Introducción

Los controladores LED son un componente esencial de los equipos de iluminación, lo que afecta significativamente su vida útil, rendimiento y eficiencia energética. En aplicaciones de iluminación LED para interiores y exteriores, los controladores se presentan principalmente en dos formatos: controlador LED aislado y no aislado. Como su nombre indica, los controladores no aislados carecen de aislamiento de seguridad eléctrica entre su entrada y salida. Este diseño es más sencillo, requiere menos componentes y, por lo tanto, logra una eficiencia ultraalta (¿Qué es la eficacia luminosa y cómo mejorarla?), una menor generación de calor y un formato compacto. En las fuentes de alimentación aisladas, no existe una conexión eléctrica directa entre los circuitos de entrada y salida (es decir, existe aislamiento eléctrico), y la entrada y la salida se encuentran en un estado aislado de alta impedancia. Este artículo explorará las diferencias clave entre los controladores aislados y no aislados en términos de diseño, rendimiento y seguridad. Además, analizaremos cómo seleccionar el controlador adecuado para su proyecto en función de los requisitos de la aplicación, el análisis coste-beneficio y la compatibilidad del sistema.

¿Qué es un controlador LED aislado y no aislado?

La barrera de aislamiento entre la alimentación de CA peligrosa y el personal u otros circuitos se conoce como aislamiento eléctrico, una característica única en el ámbito de los controlador LED aislado y no aislado. En el campo de los controladores LED, el término “aislamiento” se refiere a la presencia de aislamiento eléctrico entre el circuito de entrada y el circuito de salida del controlador LED, que generalmente se logra mediante un transformador. Este aislamiento evita que los usuarios entren en contacto accidentalmente con fuentes de alimentación activas y previene cortocircuitos o chispas. Por lo tanto, sabemos que uno de los principales objetivos del aislamiento eléctrico es prevenir descargas eléctricas e incendios, y en segundo lugar, también protege los componentes sensibles (como los circuitos de atenuación de 0-10 V; más información sobre la atenuación de 0-10 V) de sobretensiones de alta tensión.

¿Qué es un controlador LED aislado?

En los diseños de controladores LED, el aislamiento eléctrico suele lograrse mediante un transformador. Un transformador consta de al menos dos inductores y un núcleo de hierro, que transfiere energía mediante inducción electromagnética en lugar de una conexión eléctrica directa. El devanado primario del transformador recibe una fuente de alimentación de CA de alto voltaje (110/220 V), mientras que el devanado secundario genera una fuente de alimentación de CA de bajo voltaje, que se convierte en una salida de CC para los chips LED. Dado que la bobina primaria del transformador recibe un alto voltaje, mientras que la bobina secundaria solo recibe la salida de CA de bajo voltaje, y dado que las bobinas primaria y secundaria no están conectadas directamente, este tipo de controlador se denomina controlador aislado. Esto es similar a la carga inalámbrica de los teléfonos móviles.

¿Qué es un controlador LED no aislado?

Los controladores LED no aislados carecen del aislamiento eléctrico de las fuentes de alimentación aisladas. En lugar de usar un transformador para el aislamiento, los controladores no aislados conectan la entrada y la salida directamente. Suelen emplear una topología de convertidor reductor, elevador o reductor-elevador para regular la tensión y la corriente de salida del controlador LED (¿Cómo calcular la salida correcta para alimentar LED?). La ausencia de transformador permite una mayor eficiencia, un tamaño más pequeño y un menor coste, lo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, esto también presenta problemas de seguridad, ya que la ausencia de transformador en circuitos no aislados hace que los LED sean más susceptibles a daños por sobretensiones de la red eléctrica de CA, que pueden ser causadas por transitorios de conmutación de carga o interferencias en el lado primario.

Los controladores aislados suelen emplear topologías aisladas (como circuitos flyback y forward), mientras que los no aislados suelen usar topologías como reductor y elevador. Como se muestra en el diagrama de circuito a continuación, los controladores no aislados utilizan un solo inductor en lugar de un transformador de potencia, lo que elimina la necesidad de un optoacoplador (para aislamiento eléctrico) en el circuito de retroalimentación entre los lados primario y secundario.

Más detalles sobre el controlador LED aislado y no aislado

Voltaje de paso

Las sobretensiones, las fluctuaciones repentinas de voltaje y otras fuentes de energía contaminante son comunes en los sistemas de distribución eléctrica. Normalmente, los protectores contra sobretensiones en luminarias LED y los DPS integrados en los controladores LED protegen las luminarias de estos efectos. Sin embargo, incluso cuando el protector funciona, aún fluye algo de voltaje aguas abajo hacia los circuitos de protección (como el módulo LED de una farola LED). Este voltaje se denomina voltaje de paso. Un DPS (dispositivo de protección contra sobretensiones para iluminación LED) es como una presa, mientras que el voltaje de paso es como el agua que se desborda después de que la presa haya bloqueado una inundación. Debido a las diferencias estructurales entre los controlador LED aislado y no aislado, el voltaje de paso de estos últimos tiene mayor probabilidad de propagarse aguas abajo (sobre el sustrato de aluminio). Por lo tanto, el sustrato de aluminio debe tener una excelente capacidad de resistencia a la tensión para soportar la tensión entre los terminales de entrada y salida. Si un componente de un controlador LED no aislado falla, este voltaje de paso también tiene mayor probabilidad de propagarse al circuito secundario, mientras que en el caso de un controlador LED aislado no. Debido a esta diferencia entre los controlador LED aislado y no aislado, la capacidad de resistencia de voltaje del sustrato de aluminio debe ser mayor o igual a 3 kVCA para garantizar la estabilidad y seguridad del suministro de energía.

Resplandor crepuscular

La persistencia luminosa se refiere al fenómeno en el que una lámpara LED continúa emitiendo una luz tenue después de apagarla. Mientras exista una conexión física a la señal de CA, el controlador LED generará voltaje de CA residual y corriente de fuga. Las luminarias con controladores no aislados, donde los chips LED están conectados directamente a la red eléctrica, experimentan voltajes residuales aún más altos. Cuando este voltaje residual supera el voltaje de conducción mínimo del LED (voltaje umbral), la corriente de fuga puede causar la atenuación del LED. Este fenómeno es más común en algunas lámparas de interior porque, además de usar fuentes de alimentación no aisladas, suelen usar reguladores de intensidad para apagar la lámpara en lugar de simplemente desconectar la fuente de alimentación, lo que acentúa la persistencia luminosa.

Vida

Los controladores LED aislados requieren aislamiento eléctrico mediante componentes como inductores y optoacopladores, que inherentemente conllevan riesgos de fallo adicionales. En comparación con las fuentes de alimentación aisladas, las fuentes de alimentación no aisladas carecen de estos componentes, lo que puede prolongar su vida útil hasta cierto punto. Sin embargo, debido a la falta de aislamiento eléctrico, un diseño inadecuado puede provocar alta tensión y sobretensiones en la entrada, lo que podría dañar el módulo LED y acortar así la vida útil de la luminaria (Vida útil de la luz LED y cómo se calcula). Los fabricantes de controladores LED también han comparado la vida útil de los controlador LED aislado y no aislado, como se muestra en la figura siguiente. Si bien los MTBF difieren significativamente, la vida útil es generalmente la misma. Analizan que la mayor densidad energética y la mayor eficiencia energética de las fuentes de alimentación no aisladas hacen que sus temperaturas de transición cíclica (Tc) reales sean similares a las de las fuentes de alimentación aisladas, lo que se traduce en vidas útiles similares. Sin embargo, una visión más convencional sostiene que las fuentes de alimentación aisladas tienen una vida útil más larga, probablemente considerando la vida útil general del sistema.

Impacto en el diseño de luminarias

Al seleccionar un controlador LED aislado y no aislado, la seguridad es siempre una de las principales consideraciones. En primer lugar, la fuente de alimentación debe ofrecer las características de seguridad adecuadas. En segundo lugar, se deben considerar las características de protección de la luminaria contra incendios y descargas eléctricas. Al igual que los controladores LED, el diseño de las luminarias también incorpora aislamiento eléctrico, pero los requisitos de diseño varían según la configuración de la placa LED y el tipo de controlador utilizado. Si se utiliza un controlador no aislado, ZGSM recomienda asegurar una buena conexión a tierra y asegurar que las distancias de fuga y de seguridad cumplan con la normativa aplicable para prevenir incendios. A continuación, explicaremos cada uno de estos puntos.

Prevención de descargas eléctricas

UL (Underwriters Laboratories) tiene requisitos de diseño específicos para los distintos controladores LED. Por ejemplo, UL considera que los controladores LED aislados que cumplen con UL Clase 2 y no Clase 2 (pero con una salida inferior a 60 V) son altamente seguros y presentan un riesgo mínimo de descarga eléctrica, por lo que no exige la placa LED ni la conexión a tierra. Sin embargo, UL exige que la placa LED esté conectada a tierra cuando se utilizan controladores LED no aislados que cumplen con UL Clase 2 (Clase 2 o Clase II) y no Clase 2 (pero con una salida inferior a 60 V). No obstante, las soluciones que utilizan UL no Clase 2 con una salida superior a 60 V tienen requisitos más estrictos tanto para la placa LED como para la conexión a tierra. ZGSM considera que las fuentes de alimentación no aisladas son generalmente seguras y viables, siempre que se garantice la conexión a tierra del sistema y solo personal eléctrico capacitado interactúe con la luminaria (desconectando siempre la fuente de alimentación antes de cualquier contacto).

Distancias de fuga y espacios libres

Al utilizar un controlador LED sin aislamiento, puede aparecer alta tensión en la salida debido a fallos de componentes o sobretensiones. Por lo tanto, el sustrato de aluminio (placa PCB) debe tener una excelente resistencia a la tensión para soportar la tensión entre los terminales de entrada y salida. Como regla general, la resistencia a la tensión del sustrato de aluminio debe ser mayor o igual a 3 kVCA para garantizar la estabilidad y fiabilidad del sistema. UL y otras normas exigen que los controladores LED sin aislamiento tengan mayores distancias de aislamiento y de fuga para evitar incendios eléctricos o fallos de componentes causados por cortocircuitos o arcos eléctricos. La distancia de aislamiento es la distancia más corta entre dos puntos conductores pero aislados a lo largo de la superficie de un componente o placa de circuito impreso. También mide la distancia entre el punto conductor más corto y una pieza metálica conectada a tierra o accesible. La distancia de aislamiento es la distancia entre los mismos puntos, pero medida a través del aire, y es igual o menor que la distancia de aislamiento. Por ejemplo, la norma 60598-1 (Acerca de la norma de certificación de iluminación LED) presenta diferencias significativas en los requisitos de distancia de aislamiento y de fuga para fuentes de alimentación aisladas y no aisladas. La conformidad con SELV exige que las fuentes de alimentación no aisladas se diseñen con una separación superior a 1,5 mm y un aislamiento superior a 2,8 mm. Sin embargo, no existen restricciones para los controladores LED aislados.

Selección del conector

Para los controladores no aislados, seleccionar conectores fiables y de alta calidad es crucial para garantizar la seguridad. Estas conexiones incluyen la conexión a tierra y la salida de la fuente de alimentación. Dado que los controladores LED no aislados carecen de aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida (entrada y salida del controlador LED), un fallo de aislamiento podría provocar una alta tensión en la salida. En esta situación, una conexión a tierra fiable es la única manera eficaz de prevenir descargas eléctricas. Una conexión a tierra fiable puede desviar la corriente de fallo a tierra, activando un disyuntor (o un dispositivo de corriente residual) y evitando el riesgo de descarga eléctrica. Por lo tanto, se deben utilizar bloques de terminales fiables (como terminales de tornillo) y cables estañados durante toda la vida útil de la instalación para evitar roturas causadas por vibraciones y corrosión. De igual forma, se deben utilizar conectores fiables en la salida para soportar posibles interferencias por vibraciones, vientos fuertes y otros factores presentes en aplicaciones como el alumbrado público y la iluminación de estadios (soluciones de iluminación deportiva ZGSM). Esto evita la formación de arcos eléctricos causados por un mal contacto, que pueden provocar incendios.

¿Son los conductores no aislados adecuados para usted?

Los controladores no aislados suelen alojarse en carcasas de plástico y los fabricantes los utilizan generalmente en interiores, con mantenimiento bajo la supervisión de personal capacitado (y siempre en estricto cumplimiento de las normas de seguridad). Se han adoptado ampliamente en oficinas interiores, centros comerciales y aparcamientos, y desde entonces se han aplicado gradualmente a luminarias de gran altura. En los últimos años, se han comenzado a utilizar en exteriores, con aplicaciones típicas como la iluminación vial (diferentes farolas y sus aplicaciones) y la iluminación de campos deportivos. ZGSM inicialmente tenía reservas sobre este tipo de aplicación, pero tras un amplio debate y validación, se concluyó que, si bien presenta cierta incertidumbre, sus ventajas superan claramente los riesgos. La idoneidad de las fuentes de alimentación no aisladas depende de tres condiciones fundamentales: primero, una conexión a tierra fiable; segundo, que la instalación y el mantenimiento sean realizados por profesionales; y tercero, que el uso de fuentes de alimentación no aisladas ofrece una mejor relación calidad-precio cuando se garantiza la seguridad. A continuación, se muestran las farolas, luces de campos deportivos y luces de fábrica de ZGSM, equipadas con controladores LED aislados o no aislados. Haga clic en las imágenes correspondientes para obtener más información.

Resumen

Este artículo ofrece una exploración a fondo de las diferencias clave entre los controlador LED aislado y no aislado, incluyendo sus principios de funcionamiento, características de seguridad e impacto en el diseño de las luminarias. Los controladores aislados logran el aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida mediante un transformador, lo que previene eficazmente el riesgo de descarga eléctrica y protege los circuitos sensibles. Los controladores no aislados omiten el transformador, reduciendo directamente la tensión de alimentación, ofreciendo ventajas como alta eficiencia, tamaño compacto y bajo coste. Sin embargo, presentan riesgos potenciales de fugas y dependen de un diseño adecuado de la conexión a tierra y el aislamiento. El artículo analiza con más detalle las diferencias entre los controlador LED aislado y no aislado en cuanto a la tensión de paso y los efectos de resplandor, y compara su vida útil. En cuanto al diseño de las luminarias, las soluciones no aisladas deben cumplir con estrictos estándares de distancias de fuga y espacio libre, y dependen en mayor medida de conexiones a tierra fiables. Además, la selección de los conectores también es crucial. En definitiva, la elección entre controladores aislados y no aislados debe equilibrar la seguridad, el coste (costo del alumbrado público) y el diseño de la luminaria existente. ZGSM cree que con los avances tecnológicos, los controladores no aislados se adoptarán cada vez más en aplicaciones al aire libre, como iluminación de carreteras y de estadios, y agradecemos sus consultas sobre nuestros productos relacionados.

Preguntas Frecuentes

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