Resumen del Informe
"LED Dimming: What You Need to Know" es una guía integral publicada por el DOE SSL Program el 10 de diciembre de 2012. El informe proporciona información detallada sobre los desafíos, tecnologías y mejores prácticas para atenuar fuentes de luz LED, centrándose especialmente en problemas de compatibilidad con atenuadores de corte de fase.
Perspectiva Clave: La regulación de luminosidad LED en aplicaciones reales puede presentar desafíos, especialmente con dimmer de corte de fase. La amplia variación en las características de las fuentes LED y los reguladores implica que no se pueden hacer suposiciones, no todas las afirmaciones son equivalentes y el rendimiento es difícil de predecir sin realizar pruebas.
Puntos de Datos Clave
Resumen de Perspectivas Clave
Los LED Son Intrínsecamente Regulables
Los LED pueden regularse mediante los métodos de Reducción de Corriente Constante (CCR/Analog) o Modulación por Ancho de Pulso (PWM). Cada enfoque presenta diferentes compensaciones en términos de rendimiento, eficiencia y problemas potenciales como cambio de color o parpadeo.
Los LED necesitan drivers.
A diferencia de las fuentes incandescentes que se comportan como cargas resistivas simples, los LED requieren drivers para convertir el voltio de CA en corriente constante regulada. El diseño del driver y su compatibilidad con equipos de regulación determinan en gran medida el rendimiento de la atenuación.
Desafíos de la Regulación por Corte de Fase
Los reguladores por corte de fase fueron diseñados para fuentes incandescentes y pueden presentar importantes problemas de compatibilidad con cargas LED. Estos incluyen recorrido muerto, encendido repentino, caída, parpadeo, efecto fantasma y ruido audible.
La regulación afecta la calidad de energía
Regular una fuente LED puede alterar el comportamiento del driver, posiblemente degradando la eficiencia, aumentando el parpadeo y reduciendo la calidad de energía según las métricas de Factor de Potencia y Distorsión Armónica Total.
Discrepancias de Función de Transferencia
Diferentes fabricantes utilizan distintas funciones de transferencia de control y fuente luminosa (lineal, cuadrática, curva-S). Las discrepancias entre las funciones de transferencia del atenuador y la fuente LED pueden provocar comportamientos de atenuación inesperados.
Las Reglas de Carga Han Cambiado
Las reglas tradicionales de carga de dimmers basadas en vatios de incandescencia no se aplican a los LED. Los requisitos de carga mínima y máxima varían significativamente entre diferentes combinaciones de dimmer y fuente LED.
Resumen de Contenido
Contenido del Documento
¿Por Qué Atenuar Fuentes LED?
La atenuación de fuentes LED ofrece múltiples beneficios más allá del simple control de ambiente:
- Ahorro energético adicional más allá de lo logrado mediante el cambio a tecnología LED
- Mejora del rendimiento en tareas visuales mediante el ajuste de los niveles de luz a necesidades específicas
- Ambiente mejorado y flexibilidad del espacio
- Menos fuentes de luz especificar, mantener y almacenar
- Demand response load shedding Capacidades
- Posible mejora de eficacia y vida útil de la fuente de luz
Desafíos de la Regulación de Intensidad Lumínica
A pesar de los beneficios, la regulación de intensidad de fuentes LED presenta varios desafíos significativos:
- Gran variación en características de fuente LED y atenuador
- Poco se puede asumir basado en prácticas históricas con iluminación incandescente
- No todas las afirmaciones son iguales debido a la falta de procedimientos de prueba estándar
- Difícil de predecir rendimiento sin pruebas reales
- Interacciones a nivel de circuito entre drivers LED y dimmers generan problemas de compatibilidad
Fundamentos de la Regulación de Intensidad en LED
Comprender estos conceptos fundamentales es crucial para implementaciones exitosas de atenuación LED:
Concepto Clave: Los LED son fundamentalmente diferentes de las fuentes incandescentes. Las fuentes incandescentes se comportan como cargas resistivas simples, mientras que los LED son dispositivos electrónicos complejos que requieren drivers para funcionar correctamente.
LEDs frente a Fuentes Incandescentes
| Aspecto | Fuentes Incandescentes | Fuentes LED |
|---|---|---|
| Comportamiento Eléctrico | Carga resistiva simple | Carga electrónica compleja |
| Control de corriente | Ajuste de Vrms suficiente | Requiere regulación de corriente constante |
| Método de regulación de intensidad lumínica | Reducir voltaje/corriente | CCR or PWM |
| Tiempo de Respuesta | Lento (persistencia térmica) | Instantáneo |
| Direccionalidad | Bidireccional | Unidireccional |
LED Drivers
Los LED requieren drivers para:
- Convertir voltaje CA en corriente continua regulada
- Compensar las variaciones de fabricación en el voltaje directo (Vf) de los LED
- Implementar funcionalidad de regulación (CCR o PWM)
- Proteger los LED de condiciones de sobrecorriente y sobretemperatura
Tecnologías de Regulación
El informe clasifica las tecnologías de regulación en dos enfoques principales:
1. Coincident AC Power and Control Signal
- Onda sinusoidal de CA con corte de fase (fase directa o inversa)
- Cableado de 2 hilos (activo, activo regulado)
- 3-Hilos (activo, activo regulado, neutro)
- Onda sinusoidal CA de amplitud reducida
Separación de energía de CA y señal de control
- Fluorescente 3 hilos
- 0-10V
- DALI (Interfaz Digital Direccionable para Iluminación)
- DMX512
- PWM (Modulación por Ancho de Pulso)
Recomendación: Considere tecnologías de control que separen la energía CA y la señal de control, si es posible. Este enfoque generalmente proporciona un mejor rendimiento de atenuación y menos problemas de compatibilidad.
Métodos de Regulación
Los LED pueden atenuarse mediante dos métodos principales, cada uno con características distintivas:
Reducción de Corriente Constante (CCR/Analog)
- Método: Variar la corriente del LED manteniéndolo siempre encendido
- Ventajas:
- Mayor vida útil del LED (menor corriente y temperatura)
- Sin generación de ruido
- Posiblemente mayor eficacia en niveles de atenuación más bajos
- No produce parpadeo
- Desventajas:
- Posible alteración cromática inaceptable
- Regulación más compleja en niveles de atenuación profundos
Pulse Width Modulation (PWM)
- Método: Mantener la misma corriente del LED pero variando los tiempos de encendido/apagado
- Ventajas:
- Mayor vida útil del LED (menos tiempo encendido, menor temperatura)
- Buena regulación de atenuación en niveles profundos
- Sin desviación del color
- Desventajas:
- Generación potencial de ruido
- La frecuencia PWM es crítica para evitar parpadeos indeseados
- Limitaciones del nivel mínimo de atenuación
Problemas de Parpadeo
El parpadeo se refiere a la variación temporal (modulación) del flujo luminoso. Aunque está presente en todas las fuentes de luz eléctrica comercial tradicionales que funcionan con corriente alterna, puede ser más problemático en las fuentes LED.
¿A Quién le Importa el Parpadeo Luminoso?
- Cualquier persona sensible a la modulación de la luz
- Quienes son responsables de la salud humana, el bienestar y/o el rendimiento en espacios con iluminación eléctrica
- Poblaciones en riesgo:
- Epilépticos fotosensibles (1 de cada 4000)
- Personas que padecen migrañas
- Jóvenes
- Personas con autismo
Métricas de Parpadeo
- Porcentaje de Parpadeo: (Max-Min)/(Max+Min) × 100%
- Índice de Parpadeo: Área sobre el promedio / Área total
Los resultados de las pruebas en el informe muestran porcentajes de parpadeo que varían del 7,5 % al 16,3 % e índices de parpadeo de 0,02 a 0,06 en diferentes niveles de atenuación y combinaciones de equipos.
Calidad de Energía
La atenuación de una fuente LED puede alterar el comportamiento del driver, afectando potencialmente la calidad de energía:
¿Qué es la Calidad de Energía?
La calidad de energía se refiere a desplazamientos y distorsiones en las formas de onda de voltaje y corriente, medidos mediante:
- Power Factor (PF): Relaciona la Potencia Activa (P) y la Potencia Aparente (S) mediante FP = P/S
- Distorsión Armónica Total (THD):
- THD-V (voltage)
- THD-I (corriente)
¿A Quién le Importa la Calidad de la Energía?
- Productores y consumidores de electricidad:
- Requerimientos de corriente incrementados
- Pérdidas por transporte eléctrico (I²R)
- Dimensionamiento de cables, disyuntores y transformadores
- Posible daño del equipo o degradación del rendimiento
- Fabricantes de equipos de iluminación:
- Requisitos voluntarios en ANSI C82.77-2002
- Compromisos de diseño del sistema
- Restricciones de costo y tamaño
Phase-Cut Dimming
Phase-cut dimming is the most commonly deployed dimming technology, with a large installed base in the U.S. (NEMA estimates >150 million units).
Atenuado por Corte de Fase vs. Atenuado por Onda Sinusoidal
- Corte de Fase: Elimina porciones de la onda sinusoidal de CA
- Fase directa (flanco de ataque)
- Fase inversa (flanco de salida)
- Onda Sinusoidal: Reduce la amplitud de toda la onda sinusoidal
Diseñado para Fuentes Incandescentes
Los reguladores de fase cortada fueron diseñados originalmente para fuentes incandescentes, que:
- Se comportan como cargas resistivas simples
- Efectivamente solo dependen del Vrms
- Son bidireccionales (funcionan con voltaje positivo y negativo)
- Tienen persistencia térmica (la luz continúa después de que se detiene la corriente)
Problemas de Compatibilidad
El informe identifica numerosos problemas de compatibilidad que pueden ocurrir con el atenuación por corte de fase en fuentes LED:
- Dead travel: Ajustar la configuración del regulador sin cambio correspondiente en el nivel de luz
- Pop-on: La configuración del regulador debe elevarse por encima del ajuste existente para obtener salida de luz al encender
- Abandono: Sin salida de luz en el extremo inferior del rango de regulación
- Palomitas: Tiempos de encendido diferentes para diferentes fuentes de luz en un circuito atenuado
- Parpadeo: Fuente de luz intermitentemente encendida cuando debería estar apagada
- Efecto fantasma: Fuente de luz en estado de baja intensidad cuando debería estar apagada
- Ruido audible from dimmer or LED driver
- Inoperabilidad o fallo prematuro
Fuentes de Problemas de Compatibilidad
- La carga LED no puede medir el Vrms y/o el ángulo de conducción proporcionado por el dimmer
- La carga LED no consume suficiente corriente para mantener cerrados los elementos de conmutación del dimmer
- La carga LED crea una impedancia en serie que interrumpe los elementos de temporización del dimmer
- La carga LED en estado apagado no transmite corriente del dimmer de forma que mantenga funcionales las funciones avanzadas
- La carga LED consume corrientes que generan tensiones superiores a lo indicado por la potencia nominal del dimmer
Recomendaciones
El informe proporciona varias recomendaciones para implementaciones exitosas de regulación LED:
Conozca Sus Opciones
- Determine si el producto LED es una lámpara o un luminario
- Lámparas: Típicamente retrofit con base estándar, restringido a control de fase
- Luminarias: Suelen tener opciones de driver que ofrecen diversas alternativas de control
- Considere tecnologías de control que separen la alimentación CA y la señal de control
- Utilice un regulador de fase con neutro si es posible
- Considere utilizar controles de regulación diseñados específicamente para fuentes LED
Aproveche la información disponible
- Investigue el rendimiento de atenuación diseñado y declarado de las fuentes LED
- Busque orientación recomendada para la selección de controles de atenuación
- Preste atención a las recomendaciones de marcas/modelos específicos
- Observe los requisitos de carga del regulador (número máximo/mínimo de fuentes LED por control)
Haga las Preguntas Correctas
- ¿Cuáles son las funciones de transferencia de atenuación?
- ¿El LED driver implementa CCR o PWM?
- ¿Cuál es la frecuencia de atenuación PWM?
- ¿Varía el rendimiento de atenuación con diferentes voltajes de entrada?
- ¿Se evaluó la fuente LED en cuanto a parpadeo y calidad de energía en el rango de atenuación?
- ¿Requiere el regulador un neutro o ajuste de recorte?
Sopesar las contrapartidas
- Necesidades frente a deseos de la aplicación
- ¿Qué importancia tiene el parpadeo?
- ¿Qué importancia tiene la calidad de la energía?
- Opción 1: Utilizar únicamente fuentes LED y reguladores de corte de fase con compatibilidad definida
- Opción 2: Simular instalaciones con todos los componentes previstos
Analizar Riesgo
- "Soluciones" comunes para problemas de compatibilidad:
- Cambiar la fuente LED, el driver o el control de atenuación
- Añadir cargas incandescentes o cargas ficticias
- Agregar cables neutros
- A menudo no hay buenas soluciones una vez que los productos están instalados
- Tenga un plan ANTES de que los productos sean pedidos e instalados
Nota: Esta versión HTML proporciona una visión general completa del informe sobre atenuación LED. El documento PDF completo contiene detalles técnicos adicionales, diagramas y resultados de pruebas. Recomendamos descargar el PDF completo para una referencia técnica integral.