Es una tendencia en la industria de la iluminación reemplazar las lámparas incandescentes y fluorescentes tradicionales con LED más eficientes y de mayor duración. Sin embargo, dado que está conectado directamente a la línea de CA, como los pioneros tradicionales, puede haber un riesgo de parpadeo de 100 Hz o 120 Hz debido a la fluctuación de la corriente del variador en la salida de la fuente de alimentación, aunque la mayoría de las veces esto puede hacer que los consumidores sentirse incómodo con los humanos. Los ojos no pueden notarlos. Los fabricantes de LED y lámparas están ansiosos por resolver este problema, recurren al fabricante del controlador LED porque, al final, el controlador LED determina si parpadear o no. Este artículo investiga las causas del parpadeo, describe cómo se producen los parpadeos de los LED y explica cómo los ingenieros pueden equilibrar diferentes soluciones para resolver el problema. Por último, proporciona una forma rentable y flexible de lograr una iluminación LED sin parpadeos utilizando supresores de ondulación.
Las lámparas LED reemplazarán a la mayoría de las demás lámparas, como las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes en los próximos años. Esta es una tendencia bien conocida de que el LED es una nueva generación de fuente de luz. Las personas no solo esperan una mayor eficiencia de la luz, sino también un mejor entorno de luz.
La mayoría de las luces LED están conectadas directamente a la red eléctrica de CA. Dependiendo de la región, hay 50 Hz o 60 Hz, y la frecuencia después de la rectificación de CA es muy baja, incluso 100 Hz o 120 Hz, lo que puede causar un parpadeo estroboscópico y causar cierta ansiedad. Si el controlador LED está diseñado para usar un diseño PFC de una sola etapa, incluso puede enfermarse.
Ahora los fabricantes de lámparas se están dando cuenta y están tratando de resolver este problema, especialmente en interiores. Así que recurrieron a los fabricantes profesionales de controladores LED en busca de ayuda y soluciones. Este artículo explicará cómo el parpadeo se ve afectado por la corriente de ondulación del LED y explicará las muchas formas de resolver el problema a través del diseño correcto del controlador de LED, especialmente un dispositivo único llamado supresor de ondulación, que permite a los fabricantes de lámparas ya están empleados para minimizar el corriente ondulada sin cambiar el controlador LED actual.
El impacto del parpadeo
Las frecuencias de parpadeo de la luz en el rango de 3 a 70 Hz son fácilmente perceptibles para los humanos, lo que puede resultarles muy incómodo. Incluso los destellos repetitivos y los patrones geométricos repetitivos estáticos pueden inducir ataques epilépticos en estas personas, y la incidencia es de alrededor del 0,025 %. Y este tipo de parpadeo se puede resolver fácilmente con el controlador LED. Si vemos esta frecuencia en la forma de onda de ondulación de la corriente de salida, generalmente pensamos que el controlador LED es inestable. La gente está empezando a prestar más atención al hecho de que la exposición a largo plazo al parpadeo de alta frecuencia (en el rango de 70 a 160 Hz) también puede causar molestias, dolores de cabeza y alteraciones visuales. Para los controladores LED, dado que la frecuencia de la red en la mayor parte del mundo es de 50 Hz o 60 Hz, las más comunes son 100 Hz y 120 Hz de parpadeo. Por lo tanto, este artículo analiza principalmente cómo lidiar con el parpadeo de 100 Hz o 120 Hz. De hecho, el impacto del parpadeo de 100 Hz o 120 Hz en la salud humana no es solo una función de la frecuencia, sino que también está relacionado con factores fisiológicos y fisiológicos.
Algunos investigadores incluso afirman que la retina puede percibir el parpadeo hasta 200 Hz, pero las pruebas han demostrado que por encima de 160 Hz, el impacto del parpadeo en la salud es insignificante.
Definición del parpadeo
IESNA (la Sociedad de Ingeniería de Iluminación de América del Norte) publicó la definición de «porcentaje de parpadeo» e «índice de parpadeo» en la novena edición de The IESNA Lighting Handbook. La figura 1 muestra cómo se definen las métricas.
El parpadeo porcentual es una medida relativa de la variación cíclica en la salida de una fuente de luz (es decir, modulación porcentual). Esto también se conoce a veces como el «índice de modulación».
El índice de parpadeo es una “medida relativa confiable de la variación cíclica en la salida de varias fuentes a una frecuencia de potencia dada. Tiene en cuenta la forma de onda de la salida de luz, así como su amplitud”, según el manual. El índice de parpadeo asume valores de 0 a 1,0, con 0 para una salida de luz constante. Los valores más altos indican una mayor posibilidad de un parpadeo notable de la lámpara, así como un efecto estroboscópico.
Como se señaló anteriormente, además de la frecuencia, el índice de parpadeo tiene un efecto significativo en cómo la luz hace sentir a las personas. Un índice de parpadeo más alto significa una mayor sensibilidad para el ojo humano y un menor nivel de comodidad. La siguiente tabla muestra el índice de parpadeo típico de diferentes motores de luces.
| máx. | mínimo | Cra | Parpadeo% | parpadeo independiente | |
|---|---|---|---|---|---|
| Incandescente | 12.180 | 10.745 | 11.460 | 6.2594 | 0.0194 |
| 100 W MH | 9.1472 | 3.2066 | 6.5147 | 48.088 | 0.1398 |
| T12 magnético | 9.6281 | 4.6256 | 7.1565 | 35.096 | 0.0897 |
| T5HO eléctrico | 10.52 | 9.960 | 10.20 | 2.734 | 0.0036 |
| LED en CC | 43.4 | 41.0 | 42.2 | 2.84 | 0.0037 |
| LED con parpadeo | 15.996 | 0.0555 | 6.3026 | 99.309 | 0.4498 |
El grupo de trabajo de estándares IEEE IEEE PAR1789 «Prácticas recomendadas para ajustar la corriente en LED de alto brillo para reducir los riesgos para la salud de las audiencias» se ha establecido para brindar a la industria de la iluminación, ANSI/NEMA, IEC, EnergyStar y otras organizaciones de estándares recomendaciones sobre inquietudes emergentes. LED La luz parpadea. Este artículo presenta los problemas de salud relacionados con el parpadeo para los diseñadores de electrónica de potencia de iluminación LED, demuestra que la tecnología existente en la iluminación LED a veces proporciona parpadeo a una frecuencia que puede causar la respuesta biológica del cuerpo humano y analiza los intentos de mitigar los efectos biológicos no intencionales. Algunos métodos a tener en cuenta a la hora de iluminación LED. Este documento representa el trabajo en curso en IEEE PAR1789, que es esencial para el diseño de controladores de lámpara LED seguros.
Y según el artículo https://fhi.nl/app/uploads/sites/32/2017/09/Te-Lintelo-Systems-LED-Flicker- %E2% 80%93-where-we-are-with-test- metodos-y-estandares.pdf
Tenemos la siguiente curva.
Función de fuente de luz de estado sólido
La salida de luz LED es casi lineal con la corriente de conducción, como muestra la figura a continuación, por lo que es bastante obvio que la razón crítica del parpadeo de la luz LED es causada por la corriente de conducción, que originalmente es proporcionada por el controlador LED. Entonces, la solución básica es asegurarse de que la corriente de salida del controlador LED sea estable sin una gran ondulación.
Soluciones de Drivers LED para Aplicaciones Interiores
Cuando hablamos del parpadeo de 100 Hz o 120 Hz, en la mayoría de los casos, se trata de aplicaciones en interiores. Hay bastantes esquemas de controladores de LED para interiores que proporcionan una corriente constante como una resistencia simple, regulación de semiconductores lineales y regulación de PWM de conmutación después de la rectificación de CA, pero esos esquemas están más allá de la discusión en este documento porque no pueden proporcionar factor de potencia (PF) que normalmente se requiere que sea superior a 0,9. Cada vez más países y asociaciones estándar como Energy Star y DLC (Design Lights Consortium) requieren que las luces tengan un valor de PF de más de 0,9, y se puede predecir que las lámparas y luminarias sin PF de 0,9 se eliminarán pronto. Aquí se discuten y comparan algunos métodos calificados para lograr el FP. También se presenta a continuación un nuevo tipo de esquema para reducir la gran ondulación existente del controlador LED de etapa única.
1. PFC pasivo (relleno de valle) más DCDC de conmutación
Esta estructura es ampliamente utilizada en adaptadores y cargadores fuera de línea de bajo costo. Gracias al circuito de llenado de valles y a los condensadores de gran capacidad, la ondulación de corriente de esta solución es pequeña y fácil de controlar. La desventaja de este esquema es que el PF es pobre, no puede pasar el estándar EN61000-3-2 (prueba de emisión de corriente armónica) Clase C, y no es adecuado para potencias superiores a 20W. Además, esta solución no es adecuada para realizar voltajes de entrada amplios de 100Vac-240Vac.
2. PFC activo de etapa única
Esta es una topología ampliamente adoptada para controladores LED de amplio rango de entrada. Tiene buena eficiencia de producto y valor de PF y un amplio rango de carga. La desventaja es que la ondulación de alta corriente puede causar un parpadeo visible o invisible de 100 Hz/120 Hz. Un buen diseño puede reducir la ondulación actual a un valor relativamente bajo, pero la ondulación suele ser aún más alta que el esquema anterior. Una característica interesante de este esquema es que la ondulación se ve muy afectada por las características VI de diferentes cargas de LED. Entonces, para controlar por completo la onda de este esquema, los fabricantes de controladores LED están buscando mejores soluciones.
3. PFC activo más conmutación DCDC
Para resolver el problema del PFC de una sola etapa, es necesario agregar un DCDC adicional al variador, lo que aumenta el costo en un 15-20 %. Este circuito reduce en gran medida la ondulación de la corriente de salida, lo que hace que la salida sea CC casi ideal, pero perderá un 2-3% de eficiencia. Y esta estructura puede cubrir la mayoría de los niveles de potencia para aplicaciones en interiores.
En resumen
Con el desarrollo de la industria de la iluminación LED, las características de alta eficiencia y larga vida ya no pueden satisfacer al mercado. La gente está buscando un mejor ambiente de luz, especialmente un ambiente de luz saludable. Para ciertos lugares como oficinas y salas de estar, ningún parpadeo es más importante.
Hay muchas formas de generar una buena corriente continua de ondulación baja para impulsar el LED, y cada método tiene sus ventajas y desventajas. La principal ventaja del supresor de ondulación es que proporciona un método muy simple y flexible que puede reducir el parpadeo de nuestros diseños existentes aumentando un costo razonable.
| Complejidad del diseño | Costo | Eficiencia | Rango de entrada de CA | Corriente de rizado | |
|---|---|---|---|---|---|
| PFC pasivo + DCDC | Bajo | Bajo | Alto | Angosto | Medio |
| PFC activo | Bajo | Bajo | Medio | Amplio | Largo |
| PFC activo + DCDC | Alto | Alto | 2-3% más bajo | Amplio | Pequeña |
El diseño de baja ondulación de los LED seguirá siendo un objetivo de investigación durante mucho tiempo en el futuro, y los fabricantes profesionales de controladores de LED como uPowerTek seguirán encontrando mejores soluciones para el mercado.
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