现代路灯中的LED通常是脉冲的吗?如果是这样,大概频率是多少?


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我可以想到一些为什么现代LED路灯可能会被脉冲化的原因。

  • 从线路电压开始的有效电压转换可能会包括高于60 Hz的AC或开关阶跃。
  • 由于发热问题,LED的最高效率工作通常发生在比可以连续维持的电流更大的电流下。
  • 转换回稳定的直流电(编辑:在线路频率为50 / 60Hz时)将需要其他可能出现故障的组件,并且没有任何益处可以抵消效率降低的操作。

Wikipedia中有一小段关于脉冲LED的操作,但是它只是介绍了该概念,而没有解决脉冲LED在该领域的广泛应用。

只要频率足够高,就没有闪烁感的机会,在我看来,LED路灯会被脉冲-或至少是用来激发磷光体的蓝色LED。磷光体可能具有足够长的半衰期,即使LED被脉冲化,也可使所产生的发射光的大部分光谱稳定。

因为某些白光LED比其他白光LED更依赖于LED的原蓝色光,所以我要问的问题主要是关于LED本身,而不是发射的光。

现代路灯中的LED通常是脉冲的吗?如果是这样,大概频率是多少?100 Hz,1 kHz,10 kHz?尽管某些地区可能会有很大差异,但我希望在城市正在实现从天然气(汞,钠)到LED的广泛转换的地区中,设计中必须有一些共性或总体趋势/趋同性。


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除非您给出路灯示例,否则边界“太宽泛”,因为显然会有各种各样的解决方案,但仍然是一个有趣的问题。
配管

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@pipe我了解这个问题,但是在这个特殊的情况下,很有可能已经建立了标准化或标准实践。我们应该花一两天的时间来看看是否有明确的答案吗?如果没有,我将对其进行编辑。我在这里得到一个很好的答案,所以我会密切注意发生的事情。同时,如果您可以提出建议甚至进行有益的编辑,那就太好了!任何没有关闭的事情都会受到赞赏。
uhoh

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大约在50Hz至50kHz之间。
PlasmaHH

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我似乎吸引了许多来自工程学界的人反对 LED路灯,因为与冷钠蒸气相比,它有很多缺点(例如,我相信像SV灯这样的专业天文学家会更多,因为他们只能使用滤光片遮挡两条光谱线并消除许多光污染问题。SV光在感知的光强度方面也非常有效,也许甚至比LED还要好,尽管现代的效率提高已不再真实)
Joren Vaes

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效率随着电流的增加而下降。Vf vs I和Lm vs I曲线不是笔直的而是弯曲的。使用PWM是因为实现恒定电压源比可变恒定电流源要容易得多。因此,您将输出电压设置为产生最大电流和脉冲,以实现亮度控制。
Barleyman

Answers:


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您错误地认为功效随着功率水平的提高而提高。相反,对于任何有意义的功率水平,只要增加电流,功效就会降低。

使用PWM是因为它很容易实现。如果将电流设置为要使用的最大值,则只需调整占空比即可进行线性亮度控制。如果绝对精度很重要(通常不重要),则调节电流具有非线性响应,需要校准表。 在此处输入图片说明

从该1W白色LED流明与电流曲线可以看出,将电流加倍不会使光输出增加一倍。这是否重要取决于您的应用程序。如果您要处理大于1kW的广告背光,则电费很容易超过显示模块的前期成本。还有散热方面的考虑,以更高的效率可以减少系统的废热。

在此处输入图片说明

更糟糕的是,随着结温的升高,功效会下降更多。该图显示了环境温度,但实际上结温以相似的方式起作用。他们只是对此感到困难。现在,PWM将平均热量输出,但更糟糕的功效是需要更高的平均电流,这意味着更高的结温。

PWM的一个缺点是,从SMPS的角度来看,负载是令人讨厌的,您实际上在向不良对象施加恒定的激进瞬变。至少需要一个大输出电容器来缓冲边缘的电压骤降和峰值。

恒流驱动的一个问题是它更加复杂,尤其是当您需要可调输出电流时。由于Vf随输出功率水平的变化而变化,因此本地调光应用还会带来更多的复杂性,因此您的电流调节器必须消除这种差异。

编辑有关结温的附加位。


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哇!仔细检查一下,该图显示的是直流电流,而不是PWM平均电流吗?并且可以连续处理400 mA DC的LED至少一直到至少5 mA DC(允许或采用)一直是局部线性的?i.stack.imgur.com/dSQbw.png这是真的测量出来的,而不仅仅是一些参数化的图形/外推法吗?
uhoh

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@uhoh是的,那是DC。使用PWM,有效脉冲的行为几乎相同。
Barleyman

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还有一个二阶效应,光输出随结温下降。因此,较高电流的PWM首先会产生较差的功效。对于相同的光输出,它也会变热,这会使情况变得更糟。因此,从系统效率的角度来看,最好使用恒定电流。
Barleyman

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@uhoh使用PWM的唯一原因是,如果您需要非常高的瞬时光输出(例如,光学传感器)或想要控制亮度。对于照明,如果您不需要调光器,则无需使用PWM。
Barleyman

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但是重要的效率是电源+ LED的效率,电源通常以更高的功率提高了效率。最终,至关重要的是两个效率的“级联”,这也可能是设计决策。
安德烈斯(Andrés)

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用于路灯的LED通常采用某种DC / DC转换器,其输出具有严格的电流控制。因此,提供稳定的电流不会降低效率,也不会添加可能发生故障的不必要的组件,也不会减少LED的寿命。

这是驱动大功率LED阵列的最简单,最有效的方法。由“脉冲”源提供的稳定电流。


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大多数DC / DC转换器的电路在输出端都有一个线圈,尽管工作是脉冲式的,但它会自动产生或多或少的稳定电流。这就是此类DC / DC转换器的核心功能。
Janka

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我将去阅读并尝试查找一些数据。从非常低的电压(有热量且没有光)开始,然后逐渐提高,效率从0开始降低,因为它从零开始。只有非辐射重组。随着电压的增加和电流的增加,与其他方面一样,辐射与非辐射复合的比率也会提高。我曾经以为效率达到稳定状态的温度超出了可以连续运行的热量消除的范围,因此,对于每瓦特电能最多的瓦特数,最好增加LED和脉冲。
uhoh

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低压下的效率很低,因为如果不直接跳过带隙,就不会发光。但是,一旦您这样做,就不再有增加电压的感觉了-过冲能量只是变成了热量。
Janka

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@uhoh,效率停止增加的电流非常低。在效率至少部分由于自热(包括接触电阻发热)而下降之前,效率几乎是平稳的。我到这一点,会议其他III族氮化物事项在几年前:这是真的,那么,它现在是更真实的,一旦你得到的光中走出来,促使他们更加努力可用量使得这些LED 效率。
克里斯H

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@ChrisH一个人的是另一个人的不一定是相同的,然后。我是比大多数人的更远回来。在过去的几个小时中,我做了进一步的阅读,我发现最新的内容看起来就像您提到的那样,确实是一个宽广的平台,随后在更高的电流下逐渐下降。几十年来做了很多工作;更好的晶体生长,然后是蓝宝石衬底,也要去除衬底,然后是更好的MBE技术,再加上更好的热流和固态建模等。他们不会因为您不知道的东西而获得诺贝尔奖。
uhoh

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总结一下:他们不会这样做,因为它效率不高,不会将灯保持在安全的规格内,并且不能作为控制大量灯的方法(由于距离远且缺乏通用性)。

在路灯上,游戏的名字就是效率

LED本质上是一个困难的客户,因为在它们的高效率范围内,它们过于非线性**,并且大多数由恒流电源驱动。

运算词:“常量”。

由于他们必须已经用恒流电源驱动它,所以如果他们想做PWM,那将增加不必要的复杂性。还有一种更好的方法可以使用已经存在的恒流电源来使LED变暗。此处,请参见第11页的数据表。正向电压与正向电流。 请注意,此图非常失真,为了标准化,请查看我的尾注。

在此处输入图片说明

如果您要以3000ma的功率驱动LED并希望将其调暗,则将电流削减至1000ma,然后。当然,它并没有下降2/3,请看“流量与电流”,同一页。

在此处输入图片说明

在电流的1/3时,光通量从规格的235%下降到95%。在较低电流下效率更高。电压降也降低了一点点效率差异,但并不是很多。

有人会故意使用更多的发射器来提高效率吗?绝对。许多商业和工业客户都在关注生命周期的总成本,而排放者只是其中的一小部分。如果在灯具的整个使用寿命期间,多出100美元的发射器节省300美元的电费,那可能是明智之举。我有一个人在红线最大1400mA时推测了三个LED。它发出了所需的光。然而,热量是关键问题。我建议使用数据表“正常”电流为350ma和七个发射极。在一半的热量下获得相同的光。

既然我已经积极地展示了较低的功率对于LED来说效率更高,那么您可以看到PWM效率较低的地方。在33%PWM下运行3000ma比连续运行1000ma差。

那为什么要有人PWM呢?

在理想世界中,所有调光都将通过商业上广泛使用的0-10伏信号进行,每个LED模块将使用“调整恒定电流源的输出以实现完美调光”的方法。但是..并非在所有地方都有效。事实是... PWM是一种传播调光信号的有效方法

考虑最低的“ LED灯条”。每隔50mm(2“)的窄带PCB板都有一条CUT线,三个LED和一个电阻。或者,对于RGB带,三个RGB LED和三个电阻。当然,对于RGB,他们希望每个通道都变暗独立。我们如何得到三个调光信号到数百小片段? 成本使得它不可能把可调输出恒流电源上每50mm段,唯一可行的调光方法是PWM。

它变得更好了。PWM既是功率又是信号。如果PWM控制器只能驱动3安培,并且您要运行7个6A 条,则可以使用放大器:它将控制器的输出作为信号接收,并用其选通其大电流输出,并在锁定状态下分接PWM。步。多功能性很难被击败。

这适用于各种各样的LED照明(其用途明显不是效率)。没有人真正关心这里的每瓦流明:

在此处输入图片说明 src

那么为什么不使用路灯呢?

使LED路灯变暗并不是完全不合理的。他们可以在黄昏时放松身心,燃烧超过法律规定的时间直到晚上11点,然后在几乎没有人出门的情况下度过难忘的时光。但是他们不会使用PWM。信号无法在城镇大小的设备上很好地传播。

LED路灯具有高电压(240-277V甚至480V,它们无需计量即可分接最近的电源线,这意味着立即对电源线进行PWM调制)***。在内部,路灯具有大量的大型发射器-非常适合与高压恒流电源串联连接。最好通过电流调整将其调暗。他们要么使用无线电-要么如果硬接线昂贵的信号线,他们将使用它而不是调光。他们可能会与电力公司合作,对数据信号进行电力线编码,类似于电力公司如何远程关闭智能电表。每增加一个收发器20美元,这并不是一个1000美元路灯上的“交易破坏者”。




**白炽灯一旦点亮便是线性的,因此向其发送120V电压将可靠地产生60W功率。放电灯(荧光灯,氖灯,低压/高压钠灯,汞蒸气和金属卤化物)是完全非线性的:一旦被击中,它们将完全短路,并且必须由镇流器/驱动器来限制电流。对于LED而言,它们的电压-电流曲线相当陡峭,您还记得本数据表第11页的电压与电流图表。请再次查看:比例尺失真,伏特从零开始。 如果更正,该图将如下所示:

在此处输入图片说明

这就是您所说的非线性的。请记住,这条线移动取决于温度,年龄,分级等有点,并当行则陡峭的,一点是很多。发送3.05V,谁知道会发生什么!如果您发送2500ma,制造商仅保证会发生什么。因此,数据表中的所有其他图表均基于current

***电力公司和城市同意普通路灯消耗多少电力,然后电力公司简单地乘以电灯数量,然后向其收费。


这是一个有趣的观点,谢谢!您可以考虑在顶部添加tl; dr。这是一个是/否的问题,我想您对此有确定的结论,为什么不在答案的开头也添加“是”或“否”呢?
uhoh

2英寸是50.8毫米,可以拾取一些尼特。您会很快记住一些常见的英制数值。当我将公制中的所有指标都指定为随机观测值时,中国公司(公制国家)总是以密耳和英寸为单位回复我。WRT PWM很复杂一个与LED串联的不起眼的MOSFET就能完成工作。把它放在负极,您也不必处理高压。WRT额外花费20美元,您低估了beancounting的作用。诸如$ 5k之类的产品上,额外的$ 2费用变得
令人反感。WRT

如果要开始使用PWM控制,我将通过发送所需的电流值OTA并在本地使用一些8/16位廉价微控制器来产生PWM来实现PWM控制。看到我的答案与类似的内容。
Barleyman

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通常,有两种LED调光方法:PWM调光和幅度调光。您所说的DC调光就是幅度调光。在专业照明应用中,PWM不再用于调光,这主要是出于对所产生闪烁的健康考虑。对于街道照明,另一个问题是频闪效应。今天,您将发现几乎所有专业LED驱动器(包括路灯)都使用幅度调光。您可以在此处阅读有关闪烁和调光的更多信息。

更新:针对部分评论,我想扩展我的答案。在专业照明应用中,我指的是恒定电流可调光> 20W LED驱动器,例如这些,而不是便宜又讨厌的卤素灯或灯泡替代品或计算机背光应用。

闪烁的原因有两种,一种是由传播到输出的电源纹波引起的。廉价的单级LED驱动器(例如用于灯泡替换的驱动器)会遭受这种现象的困扰。

第二种闪烁是由PWM调光引起的。这可能是可感知的或不可感知的。IEEE PAR1789建议将PWM频率提高到多少才能使其不被察觉。也就是说,在行业中您会发现,用于专业应用的高质量LED驱动器几乎完全使用幅度调光(DC调光)。


PWM绝对可以用于专业显示器的背光应用中。恒定电流是一个例外。一旦频率足够高,通常就不会出现闪烁。90至360Hz是典型范围。
Barleyman

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@mr js关于闪烁的好文章。我讨厌廉价的讨厌的闪烁led。
自闭症

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@mr_js:您链接到的文章几乎完全是关于市电引起的闪烁(该频率较低,通常为50-60 Hz,通常会在100-120 Hz处产生闪烁)。专业照明应用程序确实使用PWM进行调光,但通常会使用更高的频率(数十kHz)。
psmears

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PWM被广泛使用。只是不再使用了在市电频率(有效100-120Hz)上部分原因是这几天开关电源比铜绕组便宜。不幸的是,通用汽车没有得到备忘录,而通用汽车的尾灯只是刹车灯PWM调到了“可见”的亮度水平,并且在可见范围内。实际上,它们在打开像刹车灯一样明亮,并且当您的眼睛扫视道路时,它们会在您的角膜上留下痕迹。疯了!
哈珀-恢复莫妮卡
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