Lumières LED sans conducteur

Le grand homme d'affaires américain et inventeur de l'ampoule - Thomas Alva Edison a dit un jour que «nous rendrons l'électricité si bon marché que seuls les riches brûleront des bougies», ce qui est certainement devenu le cas aujourd'hui. De la petite maison aux routes pavées en passant par les grandes industries, nous pouvons remarquer des lumières AC éclairant notre environnement après le coucher du soleil. Les systèmes d'éclairage antérieurs utilisaient différents types d'ampoules comme les ampoules à incandescence, les ampoules fluorescentes compactes (CFL), etc., mais aujourd'hui, avec les progrès de la technologie d'éclairage LED, ces ampoules à incandescence et CFL sont rapidement remplacées par des lampes LED. Le marché mondial de l'éclairage LED a connu une croissance prolongée avec une taille évaluée à 45,57 milliards USD en 2018.

Bien que l'on sache que les ampoules LED sont presque 90% efficaces que les ampoules à incandescence et ont une meilleure durée de vie que les autres ampoules AC, elles souffrent toujours d'un revers. Autrement dit, les lumières LED sont alimentées par une tension CC, mais toute notre alimentation secteur est CA. Cela a poussé les concepteurs à utiliser un composant supplémentaire appelé pilote de LED qui n'est rien d'autre qu'un type de convertisseur CA / CC. Ce pilote convertira l'alimentation CA du secteur en une tension CC appropriée pour alimenter la lumière LED. Mais, ensuite, les ampoules LED sans conducteur AC ont été introduites qui peuvent être directement branchées sur le secteur sans aucun module de pilote externe. Dans cet article, nous en apprendrons plus sur les systèmes LED sans conducteur et leur évolution dans le temps.

Pourquoi les systèmes LED sans conducteur?

Le problème majeur avec les pilotes de LED à commutation CA à CC haute puissance traditionnels est la perte de puissance qui leur est associée. Ces pilotes de LED AC traditionnels utilisent des topologies de commutation et des résistances pour contrôler le courant LED, cette commutation provoque une chaleur qui réduit l'efficacité du système. De plus, ce circuit supplémentaire entraîne une augmentation du coût global de l'ampoule. C'est pourquoi dans notre article précédent, nous avons discuté d'un système de pilote de LED à faible coût et même construit un pour tester ses performances.

Un autre problème terrible des pilotes de LED AC est l'effet de scintillement. Comme la plupart d'entre nous l'ont remarqué, les anciens circuits de commande de LED ont un effet de scintillement. Dans la plupart des cas, ces circuits de commande de LED AC traditionnels utilisent une onde semi-sinusoïdale à deux fois la fréquence de la ligne électrique. Cela signifie que dans une ligne électrique à fréquence 50 Hz, il produit près de 100 films qui peuvent être détectés par les yeux humains et qu'il est nocif. Cela devrait être éliminé. Ainsi, une technologie moderne est introduite qui utilise peu de composants passifs au lieu du convertisseur AC / DC traditionnel utilisant des topologies de commutation.

Lampes LED AC sans conducteur - Fonctionnement

Le système LED sans conducteur a ce qu'on appelle un moteur d'éclairage LED AC. Mais qu'est-ce qu'un moteur d'éclairage AC LED? Un moteur en général est utilisé pour convertir une forme d'énergie en une autre. Par exemple, un moteur à moteur est utilisé pour convertir la chaleur produite par le carburant en mouvement d'un arbre. De même, un moteur d'éclairage AC LED est utilisé pour convertir l'énergie électrique en lumens de lumière.

Un moteur d'éclairage à LED AC est un appareil mécanique ou une carte de circuit imprimé dans laquelle des puces LED sont montées avec toutes les connexions électriques. C'est une forme prête à l'emploi de source lumineuse qui peut être facilement fixée dans une prise secteur. Il aide les ampoules LED à agir comme un substitut direct aux autres lampes conventionnelles.

Le développement de cette LED AC comporte plusieurs étapes. Il a commencé par simplement connecter des LED standard en série pour faire correspondre la tension directe combinée des LED avec la tension d'entrée CA maximale. Cela semble être une bonne idée d'allumer ces LED sans pilote, mais cela n'a pas réussi. Cette conception a un inconvénient majeur, le courant alternatif change sa polarité du positif au négatif pour chaque cycle et pour cette raison, à chaque cycle positif, les LED sont polarisées en direct (allumées) mais à chaque cycle négatif, les LED sont polarisées en inverse, ce qui fait ils s'éteignent.

LED sans pilote de première génération

Donc, quelle est la solution? À cette époque, la première génération de lampes AC LED sans conducteur a été introduite dans laquelle chaque segment des LED est remplacé par une paire anti-parallèle, tout comme l'image ci-dessous.

Dans l'image ci-dessus, les LED sont connectées de manière anti-parallèle. Dans chaque cycle positif, un côté des paires est polarisé en direct et l'autre côté est polarisé en inverse, mais dans le cycle négatif, les états sont modifiés et les autres LED s'allument. Le courant est ici limité par une seule résistance R1 de forte puissance.

Le côté positif du circuit est l'efficacité. L'efficacité est très élevée. La forme d'onde de courant et de tension en phase traversant le circuit crée un facteur de puissance élevé. Mais, malgré le côté positif mentionné ci-dessus, la première génération du moteur d'éclairage LED sans conducteur est un échec. C'est à cause du faible indice de scintillement et du double nombre de LED que nécessaire. Il produit un effet flash qui est facilement détectable par les yeux humains et la moitié des LED utilisées restent éteintes à un moment donné.

LED sans pilote de deuxième génération

À partir de cet inconvénient, les moteurs AC LED sans conducteur de deuxième génération sont développés. Cette fois, l'objectif est de réduire le nombre de LED. Cela n'est possible que si le courant alternatif est transformé en courant continu. Par conséquent, une diode de redressement en pont est incluse dans les moteurs d'éclairage à LED AC sans conducteur de deuxième génération. À part les diodes de redressement, tout dans le circuit est inchangé.

Comme avant, la résistance R1 contrôle le courant de la LED. Maintenant, chaque cycle négatif et positif passe à travers les LED, ce qui les rend allumées pendant les deux cycles.

LED sans pilote de troisième génération

La troisième génération de moteurs AC LED est introduite pour augmenter l'efficacité et obtenir un indice de scintillement amélioré. Un contrôleur de commutation est ajouté dans le circuit qui peut contrôler individuellement les LED à un certain niveau où la tension de la ligne d'alimentation est la même que la tension de la LED. La fonction de limitation de courant est également disponible dans le contrôleur de commutation intégré et peut être reconfigurée à l'aide de composants externes. Un tel circuit pourrait fournir près de 80% d'efficacité et un indice de scintillement de 0,30 à 0,35.

LED sans pilote de quatrième génération

Dans les moteurs AC LED sans conducteur de 4e génération, le contrôleur est éliminé et des composants passifs sont utilisés pour compenser le coût de fabrication. En outre, l'efficacité est supérieure avec un facteur de puissance élevé et un indice de scintillement amélioré.

Le circuit fonctionne avec deux impulsions de courant indépendantes, qui sont une impulsion de courant à limitation capacitive et une impulsion de courant à limitation résistive. Ces impulsions de courant sont alimentées dans la chaîne de LED de manière à ce que la chaîne de LED reçoive deux impulsions de courant par demi-cycle de la tension de ligne. L'image ci-dessous est un circuit de moteur d'éclairage à LED AC sans conducteur à faible puissance de quatrième génération.

Le fonctionnement du circuit ci-dessus est assez intéressant. Pendant le premier demi-cycle de l'entrée AC, le courant passe à travers la résistance R1 et finalement charge le condensateur C1 et retourne à la diode de redressement en pont à travers la deuxième chaîne de LED, chargeant le condensateur C2 et à travers la résistance R2. Pendant le pic négatif, le condensateur C4 décharge les C1 et C2 en conséquence et pousse le courant sur la deuxième chaîne. Ainsi, à chaque cycle, le courant nécessaire pour allumer les chaînes de LED ne passe pas entièrement à travers les résistances. Près de 40 à 50% du courant total passe à travers les résistances qui augmentent l'efficacité jusqu'à 90% en réduisant la dissipation thermique.

La forme d'onde d'entrée des LED et la tension CA d'entrée peuvent être vues dans l'image ci-dessous.

Le graphique ci-dessus montre trois tracés qui sont, la tension d'entrée, le courant de chaîne de LED gauche et le courant de chaîne de LED droite au fil du temps. En tension secteur 230V, les chaînes de LED sont allumées en alternance. C'est une transition très rapide dans la gamme des millisecondes.

Avantages de la technologie d'éclairage LED sans conducteur

1. Ces lumières LED sans conducteur sont plus faciles à fabriquer. Le coût est réduit et nécessite très peu d'entretien.

2. En raison de l'amélioration de l'indice de scintillement, il peut être utilisé dans les éclairages de grande hauteur. De plus, les secteurs des bureaux, des salles et de l'éducation utilisent des lampes LED AC sans conducteur.

3. Une fois le pilote LED retiré, il active la fonction de remodelage. Les produits LED peuvent être fabriqués dans différentes formes et tailles.

4. L'installation facile et rapide est une autre caractéristique intéressante des lampes AC LED sans conducteur.

Fabricant de lampes LED sans conducteur

La lumière AC LED sans conducteur est vendue comme un gâteau chaud aujourd'hui. Différents fabricants produisent un type différent de technologie LED AC sans conducteur. La Chine est l'un des principaux fournisseurs de lampes LED AC sans conducteur. Cependant, des LED à très haute tension directe avec un lumen élevé sont également fabriquées par plusieurs entreprises. Les LED à haute tension directe fournissent un faible nombre de composants dans un système LED AC sans pilote. Les fabricants populaires de LED AC sans conducteur dans ces segments sont Cree, LUMILEDS, SAMSUNG, NMB Technologies, Opulent, etc.