In veel verlichtingsprojecten staan optische parameters vaak centraal bij het ontwerp, selecteren en evalueren, zoals lichtefficiëntie, lichtverdeling, UGR en kleurweergave-index. Problemen zoals onvoldoende helderheid aan het einde van de ledstrip, onstabiele helderheid, abnormaal knipperen van de driver of voortijdige storing wijzen vaak op een andere onderschatte factor: spanningsval.

Spanningsval is geen productparameter en wordt ook niet aangetoond in het datablad, maar het heeft een diepgaande invloed op:

• Stabiele werking van LED-verlichtingsarmaturen;
• Helderheid, consistentie en kleurweergave van het LED-stripsysteem;
• Thermische spanning en de lange levensduur van de driver;
• Energie-efficiëntie en veiligheid van het gehele verlichtingssysteem;

Van een laagspanningslampje tot een hoogspannings-AC-systeem, van passieve voeding tot actieve compensatiecircuits, spanningsdalingen veroorzaken niet alleen zichtbare helderheids- en kleurverschuivingsproblemen, maar kunnen ze ook leiden tot thermische oncontroleerbaarheid en elektrische beschermingsmechanismen in de driver activeren, wat uiteindelijk de levensduur van de hele lamp beïnvloedt.

Dit artikel richt zich op LED-verlichtingssystemen, waarbij de bronnen, impactbanen, manifestaties en faalmechanismen van spanningsval diepgaand worden geanalyseerd, en technische oplossingen worden geboden voor verschillende systeemarchitecturen.

01 Wat is spanningsval? Hoe beïnvloedt het een gloeilamp?

In een circuit zal wanneer er stroom door een draad stroomt, de eigen weerstand van de draad een deel van de spanning "opeten", wat resulteert in een verschil tussen de uitgangsspanning van de voeding en de spanning die door de lamp wordt ontvangen.

Dit verschil wordt spanningsval genoemd. Belangrijke factoren die ervan invloed zijn onder andere:

• Draadlengte: Hoe groter de afstand, hoe groter de spanningsval.
• Draaddikte: Hoe dunner de draad, hoe groter de weerstand.
• Stroomstroom: Hoogstroomsystemen ondervinden significantere spanningsdalingen.
• Geleidermateriaal: koperdraad is superieur aan aluminiumdraad.

Je kunt het hele circuit zien als een waterleiding: waterdruk staat voor spanning, en waterstroom voor stroom. Als de leiding erg dun en lang is, en er veel water stroomt, dan zal de waterdruk van de kraan zeker niet genoeg zijn—dit is de fysieke intuïtie van spanningsval. Voor LED-verlichting zijn de gevolgen van onvoldoende waterdruk niet triviaal:

• Laagspannings-LED-strips: De uiteinden worden donkerder en rood, wat resulteert in kleurvervorming.
• Hoogspanningsverlichting: Hoge belastingcompensatie van de driver kan oververhitting, flikkeren of zelfs voortijdige doorbranding veroorzaken.

Bovendien gaat het niet alleen om of het "helder of niet" is, maar ook om "of je kunt werken."

02 Waar komt de spanningsval vandaan? Het lijkt eenvoudig, maar het is zeer systematisch.

De essentie van spanningsval is dat wanneer stroom door een geleider met weerstand stroomt, een deel van de spanning onderweg wordt "opgeslokt". Hoewel het in de natuurkunde simpelweg V=IR is, is het in daadwerkelijke verlichtingssystemen vaak een dynamische manifestatie die voortkomt uit de superpositie van meerdere factoren. Veelvoorkomende beïnvloedende factoren:

• Lijnlengte: Hoe langer de lijn, hoe groter de weerstand en hoe groter de spanningsval.
• Kabelspecificaties: Hoe dunner de draad (kleinere doorsnede), hoe groter de weerstand.
• Magnitude van de belastingstroom: Hoe hoger het systeemvermogen en hoe hoger de stroom, hoe groter de spanningsdaling.
• Geleidermateriaal: Koper is superieur aan aluminium, wat resulteert in een kleinere spanningsval voor dezelfde specificaties.
• Systeemspanningsniveau: Laagspanningssystemen zijn gevoeliger voor spanningsval (zie Deel 3 voor details).

Niet-lineair verwarmingseffect: Hoewel de spanningsval lineair gerelateerd is aan de stroom, neemt de verwarming van de lijn exponentieel toe. Dat wil zeggen, wanneer de stroom met 50% toeneemt, neemt de spanningsval slechts met 50% toe, maar het verwarmingsvermogen van de lijn zal stijgen tot 2,25 keer de oorspronkelijke waarde, wat gemakkelijk tot de volgende gevolgen leidt.:

• Overmatige temperatuurstijging van de draad
• Oververhitting, verkleuring of zelfs smelten van bedradingklemmen
• Veroudering van de ingang van het armatuur
• De ingangsspanning van de driver valt buiten het werkbereik, waardoor het beschermingsmechanisme wordt geactiveerd of doorbranding ontstaat

Deze "onzichtbare fouten" worden vaak ontdekt wanneer de lampen knipperen, de helderheid verminderen of voortijdig niet werken, wanneer het tijdperk voor preventie vaak is verstreken.

Afbeelding: Inconsistente lichthelderheid veroorzaakt door spanningsval in de LED-strip (Afbeelding van internet)

03 Laagspanningsgelijkstroom versus hoogspanningswisselstroom: Systeemarchitectuur bepaalt de gevoeligheid.
LED-verlichtingssystemen kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën::

1. Laagspannings-DC-systeem (LVDC): zoals 12V/24V LED-strips
2. Hoogspannings-AC-systemen (HVAC): zoals 220V AC-aangedreven verlichtingsarmaturen (downlights, paneellampen, lampen, enz.)

Deze twee typen systemen hebben totaal verschillende responsmechanismen op spanningsval: het ene is "directe dimming" en het andere is "driver strain".

3.1 Laagspanningssysteem: Waarom wordt de LED-strip altijd zwakker als je erdoorheen beweegt?

Neem bijvoorbeeld 60W stroom:

• 12V systeemstroom: 60 / 12 = 5 A
• 220V systeemstroom: 60 / 220 ≈ 0,27 A

Onder dezelfde circuitomstandigheden kan de stroom in een laagspanningssysteem meer dan 15 keer zo groot zijn als die van een hoogspanningssysteem, en aangezien de spanningsval recht evenredig is met de stroom, leidt dit tot:

• Grote spanningsval:Een laagspanningssysteem kan 2V verliezen, wat al 16%–20% van de totale spanning is.
• Percentage heeft een grotere impact:Als een 12V LED-strip 2,5V snijdt, kunnen de uiteinden dimder worden of verkleurd raken.

Daarnaast kunnen RGB-lichtstrips kleurverschuiving vertonen door inconsistente Vf-waarden van de drie kleurchips (blauw en groen schakelen eerst uit, waardoor alleen rood overblijft), wat een typische uiting is van spanningsvalmismatch.

3.2 Hoogspanningssysteem: De driver "worstelt"

De meeste 220V LED-armaturen hebben een ingebouwde SMPS (switching power supply) driver, die een bepaalde adaptieve ingangsspanning heeft (zoals het bereik van 100–240V).

Prestatiekenmerken:

• Bij een lichte spanningsdaling past de driver actief de schakelwerkwijze aan om de uitgangsstroom te stabiliseren.
• Wanneer de spanningsval te diep is: Onderspanningsbescherming (UVLO) wordt geactiveerd en schakelt de hele lamp plotseling uit.
• Langdurige blootstelling aan randcondities: Verhoogde driverbelasting, verkorte levensduur en zelfs thermische uitval van MOSFET.

Het voordeel van dit mechanisme is dat gebruikers de verandering in helderheid niet kunnen zien, maar de systeemrisico's zijn verborgen binnenin, wat hogere eisen stelt aan onderhoudspersoneel en ontwerpers.

04 Wat verandert een spanningsval precies? Van "lichten dimmen" tot "systeemstoring"?"
Spanningsval zorgt er niet direct voor dat een lamp "uitgaat", maar verzwakt geleidelijk de stabiliteit en consistentie van het verlichtingssysteem op een systematische manier. We kunnen het impactpad ervan begrijpen op drie niveaus:

4.1 Visuele manifestaties: inconsistente helderheid, donkerder worden, kleuraccenten

• De lichtstrip wordt dunner naarmate je beweegt.
  Vaak te vinden in 12V/24V LED-stripprojecten, is het fel aan het begin en wordt aan het einde roodachtig of verkleurd, vooral zichtbaar in RGB-systemen. De oorzaak is onvoldoende chip-ingangsspanning door spanningsval, en een ongelijke Vf (voorwaartse spanningsval) veroorzaakt kleurverschil.
• Inconsistente helderheid in meerdere downlights/spotlights
  Binnen hetzelfde circuit zijn lampen dichter bij de voeding helderder, terwijl die verder weg zwakker zijn, wat resulteert in een slechte lichtstroomconsistentie en het algehele visuele effect en de ontwerpkwaliteit beïnvloedt.
• Gelokaliseerd flikkeren in de langeafstandsvoeding
  Wanneer de spanning aan de rand van de opstartdrempel van de driver ligt, zal dit periodiek opstarten/afsluiten veroorzaken, wat voor de gebruiker zichtbaar is als flikkeren.

Deze visuele veranderingen verslechteren niet alleen de lichtkwaliteit, maar worden ook gemakkelijk verkeerd gediagnosticeerd als "lampkwaliteitsproblemen" of "driverinstabiliteit", terwijl systemische voedingsproblemen over het hoofd worden gezien.

4.2 Reactie van bestuurder: van schadevergoeding tot oververhitting tot schade

Voor hoogspannings-LED-armaturen (zoals downlights, spotlights en industriële lampen) zijn de belangrijkste "slachtoffers" van spanningsval eigenlijk de voeding. Het manifesteert zich als:

• Continue werking met hoge belasting:Om een constante stroomuitgang te behouden, verhoogt de driver actief de aan-tijd van de schakeltransistor, wat resulteert in een verhoogde temperatuurstijging.
• Opereren in een kritieke toestand:Wanneer de ingangsspanning dicht bij de ondergrens van opstart ligt, kan er af en toe flikkeren of zelfs een onderspanningsbescherming worden geactiveerd.
• Langdurige schadeopbouw:Kerncomponenten zoals MOSFET's en elektrolytische condensatoren staan gedurende langere tijd onder hoge spanning, wat resulteert in een aanzienlijk verkorte levensduur.

Kortom: de spanningsval zal de lamp niet doorbranden, maar wel de driver.

4.3 Systeemstabiliteitskwetsbaarheden: moeilijk te detecteren, moeilijk te troubleshooten en met ernstige gevolgen.

• Niet zichtbaar tijdens de bouwfase
  Tijdens de eerste installatie en testen zou het licht aan moeten zijn zonder duidelijke afwijkingen. Problemen ontstaan vaak pas enkele maanden nadat het apparaat in gebruik is geweest.
• Moeilijk te vinden tijdens onderhoud
  De lampen werken duidelijk en de drivers zijn vervangen, maar de lampen knipperen nog af en toe of de helderheid is onstabiel. De oorzaak ligt echter in de spanningsval over de lijn, die zich tientallen meters verderop bevindt.
• Hoge onderhoudskosten
  Als de foutpunten wijd verspreid zijn, moet vaak opnieuw bedraad worden of vervangen door kabels met een grotere doorsnee, wat veel duurder is dan de initiële investering.

In engineering design is spanningsval noch de verantwoordelijkheid van de leverancier van verlichtingsarmaturen, noch van de leverancier van het regelsysteem. Het wordt vaak over het hoofd gezien in het ontwerp of het bouwteam kiest de bedrading op basis van ervaring, waardoor het moeilijk is om verantwoordelijkheid te definiëren en problemen te voorkomen.

05 Spanningsvalresponsstrategieën: Van "verificatie" naar "redundant ontwerp"
Hoe kunnen we de impact van spanningsval tijdens de ontwerp- en bouwfase vermijden of verminderen? Hier zijn enkele gangbare, uitvoerbare strategieën:

5.1 Spanningsvalberekeningen moeten worden uitgevoerd voordat een kabel wordt gekozen.

Gebruik de wet van Ohm of een opzoektabel om de spanningsval te schatten, zodat de spanning aan het uiteinde binnen het normale werkbereik van de apparatuur blijft.

Formule voor het berekenen van spanningsval (enkelfasige wisselstroom)：

Onder andere:

ΔV:spanningsval(V)

L: Kabellengte(m)

I:Current(A)

ρ:Geleiderweerstand (koper is 0,0175)

A: Geleiderdoorsnede-oppervlakte (mm²)

Aanbeveling: De totale spanningsval moet binnen 3% tot 5% van de systeemspanning blijven.

5.2 Plan vooruit voor gesegmenteerde stroomvoorziening of externe compensatie

• LED-stripsystemen moeten bij voorkeur een gesegmenteerde voeding of een dual-ended voeding gebruiken.
• Grootschalige installaties kunnen een gecentraliseerde stroomvoorziening + constante spanning lijn + lokale step-down module architectuur hanteren.

Drivers met afstandsbediening voor spanningsterugkoppeling kunnen lijnverliezen nauwkeurig compenseren.

Afbeelding: Gesegmenteerde voeding en dubbelzijdige voeding voor LED-strips (afbeelding van het internet)

5.3 Ontslag is geen verspilling, maar een vorm van systeemverzekering.

• Vergroot de draaddiameter passend (bijvoorbeeld van 1,5 mm² naar 2,5 mm²).
• Bij het gebruik van lage spanning voor korte afstanden wordt 24V aanbevolen boven 12V.
• De lijnindeling moet rekening houden met de "lusweerstand" in plaats van alleen de afstand.

Spanningsval is geen kwestie van "of het bestaat", maar eerder de grens van "of het een probleem heeft veroorzaakt." Hoe rigoureuzer het technische ontwerp, hoe hoger de systeemstabiliteit.

06 Een verlichtingssysteem is geen lappendekenproject, maar een volledig ingenieursproject.
In het tijdperk van LED-verlichting zijn we gewend om "zichtbare" lichtkwaliteitsindicatoren na te streven zoals kleurrenderingsindex, kleurtemperatuurconsistentie, lage UGR en bundelcontrole, en we leggen ook graag nadruk op "geavanceerde" concepten zoals optisch ontwerp, intelligente besturing en gezondheid van het circadiaans ritme. Hoe meer deze systemen hun capaciteiten verbeteren, hoe meer we de fundamentele technische factoren die onder de categorie "vermogensdistributie" vallen, niet mogen over het hoofd zien.

Spanningsvalis het meest representatieve voorbeeld: het verschijnt niet in verlichtingsberekeningen of in de parametertabel van de armaturen, maar kan toch stilletjes de algehele prestatie-basislijn van het systeem verlagen. Hoe groter het project, hoe complexer de schakelingen en hoe langer de aansluitafstand, hoe groter de kans dat de spanningsval een "verborgen moordenaar" wordt die niet snel te identificeren is.

Het maakt goede producten "onbruikbaar", zorgt ervoor dat stabiele drives op onverklaarbare wijze stoppen met werken, en regelsystemen vertonen schijnbaar "onverklaarbare" storingen. Deze problemen kunnen in de vroege ontwerpfase worden vermeden—mits we bereid zijn het verlichtingssysteem als een compleet ingenieurssysteem te behandelen, in plaats van slechts een combinatie van armaturen en controllers.

Een echt stabiel, efficiënt en beheersbaar verlichtingssysteem is nooit slechts een superpositie van licht, maar een synergetisch systeem van licht, elektriciteit en controle. Alleen door de logica van "elektriciteit" te waarderen, kunnen we de kwaliteit van "licht" echt handhaven.