Защита от пренапрежение при вътрешно LED осветление

LED технологията намира все по-голямо приложение във вътрешното осветление на жилищни и търговски обекти. Ползите от използване на светодиодни осветителни системи на закрито включват по-голяма енергийна ефективност и по-ниски емисии на въглероден диоксид в сравнение с конвенционални технологии като лампите с нажежаема жичка и компактните флуоресцентни (CFL) лампи, по-ниски разходи за поддръжка и удължен сервизен цикъл. Много LED лампи са специално проектирани да заменят халогенните и флуоресцентни осветителни системи.
Предимствата, свързани с възможностите за икономии на енергия, изходния светлинен поток и цялостните експлоатационни характеристики на LED осветителите, непрекъснато се подобряват. Експертите прогнозират, че глобалният пазар на вътрешно LED осветление ще продължи да расте през идните години с ускорени темпове, съответстващи на тези технологични предимства. Важно условие с оглед безпроблемната и продължителна експлоатация на вътрешното светодиодно осветление е то да бъде осигурено с подходяща защита от пренапрежение.

Изисквания за безопасност и устойчивост на пренапрежения

За да се осигури дълъг експлоатационен живот и подобрена енергийна ефективност, от първостепенно значение са технологиите за защита на веригите на LED осветлението. Светодиодните осветители могат да бъдат повредени от пренапрежения и от екстремно високи температури. Технологията за защита на веригите може да предпази LED устройствата от потенциални повреди. Популярни решения за защита на веригите са метал-оксидните варистори (MOV), диодите за потискане на преходните напрежения (TVS) и предпазителите.

Проектантите на първите LED крушки са изправени пред огромен брой технически трудности, включително преобразуване на AC към DC, топлоотвеждане, ограничения, наложени от традиционните големини на балоните и електрическите преходни процеси. Сред основните предизвикателства пред светодиодите, проектирани да произвеждат светлина, е и осигуряването на защита срещу преходни процеси. Такава защита е необходима както за LED осветителите, така и за всички останали компоненти по веригата. Тези преходни процеси често са в резултат от пренапрежения на АС входа, индуцирани от мълнии. LED крушките изискват максималнотокова и максималнонапреженова защита срещу тези заплахи.

Дизайн и рискове

Необходимостта от допълнителни функции и по-висок светлинен поток увеличава броя на LED компонентите. По-високият светлинен поток създава необходимост от по-големи радиатори за по-ефективно разсейване на топлина. Тъй като LED крушките трябва да бъдат съвместими по форма с традиционните лампи с нажежаема жичка и компактните флуоресцентни лампи, те се нуждаят от захранваща AC/DC верига, така че да могат да работят свързани към стандартни цокли за осветление.
Всяко устройство, директно свързано към АС захранващ източник, може да бъде повредено от късо съединение и претоварване, предизвикани от повреда в компонент и/или във веригата вътре в крушката. Освен това пренапреженията от мълнии или преходни процеси при превключване на товари (произтичащи в крушката) могат да създадат пикове на напрежение, които да подложат на пренапрежение и дори да повредят компонентите в крушката.
Линейният АС предпазител е първично устройство за максималнотокова защита на крушката. Когато е правилно избран, този предпазител адекватно защитава всички компоненти след него във веригата срещу електрическо пренапрежение (EOS), като безопасно прекъсва всички схеми, свързани към входа на АС линията.

Избор на предпазители

Като се имат предвид строгите пространствени ограничения, свързани с дизайна на LED крушката, особено важно е да се избере компактен АС предпазител за АС входа. Функцията на предпазителя е да осигури защита за компонентите и целите вериги чрез надеждно и предвидимо стопяване в условия на късо съединение и претоварване. Правилният предпазител, свързан последователно на входа на АС линията, ще осигури необходимата защита. Съвременните АС предпазители са достъпни на пазара в малки размери и в широк набор от варианти по отношение големината на тока и напрежението. Предлагат се допълнителни ключови параметри и възможност за монтаж на повърхността, за да се позволи на инженерите да изберат предпазител, който ще удовлетвори всички изисквания на приложението.

Първичното устройство за максималнонапреженова защита (OVP) за осветителните крушки, базирани на светодиодна технология, е метал-оксидният варистор (MOV) във веригата на АС входа. Когато е правилно подбран според всички необходими проектни параметри, той защитава от EOS вследствие на индуцирани преходни и пръстеновидни вълнови ефекти всички компоненти след него във веригата, като отрязва кратките напреженови импулси. MOV предлагат разходно-ефективен начин за свеждане до минимум на преходната енергия, която в противен случай би могла да си проправи път към компонентите след него. Правилният избор на MOV се основава на няколко електрически параметри, включващи номинално напрежение, пиков импулсен ток, енергия, големина на диска и конфигурация на захранващата мрежа.

Защита на веригите и дизайн

Дизайнерите на LED крушки трябва да вземат предвид няколко фактора, свързани със защитата на веригите. Сред тях са: нормалният работен ток на крушката, напрежението на приложението, околната температура, нивото на ток на претоварване и продължителността на периода от време, в който предпазителят трябва да отвори веригата, максимално допустимият ток към земя и токовите импулси, пусковите токове, стартовите и преходните токове.
В ранните етапи на дизайна е добре да се проучи пазара, на който ще се предлага крушката. В зависимост от географското местоположение, за което е предназначен продуктът, различни стандарти ръководят изискванията към дизайна и тестовете.
Препоръчително е да се определят ограниченията в големината, които може да повлияят на възможните за използване предпазители. Предпазителите се предлагат в различни варианти, като монтираните на повърхността са най-често срещаната конфигурация, влияеща и върху формата на LED крушката.

Особености по отношение на предпазителите

Температурата на предпазителя, генерирана от тока, преминаващ през него, се увеличава или намалява при промяна на околната температура. Околната температура е тази на въздуха, който непосредствено обкръжава предпазителя, и тя често е по-висока от стайната температура. При околни температури около 25°C се препоръчва предпазителите да работят при ток, не по-голям от 75% от номиналния. Предпазителите са устройства, чувствителни на температура, затова дори малки температурни колебания могат да имат голямо въздействие върху очаквания им живот, ако бъдат натоварени с номиналния ток (100%).
Необходимият изключвателен капацитет е важно да бъде определен според приложението. Това е максималният допустим ток, който предпазителят може безопасно да прекъсне при номинално напрежение. При условия на повреда или късо съединение предпазителят може да получи моментен претоварващ ток, в пъти по-голям от работния ток. Безопасната работа изисква предпазителят да остане здрав, а веригата цяла.

Други съображения

От началото на процеса на проектиране трябва да се предвиди потискане на преходните процеси. Предпазителят е добре да бъде координиран с OVP след него и със задвижващата верига на последователните LED модули. Избраният предпазител трябва да издържа енергията на преходните процеси до определено ниво, така че възможностите на веригата, задвижваща последователните LED, да не бъдат негативно повлияни. Предпазителят на АС входната верига и MOV осигуряват защита срещу преходните процеси, което дава възможност да се ограничи пренапрежението без отваряне на предпазителя. Това води до минимални смущения във веригата на последователните LED модули.

В случаи, при които оперативната схема на крушката не може да издържи необходимите нива на преходните процеси, се предвижда добавяне на вторичен TVS диод за OVP. Това е доказано решение, което допълнително намалява пропусканата от MOV енергия. В изключителни случаи се предвиждат и допълнителни OCP/ OVP устройства, които да осигурят дори по-добра защита на веригата. Преди етапа на фактическо производство е необходимо достатъчно време за внимателно тестване и проверка на приложението, за да се гарантира оптимална защита от пренапрежение.