Gradation des LED : l'Essentiel à Savoir

Pourquoi atténuer les sources LED ?

L'atténuation des sources LED offre de multiples avantages au-delà du simple contrôle d'ambiance :

• Économies d'énergie supplémentaires au-delà de ce qui est obtenu en passant à la technologie LED
• Amélioration des performances visuelles pour les tâches en ajustant les niveaux d'éclairage selon des besoins spécifiques
• Ambiance améliorée et flexibilité spatiale
• Moins de sources lumineuses spécifier, entretenir et stocker
• Demand response load shedding Capacités
• Efficacité et durée de vie potentiellement améliorées de la source lumineuse

Défis de gradation

Malgré les avantages, la gradation des sources LED présente plusieurs défis majeurs :

• Grande variation dans les caractéristiques de source LED et gradateur
• Peu de choses peuvent être présumées sur la base des pratiques historiques avec l'éclairage à incandescence
• Toutes les affirmations ne se valent pas en raison de l'absence de procédures de test standardisées
• Difficile à prévoir performances sans tests réels
• Interactions au niveau du circuit entre les pilotes LED et les gradateurs créent des problèmes de compatibilité

Principes de base de la gradation LED

Comprendre ces concepts fondamentaux est crucial pour la mise en œuvre réussie du gradage de LED.

LEDs vs. Sources Incandescentes

LED Drivers

Les LED nécessitent des pilotes pour :

• Convertir la tension CA en courant continu régulé
• Compenser les variations de fabrication de la tension directe (Vf) des LED
• Mettre en œuvre une fonction de gradation (CCR ou PWM)
• Protéger les LED contre les surintensités et les surtempératures

Technologies de gradation

Le rapport classe les technologies d'atténuation en deux approches principales :

1. Coincident AC Power and Control Signal

• Onde sinusoïdale CA à découpage de phase (phase directe ou inverse)
  • 2 fils (phase, phase atténuée)
  • 3 fils (phase, phase atténuée, neutre)
• Onde sinusoïdale CA à amplitude réduite

Séparation de l'alimentation CA et du signal de commande

• Fluorescent 3-Wire
• 0-10V
• DALI (Interface d'éclairage adressable numérique)
• DMX512
• MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion)

Méthodes de gradation

Les LED peuvent être atténuées selon deux méthodes principales, chacune présentant des caractéristiques distinctes :

Réduction de Courant Constant (CCR/Analog)

• Méthode : Variation du courant de la LED tout en maintenant la LED toujours allumée
• Avantages :
  • Durée de vie des LED prolongée (courant et température réduits)
  • Aucune génération de bruit
  • Efficacité potentiellement plus élevée à des niveaux d'atténuation inférieurs
  • Ne provoque pas de scintillement
• Inconvénients :
  • Décalage de couleur potentiellement indésirable
  • Régulation plus difficile aux niveaux d'atténuation profonds

Pulse Width Modulation (PWM)

• Méthode : Maintien du même courant LED mais variation des temps de marche/arrêt
• Avantages :
  • Durée de vie des LED prolongée (temps de marche réduit, température inférieure)
  • Bonne régulation de gradation aux niveaux de faible intensité
  • Absence de déviation chromatique
• Inconvénients :
  • Génération potentielle de bruit
  • La fréquence PWM est cruciale pour éviter les scintillements indésirables
  • Limitations du niveau minimal de gradation

Problèmes de scintillement

Le scintillement désigne la variation temporelle (modulation) du flux lumineux. Bien que présent dans toutes les sources lumineuses électriques commerciales traditionnelles fonctionnant sur courant alternatif, il peut être plus problématique avec les sources LED.

Qui se soucie du scintillement ?

• Toute personne sensible à la modulation lumineuse
• Les responsables de la santé humaine, du bien-être et/ou des performances dans les espaces dotés d'éclairage électrique
• Populations à risque :
  • Épileptiques photosensibles (1 sur 4000)
  • Personnes souffrant de migraine
  • Jeunes
  • Personnes autistes

Métriques de papillotement

• Pourcentage de papillotement : (Max-Min)/(Max+Min) × 100%
• Indice de papillotement : Surface au-dessus de la moyenne / Surface totale

Les résultats des tests dans le rapport montrent des pourcentages de papillotement allant de 7,5 % à 16,3 % et des indices de papillotement de 0,02 à 0,06 sur différentes combinaisons de niveaux de gradation et d'équipements.

Qualité de l'énergie

L'atténuation d'une source LED peut modifier le comportement du driver, affectant potentiellement la qualité de l'alimentation :

Qu'est-ce que la Qualité de l'alimentation ?

La qualité de l'énergie électrique désigne les décalages et distorsions des formes d'onde de tension et de courant, mesurés par :

• Power Factor (PF) : Relie la Puissance Active (P) et la Puissance Apparente (S) par PF = P/S
• Total Harmonic Distortion (THD) :
  • THD-V (voltage)
  • THD-I (courant)

Qui se soucie de la qualité de l'électricité ?

• Producteurs et consommateurs d'électricité :
  • Exigences accrues en courant
  • Pertes de transport d'électricité (I²R)
  • Dimensionnement des câbles, disjoncteurs et transformateurs
  • Risque d'endommagement de l'équipement ou de dégradation des performances
• Fabricants d'équipements d'éclairage :
  • Exigences volontaires dans ANSI C82.77-2002
  • Compromis de conception système
  • Contraintes de coût et de taille

Gradation par découpage de phase

Phase-cut dimming is the most commonly deployed dimming technology, with a large installed base in the U.S. (NEMA estimates >150 million units).

Gradation par découpage de phase vs Gradation par onde sinusoïdale

• Découpage de phase : Découpe des portions de la sinusoïde CA
  • Phase avant (front montant)
  • Phase inverse (front descendant)
• Onde Sinusoïdale : Réduit l'amplitude de l'onde sinusoïdale entière

Conçu pour les Sources à Incandescence

Les gradateurs à angle de phase ont été initialement conçus pour les sources à incandescence, qui :

• Se comportent comme de simples charges résistives
• Ne dépendent efficacement que de la Vrms
• Sont bidirectionnels (fonctionnent avec des tensions positives et négatives)
• Possèdent une persistance thermique (la lumière persiste après l'arrêt du courant)

Problèmes de compatibilité

Le rapport identifie de nombreux problèmes de compatibilité pouvant survenir lors du gradateur à angle de phase avec des sources LED :

• Course morte : Ajustement du variateur sans changement correspondant du niveau d'éclairage
• Allumage instantané : Le réglage du variateur doit être augmenté au-delà du réglage existant pour obtenir un éclairage à la mise en marche
• Abandon: Aucune luminosité en bas de la plage de gradation
• Popcorn: Temps d'allumage différents pour différentes sources lumineuses sur un circuit gradé
• Scintillement : Source lumineuse s'allumant par intermittence alors qu'elle devrait être éteinte
• Traînage lumineux : Source lumineuse en état de faible intensité lorsqu'elle devrait être éteinte
• Bruit audible Provenant d'un gradateur ou d'un driver LED
• Inopérabilité ou défaillance prématurée

Sources de Problèmes de Compatibilité

• La charge LED ne peut pas mesurer la Vrms et/ou l'angle de conduction présenté par le gradateur
• La charge LED ne tire pas suffisamment de courant pour maintenir les éléments de commutation du gradateur fermés
• La charge LED crée une impédance série qui perturbe les éléments de temporisation du gradateur
• La charge LED à l'état éteint ne transmet pas le courant du gradateur de manière à maintenir le fonctionnement des fonctions avancées
• La charge LED tire des courants créant des contraintes dépassant la puissance nominale indiquée du gradateur

Recommandations

Le rapport fournit plusieurs recommandations pour des mises en œuvre réussies du gradation de LED :

Connaître Vos Options

• Déterminer si le produit LED est une lampe ou un luminaire
  • Lampes : Généralement rétrofit avec culot standard, limité au contrôle de phase
  • Luminaires : Souvent proposent des options de driver offrant diverses possibilités de contrôle
• Privilégier les technologies de contrôle séparant l'alimentation CA et le signal de commande
• Utilisez un gradateur à découpage de phase avec neutre si possible
• Envisagez d'utiliser des commandes de gradation conçues spécifiquement pour les sources LED

Tirez parti des informations disponibles

• Étudier les performances d'atténuation conçues et revendiquées des sources LED
• Rechercher les recommandations pour la sélection de commandes d'atténuation
• Prêter attention aux recommandations spécifiques de marques/modèles
• Noter les exigences de charge des gradateurs (nombre max/min de sources LED par contrôle)

Poser les Bonnes Questions

• Quelles sont les fonctions de transfert de gradation ?
• Le pilote LED met-il en œuvre CCR ou PWM ?
• Quelle est la fréquence de gradation PWM ?
• Les performances de gradation varient-elles selon les tensions d'entrée ?
• La source LED a-t-elle été évaluée pour le flicker et la qualité de l'alimentation sur la plage de gradation ?
• Le gradateur nécessite-t-il un neutre ou un ajustement de calibration ?

Pondérer les compromis

• Besoins applicatifs versus souhaits
  • Quelle est l'importance du papillotement ?
  • Quelle est l'importance de la qualité de l'alimentation ?
• Option 1 : Utiliser exclusivement des sources LED et des gradateurs à découpage de phase ayant une compatibilité définie
• Option 2 : Réaliser des maquettes d'installation avec l'ensemble des composants prévus

Analyser le risque

• Correctifs courants pour les problèmes de compatibilité :
  • Changer la source LED, le driver ou la commande de gradation
  • Ajouter des charges incandescentes ou factices
  • Ajouter des fils neutres
• Souvent, il n'y a pas de bonnes solutions une fois que les produits sont installés
• Élaborez un plan AVANT la commande et l'installation des produits