Термична защита на осветителни системи

ОсветлениеСп. Инженеринг ревю - брой 3/2017 • 15.05.2017

Термична защита на осветителни системи
Термична защита на осветителни системи

Производителите на осветителни системи се опитват да превъзмогнат проблемите с прегряването, като конструират системи, които използват подходящи топлоотвеждащи радиатори, корпуси от високо топлопроводими материали и съвременни техники за термично проектиране.

В повечето случаи тези производители не разглеждат интегралните схеми за светодиодно управление като управляващ компонент в термалната система.

Употребата на интегрални схеми за светодиодно управление с интелигентна защита против прегряване предоставя допълнителен контролен механизъм, който може значително да удължи живота на светодиодния светлинен източник, гарантирайки номиналната му продължителност на живот и намалявайки случаите на дефектирали компоненти.

В зависимост от производителя и областта на приложение, полезното време за експлоатация на светодиодните светлинни източници варира от 20 000 часа до 50 000 часа, в сравнение с по-малко от 2000 часа на крушките с нажежаема жичка.

Интелигентната защита против прегряване също така позволява да се намали цената на цялата система, като дава възможност на системните интегратори да разработват радиаторите с минимален резерв.

Независимо че светодиодите имат много по-висока ефективност, в сравнение с други светлинни източници голяма част от енергията, необходима за тяхното управление, се превръща в топлина. За разлика от крушките с нажежаема жичка например светодиодите произвеждат минимално количество или никаква инфрачервена радиация.

Ето защо произведената топлина трябва да се отвежда от светодиодния цокъл към основната платка и радиаторите, корпусите и елементите на рамката на светлинния източник.

Ако тази топлопреносна система има конструкционни или производствени отклонения, или работи в условия на високотемпературно нагряване, светодиодите, интегралните схеми за светодиодно управление или други чувствителни на нагряване компоненти, като например електролитните кондензатори, могат да бъдат повредени.

Методи за термична защита
Проектирането на топлинното управление на светодиодите често е фокусирано върху радиаторите и дизайна на печатната платка, докато възможностите, които дават интегралната схема за светодиодно управление и чипа за управление, не се взимат под внимание.

Използването на интелигентна защита от прегряване, осъществена от интегралната схема за светодиодно управление, може значително да удължи живота на светодиодните светлинни източници.

Защита против прегряване, осъществена от интегрална схема за светодиодно управление, може да бъде приложена по няколко различни начина. Някои устройства със светодиодно управление имат изводи, към които могат да бъдат прикрепени външни температурни сензори.

Различни топлочувствителни устройства, в това число диоди, вградени сензори, терморезистори с положителен температурен коефициент (PTC) или с отрицателен температурен коефициент (NTC), могат да се използват за термозащита на светодиодите в различните им области на приложение.

Терморезисторите с отрицателен температурен коефициент (NTC) са най-предпочитаното средство за измерване и управление на топлината в много от тези области, предимно заради компактния им дизайн и привлекателното съотношение цена/качество.

Но точността, времето за реакция и температурният градиент зависят от начина, по който е монтиран терморезисторът на платката. След като се намери подходящ начин за измерване на температурата, следващото нещо, на което трябва да се обърне внимание е начинът, по който светодиодът реагира на прегряване.

Обикновено използваният метод е да се предизвика незабавно прекъсване на токозахранването към светодиода при отчитане на критични температурни стойности. В тези случаи устройството може да се включи отново при спадане на температурата или при рестартиране на захранването.

Тези методи за термозащита имат някои недостатъци:
• Методът на незабавно прекъсване на токозахранването налага задаване на високи стойности, при които да става това прекъсване, с цел да се избегнат фалшиви изключвания. И докато високите зададени температурни стойности предпазват от катастрофални последствия, те също така значително скъсяват живота на светодиодите.
• Изключването на токозахранването на светодиодите означава внезапно прекъсване на светлината. Това може да доведе до неприятни ситуации като паника на обществени места.
• Повечето управления автоматично се рестартират, когато системата се охлади. Когато това стане, системата отново започва да се нагрява и може отново да настъпи изключване, като крайният резултат от всичко това е неприятно премигване.
• Управления, които след изключване остават в това състояние до повторно включване на захранването, често са трудни или невъзможни за употреба поради самото условие на такова превключване.

Директното изключване на светодиодното управление не е подходящ метод за прилагане в продукти и системи за осветление, свързани със сигурността (например осветление на аварийни изходи, евакуационни трасета, ключове за аварийно изключване и др.), тъй като при тях постоянната осветеност е от решаващо значение.

Използване на интегрални схеми за интелигентна защита от прегряване
Използвайки основната идея на патент, при който интегралната схема за светодиодно управление се използва като термосензор, е разработена технология за защита на светодиодите с постепенно димиране (slope dimming) и променлива температура на сработване на термалната защита, за да се избегнат ограниченията, които се срещат при конвенционалните модели на светодиодни системи.

Новата технология беше внедрена в наскоро представеното светодиодно управление с хистерезисен понижаващ регулатор на напрежение (DC/DC hysteretic buck) и измерване на тока откъм захранващото напрежение.

Основни предимства на използването на интегрални схеми за защита от прегряване
Спестяване на системни средства – интегралната схема за управление може да се използва като референтна температура за определяне на температурата на светодиодите в системи, в които управлението е термично свързано със светодиодите.

Това спестява разходите за терморезистор с отрицателен температурен коефициент (NTC), допълнително окабеляване и изводи за конектори. Освен това, планът за термозащита е опростен.

В случаите, в които не може да се използва плътно термално свързване на интегралната схема за управление със светодиодите, сериите ILD6 могат също да използват и външен чувствителен NTC елемент за защита на системата.

Терморезисторът с отрицателен температурен коефициент (NTC) в тези случаи е разположен в близост до светодиодите, за да отчита правилно тяхната температура.

Удължаване живота на светодиода чрез постепенно димиране – намаляването на средната стойност на тока на светодиода с вградено постепенно димиране помага за увеличаване живота на светодиодите чрез намаляване на тяхната температура на прехода.

Тази защитна схема би трябвало да има равномерна характеристика на отдаване на мощност, тъй като в обратния случай резките превключвания могат да доведат до премигвания на светлината.

Това постоянно регулиране позволява на системата да постигне равновесна точка, в която светлинният източник може да работи в непрекъснат режим при извънредни условия на намалена светлинна мощност.

Ако топлинното равновесие се наруши от допълнително топлинно натоварване, постепенното намаляване ще продължи до достигане на минимума от 25% от зададената средна стойност на тока на светодиода. Тогава светлинният източник ще продължи да поддържа светлинна мощност с ниво на яркост от 25% от номинално зададената.

Интелигентната функция за постепенно димиране позволява на клиентите да конструират своите осветителни решения според основния обхват на работната температура. Непредвидените пикови температури, които могат да унищожат една светодиодна система, също могат да се заобиколят с използването на интелигентната функция за постепенно димиране.

Оптимизация на експлоатационния живот спрямо разходите в термална система чрез настройка на точката на задействане на защитата от прегряване – производителите на осветителни тела могат да задават различни температури, при които да се задейства термалната защита, чрез настройка на външен резистор спрямо нуждите на крайния потребител и областта на приложение.

Токът започва да намалява при достигане на праг на температурата на прехода за интегралната схема за светодиодно управление, която се настройва чрез външен резистор.

Чрез метод на регулиране, точката, от която токът трябва да започне да намалява във високотемпературни условия, може да бъде настроена спрямо специфичните изисквания към светодиодното осветително тяло.

Това означава, че производителите на осветителни системи могат да правят оптимизации между цена и експлоатационен живот. В случаите, в които на клиентите трябва да се гарантира възможно най-дълга продължителност на живота на осветителната система, разработчиците на системата могат да предвидят по-ниска гранична стойност на температурата.

Ако ниската стойност е основното съображение при конструиране на системата, граничната температура за задействане на защитата може да бъде настроена на по-висока стойност, за да се осигури номинална светлинна мощност в условията на по-високи температури и да се предпази системата чрез използване на функцията за защитата против прегряване на интегралната схема, вместо да се увеличава размерът на радиатора, за да се покрият крайните стойности в работните условия на средата.

В този случай продължителността на живота на светодиодите в системата ще бъде по-малка в сравнение с по-горе представения модел.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top