مقالات

نکته های مهم مربوط به LED درایور

 

به دلیل اهمیت بالای LED درایور ها در صنعت روشنایی پژوهش های زیادی در مورد آنها در حال انجام است. در این بخش سعی شده است به تعدادی از نکات مهم و چالش های اخیر که در مورد بهبود عملکرد LED درایور ها به وجود آمده است پرداخته شود.

بازه ولتاژ ورودی گسترده

طراحی LED درایورهایی با قابلیت کارکرد در بازه گسترده ای از ولتاژ ورودی از جمله مباحثی است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. همانطور که می دانید LED ها در مصارف و شرایط گوناگونی مورد بهره برداری قرار می­گیرند . این تنوع شرایط را می توان به تنوع در منابع توان نیز تعبیر کرد . در کاربرد های پرتابل همانند صفحات نمایشگر و وسایل نقلیه، منبع توان عمدتاً باتری ها می­ باشند. باتری ها هم بنابه کاربرد دارای انواع مختلفی می­باشند . به طور مثال در تلفن های همراه از باتری های Li-ion استفاده می­شود که ولتاژ سل آنها در حدود 3.6 ولت می­باشد. برای روشنایی های اضطراری و سیار از باتری­های موسوم به AA که ولتاژ نامی در حدود 1.5 ولت دارند استفاده می­شود. وسائل نقلیه از باتری های قابل شارژ با ولتاژ های نامی 6 و 12 ولتی استفاده می­کنند و در منابع تجدید پذیر گاها ولتاژ نامی مجموعه باتری ها تا 48 ولت نیز می­رسد. علاوه بر آن ولتاژ های شبکه توزیع در نقاط مختلف جهان به دو قسمت 115 ولت و 230 ولت متناوب سینوسی تقسیم می­شود. ارائه LED درایوری که توانایی پوشش گسترده تری از مصارف و کاربرد ها را دارد موجب می­شود تا تنوع ساختاری و به تبع آن خطوط تولید متنوع کاهش یابد و با افزایش تیراژ تولید هزینه تمام شده کاهش پیدا کند.

حسن دیگر این نوع طراحی در افزایش قابلیت اطمینان LED درایور است. با افزایش بازه ولتاژ ورودی توانایی تحمل نوسانات ولتاژ توسط چراغ LED نیز افزایش می­یابد. بنابراین احتمال قطع خروجی منبع نوری کاهش می­یابد. لحاظ دو نکته در طراحی منابع با بازه ولتاژی گسترده ضروری است. اول این که کمترین زمان کاری کلید (D) که در زمان بیشترین ولتاژ ورودی اتفاق می­افتد نباید مقدار بسیار کوچکی باشد زیرا D کوچک باعث می­شود تا ریپل جریان بالایی ایجاد شود ، تلفات هدایتی افزایش یابد ، عملکرد EMI مدار تضعیف شود و پاسخ گویی دینامیکی سیستم بد شود. و دوم این که فشار ولتاژ بر روی کلید ها زیاد نباشد.

حذف خازن

در منابع تغذیه سوئیچینگ وجود سلول PFC به منظور بهبود عملکرد مدار امری ضروری است. وجود ساختار هایی که مبتنی بر کلید زنی هستند موجب تبدیل شدن توان اخذ شده از منبع ورودی به توان ضربانی می­شود. توان ضربانی ورودی نیازمند تثبیت است . زیرا LED درایور ها نیازمند جریان خروجی ثابت هستند که این جریان ثابت در ولتاژ خاصی اتفاق خواهد افتاد . بنابراین توان در خروجی همواره مقدار ثابتی خواهد بود . عدم رعایت این قاعده با فلسفه درایو LED در تضاد خواهد بود. زیرا ضربانی شدن توان خروجی منجر به ایجاد اثر سوسو زدن در LED خواهد شد و نمود بصری بدی را ایجاد می کند. برای ایجاد توازن بین توان ورودی و خروجی از خازن های الکترولیتی استفاده می­شود. اما خازن های الکترولیتی بنابر محدودیت هایی که دارند با خرابی سریعتر نسبت به سایر قطعات مدار منجر به کاهش طول عمر LED درایور و نتیجتا کاهش قابلیت اعتماد آن ، می شوند. بنابراین حذف این خازن و یا جایگزین کردن شیوه ای متناسب می­تواند یکی از موضوعات مهم جهت پژوهش در این زمینه باشد.

در این زمینه پژوهش­های زیادی انجام شده ­است. یکی از نظرات ارائه شده در این مورد جایگزین کردن ذخیره انرژی الکترومغناطیسی به جای ذخیره سازی توسط خازن های الکترولیتی است. استفاده از سیم پیچ و هسته در مدار موجب می­شود تا حجم و وزن سیستم نهایی افزایش یابد . همچنین افزودن یک فیلتر اکتیو به ساختمان مدار می­تواند جایگزن مناسبی برای خازن الکترولیتی باشد که در این صورت نیز منجر به ایجاد پیچیدگی­هایی در طراحی و احتمالا افزایش قیمت تمام شده محصول می­گردد.

ساختار های تک مرحله ای

ساختارهای تک مرحله ای LED درایورها مزیت­هایی از قبیل تعداد کم قطعات و هزینه­ی تمام شده پایین­تر را دارند. در بازاری که قیمت تمام شده یکی از فاکتور های مهم افزایش فروش محصولات است مزیت­های ساختار تک مرحله ای می­تواند منجر به ایجاد زمینه­ای جذاب جهت انجام پژوهش­های بیشتر شود.

ساختارهای مجتمع نیز از این لحاظ با ساختار های تک مرحله ای قرابت دارند. با این تفاوت که در طراحی­هایی با ساختارهای مجتمع قابلیت اطمینان بیشتری نتیجه می­شود. استفاده از روش های کنترلی و طراحی که مبتنی بر کلیدزنی نرم می­باشند باعث افزایش راندمان در مدارات تک مرحله­ای و مجتمع می­شود که بر مزایای این ساختار ها می­­­افزاید.

LED درایور های چند کاناله

علت ایجاد LED درایورهای چند کاناله دستیابی به شدت نورهای بالا در ضمن حفظ سطح ولتاژ خروجی درایور در حد پایین می­باشد. این امر موجب کاهش تعداد اتصال سری LED ها می­شود. این امر باعث می­شود تا درایور های چند کاناله موضوع جذابی جهت انجام پژوهش در زمینه راه اندازی LED ها باشند. روش­های مختلفی جهت دستیابی به این ویژگی وجود دارد. این روش ها را می­توان به دو دسته اکتیو و پسیو تقسیم بندی کرد. در حالت اکتیو هر شاخه از LED ها یک مدار کنترلی مجزا جهت کنترل و تثبیت جریان خروجی مدار بکار گرفته می­شود. از جمله روش­های اکتیو می­توان به توازن جریان خطی و کنترل کلیدزنی اشاره کرد. نقصی که توسط این روش ها در مدار ایجاد می­گردد کاهش راندمان کلی مدار است.

در روش پسیو توازن جریان از قطعات پسیو مانند مقاومت ، خازن و سلف استفاده می شود. استفاده از المان های پسیو به دلیل ساختار ساده تر منجر به حصول سیستمی با قیمت تمام شده­ی پایین تر می­شود . بنابراین این روش همواره دارای ترجیح بالاتری می­باشد. در این بین هر کدام از المان­های پسیو دارای نواقصی در عملکرد هستند . استفاده از مقاومت منجر به افزایش تلفات و کاهش بازده مدار می­شود. بکارگیری سلف و ترانسفورمر­ها منجر به افزایش سایز مدار و فشار ولتاژ بالاتر می­شود و حالت خازنی دقت جریان خروجی در شرایط محدودی حاصل می­گردد.

 

منابع

 

[1]Wang, Yijie, J. Marcos Alonso, and Xinbo Ruan. “A review of LED drivers and related technologies.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 64, no. 7 (2017): 5754-5765

 

[2]Wang, Yijie, J. Marcos Alonso, and Xinbo Ruan. “High-Performance LED Drivers.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 64, no. 7 (2017): 5751-5753

 

[3]Arias, Manuel, Diego G. Lamar, Javier Sebastian, Didier Balocco, and Almadidi Aguissa Diallo. “High-efficiency LED driver without electrolytic capacitor for street lighting.” IEEE Transactions on Industry Applications 49, no. 1 (2013): 127-137

 

[4]Lehman, Brad, and Arnold J. Wilkins. “Designing to mitigate effects of flicker in LED lighting: Reducing risks to health and safety.” IEEE Power Electronics Magazine 1, no. 3 (2014): 18-26

 

[5]Kim, Jong-Woo, Jung-Muk Choe, and Jih-Sheng Jason Lai. “Nonisolated Single-Switch Two-Channel LED Driver with Simple Lossless Snubber and Low-Voltage Stress.” IEEE Transactions on Power Electronics 33, no. 5 (2018): 4306-4316

 

[6]Wu, Hongfei, and Yan Xing. “Families of forward converters suitable for wide input voltage range applications.” IEEE Transactions on Power Electronics 29, no. 11 (2014): 6006-6017

 

, , , , , , , , , , , , , , ,
عامل انسانی ترسیم رنگ
جریان، نه ولتاژ !!

پست های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

یک × 4 =

فهرست