Transformadores Vs Drivers LED

Jueves, 16 Octubre, 2014

Actualmente se están sustituyendo los tradicionales focos de lámparas halógenas por LEDs, ya que consumen mucha menos potencia y su esperanza de vida es mayor. Puesto que se tratan de tecnologías totalmente distintas, los sistemas auxiliares (transformadores, drivers, dimmers,…) no son siempre compatibles y se pueden dar situaciones no deseadas como parpadeos, flickeos, apagados, mala regulación,…

Este post pretende poner de manifiesto los problemas que puedan surgir al usar lámparas LED de tensión constante con cada equipo de control. Por otro lado, se comprobarán las diferentes necesidades de módulos de tensión constante y corriente constante, ya que los sistemas de alimentación son distintos.

Lámparas LED: Transformador electromagnético, transformador electrónico, FAV o driver dimmable. ¿Qué combinación es la adecuada?

Combinaciones para una luminaria

Combinaciones para una luminaria

 

A. Módulos / Lámparas LED de tensión constante

Lámpara y tira LED de tensión constante

Lámpara y tira LED de tensión constante

 

Uso de lámparas LED con transformador:
Un transformador convierte la tensión de alimentación de entrada 230V a una tensión de salida, en este caso de 12V; considerada como muy baja tensión de seguridad (MBTS) de esta manera se evitan problemas de shock eléctrico.

Estos transformadores son los mismos que se utilizan en las lámparas halógenas tipo “spot” o focos. Actualmente se usan también para lámparas LED tipo MR16, las que están sustituyendo a los focos halógenos, ya que la tensión de funcionamiento es la misma, pero con una potencia mucho menor.

Sin embargo, mientras que en una lámpara halógena, la corriente es de la misma forma que la tensión de entrada, los LED incorporan una electrónica propia para acondicionar la corriente. Esto hace que la corriente que fluye por el transformador se distorsione, disminuyendo el factor de potencia, aumenta el THD e incrementa las pérdidas.

Formas de onda para lámparas halógenas y LED (Voltaje en ch2-azul y Corriente en ch1-amarillo).

Formas de onda para lámparas halógenas

Formas de onda para lámparas halógenas

 

Formas de onda para lámparas LED

Formas de onda para lámparas LED

 

Se aprecia cómo el funcionamiento con halógena la corriente sigue perfectamente la forma de la tensión, mientras que la lámpara LED distorsiona la corriente, empeorando el PF, THD e incrementa las pérdidas.

Además cada fabricante adopta soluciones electrónicas distintas, por lo que el comportamiento de la lámpara+transformador es diferente en cada caso.

En este sentido, el mejor comportamiento es el que presenta una corriente lo más parecida posible al funcionamiento con halógena.

Formas de onda de lámparas LED: Voltaje ch2-azul y Corriente ch1-amarillo.

Formas de onda de lámparas LED con buen comportamiento

Formas de onda de lámparas LED con buen comportamiento

 

Formas de onda de lámparas LED con mal comportamiento

Formas de onda de lámparas LED con mal comportamiento

*Se ve que en el segundo caso la corriente está muy distorsionada, lo que aumenta mucho el THD y tiene grandes picos que puede causar que el transformador no pueda suministrarlos, haciendo que la lámpara parpadee o “flickee”.

 

Transformador magnético:
Como se ha comentado, son los mismos que se usan para lámparas halógenas. Son muy robustos y no tienen problemas de suministrar los picos de corriente demandados por la lámpara.

Transformador magnético

Transformador magnético

 

Es posible hacerlos funcionar con dimmers, pero sólo por leading-edge. Siempre que se utiliza un dimmer las pérdidas aumentan y se empeora el factor de potencia y THD, ya que se recorta la forma de onda de entrada, por lo que se está distorsionando y cambiando su contenido en armónicos.

The sine wave

The sine wave

 

Formas de onda con transformador magnético

Formas de onda con transformador magnético

 

El transformador magnético permite el uso de dimmers, sólo por leading; ya que se comporta como una carga fuertemente inductiva, por lo que cambios bruscos de la corriente que circula resulta en grandes sobretensiones que pueden dañar a los equipos.

Características de un transformador magnético

Características de un transformador magnético

 

Recomendamos que antes de proceder a implementar una instalación completa se realicen pruebas de compatibilidad previas.

 

Transformador electrónico:
El principio de operación es similar, convertir la tensión de entrada de 230V a 12V, para que pueda ser utilizada por la lámpara LED y garantizar la seguridad del usuario. Aunque en este caso la conversión se hace a alta frecuencia, siguiendo la forma de la tensión de entrada de 50/60Hz , lo que permite que sean mucho más ligeros y tengan menores pérdidas.

Transformador electrónico

Transformador electrónico

 

Formas de onda con transformador electrónico: Voltaje (ch2-azul) y Corriente (ch1-amarillo).
La envolvente de la corriente en alta frecuencia sigue a la tensión de entrada de 50Hz.

Formas de onda con transformador electrónico

Formas de onda con transformador electrónico

 

Además permiten integrar varias protecciones de las que no dispone el magnético, como por ejemplo:
-Protección contra cortocircuito.
-Protección contra sobrecarga.
-Protección contra sobretemperatura.

No obstante, tienen el mismo problema con las lámparas LED, ya que estas demandan su propia corriente; por lo que, al igual que antes empeora el funcionamiento del sistema, aumentan el THD y disminuye el factor de potencia.

Igual que ocurría con el transformador magnético es mejor elegir una lámpara con una característica de corriente lo mas uniforme posible, ya que el rendimiento es mejor y la lámpara no flikeará.

Formas de onda de lámparas LED con buen comportamiento

Formas de onda de lámparas LED con buen comportamiento

 

Formas de onda de lámparas LED con mal comportamiento

Formas de onda de lámparas LED con mal comportamiento

*Formas de onda de lámparas LED: Voltaje (ch2-azul), Corriente (ch1-amarillo)

 

Nótese que en el segundo caso la corriente máxima es muy superior al primero, a pesar de que la corriente RMS es inferior. Esto hace que el transformador tenga que entregar picos de corriente elevados y puede que las protecciones contra cortocircuito sean “engañadas”. Por otro lado hay gran parte del ciclo en dónde no hay corriente, por lo que es más probable que la lámpara parpadee, se apague o “flickee” debido a estos periodos.

Por otra parte, debido a los picos de corriente tan elevados muchas veces la suma de potencias de las lámparas conectadas al transformador es mucho menor que la potencia de salida nominal de éste.

 

Funcionamiento con dimmer:
Muchos dimmers están pensados para lámparas halógenas, con mucha mas potecia, por lo que no están preparados para cargas tan bajas cómo los LED. Además, como se ha visto, dependiendo de la lámpara puede haber largos periodos de ciclo sin corriente, lo que puede hacer que el dimmer no funcione correctamente.

En este caso es crítico elegir una lámpara con una corriente lo mas uniforme posible y la compatibilidad del dimmer-transformador-lámpara.

Se recomienda elegir dimmers específicos para aplicaciones LED y, antes de proceder a cualquier instalación, realizar pruebas del conjunto. En este sentido proponemos los dimmers eDIM.

Dimmers eDIM

Dimmers eDIM

*Dimmer eDIM, especialmente diseñado para trabajar con bajas cargas, como por ejemplo lámparas LED; son capaces de regular desde 1W hasta 440W.

 

Características de un transformador electrónico

Características de un transformador electrónico

 

FAV (fuente de alimentación de tensión constante):

Fuente de alimentación de tensión constante

Fuente de alimentación de tensión constante

 

En este caso la salida es una tensión continua de 12Vdc. Están ideados para módulos LED de tensión constante. Su funcionamiento con lámparas LED es muy apropiado, ya que al ser la tensión constante la corriente tendrá una característica plana, por lo que los problemas del uso de lámparas con mala característica de corriente (corriente poco uniforme) son eliminados.

Formas de onda con fuente de tensión constante: Voltaje salida (ch2-azul) y Corriente (ch1-amarillo).

Formas de onda con fuente de tensión constante

Formas de onda con fuente de tensión constante

 

Vemos que la corriente es uniforme; sin discontinuidades ni picos, por lo que no se producirán parpadeos ni “flickeos”, haciendo el funcionamiento de la lámpara muy adecuado. Este sistema es el apropiado para módulos/tiras LED de tensión constante.

Este tipo de solución no admite ningún tipo de regulación.

Características de un driver en tensión constante

Características de un driver en tensión constante

 

B.- Módulos LED de corriente constante

Módulos LED de corriente constante

Módulos LED de corriente constante

 

Driver corriente constante dimmable:

Driver de corriente constante dimmable

Driver de corriente constante dimmable

 

En este caso el funcionamiento es distinto a los anteriores. No se proporciona una tensión de salida, sino que se aporta una corriente constante directamente al LED y no es necesaria la electrónica de la lámpara. De esta manera se ahorra una transformación intermedia, ganando en eficiencia.

Con esta solución se debe alimentar directamente al módulo LED, ya que el driver incorpora toda la electrónica de control y regulación. Son módulos especialmente diseñados para trabajar con corriente constante, por lo que las lámparas LED de tensión constante no son válidas.

Se evitan así los problemas de la corriente demandada por la lámpara, ya que es fijada por el propio driver. Se mejora el factor de potencia THD y se minimizan las pérdidas, ya que hay una única conversión.

Corriente a través de módulos LED

Corriente a través de módulos LED

*Corriente a través del módulo LED. Es una corriente constante en DC, con un rizado mínimo, lo que alarga la vida del LED y reduce el calentamiento.

 

Funcionamiento con dimmer:
Para el dimado por recorte de fase es necesario que el driver admita esta función, por lo que se trata de un driver especial, ya que no todos los drivers están preparados para este fin.

En este caso, la regulación no presenta ningún problema, ya que la corriente de entrada al driver sigue la onda de tensión debido al PFC activo, por lo que el dimmer funcionará correctamente. Y la regulación de corriente en el módulo LED estará estabilizada.

Como se ha comentado anteriormente, es aconsejable utilizar dimmers para LEDs para conseguir una buena regulación a potencias bajas. Recomendamos la serie eDIM.

Dimming curve

Dimming curve

*Curva de dimado característica corriente de salida frente a % de la onda de tensión de entrada.

 

Características de un driver en corriente constante

Características de un driver en corriente constante

*Se recomienda el uso de dimmers específicos para cargas LED, como los de la serie eDIM

 

Resumen de características

Resumen de características

*Dimmers especialmente indicados para operar con lámparas LED.
**Recomendamos que antes de proceder a implementar una instalación completa se realicen pruebas de compatibilidad previas.

 

Javier Milla, Dpto. de I+D+i de ELT

Javier Milla, ingeniero de I+D+i

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