Cateva principii pentru alimentarea LEDurilor din baterii

[Dxxx]

Ma vad nevoit sa fac acest topic, pentru a aduna la un loc cateva principii generale care trebuie urmate intr-un astfel de caz.

Evident ca nu ma adresez celor avansati, care stiu probabil toate aspectele.

 

De principiu ce urmeaza acopera o gama larga de posibile aplicatii plecand de la o simpla lanterna, trecand prin proiectoare de ceva putere, sau sisteme pe rulote-campere, sau sisteme de backup si ajungand pana la sisteme complicate si de mare putere in cazul electricitatii off-grid.

 

1. Sursa de energie

- ma refer la baterii sau acumulatori constituite din unul sau mai multi elementi, si care vor asigura energia necesara alimentarii.

- uzual este vorba de tensiuni relativ joase si de puteri pe led reduse, cu exceptia sistemelor permanente / stationare off-grid.

- atentie: nu se poat alimenta direct din bateria unei masini asfel de sisteme decat un timp total scurt (sub 1 ora) pentru tot intervalul dintre doua deplasari, deoarece bateria auto nu este deep-cycle si fie o afectam, fie chiar o distrugem. Camperele, rulotele si RVurile au pentru acest scop o baterie separata, care evident ca este deep-cycle.

O solutie simpla in astfel de cazuri = fie ajunge un "power-bank", fie construiti o sursa mai mare din mai multe elemente li-ion...

 

2. Randament maxim

- energia stocata in baterii/acumulatori este "pretioasa"

- din acest motiv este rational sa tintim obtinerea unui randament maxim pe intreaga cale de la baterie la LED/COB

- asta include defapt driverul si ledul in sine

 

Ratiunea pentru a insista pe randament maxim vine de la faptul ca actualmente costa mai putin sa obtii un randament foarte bun, decat a suplimenta capacitatea de stocare.

Chiar daca energia in sine vine gratuit - sa zicem de la soare - tot este preferabil sa insisti pe randament maxim.

 

Numeric randamentul pe care il putem accepta ar trebui sa fie actualmente peste 150lm/W in majoritatea cazurilor, dar sunt doua comentarii aici:

- cifra variaza cu data, adica pe parcursul trecerii timpului randamente tot mai mari vor fi posibile

- desigur ca sunt de luat in calcul parametrii concreti ai cazului de rezolvat

 

3. Drivere

- pai dorim peste 150lm/W (cat mai mult...) iar un COB uzual are undeva intre 150 si 200lm/W la indice de incarcare mic.

- deci marja de energie pierduta pe driver este esential sa fie cat mai redusa.

- ceva cu randament peste 90%  dar si cu toleranta la variatia de tensiune pe baterie nu poate fi decat driver in comutatie.

 

Mai mult chiar, in mod clar se prefera in practica driverele boost si care sa aiba tensiunea de iesire relativ mare, uzual 36V.

Ratiunea acestei alegeri tine de comoditatea de a realiza instalatia cu randament maxim, sa explicam:

- uzual folosim IC specializate pentru convertoare DC/DC in comutatie. Ele au o intrare de feed-back unde comparatorul are referinta de 1,25V. Este comod ca traductorul de curent (Rs) sa fie chiar in catodul COBului. In acest mod pierderea a 1,25V din 36V este de numai 3,5%.

Bineinteles ca exista si drivere cu tensiunea de referinta si mai mica / sau se pot aplica artificii simple (vezi propunerea colegului Mihai Cozac) pentru ca acesta pierdere sa fie si mai mica.

- tensiunea inalta la iesirea unui driver boost permite ca sa fie folositi curent mici, deci pierderile pe fire si contacte vor fi si ele mai mici fata de solutia cu driver buck.

 

Revenind oarecum la primul punct, trebuie spus ca este preferabila folosirea unei baterii cu tensiune cat mai mare, dar inferioara fata de Vf minim.

Asta deoarece randamentul driverului creste cand acesta suplimenteaza cat mai putin tensiunea de intrare.

Din aceasta cauza o baterie cu mai multi elementi inseriati este de preferat unei baterii cu elementii pusi in paralel, cum este un power-bank nemodificat.

La cazul uzual cu Vf peste 35V in mod ideal ar fi sa utilizam 8 elementi li-ion inseriati.

 

4. LED/COB

- deja am spus ca se prefera COBurile cele mai uzuale, cu 12 jonctiuni inseriate, deci 36V ca valoare centrala a domeniului de tensiune.

- indicele de incarcare trebuie sa permita randament foarte mare, deci asta inseamna incarcare mica... foarte mica...

- mare atentie la DS ca sunt unele care castiga foarte putin cu reducerea curentului (Cree, Prolight- mai ales seriile vechi) iar altele consemneaza cresteri spectaculoase, depasind 200lm/W (LiteOn, Edison). Documentati-va cu atentie.

 

Nici nu mai zic ca in asfel de aplicatii sunt total contraindicate leduri incerte sau fara DS - deci se accepta numai componente bune / cu DS /  cat mai recente, pentru a avea randament mare.

Vedeti si ce CRI este necesar in functie de aplicatie.

In nici un caz nu luati leduri / COBuri cu pret redus, chiar daca sunt de la Cree sau Nichia sau Osram, pentru ca cel mai probabil sunt serii vechi, cu eficienta scazuta. La fel si cele recuperate din cine stie ce surse de lumina vechi.

 

5. Cam ce se poate obtine

Un driver cu randament bun alimentat de la o baterie cu tensiune cu numai 5V sub cea a COBului poate sa depaseasca semnificativ 90% ca randament, mai ales daca si reducem tensiunea de referinta pe Rs.

Un COB pe care l-am selectat cu atentie din DS pentru acesta aplicatie poate sa coste foarte putin, iar eficienta sa treaca de 200lm/W.

Dar asta este valabil pentru un indice de incarcare mic.

 

Concret un LTPL-M03622ZS40-T0 costa numai 10 lei.

Daca curentul este de 100mA vom avea 3,34W (din cei 24W maximi, asta inseamna indicele de incarcare mic) adica 700lm, adica randament peste 200lm/W

Daca punem in calcul 10% pierduti pe driver vom avea peste 190lm/W si nici nu saracim cumparand COBul.

Avem nevoie de mai multa lumina? Pai lasam cei 100mA prin COB, dar punem mai multe in paralel in sarcina aceluiasi driver - pierderile pe rezistentele de echilibrare ar trebui sa fie neglijabile.

Desi, daca sunt numai 2 sau 3 COBuri, se poate ca fiecare sa aiba driverul propriu si sa poata fi aprinse independent cat de multe dintre ele sunt necesare.

 

 

...Uitasem...

Este evident ca nu se discuta sub nici o forma solutii tip "minitehnicus" cu mai mule conversii energetice - de genul invertor pentru a obtine 230V~ si apoi sa pui in sarcina minunatul becoled...

Poate cineva are idei din astea.

La astfel de idei veti avea si rezultate de genul 50lm/W, CRI si speranta de viata incerte.

Editat August 7, 2018 de Dxxx