Alimentare in modo efficiente i Led di potenza

ILLUMINAZIONE –

La best practice per sviluppare soluzioni efficienti di alimentazione per l’illuminazione allo stato solido.

Il settore dell’illuminazione a Led si prepara a una crescita esplosiva: secondo alcune fonti, entro cinque anni il 50% del mercato mondiale dell’illuminazione sarà appannaggio delle soluzioni a stato solido. In tutti i possibili campi applicativi – dai lampioni stradali alle lampade per ufficio, dal vano interno dei frigoriferi alle luci utilizzate come elementi architettonici – ogni fonte luminosa a stato solido deve ovviamente essere alimentata; e spesso l’alimentatore è l’elemento più debole dell’intera soluzione. I Led in quanto tali, infatti, sono componenti molto efficienti ma questo vantaggio non può essere sfruttato se l’alimentatore offre un’efficienza energetica non ottimale. Inoltre una sorgente luminosa Led installata correttamente può avere una vita utile di 35 anni o più mentre la durata media di un alimentatore - anche se progettato correttamente e utilizzato nel rispetto dei giusti parametri operativi - è limitata a dieci o dodici anni. La vita utile di un alimentatore mal progettato e costretto a funzionare a temperature troppo elevate non arriva nemmeno alla metà di tale periodo. Realizzare un alimentatore capace di assicurare la massima efficienza operativa e una lunga vita utile nelle applicazioni di illuminazione a Led è un compito che può intimorire qualunque progettista. Gli aspetti da considerare, infatti, sono moltissimi e comprendono anche la conformità a un quadro normativo complesso.

Le norme
A causa dell’impiego di specifiche tensioni operative e di particolari configurazioni, l’illuminazione a Led non consente l’uso di alimentatori standard. Pertanto gli alimentatori per Led devono sottostare a una serie di norme specifiche riguardanti la sicurezza, la compatibilità elettromagnetica e le armoniche e non tutte queste disposizioni riguardano direttamente le applicazioni di illuminazione. Inoltre, i Led utilizzati per l’illuminazione e i relativi alimentatori ricadono nella direttiva europea sull’ecodesign 2009/125/EC, che fissa regole per ridurre l’impatto ambientale dei prodotti che utilizzano energia e di altri prodotti correlati. La direttiva riguarda ogni fase della progettazione e della fabbricazione. Questo complesso quadro normativo può talvolta risultare di difficile interpretazione per i progettisti che realizzano sistemi di illuminazione, così come per gli esperti di Led che si accostano per la prima volta a questo specifico settore applicativo. Una chiacchierata con un distributore specializzato come Avnet Abacus - che dispone di un’offerta completa e utilizza un approccio di consulenza - può quindi risultare molto utile all’inizio della progettazione, per assicurare la conformità a tutte le norme applicabili. Un buon distributore, inoltre, collabora con i propri fornitori per tenere il passo con l’evoluzione del quadro normativo e partecipa regolarmente ad attività di formazione.

Efficienza operativa
Esistono diversi modi per pilotare un array di Led, ciascuno dei quali caratterizzato da vantaggi e svantaggi. Ad esempio, un alimentatore a corrente costante consente di ridurre i costi e ottenere alta efficienza, ma il mancato bilanciamento della corrente nei diversi rami paralleli di Led può portare a differenze di luminosità e abbreviare la vita operativa dei componenti. D’altro lato, l’impiego di un alimentatore a tensione costante con un apposito circuito integrato di pilotaggio permette di controllare con precisione la corrente che attraversa i Led, il che si traduce in una luminosità più uniforme e una vita operativa più lunga, ma con una riduzione dell’efficienza e un aumento dei costi. I progettisti dovranno quindi considerare i requisiti dell’applicazione per valutare se sia possibile ottenere un ritorno sull’investimento utilizzando una soluzione di pilotaggio più costosa ma più uniforme, che consenta di prolungare la vita operativa dell’installazione, o se invece sia preferibile un’opzione a basso costo e a vita ridotta. Ad esempio, per i sistemi di illuminazione a Led di piccola e media potenza possono essere prescelte le sofisticate soluzioni a semiconduttori di Power Integrations, che consentono di realizzare alimentatori personalizzati per Led con un ridotto numero di componenti, grazie a efficaci strumenti software. Queste soluzioni possono rappresentare un’opzione a basso costo per le applicazioni caratterizzate da grandi volumi, e offrono vari vantaggi tra cui la possibilità di regolare il circuito per ottenere il massimo livello di efficienza. D’altro lato, non sempre questa opzione garantisce i tempi di realizzazione più brevi, poiché la conformità a determinate norme richiede un processo di approvazione. L’alternativa è utilizzare una soluzione ad alta qualità ed alta efficienza già pronta per l’uso, capace quindi di assicurare un breve “time-to-market”. Normalmente Avnet Abacus ha a disposizione oltre 500 modelli diversi di alimentatori a corrente costante per Led, per valori di potenza compresi tra 3 watt e 350 watt; offre inoltre un numero crescente di opzioni di dimming per applicazioni quali l’illuminazione architettonica. L’offerta di Avnet Abacus comprende anche una vasta gamma di alimentatori per Led a tensione costante (CV), per valori di potenza compresi tra 10 watt e migliaia di watt; questi prodotti si rivolgono a una grande varietà di sistemi di illuminazione e schermi a Led.

Massimizzare la vita operativa
Molto è stato scritto a proposito della longevità dei Led ma è importante essere consapevoli che questi dispositivi non sono indistruttibili; ad esempio, un semplice picco di tensione li può danneggiare in modo grave. Il fattore principale che incide sulla vita operativa dei sistemi di illuminazione a Led e dei relativi alimentatori, comunque, è l’eccesso di calore. Anche se il dispositivo Led consuma poca potenza, quindi, è necessario evitare che nell’array e nell’alimentatore si accumuli troppo calore; ciò può essere ottenuto, per esempio, tramite dissipatori. La riduzione della temperatura consente non solo di far funzionare l’unità illuminante in modo più efficiente, ma anche di ridurre sensibilmente il rischio di danni all’involucro che ospita i Led. Per massimizzare la vita operativa della soluzione, quindi, occorre che il progetto dell’alimentatore comprenda fin dall’inizio le soluzioni di dissipazione del calore. Queste ultime dovranno essere progettate considerando la collocazione e le modalità di montaggio dell’unità illuminante. È importante anche ottimizzare l’affidabilità dell’alimentatore scegliendo opportunamente i componenti e i processi di assemblaggio. È noto, ad esempio, che dispositivi come i condensatori elettrolitici e i fotoaccoppiatori hanno un effetto sulla vita operativa e sull’affidabilità del sistema. Sempre più spesso, quindi, i progettisti scelgono soluzioni di alimentazione prive di questi componenti. Inoltre occorre utilizzare tecniche di assemblaggio di alta qualità per prevenire i potenziali danni dovuti al calore, all’ingresso di umidità e ai raggi ultravioletti. Una saldatura “fredda” dovuta a un processo di assemblaggio scadente, ad esempio, può tradursi in un problema serio quando l’alimentatore è già stato installato nella sua collocazione finale. La scelta di un alimentatore per le applicazioni di illuminazione a Led non è un processo immediato, anche perché non tutti i progettisti possiedono un’approfondita conoscenza delle norme vigenti in ogni specifico mercato. Per massimizzare il ciclo di vita dei sistemi di illuminazione a Led è cruciale poter contare sul consiglio giusto, quindi progettare o selezionare l’alimentatore più adatto tra le molte soluzioni disponibili e infine installarlo correttamente. Soltanto prendendo in considerazione tutti questi aspetti è possibile puntare a ottenere la soluzione migliore.

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