أجهزة قيادة الليدات: المحركات خلف أنظمة الإنارة الجديدة

LED

بدون أي شك! الليدات أو المصابيح ثنائية الانبعاث هي أجهزة الإنارة المستقبلية !
بمساعدة الليدات، ستصبح الإنارة الكترونية، وستحل محل التقنيات التي شهدت تغيرات صغيرة على مر المائة عام الماضية.
هذه الليدات تتم تغذيتها بتيار مباشر منخفض ولذلك فهي لا تناسب بسهولة الأنظمة الكهربائية لدينا.
أما لتشغيلها فنحتاج لاستخدام أجهزة قيادة الليدات ذات كفاءة لتحويل الطاقة من مأخذ الحائط إلى مستوى الطاقة المطلوب لهذه المصابيح. وكمعظم هذه الأجهزة فهي غير مرئية لذلك نادراً ما يعرف دورها. ومع ذلك فإنها مهمة جداً لأنظمة الإنارة المستقبلية فهي لا تقل أهمية عن أهمية المحركات للسيارات فلا يعمل شيء من دونها.

 

إن المصابيح المتوهجة (التقليدية) في طريقها للزوال و يتم استبدالها بالمصابيح الموفرة للطاقة CFL . وقد تم الإشادة بهذه المصابيح الجديدة قبل عدة سنوات بأنها الحل لمشاكل الطاقة التي تواجهنا.

 

ولكن بعد ذلك بدأت بخسارة بعضاً من بريقها بعد اكتشاف خطورتها عندما ينكسر زجاج المصباح ويتسرب بخار الزئبق من داخلها. بالإضافة لذلك فهي تحتاج وقتاً أطول لكي تعمل وينبعث الضوء منها. إلى جانب أن المصابيح الموفرة للطاقة لا يمكن إخفات نورها (التحكم بدرجة إضاءتها).

 

ويشير تقرير مكينزي في كفاءة الطاقة إلى أن تقنية الليد سوف تحل محل المصابيح الموفرة للطاقة خلال سنوات قليلة حيث شهدت هذه التقنية تطورات كبيرة خلال الخمس سنوات الماضية.

 

اليوم، أنظمة الإضاءة الالكترونية هي المتصدرة في هذا المجال من حيث الكفاءة والعمر (فترة الاستخدام)، بالإضافة إلى أنها توفر إمكانيات جديدة وغير محدودة للمصممين في التحكم بالإضاءة وتصميم الإنارة.
وكما في السيارات حيث أن الهيكل حول المحرك يمكن أن يصمم بأي لون أو شكل فإن أجهزة قيادة الليدات تلعب دوراً مهماً في إضاءة العالم من حولنا. فمثلاً في السيارة المحرك يحول الطاقة الموجودة في الوقود إلى طاقة حركية أما أجهزة قيادة الليدات في مصابيح الليد تحول أي جهد معطى إلى تيار ثابت يسمح بإضاءة الليد بالسطوع واللون المطلوبين.

 

 

تقنية الليد في لمحة: (الجهد المطلوب، التيار، الكفاءة وكيفية التركيب ):

كل ليد يحتاج إلى توتر عتبة ( توتر العمل) اكبر من 3 فولت . وتختلف هذه القيمة حتى بين الليدات ذات نفس التصميم ، ولكن تبقى كفاءة الإضاءة متناسبة دائماً مع التيار الفعلي . تُوصل الليدات عادةً على التسلسل و تتم تغذيتها بتيار ثابت. و هكذا كل الليدات لها نفس السطوع ، حيث أن ذلك مهم لتجانس الإضاءة .
تتوفر الليدات بمستويات طاقة مختلفة. ولكن يجب على أجهزة قيادة الليدات أن تنتج تيارات ثابتة بشدات مختلفة لتشغيلها. مثلاً الليد ذو الواحد واط يحتاج ل 350 ميلي أمبير بينما الليدات ذات ال 2 واط تحتاج 700 ميلي أمبير. توتر الخرج الأعظمي لهكذا سواقات يحدد عدد الليدات التي يجب تركيبها على التسلسل.
( عدد الليدات = توتر الخرج / توتر الليد الواحد)

 

 

LED1

 

 

تتوفر حالياً منتجات مختلفة تعرف بالمصفوفات متعددة الرقاقة (multichip arrays) تحتوي عدد من الليدات منخفضة الطاقة متضوعة على صفيحة من السيراميك مساحتها 2 سم مربع. الصفيحة مغطاة بالفوسفور حتى تبدو مصادر الضوء كلها كمصدر واحد. و هذه المصفوفات تحتاج لتوتر حوالي 40 فولط و تيار ثابت حوالي 500 أو 700 ميلي أمبير. وذلك يعتمد على مستوى الطاقة المطلوب. “

 

نوع أخر لأجهزة الإنارة ( الليد ) وهو سلسلة ضوئية مرنة متوفرة بأي طول و تستخدم عادةً للإضاءة الغير مباشرة ، 3 أو 6 ليدات تركب ضمن سلسلة قصيرة تزود بتيار ثابت عبر رقائق صغيرة لقيادة الليدات. عدة سلاسل من الليدات يمكن أن توصل معا لتشكل شريط ضوئي . لتغذية هذا الشريط الضوئي ، نحتاج لفئة خاصة من مولدات الطاقة وهي الفئة (C)وذالك حسب المعيار (EN 61000-3-2).
وبغض النظر عن التوتر 230 المأخوذ من الشبكة الرئيسية، عدة تطبيقات تحتوي رقائق قيادة الليدات تكون مغذية بالتيار المباشر .
عندما يكون التوتر عالياً بما فيه الكفاية ليغذي عدد الليدات المطلوب يتم استخدام أجهزة قيادة الليدات خافضة للجهد (buck drivers) و عندما يكون التوتر منخفض يستخدم أجهزة قيادة الليدات رافعة للتوتر (boost drivers) . وفي بعض الحالات تستخدم أجهزة قيادة مزدوجة.

 

 

مرونة اكبر بفضل أجهزة قيادة الليدات الرافعة أو الخافضة للجهد :

في أنظمة الإضاءة التي تعمل بالبطارية تظهر مشكلة هبوط الجهد عندما تبدأ البطارية بالتفريغ. بفرض أننا نريد تصميم إنارة مكونة من 7 ليدات تزود بتوتر 24 فولت من بطارية شمسية . في المساء الباكر عندما تكون البطارية ممتلئة إلى 27 فولت يكون هناك احتياطي لتشغيل المصابيح عبر الأجهزة الخافضة للجهد ولكن عندما يبدأ التوتر بالانخفاض على مدار الليل إلى 24 فولت، الضوء سيخفت قبل وقت طويل من تفريغ البطارية بالكامل ، حيث أن أجهزة قيادة الليدات لوحدها تتطلب حوالي 1 إلى 2 فولط . كل ما استطعنا فعله حتى الأن هو أن نقوم باستثناء ليد واحد و بذلك نستثني 15% من الإضاءة التي نحصل عليها.

 

للتغلب على هذه المشكلة تستخدم أجهزة القيادة ( الخافضة/الرافعة للجهد ) المبتكرة، فهي تتبدل تلقائياً إلى النمط الصحيح و ذالك اعتماداً على التوتر المتوفر.
بالعودة للمثال السابق عندما ينخفض جهد البطارية إلى أقل من المستوى المطلوب 22 أو 23 فولط، تتغير أجهزة القيادة تلقائيا إلى وضعية رفع الجهد بحيث يتم استخدام جهد البطارية بشكل كامل لتشغيل الليدات.
أجهزة قيادة الليدات المزدوجة لمصابيح الليد يمكن أن تغذى بجهد مستمر بين 8 و36 فولط، و تؤمن من 2 إلى 40 فولط مستمر مع تيار ثابت 350 أو 500 ميلي أمبير في الخرج، إما الكفاءة فهي بحدود 92%.

 

 

الحدود الاقتصادية عند التوتر 60 :

من حيث المبدأ توجد طريقتان أساسيتان لزيادة الانارة :

 

الطريقة الأولى باستخدام ليدات ذات طاقة اكبر و تيار اعلى ، أما الطريقة الثانية تركيب ليدات اكثر في الشريط وبالتالي يجب زيادة التوتر.
حتى الان أجهزة قيادة الليدات تعمل لحد توتر أقصى 40 فولط بالتالي ليس من الممكن وضع 11 الى 12 ليد في الشريط الضوئي.
إن الليد ذو 2 واط يعمل بفاعلية مساوية للمصباح المتوهج ذو ال 11 فولط.
في حين أن المصفوفات متعددة الرقاقة (multichip arrays) تغذى أيضاً بجهد حوالي 40 فولت، إلا أن المصممين يفكرون برفع الجهد المغذى لليدات بشكل كبير.
عند الجهد المستمر 60 فولط، تقف ضوابط و أحكام ال (safe extra low voltage) عائقاً أمام النوايا التجارية بعيدة المدى.
عند الجهود الأعلى شروط أخرى يجب أن تراعى، والتي أيضاً لها تكاليف إضافية.

 

أجهزة القيادة ذات التوتر المرتفع المتاح استخدامها قادرة على استغلال الجهد إلى حد المستوى الأعلى بالتالي تغذية ما يصل ل 17 ليد على التسلسل مع تيارات ثابتة بين 350 و 1200 ميلي أمبير.
النماذج القوية تأتي في علب معدنية وتوفر ما يصل ل 70 واط . جميع أجهزة قيادة الليدات من هذه العائلة رقمية كانت أو تماثلية يمكن أن تكون خافتة الإنارة. النموذج المدمج يسمح بالتحكم بدرجة الخفوت عن طريق مقاومة مغيرة للجهد (potentiometer) و يؤمن أيضا حساسات خارجية أو متحكمات لتوفير وظائف تحكم أعلى.

 

على عكس المصابيح الموفرة للطاقة، فإنه من الممكن مع الليدات التحكم بشدة الإضاءة و سطوعها باستخدام أجهزة قيادة الليدات أكثر تطوراَ.