Regolazione dell'Intensità Luminosa a LED: Tutto Ciò che Devi Sapere

Perché Sfumare le Sorgenti LED?

L'attenuazione delle sorgenti LED offre molteplici vantaggi oltre al semplice controllo dell'atmosfera:

• Ulteriore risparmio energetico Oltre quanto ottenuto con il passaggio alla tecnologia LED
• Miglioramento delle prestazioni visive nei compiti regolando i livelli luminosi in base alle esigenze specifiche
• Atmosfera potenziata e flessibilità degli spazi
• Meno sorgenti luminose specificare, mantenere e stoccare
• Demand response load shedding Capacità
• Possibile miglioramento dell'efficacia e della durata della sorgente luminosa

Sfide della Regolazione Luminosa

Nonostante i vantaggi, la regolazione delle sorgenti LED presenta diverse sfide significative:

• Ampia variabilità nelle caratteristiche della sorgente LED e del dimmer
• Si può presumere poco basandosi sulle pratiche storiche con l'illuminazione a incandescenza
• Non tutte le affermazioni sono uguali a causa della mancanza di procedure di test standard
• Difficile da prevedere prestazioni senza test effettivi
• Interazioni a livello di circuito tra driver LED e dimmer creano problemi di compatibilità

Fondamenti della Regolazione LED

Comprendere questi concetti fondamentali è cruciale per implementazioni di dimmeraggio LED di successo:

LED vs. Fonti Incandescenti

LED Drivers

I LED richiedono alimentatori per:

• Convertire la tensione AC in corrente DC regolata
• Compensare le variazioni produttive nella tensione diretta (Vf) dei LED
• Implementare la funzionalità di dimmerazione (CCR o PWM)
• Proteggere i LED da condizioni di sovracorrente e sovratemperatura

Tecnologie di Regolazione Luminosa

Il rapporto classifica le tecnologie di dimmerazione in due approcci principali:

1. Coincident AC Power and Control Signal

• Onda sinusoidale CA a taglio di fase (fase diretta o inversa)
  • 2-Wire (fase, fase dimmerata)
  • 3-Fili (fase, fase attenuata, neutro)
• Onda sinusoidale CA ad ampiezza ridotta

Alimentazione CA e segnale di controllo separati

• Fluorescente a 3 fili
• 0-10V
• DALI (Interfaccia Illuminazione Indirizzabile Digitale)
• DMX512
• PWM (Pulse Width Modulation)

Metodi di Regolazione Luminosa

I LED possono essere dimmerizzati utilizzando due metodi principali, ciascuno con caratteristiche distinte:

Riduzione Corrente Costante (CCR/Analog)

• Metodo: Variazione della corrente LED mantenendo il LED sempre acceso
• Vantaggi:
  • Maggiore durata dei LED (corrente e temperatura inferiori)
  • Nessuna generazione di rumore
  • Possibile maggiore efficienza a livelli di dimmerazione inferiori
  • Non crea sfarfallio
• Svantaggi:
  • Possibile fastidiosa alterazione cromatica
  • Regolazione più complessa ai bassi livelli di intensità luminosa

Pulse Width Modulation (PWM)

• Metodo: Mantenimento della stessa corrente LED ma variazione dei tempi di accensione/spegnimento
• Vantaggi:
  • Maggiore durata del LED (minore tempo di accensione, temperatura inferiore)
  • Buona regolazione della dimerizzazione a livelli di illuminazione profondi
  • Nessuna alterazione cromatica
• Svantaggi:
  • Possibile generazione di rumore
  • La frequenza PWM è fondamentale per evitare sfarfallii indesiderati
  • Limitazioni del livello minimo di dimmerazione

Problemi di Sfarfallio

Lo sfarfallio si riferisce alla variazione temporale (modulazione) dell'output luminoso (flusso luminoso). Sebbene presente in tutte le tradizionali sorgenti luminose commerciali alimentate a corrente alternata, può risultare più problematico con le sorgenti LED.

A Chi Importa il Flicker?

• Chiunque sia sensibile alla modulazione della luce
• Coloro che sono responsabili della salute umana, del benessere e/o delle prestazioni in spazi con illuminazione elettrica
• Popolazioni a rischio:
  • Epilettici fotosensibili (1 su 4000)
  • Sofferenti di emicrania
  • Giovani
  • Persone autistiche

Metriche Flicker

• Percentuale Flicker: (Max-Min)/(Max+Min) × 100%
• Indice di Flicker: Area sopra la media / Area totale

I risultati del test nel rapporto mostrano percentuali di flicker comprese tra il 7,5% e il 16,3% e indici di flicker da 0,02 a 0,06 tra diversi livelli di dimmerazione e combinazioni di apparecchiature.

Qualità dell'Alimentazione

La regolazione dell'intensità di una sorgente LED può alterare il comportamento del driver, influenzando potenzialmente la qualità dell'alimentazione:

Cos'è la Qualità dell'Alimentazione?

La qualità dell'alimentazione elettrica si riferisce a spostamenti e distorsioni delle forme d'onda di tensione e corrente, misurati tramite:

• Power Factor (PF): Relazione tra Potenza Attiva (P) e Potenza Apparente (S) data da PF = P/S
• Distorsione Armonica Totale (THD):
  • THD-V (tensione)
  • THD-I (corrente)

A Chi Interessa la Qualità dell'Energia?

• Produttori e consumatori di energia elettrica:
  • Maggiori requisiti di corrente
  • Perdite nel trasporto di energia elettrica (I²R)
  • Dimensionamento di cavi, interruttori automatici e trasformatori
  • Possibile danneggiamento dell'attrezzatura o prestazioni ridotte
• Produttori di apparecchiature di illuminazione:
  • Requisiti volontari in ANSI C82.77-2002
  • Compromessi nella progettazione del sistema
  • Vincoli di costo e dimensioni

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).

Dimmerazione Phase-Cut vs Sine-Wave

• Phase-Cut: Elimina porzioni della sinusoide AC
  • Fase progressiva (fronte d'onda)
  • Fase inversa (fase calante)
• Onda Sinusoidale: Riduce l'ampiezza dell'intera onda sinusoidale

Progettato per Sorgenti Incandescenti

Gli dimmer a taglio di fase furono originariamente progettati per sorgenti incandescenti, che:

• Si comportano come semplici carichi resistivi
• Effettivamente dipendono solo dal valore Vrms
• Sono bidirezionali (funzionano sia con tensione positiva che negativa)
• Presentano persistenza termica (la luce continua dopo l'interruzione della corrente)

Problemi di Compatibilità

Il rapporto identifica numerosi problemi di compatibilità che possono verificarsi durante la regolazione fase-taglio delle sorgenti LED:

• Dead travel: Regolazione del dimmer senza corrispondente variazione del livello luminoso
• Pop-on: È necessario aumentare l'impostazione del dimmer oltre il valore esistente per ottenere l'emissione luminosa all'accensione
• Drop-out: Nessuna emissione luminosa al fondo della gamma di regolazione
• Popcorn: Diversi tempi di accensione per diverse sorgenti luminose su un circuito dimmerato
• Scintillio: Sorgente luminosa intermittente accesa quando dovrebbe essere spenta
• Effetto ghosting: Sorgente luminosa in stato di accensione a basso livello quando dovrebbe essere spenta
• Rumore udibile da dimmer o driver LED
• Inoperabilità o guasto prematuro

Fonti dei Problemi di Compatibilità

• Il carico LED non può misurare la Vrms e/o l'angolo di conduzione presentati dal dimmer
• Il carico LED non assorbe corrente sufficiente per mantenere chiusi gli elementi di commutazione del dimmer
• Il carico LED crea un'impedenza in serie che altera gli elementi di temporizzazione del dimmer
• Il carico LED in stato di spegnimento non trasmette la corrente del dimmer in modo da mantenere funzionanti le funzionalità avanzate
• Il carico LED assorbe correnti che generano sollecitazioni superiori a quanto indicato dalla potenza nominale del dimmer

Raccomandazioni

Il rapporto fornisce diverse raccomandazioni per implementazioni di dimmeraggio LED efficaci:

Conosci le Tue Opzioni

• Determina se il prodotto LED è una lampada o un apparecchio di illuminazione
  • Lampade: Generalmente retrofit con attacco standard, limitato al controllo di fase
  • Apparecchi di illuminazione: Spesso dispongono di opzioni per driver che offrono diverse soluzioni di controllo
• Valutare tecnologie di controllo che separano alimentazione CA e segnale di controllo
• Se possibile, utilizzare un dimmer a taglio di fase con neutro
• Considerare l'utilizzo di controlli di dimmeraggio progettati specificamente per sorgenti LED

Sfruttare le informazioni disponibili

• Studiare le Prestazioni di Dimmerazione Progettate e Dichiarate delle Sorgenti LED
• Cercare le Linee Guida Raccomandate per la Selezione dei Controlli di Dimmerazione
• Prestare attenzione alle raccomandazioni specifiche su marche/modelli
• Notare i requisiti di carico del dimmer (numero massimo/minimo di sorgenti LED per controllo)

Porre le Domande Giuste

• Quali sono le funzioni di trasferimento della regolazione luminosa?
• Il LED driver implementa CCR o PWM?
• Qual è la frequenza di dimmerazione PWM?
• Le prestazioni di dimmerazione variano a tensioni di ingresso diverse?
• La sorgente LED è stata valutata per flicker e qualità della potenza lungo l'intervallo di dimmerazione?
• Il dimmer richiede un neutro o una regolazione di trim?

Soppesare i compromessi

• Esigenze applicative contro desideri
  • Quanto conta il flicker?
  • Quanto conta la qualità dell'alimentazione?
• Opzione 1: Utilizzare esclusivamente sorgenti LED e dimmer a taglio di fase con compatibilità definita
• Opzione 2: Realizzare installazioni simulate con tutti i componenti previsti

Analizzare il Rischio

• Soluzioni comuni per problemi di compatibilità:
  • Sostituire la sorgente LED, il driver o il controllo di dimmeraggio
  • Aggiungere carichi resistivi o carichi fittizi
  • Aggiungere fili neutri
• Spesso non esistono soluzioni valide una volta che i prodotti sono installati
• Avere un piano PRIMA che i prodotti vengano ordinati e installati