Carlos Mendoza Gerente de Desarrollo para América Latina

Transcripción

1 Tecnología LED Driver & Serie LDS de Emerson Carlos Mendoza Gerente de Desarrollo para América Latina Emerson Network Power Embedded Power Sep 2011

2 Agenda LEDs & LED Drivers Aplicaciones / Mercados / Niveles de Potencia Corriente constante Vs Voltaje Constante Características eléctricas de los LEDs Topologías Serie y Paralelo de LEDs Confiabilidad y Vida Útil Dimming / Programación de Corriente Ambiente Regulatorio y Cumplimiento de Normas Consideraciones Ambientales Familia LDS de Emerson Introduciendo las familias LDS Modelos y convención de numero de parte Ejemplo LDS70 Page 2

3 Aplicaciones de Tecnología LEDs & Niveles de Potencia Exteriores Túneles Bahías Comerciales Teatros & Estadios Autopistas & Calles Bombillos Interiores Portable Interiores & Salas de Conferencias Refrigeración Bodegas & Grandes Superficies 1W Linternas 10W 100W 1000W Page 3

4 Niveles de Potencia Vs Precio Exteriores $ Interiores Portable $/W 1W 10W 100W 1000W Page 4

5 Fuente de Corriente Constante / Voltaje Constante O Ambas LEDs son dispositivos manejados por corriente sin embargo, algunas aplicaciones utilizan fuentes de voltaje constante. Entrada AC Voltaje DC Corriente DC Entrada AC Corriente DC Cual es la diferencia? Nivel de Potencia Numero de Strings Ubicación física de la conversión de potencia Costos Page 5

6 Fuente de Corriente Constante / Voltaje Constante O ambas? Algunas fuentes de corriente también (Drivers) pueden soportar también modo de voltaje constante. Un sólo número de parte para múltiples aplicaciones de LEDs. Característica Dual LDS70 Salida de Voltaje [Vdc] Emerson s LDS70 Salida de Corriente (Idc) Page 6

7 Características Eléctricas de LEDs + DC voltaje V F _ I F DC current LEDs típicos de luz blanca V F : 3 a 4Vdc I F : 300 a 1200mA Combinaciones en Serie - Mayor Voltaje - Menor corriente Ejemplo - 15 LEDs en serie necesitan una fuente de 50 a 700mA Combinaciones en Paralelo - Menor Voltaje - Mayor Corriente Ejemplo - 5 LEDs en paralelo necesitan una fuente de 3.5A Page 7

8 Combinaciones en Serie Beneficios Un control de corriente Menores costos Mayor eficiencia Potenciales Problemas Alto Voltaje Aprobaciones de seguridad No Class 2 Page 8

9 Combinaciones en Paralelo Beneficios Redundancia Bajo Voltaje, Class 2 Potenciales Problemas Múltiplesstrings para controlar Costos Dispositivo de control de corriente - Pasivo: Resistor - Activo: Transistor Page 9

10 Confiabilidad y Vida Útil La cadena es tan fuerte como el mas débil de sus eslabones La cadena: Fuente de Poder, LEDS, Ópticas Que tan confiable es tu Producto? Page 10

11 Confiabilidad y Vida Útil Curva de la Bañera DIFERENTES Términos con DIFERENTES Significados Vida Inicial Vida Útil Envejecimiento Rata de Falla Vida útil total es predecible basada en envejecimiento de componentes Page 11 Fallas en la vida inicial son reducidas o eliminadas a través de buenas practicas de diseño, calidad, y producción Confiabilidad es una medida relacionada con fallas aleatorias durante la vida útil

12 Diseñando para Confiabilidad Confiabilidad es medida como: FITS (failures/billionhour), o MTBF (hours) Consideraciones de Diseño De-ratings Procesos de Validación Procesos de Manufactura controlados MTBF [khr] MTBF [khrs] 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1, MTBF Calculated Calculado MTBF como as a function función of de Temperature Temperatura and y Stress Electrical Eléctrico Stress Temperatura Ambiente [⁰C] Ambient Temp [C] 50% Stress 100% Stress Nota: Fuerte dependencia relacionada con: - Temperatura (mas fría es mejor) - Stress Operacional (de-rate apropiadamente) Page 12

13 Diseñando para Larga Vida Vida útil medida como Horas Años Envejecimiento Consideraciones de Diseño Elección de componentes De-ratings de Diseño Tiempo de Envejecimiento usualmente dominado por: - Condensadores Electrolíticos - Dispositivos Electromecánicos (Ventiladores) Dispositivos LED usualmente enfriados por convección no aire forzado = no ventiladores Page 13

14 Consideraciones de Garantía Garantía Estándar 3 años en fuentes de poder Emerson Emerson puede cotizar garantías extendidas Otras Consideraciones Pagar por calidad en el corto / largo plazo Los proveedores querrán saber si sus productos son correctamente utilizados en su aplicación. La garantía puede ser perdida si la temperatura ambiente es superior a la cotizada. Garantía es tan buena como la compañía que la soporta! Page 14

15 Programación de Corriente Set and Forget No realmente dimming pero Provee la habilidad de programar la corriente constante de la fuente de poder (driver) con DIP Switches Page 15

16 Métodos de Dimming 2 Niveles Interface de 2 cables a sensor de Proximidad / luz ambiental / otro Abierto = NO DIM, Cerrado = DIM (or vice-versa) Cable Gris Cable Púrpura Sensor de Proximidad Fuente de Poder Salida + Salida - Page 16

17 Métodos de Dimming 0-10V Análogo 2 diferentes estándares Estándar IEC, Controlador externo aterriza corriente Iluminación de Teatros, controlador externo prove corriente Output Current 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Output Current vs. Dimming Voltage Dimming Voltage (V) Driver Driver I I 0-10V Dimmer 0-10V Dimmer Page 17 Otras implementaciones: Iluminación continuamente desvanecida u OFF abrupto

18 Métodos de Dimming PWM Tipo 1: Nivel de corriente constante depende de señal PWM Tipo 2: Señal PWM causa que la salida de corriente sea prendida/apagada a una rata y ciclo útil proporcional al PWM. Page 18

19 Consideraciones de Cumplimiento de Normas Factor de Potencia y Armónicos Energy Star Factor de Potencia Regulación Europea Armónicos Interferencia Electromagnética Conducida Radiada Protección de picos Normas de Seguridad (Safety) Page 19

20 Factor de Potencia y Armónicos Energy Star PF > 0.9 para aplicaciones comerciales PF > 0.7 para aplicaciones residenciales/de consumo EN Requerimientos Europeos de Armónicos Especial para Iluminación Class C y <75W Current RMS(Amps) Harmonic # Page 20

21 Interferencia Electromagnética FCC Part 15 USA Class A tradicional y aplicaciones Class B CISPR 15 Niveles similares a Class B PERO también chequea emisiones conducidas hasta 9 khz 9 khz Page 21

22 Protección de Picos en la Línea Existen 2 guías principales IEC , Testing and Measurement Techniques, Surge Immunity ANSI C62.41, Recommended Practices for Characterization of Surges Cubrimiento Picos en modo común Picos en modo diferencial Niveles Dependientes de la aplicación (Interiores/Exteriores/red de distribución de potencia) Difícil y costoso diseñar una solución universal. Usualmente la fuente de poder prove un nivel satisfactorio de protección ( , Level 3) y el cliente final provee protección adicional si la aplicación lo exige Page 22

23 Aprobación por Agencias de Seguridad (Safety Approvals) UL UL 8750 Nuevo estándar para iluminación LED Otros estándares como UL 1310 para Class 2, UL 1012, etc. CSA C22.2 No CSA no permite designación Class 2 para voltajes >30V, mientras UL permite <60V (incluyendo cul) EU EN Control de Lámparas EN Fuente de Poder LED EN Requerimientos de Luminaria Page 23

24 Terminología Class 2 CC CV Código Eléctrico Nacional => Determina límites de voltaje y VA Diferente de Class II (sistemas sin tierra) Corriente Constante Es regulada (variaciones de corriente son medidas con ripple de corriente) Voltaje Constante Es regulado (variaciones de voltaje son medidas con ripple de voltaje) Page 24

25 Consideraciones Ambientales Comparado con otro tipo de fuentes de poder, las fuentes para LEDs tienen un alto porcentaje de costos debido a consideraciones ambientales Relaciones costo / tamaño / temperatura / sellamiento (designación IP) son determinantes Incluso para aplicaciones de interiores Especificaciones exigentes para espacios cerrados Especificaciones menos exigentes para aplicaciones de refrigeración Page 25

26 Consideraciones de Temperatura Exteriores -40 C a +50 C (mas altas temperaturas pueden ser cotizadas, pero no operacionales a medio día o temperaturas pico) Interiores -20 C a +70 C (mas extremas condiciones cuando aplicación es instalada en gabinetes sellados) Portable 1W 10W 100W 1000W Page 26

27 Rateo Protección de Ingreso (IP) Exteriores IP64 aip67 Típicas (Si el chasis es sellado, la fuente de poder no necesita rateo IP) Interiores IP20 a IP54 (IP mas alto para aplicaciones húmedas) Portable 1W 10W 100W 1000W Page 27

28 Tabla Protección de Ingreso (IP) 1 er Dígito (Sólidos) 2 o Dígito (Agua) 0 Ninguna Ninguna 1 Objetos 50mm Goteo Vertical 2 12mm Rocio (15 desde vertical) 3 2.5mm Rocio (60 desde vertical) 4 1.0mm Rocio (todas direcciones) 5 Polvo (limitado) Chorro (Baja Presión) 6 Polvo(Protegida) Chorro (Alta Presión) 7 Inmersión(1m) 8 Inmersión (10m) 3er Dígito * (Impacto) * 3 er Dígito usualmente omitido Page 28

29 Familia LDS Page 29

30 Familia LDS Familia de LED Drivers y Fuentes de Poder Soportan modo de corriente constante y voltaje constante Voltaje de entrada hasta de 277Vac nominal Varias presentaciones hasta IP67 Varias opciones de dimming y programación de corriente Flexibilidad con Tecnología Page 30

31 Familia LDS Series listas par usar LDS25 LDS70 LDS100 Serie en Desarrollo LDS150 Page 31

32 Introduciendo el LDS25 Plataforma de 25W Open-Frame y IP20 Entrada Rango Vac Salida 700mA Modo de corriente constante & voltaje constante Opciones de Dimming 0 a 10V estándar industrial de Dimming Page 32

33 Introduciendo el LDS70 Plataforma de70w IP64 a IP67 Entrada Rangos y Vac Salida Class 2 1.2A hasta 5A Modo de corriente constante & voltaje constante Opciones de Dimming 00: No Dimming 01: Bi-nivel + DIP Switches 03: 0 a 10V Estándar Industrial de Dimming Plataforma flexible diseñada para realizar modificaciones Page 33

34 Introduciendo el LDS100 Plataforma de 100W IP64 a IP67 Entrada Rangos y Vac Salida Class 2 4.1A (otras combinaciones) Modo de corriente constante & voltaje constante Opciones de Dimming 00: No Dimming 03: 0 a 10V Estándar Industrial de Dimming Otras opciones de dimming próximamente Plataforma flexible diseñada para realizar modificaciones Page 34

35 Fuente de Corriente Constante / Voltaje Constante O ambas? Algunas fuentes de corriente también (Drivers) pueden soportar también modo de voltaje constante. Un solo numero de parte para múltiples aplicaciones de LEDs. Característica Dual LDS70 Salida de Voltaje [Vdc] Emerson s LDS70 Salida de Corriente (Idc) Page 35

36 Convención de Números de Parte Familia LDS LDS PPP - VV - Z NN XXX Nombre de Familia Nivel de Potencia Voltaje de Salida (Max) Rangode Entrada de Voltaje Control de Corriente Otro U: Vac 00: Ninguno Designadores Mod- 70 H: Vac : Bi-Nivel + DIP 03: 0-10V Std F:Open-Frame (LDS25) U: Unpotted (LDS25) Ejemplo: LDS70-58-U00: 70W, 58V, Vac, No Dimming LDS H03: 100W, 24V, Vac, 0-10V Dimming Page 36

37 Modelos 01 : Control de Corriente Set and Forget No realmente dimming pero Provee la habilidad de programar la corriente constante de la fuente de poder (driver) con DIP Switches Page 37

38 Modelos 01 : Bi-nivel Dimming 2 Niveles Interface de 2 cables a sensor de Proximidad / luz ambiental / otro Abierto = NO DIM, Cerrado = DIM (or vice-versa) Cable Gris Cable Púrpura Sensor de Proximidad Fuente de Poder Salida + Salida - Page 38

39 Modelos 03 : 0-10V Estándar Industrial 0-10V Análogo 2 diferentes estándares Estándar IEC, Controlador externo aterriza corriente Iluminación de Teatros, controlador externo prove corriente Output Current 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Output Current vs. Dimming Voltage Dimming Voltage (V) Driver Driver I I 0-10V Dimmer 0-10V Dimmer Page 39 Otras implementaciones: Iluminación continuamente desvanecida u OFF abrupto

40 Familia LDS Voltaje de String de LEDs [Vdc] LED String Voltage [Vdc] LDS Familia Family LDS - LED - Guía String de Matching Selección LED Current [ma] [ma] LDS25-36 LDS70-12 LDS70-58 LDS LDS Ejemplo 1 9 LEDS 700mA 9 * 3.6V = 32.4V LDS25 Ejemplo 2 30 LEDs 5 strings de 6 LEDs 5 * 700mA = 3500mA 6 * 3.5V = 21.5V LDS100 Page 40

41 Familia LDS - Disponibilidad Aprobaciones de Seguridad UL/CSA TUV Muestras DVT Disponible LDS25-36-H03F Si Si Disponible LDS25-36-H03U Si Si Disponible LDS70-12-U00 Si Si Disponible Piloto/MasPro Disponible LDS70-12-H03 Pendiente Pendiente Dec 2011 LDS70-58-U00 Si Si Nov 2011 LDS70-58-U01 Si Si Disponible LDS70-58-H03 Si Si Disponible LDS U00 Si Si Si Oct 2011 LDS H00 Si Si Si Oct 2011 LDS H03 Si Si Si Oct 2011 LDS H03 Si Pendiente Si Nov 2011 Page 41

42 Ejemplo de Design Win: LDS100 Aplicación: Exteriores / Alumbrado Publico Producto: LDS H03 Requerimientos: 31V, 2 niveles de corriente diferentes V AC de Entrada Producto LDS100 Estable Margen de Diseño Cumplir requerimientos de Seguridad Contactos a nivel de cliente final: Ingeniero Mecánico Comprador Ingeniero de Seguridad Gerente de Mercadeo Page 42 Solución Emerson: Modelo Estándar para 1 nivel de corriente Modificación para el 2do nivel de corriente Solución Emerson : Testeo intensivo demostró que Emerson proveyó regulación superior y por tanto mayor consistencia lumínica (Lumen) Solución Emerson : Cliente comprobó Emerson derating procedure y cálculos de vida útil & MTBF vs. Temperatura Solución Emerson : Ver siguiente pagina Page 42

43 Ejemplo de Design Win: LDS100 Requerimiento Energy Star Factor de Potencia > 0.9 Hoja de Datos del Cliente: Cual es la realidad?... El Factor de Potencia no puede especificarse con un solo numero. -Dependiente de AC de entrada - Dependiente de la Carga 1.00 Error de interpretación hoja de datos de competidor: Cliente vio Pero no vio Factor de Potencia Power Factor Curva LDS H00 de Factor de Potencia PF CURVE LDS H00 Factor de Potencia > 0.9 OK para esta región. No relevante para Energy Star 230Vac 277Vac Adicionalmente, competidor ignoro repercusión por carga y operación a 277Vac % 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Percent Load Porcentaje de Carga Page 43

44 Vida Útil Vida Life [Hours] [horas] 140, , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0 Vida Capacitor de un Life Capacitor Temperatura Ambient Temperature Ambiente [ C] [C] 5 Años Page 44

45 Derating Curves TRNs (Technical Reference Note) en Proceso Ejemplos (vs. Temperatura Ambiente)

46 Ejemplos de Aplicaciones Page 46 Interiores (LDS25) Diseño de Trofeo remplazando fluorescentes IP20 o open-frame para reducir costos Refrigeración (LDS70) Ubicada en el canal del marco de la puerta Bajo perfil, angosta Modelos U menor costo que modelos H IP64 suficiente Dimming de 2 niveles con sensores de proximidad Iluminación de Depósitos / Grandes Superficies (LDS100) Dentrode chasis o adjunto a caja de potencia Depronto requiere múltiples fuentes de poder Rateo IP depende de aplicación Garajes / Túneles / Alumbrado Publico (LDS100) Usualmente requiere IP66-67 (pero no siempre!) Depronto requiere múltiples fuentes de poder Considerar requerimientos de supresión de picos Incluyendo filtros adicionales

47 Valor del Manufacturador Requerimientos de Mercado LED Larga Vida - Confiabilidad LEDs duran más que otras tecnologías de iluminación Eficiencia LEDs usan menos energía que tecnologías tradicionales de iluminación Funcionalidad Característicasy requerimientos específicos para la industria de la iluminación Costos Nueva tecnología con un precio premium (por ahora) pero con presiones para producir en masa y reducir costos Elemento principal Costo Total de Solución Solución de Emerson Practicas de Diseño, confiabilidad y manufactura estrictamente controladas y desarrolladas durante décadas y optimizadas con clientes lideres en la industria Lideres en alta eficiencia. Tecnología para soportar actuales y futuros productos Liderazgo mundialen tecnologías de control digital y otras técnicas que habilitan administración de eficiencia, rendimiento y comunicaciones con equipos finales. Apalancamiento por compra de materiales Apalancamiento en diseño e implementación de mejores practicas 2.1millones de pies cuadrados de manufactura Apalancamientode inversión por cumplimiento de aprobaciones de seguridad. Page 47

48 Gracias!! Page 48