Constant current (CC) drivers vs. Constant Voltage (CV) drivers

CC-drivers

LEDs functioneren optimaal als er de stroom doorgaat waarop zij zijn ontworpen. Dat kan bv. 350mA, 500mA, 700mA of 1050mA zijn. De LEDs in de schakeling moeten dus zodanig worden gevoed dat de ontwerp-stroomsterkte door de keten vloeit, niet meer en niet minder. Minder is niet schadelijk, maar dan wordt niet de beoogde lichtproductie verkregen. Een hogere stroomsterkte kan de temperatuur van de LED zodanig doen oplopen dat die kapot gaat. De voeding dient daarom zodanig te zijn gebouwd dat deze zowel variatie in de netspanning als variatie in de stroomweerstand van de belasting, in casu de te voeden (serieschakeling van) LEDs, zodanig opvangt dat de stroomsterkte door de belasting constant blijft. Een driver die dat kan heet een constante-stroomdriver, in het Engels een constant current driver, kortweg CC-driver. Zo’n driver transformeert de net-wisselspanning dus niet alleen naar een lagere gelijkspanning, maar zorgt er ook voor dat variaties in de netspanning, zowel als in de weerstand van de belasting, zodanig worden gecompenseerd dat de stroomsterkte door de keten voortdurend op dezelfde waarde wordt gehouden. De stroomweerstand van LEDs hangt af van de temperatuur ervan en wel zal de weerstand afnemen bij oplopen van de temperatuur. Als de stroomsterkte niet constant wordt gehouden, dan zal die bij oplopen van de temperatuur dus hoger worden en als gevolg daarvan de LED nog warmer worden. Uiteindelijk zal de LED bezwijken.

Stroom-gestuurde LEDs of spots dienen altijd in serie geschakeld te worden. De stroom komt binnen via de + en verlaat de LED of spot via de - om vervolgens door te gaan naar de volgende LED of spot.

Stroomgestuurde LED-spots serieschakeling

Bron: www.dmlights.nl

Typisch voor een CC-driver is dat die binnen een zeker uitgangs-spanningsbereik functioneert: er is zowel een minimum als een maximum af te geven spanning. Afhankelijk van de waargenomen belasting stelt de driver zelf de gewenste uitgangspanning in. Als de driver daarvoor geen speciale voorziening heeft, dan leidt dat ertoe dat als de belasting nul is, de driver de maximale uitgangsspanning instelt. Sluit je dan pas de LEDs aan, dan kan dat het einde van de LEDs betekenen als die dan een te hoge spanning krijgen aangelegd. Daarom moet altijd de LED-belasting zijn aangesloten alvorens de CC-driver aan de netspanning wordt aangesloten! Dat betekent ook dat je tussen de driver en de serieschakeling geen aan-/uitschakelaar mag plaatsen. Aan-/uitschakelen dient bij een CC-driver te gebeuren aan de kant van de netaansluiting! Als de serieschakeling een zodanig hoge belasting vormt dat die de maximaal te leveren uitgangspanning vraagt, dan is het risico van meteen kapotgaan uiteraard niet aanwezig. Neemt de weerstand van de keten daarna als gevolg van het opwarmen van de LEDs af, dan zal de driver automatisch de uitgangspanning verlagen.

Voorbeeld
Aan de hand van een voorbeeld wordt het voorgaande misschien iets duidelijker.
Stel, we willen drie LED-spots met elk een vermogen van 3W installeren op een CC-driver die minimaal 9V en maximaal 30V kan leveren. De spots zijn gebaseerd op een continue stroom van 700mA. We vragen dus een vermogen van in totaal 3 x 3 = 9W. Omdat W = V x I of wel V = W : I, dienen we over de 3 spots 9 : 0,7 = 12,9V spanning aan te leggen. Vermogen wordt ook we aangeduid met P en spanning met U.

Stroomgestuurde LED-spots voeding

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bron: www.dmlights.nl


Als we in dit voorbeeld maar één van deze 3W-spots aansluiten, dan hebben we een spanning van slechts 4,29V nodig. Omdat de driver niet minder dan 9V kan leveren, krijgt de spot een veel te hoge spanning te verwerken; hij zal waarschijnlijk meteen het loodje leggen.

Wanneer we acht van deze 3W-spots op deze voeding aansluiten, dan vraagt dat om een spanning van 8 x 4,29V = 34,32V. Dat ligt dan boven de spanning die de voeding maximaal kan leveren. De spots zullen in dit geval niet hun volle lichtrendement halen. Het lijkt dan dat de gedimd zijn. Dat betekent in feite dat je door het opnemen van een variabele weerstand in de serieschakeling van de spots, dus aan de uitganszijde van de driver (!), die keten variabel kunt dimmen!

Beveiligde CC-crivers
Er bestaan CC-drivers die een voorziening hebben die voorkomen dat de uitgangsspanning maximaal wordt als er (nog) geen belasting is aangesloten. Sterker, er komt dan helemaal geen spanning op de uitgang te staan! Als je dan LEDs of LED-spots aansluit, zullen die geen licht geven. De driver dient dan eerst spanningsloos te worden gemaakt en opnieuw onder spanning te worden gezet.

CV-drivers

CV-drivers zijn zodanig ontworpen dat zij bij variatie in de ingangs(netwissel)spanning een contante uitgangs(gelijk)spanning leveren. Standaardwaarden zijn 12 en 24V. CV-drivers missen dus de voorziening om de stroomsterkte constant te houden. Dat betekent dat de belasting die uitgaat van de keten aan de uitgangszijde van de driver minimaal de spanning volledig moet ‘consumeren’. Vermindert de weerstand van de LEDs daarna als gevolg van opwarming, dan is er dus geen veiligheid tegen te hoog oplopen van de temperatuur. Daarom is het niet verstandig een CV-driver zijn maximale uitgangsspanning te laten leveren. Beter, lees veiliger, is het om die alvast op wat onderspanning in te stellen. Sommige CV-drivers zijn voorzien van een stelschroefje waarmee de spanning zowel verlaagd als verhoogd kan worden. Dat laatste kan nuttig zijn in het geval de nominale spanning net iets te laag blijkt te zijn. Ontbreekt zo’n voorziening, dan bestaat de mogelijkheid de uitgangsspanning alsnog te verlagen door tussen de uitgang en de belasting een zogeheten step-down of buck converter te plaatsen. Beide typen zijn met een stelschroefje uitgerust waarmee de spanning vloeiend verlaagd of verhoogd kan worden. Opvoeren van de uitgangsspanning kan door inzet van een step-up converter. In de wandeling spreekt men van down of up converter.

Toepassingsvoorbeelden
In een schakeling van 5 parallel geplaatste groepen van elk 4 LEDs 5W/6V op een 24V/120W CV-driver brandde binnen de kortste keren in 4 van de 5 groepen één LED door. Theoretisch klopte de schakeling. Immers, 4 x 6 = 24V en 5 groepen van elk 4 x 5 = 20W is voor een 120W voeding zeker geen te hoge belasting. Kennelijk was 6V over elk van de LEDs toch te hoog. Toen na vervanging van de doorgebrande LEDs de uitgangsspanning van de driver op 22V werd ingesteld, functioneerde het geheel verder zonder problemen! Dat niet alle LEDs kapot gingen, is dan te danken aan het feit dat LEDs kennelijk verschillen in gevoeligheid kunnen vertonen. De zwakste gaat het eerst kapot en daarmee vloeit er meteen geen stroom meer door de groep!

Een afgedankte laptopvoeding bleek 19V te leveren en maximaal 51W te mogen leveren. Alleen al met het oog op het doel - het voeden van een laptop dus - kan deze voeding waarschijnlijk tot het type CV-driver worden gerekend. Dat kan trouwens ook worden afgeleid uit het feit dat er als mogelijke inputspanning 100-240V op werd aangegeven. Die aanduiding vind je ook op diverse netadapters met geringer uitgangsvermogen, bijvoorbeeld 12V/2A (24W dus). Let daar dus op!
Op die laptopvoeding zouden 2 balken met LEDs 1W/3V moeten worden geplaatst. Elke groep zou dan maximaal uit 6 LEDs in serie mogen bestaan. Immers, 6 x 3 = 18V. En zo zouden er per balk dus 4 groepen parallel geplaatst kunnen worden. Immers 2 x 4 x 6W = 48W. Maar dan zouden de LEDs wel op enige overspanning branden! Dat zou opgelost kunnen worden door tussenplaatsen van een down converter. Beschikbaar was echter een up converter! Daarom werd het aantal LEDs per balk op 8 gebracht en het aantal groepen per balk op 3. Immers, 8 x 3 = 24V en 2 x 3 x 8 = 48W. Die 48W is eigenlijk net iets te hoog gezien de aanbeveling het nominale vermogen van een voeding voor niet meer dan 90% te benutten. De gekozen uitvoering werkte prima, maar na de ervaring met de doorgebrande 5W-LEDs is de uitgangsspanning en daarmee het afgenomen vermogen toch maar wat lager dan op 24V ingesteld!
Als er geen down of up converter beschikbaar was geweest, dan had in dit geval ook gekozen kunnen worden voor serieschakeling van telkens 7 LEDs 1W/3V. Dan zouden de LEDs dus op enige onderspanning hebben gebrand. Immers, 19 : 7 = 2,7V.