วิธีการออกแบบเพื่อประสิทธิภาพ LED ที่ดีที่สุดในงานไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรม

แหล่งกำเนิดแสงของงานไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรมดั้งเดิม (AL) คือ หลอดไส้, ฮาโลเจน และหลอดฟลูออเรสเซนต์ กำลังถูกแทนที่อย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับการออกแบบใหม่โดยใช้การส่องสว่างจากไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งมีเหตุผลที่ชัดเจน นอกเหนือจากข้อบังคับด้านกฎระเบียบแล้ว หลอดไฟ LED มีประสิทธิภาพที่สูงกว่ามาก ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำกว่า โหลดความร้อนที่ลดลง อายุการใช้งานในการติดตั้งที่ยาวนานขึ้นมาก (ค่าบำรุงรักษาลดลง) และนำไปสู่การจัดการฟังก์ชั่นอาคารที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม การใช้ไฟ LED ในหลอดไฟที่เป็นการเปลี่ยนรูปแบบและความพอดีให้เข้ากับโคมไฟที่ใช้ก่อนหน้ามากอย่างยาวนานเหล่านั้นไม่ใช่เรื่องเล็ก จำเป็นต้องมีวงจรขับชุดใหม่ที่ใช้กระแสไฟในการควบคุม (ไม่ใช่แรงดันไฟ) ซึ่งมักมีความสามารถในการหรี่แสงได้ นอกจากนี้ แม้ว่าหลอดไส้จะเป็นโหลดแบบตัวต้านทานและสามารถทำงานโดยตรงจากสายไฟ AC แต่ไฟ LED นั้นแตกต่างกัน โดยที่หลอด LED ไม่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่เท่ากับหนึ่ง กล่าวคือ กระแสและแรงดันมีเฟสเดียวกัน และวงจรขับควบคุมการสลับนั้นเป็นแหล่งที่อาจก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) นอกจากนั้นวงจรขับจะต้องให้และควบคุมกระแสไฟขับที่ต้องการ สำหรับการปรับให้เหมาะสมกับลักษณะของโหลด LED วงจรขับอาจต้องมีการปรับปรุงตัวประกอบกำลัง (PFC) ความสามารถในการหรี่แสง และการลด EMI

บทความนี้กล่าวถึงแง่มุมต่าง ๆ ของงานไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรมและไอซีที่สามารถใช้กับไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรมจาก LED จากนั้นจะแนะนำไอซีจาก Diodes Incorporated ตัวอย่างการใช้งานในวงจรจริง

เป้าหมายของ AL และความท้าทายของ LED

ไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรม (AL) คือการออกแบบและการใช้ระบบไฟส่องสว่างที่ฝังอยู่ภายในและภายนอกอาคารพาณิชย์ที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัย เช่น ร้านค้าปลีก สำนักงาน หรือคลังสินค้า วัตถุประสงค์ของการออกแบบไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรมคือการสร้างสมดุลระหว่างศาสตร์และศิลป์ของการจัดแสงไฟเพื่อสร้างอารมณ์ การดึงดูดสายตา และเพื่อเพิ่มประสบการณ์ของพื้นที่หรือสถานที่ โดยที่ยังคงปฏิบัติตามข้อกำหนดทางเทคนิคและความปลอดภัย ซึ่งไม่รวมถึงไฟที่เคลื่อนย้ายได้ที่ผู้คนนำเข้ามาหรือจัดเรียงใหม่ เช่น โคมไฟตั้งโต๊ะตัวโปรด แทนที่จะเป็นแสงที่ "มาพร้อมกับอาคาร" แม้ว่าจะช่วยให้มีความยืดหยุ่นและสามารถจัดเรียงใหม่ตามความต้องการในระยะสั้นและระยะยาวที่มีการปรับเปลี่ยน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา AL ได้กลายเป็นงานที่กว้างขึ้นที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีมากขึ้น มีความท้าทายเพิ่มขึ้น สาเหตุหลักมาจากความจำเป็นในการประหยัดพลังงานและจัดการฟังก์ชันและคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องของไฟส่องสว่าง เนื่องจากแสงจาก LED ได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการอัพเกรด AL เทคนิค วงจร และส่วนประกอบที่สามารถขับ LED ในอุปกรณ์ให้แสงสว่าง AL (ติดตั้งถาวร) ได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ

แรงผลักดันส่วนใหญ่สำหรับการเปลี่ยนไปใช้ AL จาก LED มาจากข้อบังคับและมาตรฐานต่าง ๆ ที่กำหนดมุมมองต่าง ๆ เกี่ยวกับประสิทธิภาพ รวมถึงการหรี่แสงได้ การสร้าง PFC และ EMI รวมถึงปัจจัยอื่น ๆ ข้อกำหนดเฉพาะของข้อกำหนดที่ยาวเหยียดและซับซ้อนเหล่านี้แตกต่างกันไปตามภูมิภาค ประเทศ และแม้แต่แต่ละรัฐในสหรัฐอเมริกา

ในบรรดากฎระเบียบข้อบังคับที่สำคัญในสหรัฐอเมริกา ได้แก่ มาตรฐาน Energy Star ของรัฐบาลกลางและมาตรฐานอาคารของ California Title 24 ซึ่งเข้มงวดกว่า Energy Star ในข้อควรพิจารณาอื่น ๆ ตาม Title 24 จำเป็นต้องมี:

• เซ็นเซอร์ตรวจจับตรวจจับความเคลื่อนไหวในพื้นที่สำหรับการเปิด/ปิดไฟส่องสว่างอัตโนมัติ
• อุปกรณ์ควบคุม LED ที่สามารถหรี่แสงได้
• ประสิทธิภาพสูงกว่าเมื่อวัดโดยลูเมนที่มีประโยชน์ของเอาต์พุตต่อวัตต์ของกำลังไฟฟ้าเข้า
• ระบบแสงสว่างที่เชื่อมต่ออัจฉริยะ (SCL) รองรับการควบคุมหลอดไฟแต่ละดวงแบบไร้สายเป็นกลุ่มผ่าน Bluetooth, Zigbee หรือ DALI/IEC 62386 พร้อมกำลังไฟสแตนด์บายของระบบต่ำกว่า 200 มิลลิวัตต์ (mW)
• การกระเพื่อมของกระแสไฟขาออกของ LED ต่ำกว่า 30% เพื่อหลีกเลี่ยงการกะพริบที่น่ารำคาญและทำให้เสียสมาธิ
• PFC 0.9 หรือสูงกว่าที่กำลังไฟสูงกว่าที่กำหนด
• ความเพี้ยนฮาร์มอนิกโดยรวม (THD) ต่ำกว่า 20% เพื่อลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากโหลดที่ไม่ต้านทาน

หมายเหตุเกี่ยวกับกับอัตราการหรี่แสงและการสั่นไหว: แม้ว่าโดยทั่วไปดวงตาของมนุษย์จะไม่ไวต่อการสั่นไหวที่สูงกว่า 100 เฮิรตซ์ แต่ก็มีปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องซึ่งบางครั้งเรียกว่า "การกะพริบ" ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อใช้การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อหรี่ไฟ LED ทั้งสำหรับความสว่างหรือการควบคุมสี ใน PWM ไฟ LED จะถูกปิดในช่วงเวลาสั้น ๆ (หลายร้อยไมโครวินาที) ในอัตราที่สูง อัตราการหรี่แสงนี้สามารถโต้ตอบกับการสแกนและอัตราการรีเฟรชของการอ่านข้อมูล LED พื้นฐาน หน้าจอแสดงผล กล้องวงจรปิด และอุปกรณ์ภาพอื่น ๆ ด้วยเหตุผลนี้ อัตราการรีเฟรช LED ควรสูงกว่าอัตราที่ตัวตาไวต่อแสงมาก และเป็นกรณีนี้สำหรับส่วนประกอบจาก Diodes Incorporated

ก้าวข้ามชิปไปสู่ชิปเซ็ต

การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านพลังงานที่หลากหลายเป็นความท้าทายสำหรับการออกแบบที่ต้องใช้วิธีการที่ขัดแย้งกัน เนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์และการประนีประนอมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในโซลูชันที่ "ดีที่สุด" สำหรับแต่ละวัตถุประสงค์ ไอซีแต่ละตัวที่มีได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะด้าน แต่โซลูชันที่สมบูรณ์ต้องมั่นใจว่า ไอซีเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างกลมกลืนและเสริมสร้างซึ่งกันและกัน แทนที่จะหักล้างกัน

ด้วยเหตุนี้ จึงควรศึกษาไอซีจากผู้จำหน่ายรายเดียวและชิปเซ็ตที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเป็นวงจรที่ผ่านการตรวจสอบที่รวมไอซีเหล่านี้ซึ่งผู้จำหน่ายรวมไว้ด้วยกัน สิ่งนี้ช่วยให้นักออกแบบมีโทโพโลยีที่ผ่านการทดสอบและเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี สำหรับ AL ที่ใช้ LED นั้น Diodes Incorporated เสนอชิปเซ็ตแนะนำสองกลุ่ม กลุ่มแรกรองรับกำลังไฟฟ้าต่ำ (ต่ำกว่า 30 วัตต์) และอีกกลุ่มหนึ่งสำหรับการติดตั้งในสภาวะที่มีกำลังไฟฟ้าที่สูงกว่า (มากกว่า 30 วัตต์) โดยที่ปกติแล้วจะใช้ในอาคารและนอกอาคาร

บล็อกไดอะแกรมในรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าไอซีพื้นฐานสามตัวที่ประกอบด้วยชิปเซ็ตสำหรับการใช้งานที่มีกำลังไฟฟ้า <30 วัตต์ เป็นตัวควบคุม LED แบบหรี่แสงได้, ตัวป้องกันการกระเพื้อม และตัวควบคุมอินเทอร์เฟซสัญญาณลดแสง โต้ตอบกันโดยให้ฟังก์ชันหลักที่จำเป็น

รูปที่ 1: ไอซีขั้นสูง ตัวควบคุม LED แบบหรี่แสงได้, ตัวป้องกันการกระเพื้อม และตัวควบคุมอินเทอร์เฟซสัญญาณลดแสง เป็นส่วนสำคัญของการออกแบบงานไฟส่องสว่างทางสถาปัตยกรรม <30 วัตต์ (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

เมื่อศึกษาไอซีทั้งสามแต่ละตัว AL1666S-13 ตัวควบคุม LED หรี่แสงได้ประสิทธิภาพสูงทำงานจากช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้าง 85 โวลต์ AC (VAC) ถึง 305 VAC ขณะที่ให้ PFC มากกว่า 0.9 และ THD ต่ำกว่า 10% รองรับการหรี่แสงแบบอะนาล็อก 0 ถึง 10 โวลต์ในช่วง 5% ถึง 100% และทำงานร่วมกับสวิตช์หรี่ไฟมาตรฐาน ANSI ทั้งหมด สำหรับการหรี่ PWM ที่ไม่ใช่แบบอะนาล็อกในช่วง 1% ถึง 100% ที่ 1 กิโลเฮิรตซ์ (kHz) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ มีการควบคุมสายกระแสไฟ LED ที่แน่นหนาดีกว่า ±2% และการควบคุมโหลดกระแสไฟ LED ดีกว่า ±2% จากโหลดเต็มลงเหลือครึ่งหนึ่ง

ต่อไป AL5822W6-7 เป็นอุปกรณ์ลดการกระเพื้อมของกระแสไฟ LED 100/120 Hz แบบปรับได้มาในแพ็คเกจ SOT-23-6 ที่สามารถเอาชนะความท้าทายที่ยากลำบากในการลดการกระเพื้อมของกระแสไฟให้เหลือน้อยที่สุด เพื่อให้ตรงตามมาตรฐานที่เข้มงวดมากขึ้น นอกจากนี้ เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับ LED จึงมีความจำเป็นที่จะต้องมีการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟเกิน และอุณหภูมิเกิน พร้อมรองรับการทำงานของหลอดร้อนเมื่อเสียบวงจรและหลอดไฟเข้ากับเต้ารับที่มีไฟเลี้ยงตลอด อุปกรณ์นี้สามารถช่วยลดการกระเพื่อมลงอย่างมาก โดยลดให้เหลือเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของค่าดั้งเดิม ดังที่แสดงด้วยเลขฐาน ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้กับ AL1665S-13 ตัวควบคุม LED หรี่แสงได้ประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นรุ่นใกล้กับ AL1666S-13 การกระเพื่อมในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 520 มิลลิแอมแปร์ (mA) จากจุดพีคทูพีค แต่ลดลงเหลือเพียง 17 mA เมื่อใช้ร่วมกับ AL5822 (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: การเพิ่มตัวควบคุม LED หรี่แสงได้ประสิทธิภาพสูง AL1665S-13 ในการออกแบบช่วยลดการกระเพื่อมจาก 520 mA จากจุดพีคทูพีคเหลือเพียง 17 mA (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

สุดท้าย AL8116W6-7 ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซสัญญาณหรี่แสงได้ตั้งแต่ 0 ถึง 10 โวลต์ โดยทำงานจาก V_CC ช่วงกว้าง 10 ถึง 56 โวลต์ ซึ่งได้จากแรงดันเอาต์พุตของขดลวดเสริม รางจ่ายไฟ หรือแรงดันสายไฟ LED รองรับการหรี่ PWM ในช่วง 0.2 kHz ถึง 10 kHz โดยใช้การควบคุม 0 ถึง 10 โวลต์ และการหรี่คัวต้านทานโพเทนชิโอมิเตอร์ (0 ถึง 100 กิโลโอห์ม (kΩ)) โดยจะแปลงการควบคุมการหรี่แสงเป็นเอาต์พุต PWM ที่ระบบต้องการ ในขณะที่ให้โซลูชันการหรี่แสงแบบ Cross Isolation Barrier อย่างง่าย นอกจากนี้ยังมีรอบการทำงานเอาต์พุต PWM ±2.5% สำหรับกราฟการหรี่แสงที่แม่นยำ ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งในการติดตั้งไฟ LED หลายดวง

แน่นอนบล็อกไดอะแกรมระดับสูงอาจลวงตาการแสดงรายการวัสดุทั้งหมด (BOM) รวมถึงส่วนประกอบแบบพาสซีฟ ส่วนประกอบที่ใช้งานแบบไม่ต่อเนื่อง และไอซีอื่น ๆ ดังนั้น สิ่งสำคัญคือต้องดูแผนผังวงจรจริง เพื่อทำความเข้าใจว่าวงจรทั้งหมดต้องการอะไร เนื่องจากจะส่งผลต่อบรรจุภัณฑ์ การผลิต และต้นทุน

สำหรับชิปเซ็ต <30 วัตต์ของรูปที่ 1 แผนผังที่แสดงในรูปที่ 3 ด้านล่างแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเพียงเล็กน้อยเพียงใด (จำเป็นต้องใช้ Transformer T1 และออปโตคัปเปลอร์สำหรับการแยกทางไฟฟ้าระหว่างด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ)

รูปที่ 3: รายละเอียดโดยแผนภาพของบล็อกไดอะแกรมระดับสูงที่แสดงในรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเพิ่มเติมเพียงไม่กี่ชิ้นในการออกแบบที่สมบูรณ์ (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

เนื่องจากวงจรไฟฟ้าแบบสวิตชิ่งทั้งหมดมีรายละเอียดปลีกย่อยเมื่อใช้งานจริง ซึ่งแผนผังเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแสดงให้เห็นได้ทั้งหมด บอร์ดประเมินผลจึงเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้การตรวจสอบและยืนยันการออกแบบอย่างรวดเร็ว AL1666+AL8116+AL5822EV1 เป็นบอร์ดประเมินผลที่ใช้ไอซี 3 ตัวดังกล่าว เพื่อจัดเตรียมตัวขับ LED แบบฟลายแบ็คแบบหรี่แสงได้ 0 ถึง 10 โวลต์ (รูปที่ 4) ซึ่งให้กระแสไฟขาออกคงที่ที่ 1200 mA ในช่วงแรงดันไฟฟ้า 25 ถึง 50 โวลต์จากแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 90 VAC ถึง 305 VAC

รูปที่ 4: เพื่อให้โครงการเสร็จเร็วขึ้น บอร์ดประเมินผล AL1666+AL8116+AL5822EV1 (ด้านบนและด้านล่าง) ช่วยให้เข้าใจการทำงานของวงจรขับ LED แบบหรี่แสงได้อย่างละเอียดยิ่งขึ้นโดยใช้ตัวควบคุมหลัก AL1666, ไอซีอินเทอร์เฟซการหรี่แสงด้านทุติยภูมิ AL8116 และ AL5822 ตัวป้องกันกระแสไฟ LED กระเพื่อม (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

ขนาดมีความสำคัญต่อความเข้ากันได้ย้อนหลัง

เหตุใดที่วงจรขนาดเล็กและ BOM แบบสั้นจึงมีความสำคัญ โดยที่เหนือกว่าเหตุผลทั่วไปที่ว่า “เล็กกว่าย่อมดีกว่า” นั่นเป็นปัญหาบางส่วนเกี่ยวกับความเข้ากันได้ย้อนหลังกับหลอดไฟที่มีอยู่เมื่อใช้ไอซีขับ LED ของแต่ละหลอดหรือเป็นกลุ่ม

ตัวอย่างเช่น ในขณะที่มีปัจจัยรูปแบบหลอดไฟ AL ที่แตกต่างกันมากมายในการใช้งานทั่วไป MR16 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในอาคารที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์สำหรับแสงระบุทิศทาง (รูปที่ 5) หลอดไฟที่มีแหล่งกำเนิดแสงฮาโลเจนในฟอร์มแฟคเตอร์นี้เป็นหนึ่งในตัวเลือกแรก ๆ งานไฟส่องสว่าง AL มาตรฐานเป็นเวลาหลายปี

รูปที่ 5: ฟอร์มแฟกเตอร์และขนาดของหลอดไฟ MR16 ที่ใช้ฮาโลเจนเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดตั้ง AL (แหล่งที่มารูปภาพ: Wikipedia; WW Grainger, Inc.)

MR16 มีเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นรอบวงที่ใหญ่ที่สุด 2 นิ้ว “MR” ย่อมาจาก "Multifaceted Reflector" ซึ่งควบคุมทิศทางและการแพร่กระจายของแสงที่เปล่งออกมา โดยปกติ (แต่ไม่เสมอไป) หลอดไฟนี้ทำงานโดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 12 โวลต์ ซึ่งโดยทั่วไปจะมาจากหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์

ฮาโลเจน MR16 ขนาดเล็กต้องใช้ไฟ 20 วัตต์และมีอายุการใช้งาน 2,000 ถึง 6,000 ชั่วโมง ในทางตรงกันข้าม LED ที่เทียบเท่ากันนั้นต้องการพลังงานเพียงไม่กี่วัตต์และมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 100,000 ชั่วโมง เมื่อ AL เปลี่ยนไปใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบ LED สิ่งสำคัญคือต้องสามารถรวมวงจรที่จำเป็นในแพ็คเกจนี้ เพื่อให้หลอดไฟที่มีรูปแบบและพอดีสำหรับการเปลี่ยนอะไหล่หลังการขายขนาดใหญ่ รวมถึงการออกแบบ AL ใหม่

ตอบสนองความต้องการพลังงานที่สูงขึ้น

สำหรับหลอดไฟ LED ที่มีกำลังขับสูงกว่า 30 วัตต์ (ซึ่งเท่ากับประมาณ 3 แอมแปร์ (A) ของไดรฟ์กระแสไฟ LED) เช่น การใช้งานกลางแจ้ง อาจเลือกใช้โทโพโลยีแบบสองขั้นตอนมากกว่าวิธีการแบบขั้นตอนเดียว แม้ว่าโมดูลการควบคุมและการสื่อสารสามารถทำได้ เหมือนเดิม (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: การออกแบบไฟ LED พลังงานสูง (มากกว่า 30 วัตต์) ใช้ประโยชน์จากโทโพโลยีแบบสองขั้นตอน (ขวา) ตรงกันข้ามกับแนวทางแบบขั้นตอนเดียวของการออกแบบพลังงานต่ำ (ซ้าย) แต่อินเทอร์เฟซแบบ "สมาร์ท" อาจเหมือนกัน (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

อีกครั้งในกรณีนี้แผนผังวงจรสำหรับโซลูชันการออกแบบไฟ LED กำลังสูงให้ข้อมูลเชิงลึกที่ละเอียดยิ่งขึ้น (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: แผนผังไดอะแกรมอีกครั้งแสดงระดับการรวมที่ค่อนข้างสูงที่นำเสนอโดยโซลูชันพลังงานที่สูงขึ้นนี้ (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

ในการออกแบบพลังงานต่ำที่มีไอซีสามตัวเป็นแกนหลักของการใช้งานนี้ ตัวแรกคือ AL1788W6-7 เป็นคอนโทรลเลอร์ด้านหลักที่รองรับบัค (สเต็ปดาวน์) และโทโพโลยีฟลายแบคที่ไม่ต้องใช้ออปโตคัปเปลอร์ ในขณะที่การทำงานกึ่งเรโซแนนซ์ (QR) ที่มี "ฟังก์ชันวัลเลย์ออน" ที่ทำให้เกิดการสูญเสียสวิตชิ่งต่ำ ตัวประกอบกำลังมากกว่า 0.9 ในขณะที่ THD ต่ำกว่า 15% และพลังงานสแตนด์บายที่ต่ำกว่า 200 mW (สำหรับใช้ในระหว่างวันเมื่อปิดไฟ เป็นต้น) จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

ต่อไป AL17050WT-7 เป็นตัวควบคุมบัค AC แบบไม่แยกแบบสากลที่ให้การควบคุมแรงดันคงที่ (CV) ที่แม่นยำพร้อมพลังงานสแตนด์บายที่ต่ำมากในแพ็คเกจ SOT-25 ขนาดเล็ก มีมอสเฟต 500 โวลต์และทำงานร่วมกับตัวเหนี่ยวนำแบบขดลวดเดียว ส่งผลให้ส่วนประกอบภายนอกง่ายขึ้นและ BOM ต้นทุนต่ำลง เนื่องจากบทบาทและตำแหน่งทางไฟฟ้าในโทโพโลยีโดยรวม อุปกรณ์จึงมี "ชั้น" การผลิตหลายชั้น รวมถึงการป้องกันอุณหภูมิเกิน V_CC การล็อกเอาต์แรงดันไฟต่ำ การป้องกันการลัดวงจรของเอาต์พุต การป้องกันการโอเวอร์โหลด และการป้องกันแบบโอเพนลูป

สุดท้าย AL8843SP-13 ตัวควบคุมสเต็ปดาวน์ 1 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) และไดรเวอร์ LED แบบอะนาล็อกพร้อมการหรี่ PWM สามารถส่งกระแสไฟขาออกสูงสุด 3 A ซึ่งปรับได้ผ่านตัวต้านทานภายนอก โดยทำงานจากแรงดันไฟฟ้าอินพุต 4.5 ถึง 40 โวลต์และมีความแม่นยำของกระแสไฟ ±4% สำหรับการจับคู่ช่องสัญญาณที่เหนือกว่าในการออกแบบ LED หลายดวง

AL8843SP-13 รวมสวิตช์ไฟและวงจรตรวจจับกระแสไฟขาออกด้านสูง ตัวแปลงสามารถให้กำลังขับสูงสุด 60 วัตต์ ประสิทธิภาพสูงถึง 97% ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและส่วนประกอบภายนอก ฟังก์ชันลดแสงที่สำคัญสามารถใช้งานได้โดยการใช้สัญญาณควบคุมภายนอกกับพินแพ็คเกจเดียวที่ยอมรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือสัญญาณ PWM อุปกรณ์อยู่ในแพ็คเกจ SO-8EP ที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพทางความร้อนนี้ยังรวมถึงการป้องกันวงจร LED เปิดหรือลัดวงจร และตัวต้านทานจับกระแสไฟเปิดหรือลัดวงจร พร้อมทั้งโหมดการป้องกันอื่น ๆ

เช่นเดียวกับการจัดวางวงจรขับ LED พลังงานต่ำ บอร์ดประเมินผลสำหรับโซลูชันพลังงานที่สูงขึ้นสามารถลดชั่วโมงที่จำเป็นอย่างมากในการทำความเข้าใจสถานการณ์การออกแบบอย่างเต็มรูปแบบได้ดีขึ้น และทำให้โครงการดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สำหรับตัวขับ LED แบบสเต็ปดาวน์ AL8843SP-13 ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ท้าทายที่สุดของการออกแบบพลังงานที่สูงขึ้น โดย Diodes Incorporated นำเสนอบอร์ดประเมินผล AL8843EV1 (ภาพที่8)

รูปที่ 8: ผู้ใช้ AL8843SP-13 จะได้รับประโยชน์จากบอร์ดประเมินผล AL8843EV1 พื้นฐาน ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ตัวควบคุมแบบสเต็ปดาวน์เดียวและไอซีตัวขับ LED แบบอะนาล็อก 3 ตัวพร้อมการหรี่ PWM (แหล่งที่มารูปภาพ: Diodes Incorporated)

บอร์ดประเมินผล AL8843EV1 ช่วยให้สามารถใช้ไอซีขั้นพื้นฐานได้โดยไม่มีการโต้ตอบหรือการรบกวนเนื่องจากส่วนประกอบที่ทำงานอยู่อื่น ๆ

"ไฟฟ้าแสงสว่างอัจฉริยะ"

การพัฒนาอื่น ๆ ที่ทั้งใช้งานได้จริงและน่าพึงพอใจสำหรับไฟ LED ที่ทันสมัยคือโอกาสในการใช้ “ไฟฟ้าแสงสว่างที่มีการเชื่อมต่ออัจฉริยะ” (Smart Connected Lighting, SCL) หรือเรียกว่า “ไฟฟ้าแสงสว่างอัจฉริยะ” ในบรรดาคุณลักษณะต่าง ๆ ช่วยให้สามารถควบคุมหลอดไฟได้ทั้งแบบกลุ่มและแบบแยกภายในกลุ่ม ผ่านมาตรฐานการเชื่อมต่อ

SCL มีประโยชน์อย่างไร จากมุมมองของระบบในระดับที่สูงขึ้น ซึ่งบางทีถึงแม้จะมีการคาดเดาและการพูดเกินจริงโครงสร้างพื้นฐานด้านแสงสว่างที่เชื่อมต่อกันจะกลายเป็นการลงทุนในกริดการเชื่อมต่อทั่วทั้งอาคาร ข้อมูลที่ไหลผ่านโครงสร้างพื้นฐานนี้ช่วยให้ผู้จัดการอาคารสามารถบูรณาการ ทำให้เป็นอัตโนมัติ และยืดอายุของระบบอาคารหลัก ลดต้นทุนการดำเนินงาน เพิ่มประสิทธิภาพ และลดเวลาหยุดทำงาน

นักวิเคราะห์บางคนยืนยันว่าประโยชน์ของไฟฟ้าแสงสว่างอัจฉริยะมีมากกว่าการให้แสงสว่างเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น Szymon Slupik, CTO และผู้ก่อตั้ง Silvair กล่าวว่า "คุณค่าของบริการเพิ่มเติมที่เปิดใช้งานโดยไฟอัจฉริยะนั้นมีมากกว่าการควบคุมแสงและการประหยัดพลังงานเจ็ดถึงสิบเท่า"

หลอดไฟ SCL มักจะอยู่ในสถานะ "รับคำสั่ง" แบบพาสซีฟเป็นเวลานาน ดังนั้นการใช้พลังงานขณะสแตนด์บายเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่นักออกแบบกังวล และค่าสูงสุดจะระบุไว้ในข้อบังคับต่าง ๆ ตัวควบคุมและเรกกูเลเตอร์จาก Diodes Incorporated ได้รับการออกแบบโดยมีระดับพลังงานสแตนด์บายต่ำกว่าค่าที่อนุญาต นอกจากนั้นยังทำงานร่วมกับรุ่นสื่อสาร/ควบคุมการหรี่แสงที่รองรับมาตรฐานอินเทอร์เฟซต่าง ๆ เช่น Bluetooth, Zigbee และ Wi-Fi

ปัจจัยหนึ่งที่จะขับเคลื่อนการติดตั้งระบบไฟฟ้าแสงสว่างอัจฉริยะคือการพัฒนามาตรฐานทั่วทั้งอุตสาหกรรม ซึ่งรับประกันความสามารถในการทำงานร่วมกันของส่วนประกอบ SCL จากผู้จำหน่ายต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น Bluetooth Special Interest Group (SIG) ได้ทำงานร่วมกับอุตสาหกรรมแสงสว่าง เพื่อพัฒนามาตรฐานเครือข่าย Bluetooth ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการสร้างเครือข่ายอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ Bluetooth SIG และ DALI Alliance ได้ร่วมมือกันสร้างอินเทอร์เฟซมาตรฐานที่จะช่วยให้สามารถติดตั้งโคมไฟที่ผ่านการรับรองจาก D4i และอุปกรณ์ DALI-2 ในเครือข่ายการควบคุมแสงแบบตาข่ายที่ใช้ Bluetooth (D4i เป็นมาตรฐาน DALI สำหรับโคมไฟอัจฉริยะที่พร้อมรองรับ IoT) ผ่านอินเทอร์เฟซนี้ ข้อมูลสามารถไหลได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่างโคมไฟที่มีเซ็นเซอร์และระบบควบคุมแสง หรือแม้แต่ระบบการจัดการอาคารอื่น ๆ

บทสรุป

ไฟส่องสว่างสถาปัตยกรรมแบบ LED อัจฉริยะกำลังปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบไฟส่องสว่างในอาคารพาณิชย์ นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับการเพิ่มศักยภาพในระยะยาวในประสิทธิภาพของอาคารโดยรวม ตัวควบคุม เรกกูเลเตอร์ และไอซีไดรเวอร์ LED จาก Diodes Incorporated ที่ให้ความสำคัญและปรับให้เหมาะสมสำหรับ AL แบบ LED เป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญที่จำเป็นในการแปลผลประโยชน์ที่เป็นไปได้ของความเป็นไปได้ AL ขั้นสูงเหล่านี้ให้มีประสิทธิภาพ ใช้งานได้หลากหลาย และคุ้มค่า ความเป็นจริง

ข้อมูลอ้างอิง

DALI Alliance, D4i – มาตรฐาน DALI สำหรับโคมไฟอัจฉริยะที่พร้อมรองรับ IoT

อ่านเพิ่มเติม

1. แนวทางปฏิบัติในการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับ AL8805
2. ทำความเข้าใจและปรับใช้คอนเนคเตอร์มาตรฐานใหม่สำหรับไฟ LED ในร่มและกลางแจ้ง