Fahrerlose LED-Leuchten

Der große amerikanische Geschäftsmann und Erfinder der Glühbirne - Thomas Alva Edison - sagte einmal: „Wir werden Strom so billig machen, dass nur die Reichen Kerzen verbrennen“, was heute sicherlich der Fall ist. Von kleinen Häusern über asphaltierte Straßen bis hin zu großen Industrien können wir feststellen, dass Wechselstromlichter unsere Umgebung beleuchten, nachdem die Sonne untergegangen ist. Frühere Beleuchtungssysteme verwendeten verschiedene Arten von Glühbirnen wie Glühlampen, Kompaktleuchtstofflampen (CFL) usw. Mit den Fortschritten in der LED-Lichttechnologie werden diese Glühlampen und CFL-Lampen heute schnell durch LED-Lampen ersetzt. Der weltweite LED-Beleuchtungsmarkt verzeichnete 2018 ein anhaltendes Wachstum mit einem Wert von 45,57 Mrd. USD.

Es ist zwar bekannt, dass LED-Leuchten fast 90% effizienter sind als Glühlampen und eine bessere Lebensdauer als andere Wechselstromlampen haben, sie leiden jedoch immer noch unter einem Rückschlag. Das heißt, LED-Leuchten werden mit Gleichspannung betrieben, aber alle unsere Netzteile sind Wechselstrom. Dies hat die Entwickler dazu veranlasst, eine zusätzliche Komponente namens LED-Treiber zu verwenden, die nichts anderes als eine Art AC / DC-Wandler ist. Dieser Treiber wandelt den Wechselstrom vom Netz in eine geeignete Gleichspannung um, um das LED-Licht mit Strom zu versorgen. Dann wurden jedoch die fahrerlosen Wechselstrom-LED-Lampen eingeführt, die ohne externe Treibermodule direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen werden können. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über treiberlose LED-Systeme und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit.

Warum fahrerlose LED-Systeme?

Das Hauptproblem bei den herkömmlichen LED-Treibern mit Wechselstrom-Gleichstrom-Umschaltung ist der damit verbundene Leistungsverlust. Diese herkömmlichen AC-LED-Treiber verwenden Schalttopologien und Widerstände, um den LED-Strom zu steuern. Dieses Schalten verursacht Wärme, die den Wirkungsgrad des Systems verringert. Auch diese zusätzliche Schaltung führt zu einer Erhöhung der Gesamtkosten der Glühbirne. Aus diesem Grund haben wir in unserem vorherigen Artikel über ein kostengünstiges LED-Treibersystem gesprochen und sogar eines gebaut, um dessen Leistung zu testen.

Ein weiteres großes Problem der AC-LED-Treiber ist der Flackereffekt. Wie die meisten von uns bemerkt haben, haben die alten LED-Treiberschaltungen einen flackernden Effekt. In den meisten Fällen verwenden diese herkömmlichen AC-LED-Treiberschaltungen eine Halbsinuswelle mit der doppelten Frequenz der Stromleitung. Das bedeutet, dass in einer 50-Hz-Frequenzleitung fast 100 Flicks erzeugt werden, die vom menschlichen Auge erkannt werden können und schädlich sind. Dies sollte beseitigt werden. Daher wird eine moderne Technologie eingeführt, bei der anstelle des herkömmlichen AC / DC-Wandlers mit Schalttopologien nur wenige passive Komponenten verwendet werden.

Fahrerlose AC-LED-Leuchten - funktionieren

Das fahrerlose LED-System verfügt über eine sogenannte AC-LED-Light-Engine. Aber was ist eine AC LED Light Engine? Ein Motor wird im Allgemeinen verwendet, um eine Energieform in die andere umzuwandeln. Beispielsweise wird ein Motormotor verwendet, um die vom Kraftstoff erzeugte Wärme in die Bewegung einer Welle umzuwandeln. In ähnlicher Weise wird eine AC-LED-Lichtmaschine verwendet, um elektrische Energie in Lumen Licht umzuwandeln.

Eine AC-LED-Lichtmaschine ist eine mechanische Leuchte oder eine Leiterplatte, in der LED-Chips mit allen elektrischen Anschlüssen montiert sind. Es handelt sich um eine vorgefertigte Form einer Lichtquelle, die einfach an einer Steckdose befestigt werden kann. Es hilft den LED-Lampen, als direkter Ersatz für andere herkömmliche Lampen zu fungieren.

Die Entwicklung dieser AC-LED erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wurden Standard-LEDs in Reihe geschaltet, um die kombinierte Durchlassspannung der LEDs an die maximale AC-Eingangsspannung anzupassen. Es klingt nach einer guten Idee, diese LEDs ohne Treiber zu beleuchten, aber es war nicht erfolgreich. Dieses Design hat einen großen Nachteil: Wechselstrom ändert seine Polarität für jeden Zyklus von positiv nach negativ, und aus diesem Grund werden die LEDs bei jedem positiven Zyklus in Vorwärtsrichtung vorgespannt (eingeschaltet), aber in jedem negativen Zyklus werden die LEDs in Rückwärtsrichtung vorgespannt, was zu einer Vorwärtsvorspannung führt sie schalten sich aus.

Treiberlose LEDs der ersten Generation

Was ist die Lösung? Zu diesem Zeitpunkt wurde die erste Generation von fahrerlosen AC-LED-Leuchten eingeführt, bei denen jedes Segment der LEDs wie im folgenden Bild durch ein antiparalleles Paar ersetzt wird.

In der obigen Abbildung sind die LEDs antiparallel geschaltet. In jedem positiven Zyklus ist eine Seite der Paare in Vorwärtsrichtung und die andere Seite in Rückwärtsrichtung vorgespannt, aber im negativen Zyklus werden die Zustände geändert und die anderen LEDs leuchten auf. Der Strom wird hier durch einen einzelnen Hochleistungswiderstand R1 begrenzt.

Die positive Seite der Schaltung ist der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist sehr hoch. Die gleichphasige Strom- und Spannungswellenform, die durch die Schaltung fließt, erzeugt einen hohen Leistungsfaktor. Trotz der oben genannten positiven Seite ist die erste Generation der fahrerlosen LED-Lichtmaschine ein Fehlschlag. Dies liegt an dem schlechten Flimmerindex und der doppelten Anzahl von LEDs als erforderlich. Es erzeugt einen Blitzeffekt, der für das menschliche Auge leicht erkennbar ist, und die Hälfte der verwendeten LEDs bleibt zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeschaltet.

Treiberlose LEDs der zweiten Generation

Aus diesem Nachteil heraus werden die fahrerlosen AC-LED-Motoren der zweiten Generation entwickelt. Dieses Mal ist das Ziel , die LED-Anzahl zu senken. Es ist nur möglich, wenn der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird. Daher ist in den fahrerlosen AC-LED-Lichtmaschinen der zweiten Generation eine Brückengleichrichterdiode enthalten. Mit Ausnahme der Gleichrichterdioden bleibt alles in der Schaltung unverändert.

Wie zuvor steuert der Widerstand R1 den LED-Strom. Jetzt durchlaufen sowohl der negative als auch der positive Zyklus die LEDs, sodass sie während beider Zyklen eingeschaltet bleiben.

Treiberlose LEDs der dritten Generation

Die dritte Generation von AC-LED-Motoren wird eingeführt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und einen verbesserten Flimmerindex zu erzielen. Der Schaltung ist ein Schaltregler hinzugefügt, der die LEDs individuell bis zu einem bestimmten Pegel steuern kann, bei dem die Netzspannung der LED-Spannung entspricht. Die Strombegrenzungsfunktion ist auch in der integrierten Schaltsteuerung verfügbar und kann mit externen Komponenten neu konfiguriert werden. Eine solche Schaltung könnte einen Wirkungsgrad von fast 80% und einen Flimmerindex von 0,30 bis 0,35 liefern.

Treiberlose LEDs der vierten Generation

Bei fahrerlosen AC-LED-Motoren der 4. Generation entfällt die Steuerung, und passive Komponenten werden verwendet, um die Herstellungskosten zu kompensieren. Auch der Wirkungsgrad ist mit einem hohen Leistungsfaktor und einem verbesserten Flimmerindex überlegen.

Die Schaltung arbeitet mit zwei unabhängigen Stromimpulsen, die kapazitiv begrenzte Stromimpulse und resistiv begrenzte Stromimpulse sind. Diese Stromimpulse werden so in die LED-Kette eingespeist, dass die LED-Kette zwei Stromimpulse pro Halbzyklus der Netzspannung erhält. Das folgende Bild zeigt eine fahrerlose AC-LED-Light-Engine-Schaltung der vierten Generation mit geringem Stromverbrauch.

Die Arbeitsweise der obigen Schaltung ist ziemlich interessant. Während der ersten Halbwelle des Eingangswechselstroms fließt der Strom durch den Widerstand R1 und lädt schließlich den Kondensator C1 auf und kehrt über die zweite LED-Reihe zur Brückengleichrichterdiode zurück, wobei der Kondensator C2 und der Widerstand R2 aufgeladen werden. Während der negativen Spitze entlädt der Kondensator C4 C1 und C2 entsprechend und drückt den Strom auf die zweite Saite. Daher fließt bei jedem Zyklus der Strom, der zum Aufleuchten der LED-Strings erforderlich ist, nicht vollständig durch Widerstände. Fast 40-50% des Gesamtstroms fließen durch die Widerstände, wodurch der Wirkungsgrad durch Reduzierung der Wärmeableitung auf bis zu 90% gesteigert wird.

Die Eingangswellenform der LEDs und die Eingangswechselspannung sind im folgenden Bild zu sehen.

Das obige Diagramm zeigt drei Diagramme: Eingangsspannung, linker LED-Stringstrom und rechter LED-Stringstrom über die Zeit. Bei einer Netzspannung von 230 V leuchten die LED-Strings abwechselnd auf. Es ist ein sehr schneller Übergang im Millisekundenbereich.

Vorteile der fahrerlosen LED-Lichttechnologie

1. Diese fahrerlosen LED-Leuchten sind einfacher herzustellen. Die Kosten werden reduziert und erfordern einen sehr geringen Wartungsaufwand.

2. Aufgrund des verbesserten Flimmerindex kann es in Hochregallampen verwendet werden. Auch in Büro-, Raum- und Bildungsbereichen werden fahrerlose AC-LED-Leuchten verwendet.

3. Wenn der LED-Treiber entfernt ist, wird die Umformfunktion aktiviert. LED-Produkte können in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden.

4. Die einfache und schnelle Installation ist ein weiteres großartiges Merkmal von fahrerlosen AC-LED-Leuchten.

Hersteller von fahrerlosen LED-Leuchten

Fahrerloses AC-LED-Licht wird heute wie ein heißer Kuchen verkauft. Verschiedene Hersteller produzieren eine andere Art von fahrerloser AC-LED-Technologie. China ist einer der führenden Anbieter von fahrerlosem AC-LED-Licht. LEDs mit sehr hoher Durchlassspannung und hohem Lumen werden jedoch auch von mehreren Unternehmen hergestellt. Hochvorwärtsspannungs-LEDs sorgen für eine geringe Anzahl von Komponenten im fahrerlosen AC-LED-System. Beliebte fahrerlose AC-LED-Hersteller in diesen Segmenten sind Cree, LUMILEDS, SAMSUNG, NMB Technologies, Opulent usw.