanovenom prúde. Pri napájaní z Utyp (24VDC) dosiahnete tento limit na cca 34m LED pásu (Dmax @Utyp), 24VDC bude teda na začiatku MASTER pásu a Umin (17.5V) bude na konci pásu.
max. povolená prúdová dráha - kde Utyp2 začne hrať dôležitú rolu (čítaj ďalej)
Zaujíma Vás čo znamená Umax parameter? ...Umax je maximálne povolené napätie, ktoré sa nesmie prekročiť, inak hrozí permanentné zničenie častí LED pásu. Ako si môžete všimnúť, Umax pre takmer všetky naše LED pásy MASTER je 36VDC, ktoré je dostatočne ďaleko od Utyp (24V) alebo od "Rozšíreného napätia Utyp2 (27V apod) preto môžete byť kľudný , že Vaše osvetlenie či už je napájané z 22V, 24V, 27V apod. je prevádzkované stále s veľkou rezervou. Pri napájaní dlhými či tenkými prívodnými káblami, táto rezerva môže byť vhodne využitá na napäťové úbytky na kábloch ak to je naozaj nevyhnutné. Nikdy nepresiahnite Umax, inak hrozí poškodenie. Vždy udržujte napájacie napätie ideálne medzi Utyp a Utyp2.
Utyp2 - Ak potrebujete inštalovať dĺžky väčšie ako Dmax @Utyp (30m pre MASTER-LONGRUN bude mať prúdový odber iba 3000mA ) pričom keďže prúdový limit nášho pásu je až masívnych 7000mA, neprevádzkujeme LED pás ani na polovicu jeho limitu "max. povolený prúd FCB" ! Jednoduchým zvýšením napätia na vstupe (LONGRUN má horný napäťový limit Utyp2=30V) Vám umožní využitie jeho plného limitu max. prúdu 7000mA, čo umožní inštalovanie až 140m v kuse (pri napájaní v strede) .... pričom všetky z 8400 LED budú svietiť presne na 100% ,ani menej, ani viacej.
Vždy používajte LED pásy MASTER - Profesionálne LED pásy zamerané na stabilitu, kvalitu a perfektné inštalačné detaily.
Štandardná záruka 5rokov!
Zdroje a merania (Je duševné vlastníctvo LEDeco solution,s.r.o.) : LAB tests MASTER vs STANDARD, 12VDC vs 24VDC
Článok bol zámerne vyhotovený pre špecifický LED pás MASTER-LONGRUN , na ktorom sú limity a rozsahy a teda aj rozdiely veľmi pekne jasné a viditeľné. Všetky ostatné LED pásy MASTER majú taktiež horeuvedené výhody, samozrejme ale s odlišnými hodnotami. Originál článok v jazyku anglickom je uverejnený na stránke www.master.lighting
