现代路灯中的 LED 通常是脉冲的吗?如果有,大概是什么频率?

电器工程 引领 LED驱动器 灯光
2022-01-19 02:39:46

我可以想到现代 LED 路灯可能会产生脉冲的一些原因;

  • 从线路电压开始的有效电压转换可能包括高于 60 Hz 的 AC 或开关阶跃。
  • 由于加热问题,LED 的最高效率操作通常发生在大于可以持续持续的电流下。
  • 转换回稳定的直流(编辑:在线路频率 50/60Hz 下)将需要额外的组件,这些组件可能会发生故障,并且没有任何好处可以抵消效率降低的操作。

维基百科中有一个关于脉冲 LED 操作的简短部分,但它只是介绍了这个概念,而没有说明脉冲操作在该领域的广泛性。

只要频率足够高以至于没有机会感知闪烁,在我看来,LED 路灯将是脉冲的 - 或者至少是用于激发荧光粉的蓝色 LED。荧光粉可以具有足够长的半衰期以使产生的发射光的大部分光谱稳定,即使 LED 是脉冲的。

因为一些白光 LED 比其他 LED 更多地依赖 LED 的初级蓝光,所以我将主要问关于 LED 本身的问题,而不是发射的光。

现代路灯中的 LED 通常是脉冲的吗?如果有,大概是什么频率?100 赫兹、1 赫兹、10 赫兹?虽然在某些地区可能存在很大差异,但我预计在城市正在实施从气体(汞、钠)到 LED 的广泛转换的地区,设计中必须存在一些共性或总体趋势/趋同。

4个回答

您错误地假设功效会随着更高的功率水平而上升。反之亦然,对于任何有意义的功率水平,只要增加电流,功效就会降低。

使用 PWM 是因为它很容易实现。如果将电流设置为要使用的最大值,则只需调整占空比即可进行线性亮度控制。如果绝对精度很重要(通常不是),调整电流具有非线性响应,需要校准表。 在此处输入图像描述

从这个 1W 白色 LED 流明与电流曲线可以看出,电流加倍不会使光输出加倍。这是否重要取决于您的应用程序。如果您使用 >1kW 的广告背光源,电费很容易超过显示模块的前期成本。还有散热方面的考虑,效果更好,系统上的废热更少。

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更糟糕的是,结温越高,效率下降得越厉害。该图显示了环境温度,但结温基本上以类似的方式工作。他们只是对此感到困难。现在 PWM 将平均热量输出,但更差的功效需要更高的平均电流,这意味着更高的结温。

PWM 的一个缺点是,从 SMPS 的角度来看,负载很糟糕,您实际上是在将恒定的激进瞬态强加给可怜的东西。至少你需要一个大的输出电容来缓冲边缘的电压骤降和峰值。

恒流驱动的一个问题是它更复杂,特别是如果您想要可调节的输出电流。由于 Vf 随输出功率水平而变化,因此局部调光应用还存在进一步的复杂性,因此您的电流调节器必须消除差异。

编辑添加了一些关于结温的信息。

用于街道照明的 LED 通常采用某种 DC/DC 转换器,在其输出端具有严格的电流控制。因此,提供稳定的电流不会降低效率,也不会添加可能发生故障的不必要组件,也不会缩短 LED 的使用寿命。

这是驱动大功率 LED 阵列的最简单、最有效的方法。稳定电流,由“脉冲”源提供。

总结一下:他们不会这样做,因为它效率不高,不会让灯保持安全规格,并且作为控制一大群灯的方式不可行(由于距离和缺乏多功能性)。

在街道照明中,游戏的名称是效率

LED 本质上是一个棘手的客户,因为在它们的高效率范围内,它们过于非线性**,并且大多数由恒流电源驱动。

操作词:“恒定”。

由于他们已经必须用恒流电源驱动它,如果他们想做 PWM,那将增加不必要的复杂性。还有一种更好的方法可以使用已经存在的恒流电源来调暗 LED。在这里,请查看第 11 页的数据表。正向电压与正向电流。 请注意,此图非常失真,为了标准化,请查看我的尾注。

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如果您以 3000 毫安的速度驱动 LED 并想将其调暗,请将电流降至 1000 毫安,然后当然,它并没有完全下降 2/3,请查看“通量与电流”,同一页。

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在电流的 1/3 处,光通量从规格的 235% 下降到 95%。在较低的电流下效率更高。电压也会下降,这会稍微降低效率差异,但不会大幅下降。

有人会故意使用更多的发射器来提高效率吗?绝对地。许多商业和工业客户都在关注生命周期总成本,而排放器只是其中的一小部分。如果多 100 美元的发射器在灯具的整个生命周期内节省 300 美元的电费,这可能是一个明智之举。我有一个人在最大红线 1400ma 时指定了三个 LED。它提供了所需的光。然而热量是关键问题。我使用 350ma 和七个发射器的数据表“正常”电流。在一半的热量下得到相同的光。

既然我已经肯定地表明,对于 LED 而言,较低的功率更有效,您可以看到对它们进行 PWM 的地方效率不高。以 33% PWM 运行 3000ma 比连续运行 1000ma 差。

那为什么会有人PWM呢?

在一个完美的世界里,所有的调光都会通过商业上广泛使用的0-10伏信号,每个LED模块都会使用“调整恒流电源的输出以实现完美调光”的方法。但是..这并不适用于任何地方。事实是... PWM 是传播调光信号的有效方式

考虑卑微的“LED灯条”。一条窄条 PCB,每 50 毫米 (2") 有一条 CUT 线、三个 LED 和一个电阻器。或者对于一个 RGB 条带、三个 RGB LED 和三个电阻器。当然,对于 RGB,他们希望每个通道都变暗单独的。我们如何将三个调光信号缩小到数百个小段? 成本使得不可能在每个 50mm 段上放置可调输出恒流电源。唯一可行的调光方法是 PWM。

它变得更好了。PWM既是电源又是信号。如果 PWM 控制器只能驱动 3 安培,并且您想运行 7 个 6A 条,则可以使用放大器:它接收控制器的输出作为信号并使用它来选通其大电流输出,锁定 PWM步。多功能性很难被击败。

这适用于任何种类繁多的 LED 照明(其目的显然不是效率。)这里没有人真正关心每瓦流明:

在此处输入图像描述 源代码

那为什么不用路灯呢?

调暗 LED 路灯并非完全不合理。他们可以在黄昏时放松,到晚上 11 点燃烧超过法律要求,然后在几乎没有人外出的令人难以忘怀的时间里回滚。但他们不会使用PWM。信号不会在城镇大小的装置上很好地传播。

LED 路灯需要高压(240-277V 甚至 480V,它们在没有计量的情况下从最近的电源线分接,这意味着对电源线进行 PWM 处理就可以了)***。在内部,路灯具有合理数量的大型发射器 - 非常适合串联到高压恒流电源。这最好通过电流调整来调暗。他们要么使用收音机,要么使用昂贵的信号线硬接线,而不是调光。他们可能会与电力公司合作,对数据信号进行电力线编码,类似于电力公司远程关闭智能电表的方式。在 1000 美元的路灯上,为收发器增加 20 美元并不是“交易破坏者”。




** 白炽灯点亮后是线性的,因此向它们发送 120V 电​​压将可靠地产生 60W。放电照明(荧光灯、氖灯、低压/高压钠灯、汞蒸气和金属卤化物)是完全非线性的:一旦被触发,它们就会完全短路,并且必须通过镇流器/驱动器进行电流限制。在 LED 的情况下,它们的电压-电流曲线非常陡峭,您还记得本数据表第 11 页中的电压与电流图表。再看一遍:刻度失真,并且电压不是从零开始的。 如果更正,图表将如下所示:

在此处输入图像描述

这就是你所说的非线性请记住,这条线会根据温度、年龄、分档等稍微移动,当这条线很时,一点点就是很多。发送3.05V,谁知道会发生什么!制造商只保证如果您发送 2500ma 会发生什么。出于这个原因,数据表中的所有其他图表都基于current 。

*** 电力公司和城市商定一个普通路灯消耗多少电量,电力公司简单地乘以灯的数量,然后给他们计费。

一般来说,LED的调光有两种方法,PWM调光和幅度调光。您所说的直流调光是幅度调光。在专业照明应用中,PWM 不再用于调光,主要是出于对所产生闪烁的健康考虑。对于街道照明,另一个问题是频闪效应。今天您会发现,几乎所有专业的 LED 驱动器(包括路灯)都使用调光。您可以在此处阅读有关闪烁和调光的更多信息

更新:为了回应一些评论,我想扩展我的答案。通过专业照明应用,我指的是恒流可调光 >20W LED 驱动器,例如这些,而不是廉价和讨厌的卤素或灯泡替代品或计算机背光应用。

闪烁的原因有两种,一种是电源纹波传播到输出端引起的。廉价的单级 LED 驱动器(例如用于替换灯泡的驱动器)会出现这种现象。

第二种闪烁是由 PWM 调光引起的。这可能是可感知的或不可感知的。IEEE PAR1789 建议 PWM 频率需要多高才能被认为是不可察觉的。也就是说,您会在工业中发现用于专业应用的高质量 LED 驱动器几乎只使用幅度调光(DC 调光)。