Les LED des lampadaires modernes sont-elles généralement pulsées? Si oui, à quelle fréquence?

Je peux penser à certaines raisons pour lesquelles les lampadaires LED modernes seraient probablement pulsés;

• Une conversion de tension efficace à partir de la tension de ligne comprendrait probablement un AC ou une étape de commutation supérieure à 60 Hz.
• Le fonctionnement le plus efficace des LED se produit souvent à un courant supérieur à celui pouvant être maintenu en continu en raison de problèmes de chauffage.
• La reconversion en courant continu stable ( édition: à la fréquence de ligne 50 / 60Hz) nécessiterait des composants supplémentaires qui pourraient échouer, et n'aurait aucun avantage qui compenserait le fonctionnement à efficacité réduite.

Il existe une courte section dans Wikipedia sur le fonctionnement des LED pulsées, mais il présente simplement le concept sans aborder la façon dont le fonctionnement pulsé est répandu sur le terrain.

Tant que la fréquence était suffisamment élevée pour qu'il n'y ait aucune chance de perception de scintillement, il me semble que les lampadaires à LED seraient pulsés - ou du moins les LED bleues utilisées pour exciter le phosphore. Le luminophore pourrait avoir une demi-vie suffisamment longue pour rendre stable la plupart du spectre de la lumière émise résultante même si les LED étaient pulsées.

Étant donné que certaines LED à lumière blanche dépendent beaucoup plus de la lumière bleue primaire des LED que d'autres, je vais poser ma question principalement sur les LED elles-mêmes, plutôt que sur la lumière émise.

Les LED des lampadaires modernes sont-elles généralement pulsées? Si oui, à quelle fréquence? 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz? Bien qu'il puisse y avoir des variations substantielles dans certaines régions, je m'attends à ce que dans les régions où les villes mettent en œuvre une conversion généralisée du gaz (mercure, sodium) en LED, il doit y avoir des points communs ou des tendances générales / convergence dans la conception.

Vous faites une fausse hypothèse selon laquelle l'efficacité augmente avec un niveau de puissance plus élevé. L'inverse est vrai, pour tout niveau de puissance significatif, l'efficacité diminue chaque fois que vous augmentez le courant.

PWM est utilisé car il est très facile à mettre en œuvre. Si vous réglez votre courant au maximum que vous souhaitez utiliser, vous pouvez avoir un contrôle de luminosité linéaire en ajustant simplement le rapport cyclique. L'ajustement du courant a une réponse non linéaire nécessitant une table d'étalonnage si la précision absolue est importante (ce n'est souvent pas le cas).

Comme vous pouvez le voir sur cette courbe LED Lumen vs courant 1W blanc, doubler le courant ne double pas le rendement lumineux. Que cela soit important dépend de votre application. Si vous avez affaire à un rétro-éclairage publicitaire> 1 kW, la facture d'électricité dépasse facilement le coût initial du module d'affichage. Il y a aussi des considérations thermiques, avec une meilleure efficacité, vous avez moins de chaleur perdue sur votre système.

Pour aggraver les choses, l'efficacité diminue encore plus avec une température de jonction plus élevée. Ce graphique montre la température ambiante mais la température de jonction fonctionne essentiellement de la même manière. Ils sont juste difficiles à ce sujet. Maintenant, PWM fera la moyenne de la production de chaleur, mais une efficacité pire nécessite un courant moyen plus élevé, ce qui signifie une température de jonction plus élevée.

Un inconvénient d'un PWM est que la charge est désagréable du point de vue SMPS, vous imposez effectivement des transitoires radicaux constants au pauvre. À tout le moins, vous avez besoin d'un grand condensateur de sortie pour tamponner les creux et les pointes de tension aux bords.

Un problème avec la conduite à courant constant est qu'il est plus compliqué, surtout si vous voulez un courant de sortie réglable. Il y a d'autres complications avec les applications de gradation locales car Vf varie avec le niveau de puissance de sortie, donc votre régulateur de courant doit dissiper la différence.

Modifier le bit ajouté sur la température de jonction.

Les LED utilisées pour l'éclairage public utilisent généralement un convertisseur DC / DC d'une sorte, avec un contrôle de courant serré à sa sortie. Ainsi, fournir un courant constant ne réduit pas l'efficacité, n'ajoute pas de composants inutiles qui pourraient échouer, ni ne réduit la durée de vie des LED.

C'est le moyen le plus simple et le plus efficace de piloter un réseau de LED haute puissance. Courant constant, fourni par une source "pulsée".

Pour résumer: ils ne le feraient pas parce que ce n'est pas efficace, ne garderait pas les lumières dans des spécifications sûres et n'est pas viable comme moyen de contrôler un grand groupe de lumières (en raison de la distance et du manque de polyvalence).

En éclairage public, le nom du jeu est efficacité .

Les LED sont intrinsèquement un client difficile, car dans leurs gammes à haut rendement, elles sont trop non linéaires ** et la plupart sont alimentées par une alimentation à courant constant .

Mot opérationnel: "constant".

Puisqu'ils doivent déjà le conduire avec une alimentation en courant constant, s'ils voulaient également faire du PWM, cela ajouterait une complexité inutile. Et il y a une bien meilleure façon de faire baisser les LED en utilisant l'alimentation en courant constant déjà présente. Ici, regardez cette fiche technique à la page 11. Tension directe vs courant direct. Notez que ce graphique est très déformé, pour normalisé, regardez mes notes de fin.

Si vous conduisez la LED à 3000 mA et que vous souhaitez la réduire, coupez le courant à 1000 mA et le tour est joué . Bien sûr, il ne diminue pas tout à fait de 2/3, regardez "flux vs courant", même page.

A 1/3 du courant, le flux lumineux passe de 235% à 95% de la spécification. C'est beaucoup plus efficace avec un courant plus faible. La tension baisse également, ce qui grignote un peu la différence d'efficacité, mais pas beaucoup.

Est-ce que quelqu'un utiliserait délibérément plus d'émetteurs pour améliorer l'efficacité? Absolument. De nombreux clients commerciaux et industriels se penchent sur le coût total du cycle de vie, et les émetteurs n'en représentent qu'une petite partie. Si 100 $ de plus d'émetteurs économisent 300 $ d'électricité sur la durée de vie de l'appareil, cela peut être une décision judicieuse. J'avais un gars qui spécifiait trois LED à redline max 1400ma. Il a donné la lumière nécessaire. Cependant, la chaleur était le problème clé. J'ai respecté la fiche technique courant "normal" de 350mA et sept émetteurs. Vous avez la même lumière à la moitié de la chaleur.

Maintenant que j'ai montré positivement qu'une puissance plus faible est plus efficace pour les LED, vous pouvez voir où PWM leur n'est pas efficace. L'exécution de 3000mA à 33% PWM est pire que l'exécution de 1000ma en continu.

Pourquoi serait-ce PWM alors?

Dans un monde parfait, toute gradation se ferait par quelque chose comme le signal 0-10 volts largement utilisé dans le commerce, et chaque module LED utiliserait la méthode "ajuster la sortie de l'alimentation en courant constant pour une gradation parfaite". Cependant .. cela ne fonctionne pas partout. Le fait est que le PWM est un moyen efficace de propager un signal de gradation .

Considérez la «bande LED» modeste. Une bande étroite de PCB, tous les 50 mm (2 "), elle a une ligne CUT, trois LED et une résistance. Ou pour une bande RGB, trois LED RGB et trois résistances. Et avec RGB, bien sûr, ils veulent atténuer chaque canal individuellement. Comment obtenir trois signaux de gradation jusqu'à des centaines de petits segments? Le coût ne permet pas d'installer des alimentations à courant constant à sortie réglable sur chaque segment de 50 mm. La seule méthode de gradation réalisable est le PWM.

Ça s'ameliore. PWM est à la fois la puissance et le signal. Si le contrôleur PWM ne peut piloter que 3 ampères et que vous souhaitez exécuter sept bandes 6A, vous pouvez utiliser un amplificateur : il reçoit la sortie du contrôleur en tant que signal et l'utilise pour déclencher ses sorties à courant élevé, en tapant PWM dans le verrouillage - étape. La polyvalence est difficile à battre.

Et cela fonctionne pour n'importe quelle grande variété d'éclairage LED (dont le but n'est notamment pas l'efficacité.) Personne ne se soucie vraiment des lumens par watt ici:

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Pourquoi pas les réverbères, alors?

Il n'est pas totalement déraisonnable de baisser les réverbères à LED. Ils pourraient se détendre au crépuscule, brûler au-delà des exigences légales jusqu'à 23 heures, puis reculer dans les heures obsédantes quand presque personne n'est absent. Mais ils n'utilisaient pas PWM. Le signal ne se propage pas bien sur une installation de la taille d'une ville.

Un réverbère LED prend une haute tension (240-277V ou même 480V dont ils tirent la ligne électrique la plus proche sans mesure, ce qui signifie que PWMing la ligne électrique est tout de suite sortie) ***. En interne, un réverbère a un nombre raisonnable de grands émetteurs - idéal pour une connexion en série à une alimentation à courant constant haute tension. Ce serait mieux atténué par l'ajustement actuel. Ils utiliseraient la radio - ou s'ils câblaient un fil de signal coûteux, ils l'utilisaient pour beaucoup plus de choses que la gradation. Ils pourraient travailler avec la compagnie d'électricité pour encoder en ligne un signal de données similaire à la façon dont les compagnies d'électricité peuvent arrêter à distance les compteurs intelligents. L'ajout de 20 $ par unité pour l'émetteur-récepteur n'est pas un «disjoncteur» sur un réverbère de 1 000 $.

** Les incandescentes sont linéaires une fois allumées, donc leur envoyer 120 V produira de manière fiable 60 W. L'éclairage à décharge (fluorescent, néon, sodium basse / haute pression, vapeur de mercure et halogénure métallique) est totalement non linéaire: une fois frappé, il est à court terme et doit être limité en courant par un ballast / pilote. Dans le cas des LED, leur courbe tension-courant est assez raide, vous vous souvenez du tableau Tension vs Courant de cette fiche technique page 11. Regardez encore: L'échelle est déformée et les volts ne commencent pas à zéro. S'il est corrigé , le graphique ressemblerait à ceci:

C'est ce que vous appelez non linéaire . Rappelez-vous, cette ligne se déplace un peu en fonction de la température, de l'âge, du binning, etc. et lorsque la ligne est aussi raide, c'est beaucoup. Envoyez 3.05V et qui sait ce qui va se passer! Le fabricant ne garantit que ce qui se passera si vous envoyez 2500ma. Tous les autres graphiques de la fiche technique sont basés sur le courant , pour cette raison.

*** La compagnie d'électricité et la ville conviennent de la quantité d'énergie qu'un réverbère normal consomme, et la compagnie d'électricité multiplie simplement par le nombre de lumières et les facture.

En général, il existe deux méthodes de gradation des LED, la gradation PWM et la gradation d'amplitude. Ce que vous appelez la gradation CC est la gradation d'amplitude. Dans les applications d'éclairage professionnelles, le PWM n'est plus utilisé pour la gradation, principalement en raison de problèmes de santé liés au scintillement généré. Avec l'éclairage public, un autre problème est l'effet stroboscopique. Vous constaterez aujourd'hui que pratiquement tous les pilotes LED professionnels, y compris les réverbères, utilisent la variation d'amplitude. Vous pouvez en savoir plus sur le scintillement et la gradation ici .

Mise à jour : En réponse à certains des commentaires, je voudrais prolonger ma réponse. Par applications d'éclairage professionnelles, je fais référence à des pilotes de LED à courant constant à intensité variable> 20 W tels que ceux - ci , et non à des remplacements d'halogène ou d'ampoule bon marché et désagréables ou à des applications de rétroéclairage d'ordinateur.

Il y a deux causes de scintillement, l'une est causée par l'ondulation du réseau se propageant à la sortie. Les pilotes LED à un étage bon marché, tels que ceux utilisés dans le remplacement des ampoules, souffrent de ce phénomène.

Le deuxième type de scintillement est causé par la gradation PWM. Cela peut être perceptible ou imperceptible. L'IEEE PAR1789 est une recommandation de la hauteur de la fréquence PWM pour qu'elle soit considérée comme imperceptible. Cela dit, vous constaterez dans l'industrie que les pilotes de LED de haute qualité pour les applications professionnelles utilisent presque exclusivement la variation d'amplitude (gradation DC).