Problema de inicio en módulos LED con convertidor CC a CC

Estructura de diseño de conducción LED

Los módulos LED generalmente son impulsados ​​por una de las tres estructuras enumeradas a continuación:
– Un controlador LED de corriente constante (CC) se conecta al LED directamente, la luminancia controlada por la corriente de salida del controlador LED.
– Una fuente de alimentación LED de voltaje constante (CV), generalmente de 12 V o 24 V, se conecta a tiras o tubos de LED que tienen una resistencia o un circuito limitador de corriente simple en el PCB LED. La resistencia o limitador de corriente define la corriente y la luminancia.
– Conexión en cascada de una fuente de alimentación CV y ​​un convertidor CC a CC (CC / CC) y luego a la placa LED. La corriente de salida está controlada únicamente por el convertidor CC / CC.  
 
Para las dos primeras estructuras, las fuentes de alimentación se conectan al LED sin conversión activa en el medio. La selección de la fuente de alimentación es relativamente simple, se debe seleccionar la corriente correcta o el voltaje correcto. La tercera estructura de conducción incluye un DC / DC activo en el medio que podría traer ciertos problemas de compatibilidad. En los siguientes capítulos, analizaremos el mecanismo de funcionamiento de CC / CC y los posibles problemas al seleccionar una fuente de alimentación con la especificación incorrecta.  
 Convertidor DC / DC

Los convertidores DC / DC tienen 3 tipos: Buck (conversión de reducción), Boost (conversión de aumento) y Buck-boost. No importa qué convertidores sean, la mayoría de ellos tienen un amplio rango operativo de voltaje de entrada. Dentro de este rango de entrada, el convertidor CC / CC convertirá la potencia de entrada al voltaje de salida deseado y / o corriente a la carga. Si la carga es fija, la potencia de entrada también será fija. Dado que la potencia es la misma cuando el voltaje de entrada es alto, la corriente de entrada será baja y viceversa. La fórmula de conversión de energía se muestra a continuación:

Problema de compatibilidad potencial entre la fuente de alimentación CV y ​​el convertidor CC / CC

Los tubos o reflectores LED de corriente continua disponibles en el mercado contienen normalmente dichos convertidores en su interior. En el manual de esos productos normalmente solo se especifica un voltaje de entrada fijo, por ejemplo, “entrada de 24 VCC”. Al aplicar este voltaje a la lámpara, ciertamente funcionará; sin embargo, el rango de trabajo real puede ser mucho más amplio y más bajo que este voltaje de entrada nominal debido al convertidor CC / CC utilizado en el interior.

Para explicar mejor el fenómeno, tomamos como ejemplo el convertidor MEAN WELL LDD-350H DC / DC. LDD-350H es un convertidor CC / CC que proporciona una corriente constante de 350 mA a su carga. El rango de voltaje de entrada es de 9 ~ 56 VCC, y el rango de salida, que está relacionado con el voltaje directo del LED, es de 2 ~ 52 VCC. Dado que es un convertidor reductor, el voltaje de entrada debe ser 3 V más alto que el voltaje de salida de acuerdo con la especificación. Esto significa que si el LED es de 9 V, LDD-350H puede funcionar con cualquier voltaje de entrada entre 12 ~ 56 V CC. Es muy probable que una lámpara con este LED y convertidor incorporado especifique su voltaje de entrada como “entrada de 24 VCC”, ya que la fuente de alimentación de 24 V está comúnmente disponible en el mercado.

Con información insuficiente, el instalador del sistema podría pasar por alto el posible problema de compatibilidad y sufrir fallas de inicio, como parpadeo, salida de luz más oscura o simplemente sin luz. El problema está relacionado con la respuesta transitoria en el encendido y el comportamiento del convertidor CC / CC. A continuación se explican más detalles: 

Situación 1:
Fuente de alimentación CV que tiene corriente insuficiente bajo voltaje de salida bajo  

En la figura 3 se ilustra una instalación típica. Cada LDD-1000H con LED representa un tubo LED. Suponga que el LED es de 9V, 1A, 30 de esos tubos LED toman 270W. Si se indica una entrada de 24V en los tubos, podríamos seleccionar HLG-320H-24 en este caso, por ejemplo.

La especificación HLG-320H-24 muestra un máx. La potencia de salida es de 320,16 W y la corriente de salida nominal es de 13,34 A. Aparentemente, usar HLG-320H-24 en un sistema de 24V / 270W es la elección correcta e incluso con un margen razonable. Sin embargo, la situación real es que LDD-1000H comenzará a funcionar cuando el voltaje de entrada sea superior a 12V. Si la fuente de alimentación tiene un tiempo de aumento de voltaje de CC relativamente lento en comparación con el tiempo de inicio del convertidor CC / CC, es posible que CC / CC ya cambie a la salida de potencia completa antes de que el voltaje de salida de la fuente de alimentación suba al nivel correcto. En tal condición, dado que el voltaje de entrada es bajo y CC / CC intenta proporcionar toda la potencia a su carga, tomará una corriente de entrada más alta de lo esperado y, finalmente, alcanzará y sobrepasará el límite de HLG-320H-24. En este caso, la salida de la fuente de alimentación puede bajar a cero y reiniciarse, lo que hace que la lámpara parpadee,más oscuro o simplemente no se puede encender. El cálculo de la corriente de entrada depende del voltaje de entrada se muestra a continuación:
 

• Corriente de entrada del convertidor CC / CC cuando el voltaje de entrada es de 24 V

            270 W = 24 V × 11,25 A

• Corriente de entrada del convertidor CC / CC cuando el voltaje de entrada es de 12 V

           270W = 12V × 22.5A

* Sin tener en cuenta la pérdida de potencia no ideal, el convertidor CC / CC requiere una corriente dos veces mayor cuando el voltaje de entrada se reduce a la mitad.

Situación 2:
El voltaje de salida de la fuente de alimentación CV no funciona en el rango operativo  

La Fig. 6 muestra otro ejemplo con LDD-1000H, en este ejemplo el LED es 6V y la corriente total es 20A. Dado que LDD-1000H es un convertidor reductor, ya comenzará a funcionar con un voltaje de entrada entre 6V y 9V. Nuevamente, si el convertidor CC / CC alcanza la potencia máxima más rápido que la fuente de alimentación CV, aumenta su nivel de voltaje de salida. El convertidor CC / CC intentará funcionar en modo de voltaje de entrada bajo y obtendrá una corriente más alta de la fuente de alimentación. En este ejemplo a continuación, si DC / DC comienza a funcionar a 9 V, la corriente de entrada alcanzaría el punto de protección de sobrecorriente HLG-320H-24. En tal condición, la fuente de alimentación dejará de aumentar su voltaje de salida y permanecerá en el modo de salida de corriente constante. Existe la posibilidad de que la fuente de alimentación y el convertidor CC / CC se estabilicen en esta condición anormal pero estable. Sin embargo, para HLG-320H-24, la región de corriente constante es de 12 ~ 24 V,y 9V es obviamente más bajo que este rango, por lo que la fuente de alimentación entrará en modo hipo. Por casualidad, después de varios contratiempos, la fuente de alimentación finalmente podría entrar en un rango viable y la lámpara se encenderá bien al final.

A partir de aproximadamente dos estudios de caso, podríamos decir que los problemas de inicio con el convertidor CC / CC están relacionados principalmente con el rango de trabajo real del convertidor CC / CC. Con un voltaje de arranque bajo, es posible que la fuente de alimentación no funcione en las condiciones esperadas y, por lo tanto, cree varios problemas de arranque.

Solución al problema de inicio

Si una lámpara tiene un problema de inicio similar al mencionado anteriormente, aquí hay algunas sugerencias para probar:

– Elegir un convertidor CC / CC con función de inicio suave o inicio retardado  

Un convertidor CC / CC con arranque suave aumentará su potencia de salida gradualmente hasta el nivel correcto después de encenderse. Esto ayuda a reducir la corriente de entrada del convertidor CC / CC y puede evitar fallas de arranque de la fuente de alimentación de la etapa anterior. Un inicio diferido no reducirá la corriente de entrada, pero dado que solo toma energía cuando el voltaje de la fuente de alimentación está listo, también puede evitar fallas de inicio debido a un tiempo de configuración incorrecto.
  
– Uso de interruptor de CC o función de atenuación en el convertidor CC / CC si está disponible

Encienda o libere la atenuación solo después de que la fuente de alimentación establezca con éxito el voltaje de salida correcto para evitar problemas de inicio también. Normalmente, el tiempo de configuración de la fuente de alimentación LED es inferior a 0,5 segundos a 230 VCA. Manualmente, desconectar la alimentación de entrada o posponer la salida del convertidor CC / CC durante 0,5 segundos también podría evitar el problema de inicio.  

– Aumentar la corriente nominal de salida de la fuente de alimentación CV

Cuando la corriente de salida es mayor, es menos probable que se produzca un problema de bloqueo de encendido. Para aumentar la corriente de salida, simplemente puede aumentar la potencia, por ejemplo, cambiando HLG-320H-24 a HLG-480H-24, o cambiar el voltaje de salida con la misma potencia, por ejemplo, cambiando de HLG-320H-24 (13.34A) a HLG -320H-12 (22A), siempre que el voltaje seleccionado esté dentro del rango de trabajo del convertidor CC / CC, se puede seleccionar una fuente de alimentación de menor voltaje.
 
– Póngase en contacto con MEAN WELL para una solución de energía personalizada

Algunas fuentes de alimentación pueden proporcionar potencia máxima y algunas fuentes de alimentación se pueden modificar con una protección contra sobrecorriente más relajada para cubrir los requisitos de corriente temporales. Después del encendido, la potencia media debe seguir estando dentro de la potencia nominal de la fuente de alimentación. Resumen
 

El problema de compatibilidad está muy relacionado con los requisitos y las condiciones del sistema. Cuando hay un problema de inicio en la lámpara LED, se sugiere verificar las especificaciones del convertidor de CC / CC y LED y consultar con los expertos en energía de MEAN WELL para obtener más sugerencias. MEAN WELL tiene una gama completa de fuentes de alimentación LED de 8W a 1000W. Con la solución de alimentación del sistema, se pueden lograr 25.000 W o más. No importa si se trata de una sola lámpara LED o un sistema LED a gran escala, como las luminarias de invernadero, MEAN WELL tiene la solución adecuada para todos.

Artículo original en inglés por Hank Lan MWEU