ในโครงการแสงสว่างหลายโครงการพารามิเตอร์ออปติคัลมักเป็นจุดสนใจของการออกแบบการเลือกและการประเมินผลเช่นประสิทธิภาพการส่องสว่างการกระจายแสง UGR และดัชนีการแสดงผลสี อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง ปัญหาต่างๆ เช่น ความสว่างไม่เพียงพอที่ส่วนท้ายของแถบ LED ความสว่างไม่เสถียร การกะพริบผิดปกติของไดรเวอร์ หรือความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรมักชี้ให้เห็นถึงปัจจัยอื่นที่ประเมินต่ําเกินไป นั่นคือแรงดันตก

แรงดันไฟฟ้าตกไม่ใช่พารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์และไม่ได้แสดงให้เห็นในเอกสารข้อมูล แต่มีผลอย่างลึกซึ้ง:

• การทํางานที่มั่นคงของโคมไฟ LED
• ความสม่ําเสมอของความสว่างและการสร้างสีของระบบแถบ LED
• ความเครียดจากความร้อนและอายุการใช้งานระยะยาวของผู้ขับขี่
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความปลอดภัยของระบบไฟส่องสว่างทั้งหมด

ตั้งแต่แถบไฟแรงดันต่ําไปจนถึงระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงตั้งแต่แหล่งจ่ายไฟแบบพาสซีฟไปจนถึงวงจรขับเคลื่อนการชดเชยแบบแอคทีฟแรงดันไฟฟ้าลดลงไม่เพียง แต่ทําให้เกิดความสว่างที่มองเห็นได้และปัญหาการเปลี่ยนสี แต่ยังอาจนําไปสู่ความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้และกระตุ้นกลไกการป้องกันไฟฟ้าภายในไดรเวอร์ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของหลอดไฟทั้งหมดในที่สุด

บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ระบบไฟ LED วิเคราะห์แหล่งที่มาเส้นทางการกระแทกอาการและกลไกความล้มเหลวของแรงดันไฟฟ้าตกอย่างลึกซึ้งและจัดหาโซลูชันทางวิศวกรรมสําหรับสถาปัตยกรรมระบบที่แตกต่างกัน

01 แรงดันไฟฟ้าตกคืออะไร? มีผลต่อหลอดไฟอย่างไร?

ในวงจรเมื่อกระแสไหลผ่านสายไฟความต้านทานของลวดจะ "กิน" แรงดันไฟฟ้าส่วนหนึ่งส่งผลให้เกิดความแตกต่างระหว่างแรงดันขาออกของแหล่งจ่ายไฟและแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากหลอดไฟ

ความแตกต่างนี้เรียกว่าแรงดันตก ปัจจัยสําคัญที่ส่งผลต่อมัน ได้แก่ :

• ความยาวสายไฟ: ยิ่งระยะทางมากเท่าใด แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น
• ความหนาของลวด: ยิ่งลวดบางลง ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
• การไหลของกระแส: ระบบกระแสสูงประสบกับแรงดันไฟฟ้าตกอย่างมีนัยสําคัญมากขึ้น
• วัสดุตัวนํา: ลวดทองแดงเหนือกว่าลวดอลูมิเนียม

คุณสามารถคิดว่าวงจรทั้งหมดเป็นท่อน้ํา: แรงดันน้ําแสดงถึงแรงดันไฟฟ้าและการไหลของน้ําแสดงถึงกระแส หากท่อบางและยาวมากและมีน้ําไหลมากแรงดันน้ําจากก๊อกน้ําจะไม่เพียงพออย่างแน่นอนนี่คือสัญชาตญาณทางกายภาพของแรงดันไฟฟ้าตก สําหรับไฟ LED ผลที่ตามมาของแรงดันน้ําไม่เพียงพอนั้นไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย:

• แถบ LED แรงดันต่ํา: ปลายมืดลงและเปลี่ยนเป็นสีแดง ส่งผลให้สีผิดเพี้ยน
• โคมไฟแรงดันสูง: การชดเชยโหลดสูงของไดรเวอร์อาจทําให้เกิดความร้อนสูงเกินไป กะพริบ หรือแม้กระทั่งความเหนื่อยหน่ายก่อนเวลาอันควร

ยิ่งไปกว่านั้น ไม่ใช่แค่เรื่องว่า "สดใสหรือไม่" เท่านั้น แต่ยังอาจเกี่ยวกับ "จะทํางานได้หรือไม่"。

02 แรงดันไฟฟ้าตกมาจากไหน? ดูเหมือนง่าย แต่เป็นระบบสูง

สาระสําคัญของแรงดันตกคือเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนําที่มีความต้านทานส่วนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าจะถูก "กินหมด" ไปพร้อมกัน แม้ว่าในทางฟิสิกส์จะเป็นเพียง V=IR แต่ในระบบแสงสว่างจริงมักเป็นการแสดงออกแบบไดนามิกที่เกิดจากการซ้อนทับของปัจจัยหลายอย่าง ปัจจัยที่มีอิทธิพลทั่วไป:

• ความยาวของสาย: ยิ่งเส้นยาวเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นและแรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งลดลงอย่างมีนัยสําคัญมากขึ้น
• ข้อมูลจําเพาะของสายเคเบิล: ยิ่งลวดบางลง (พื้นที่หน้าตัดเล็กลง) ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
• ขนาดกระแสโหลด: ยิ่งกําลังของระบบสูงขึ้นและกระแสไฟยิ่งสูงเท่าใด แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งลดลงอย่างมีนัยสําคัญมากขึ้นเท่านั้น
• วัสดุตัวนํา: ทองแดงเหนือกว่าอลูมิเนียม ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมน้อยลงสําหรับข้อกําหนดเดียวกัน
• ระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบ: ระบบแรงดันต่ํามีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าตก (ดูรายละเอียดในส่วนที่ 3)

เอฟเฟกต์ความร้อนแบบไม่เชิงเส้น: แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าตกจะสัมพันธ์เชิงเส้นกับกระแส แต่ความร้อนของสายจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ นั่นคือเมื่อกระแสเพิ่มขึ้น 50% แรงดันไฟฟ้าตกจะเพิ่มขึ้นเพียง 50% แต่พลังงานความร้อนของสายจะเพิ่มขึ้นเป็น 2.25 เท่าของค่าเดิมซึ่งนําไปสู่ผลที่ตามมาดังต่อไปนี้:

• อุณหภูมิลวดเพิ่มขึ้นมากเกินไป
• ความร้อนสูงเกินไป การเปลี่ยนสี หรือแม้แต่การหลอมละลายของขั้วต่อสายไฟ
• อายุของอินพุตของโคมไฟ
• แรงดันไฟฟ้าอินพุตของไดรเวอร์หลุดออกจากช่วงการทํางาน ทําให้เกิดกลไกการป้องกันหรือทําให้เกิดความเหนื่อยหน่าย

"ข้อบกพร่องที่มองไม่เห็น" เหล่านี้มักถูกค้นพบเมื่อไฟกะพริบลดความสว่างหรือไม่สามารถทํางานได้ก่อนเวลาอันควรเมื่อหน้าต่างสําหรับการป้องกันมักจะผ่านไป

ภาพ: ความสว่างของเอาต์พุตแสงที่ไม่สม่ําเสมอซึ่งเกิดจากแรงดันไฟฟ้าตกในแถบ LED (ภาพจากอินเทอร์เน็ต)

03 แรงดันต่ํา DC เทียบกับ AC แรงดันสูง: สถาปัตยกรรมระบบกําหนดความไว
ระบบไฟ LED สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ ::

1. ระบบ DC แรงดันต่ํา (LVDC): เช่น แถบ LED 12V/24V
2. ระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูง (HVAC): เช่น โคมไฟ AC 220V (ดาวน์ไลท์ ไฟแผง หลอดไฟ ฯลฯ)

ระบบทั้งสองประเภทนี้มีกลไกการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าตกที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง: ระบบหนึ่งคือ "การหรี่แสงโดยตรง" และอีกระบบหนึ่งคือ "ความเครียดของไดรเวอร์"

3.1 ระบบแรงดันต่ํา: เหตุใดแถบ LED จึงหรี่ลงเสมอเมื่อคุณเคลื่อนผ่าน

ใช้พลังงาน 60W เป็นอดีต amp เลอ:

• กระแสไฟของระบบ 12V:60/12 = 5 A
• กระแสไฟของระบบ 220V:60/220 ≈ 0.27 A

ภายใต้สภาวะวงจรเดียวกันกระแสในระบบไฟฟ้าแรงต่ําอาจมากกว่า 15 เท่าของระบบไฟฟ้าแรงสูงและเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสจึงนําไปสู่:

• ปริมาณมาก tag อีตก:ระบบแรงดันต่ําอาจลดลง 2V ซึ่งเท่ากับ 16%–20% ของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดแล้ว
• เปอร์เซ็นต์มีผลกระทบมากกว่า:หากแถบ LED 12V ตัด 2.5V ปลายอาจหรี่ลงหรือเปลี่ยนสี

นอกจากนี้ แถบไฟ RGB อาจแสดงการเปลี่ยนสีเนื่องจากค่า Vf ที่ไม่สอดคล้องกันของชิปสีทั้งสาม (สีน้ําเงินและสีเขียวปิดก่อน เหลือเพียงสีแดง) ซึ่งเป็นอาการทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าตกไม่ตรงกัน

3.2 ระบบไฟฟ้าแรงสูง: คนขับกําลัง "ดิ้นรน"

โคมไฟ LED 220V ส่วนใหญ่มีไดรเวอร์ SMPS (สวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย) ในตัว ซึ่งมีความสามารถในการปรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตบางอย่าง (เช่น ช่วง 100–240V)

ลักษณะการทํางาน:

• เมื่อมีปริมาตรเล็กน้อย tag อีตก: ผู้ขับขี่จะปรับรอบการทํางานแบบสลับอย่างแข็งขันเพื่อรักษาเสถียรภาพของกระแสไฟขาออก
• เมื่อแรงดันไฟฟ้าตกลึกเกินไป: การป้องกันแรงดันต่ํา (UVLO) ถูกทริกเกอร์ และหลอดไฟทั้งหมดปิดกะทันหัน
• การสัมผัสกับสภาวะขอบเป็นเวลานาน: โหลดไดรเวอร์ที่เพิ่มขึ้น อายุการใช้งานสั้นลง และแม้กระทั่งความล้มเหลวทางความร้อนของ MOSFET

ข้อดีของกลไกนี้คือผู้ใช้ไม่สามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงของความสว่างได้ แต่ความเสี่ยงของระบบจะซ่อนอยู่ภายใน ซึ่งทําให้บุคลากรซ่อมบํารุงและนักออกแบบมีความต้องการสูงขึ้น

04 แรงดันไฟฟ้าตกเปลี่ยนแปลงอะไรกันแน่? จาก "ไฟหรี่แสง" เป็น "ระบบล้มเหลว"?"
แรงดันไฟฟ้าตกไม่ได้ทําให้ไฟ "ดับ" โดยตรง แต่จะค่อยๆ ลดความเสถียรและความสม่ําเสมอของระบบไฟส่องสว่างอย่างเป็นระบบ เราสามารถเข้าใจเส้นทางผลกระทบของมันได้จากสามระดับ:

4.1 อาการทางสายตา: ความสว่างไม่สอดคล้องกัน, มืดลง, สี

• แถบไฟจะหรี่ลงเมื่อคุณเคลื่อนที่ไปมา
  พบได้ทั่วไปในโครงการแถบ LED 12V/24V จะสว่างในตอนเริ่มต้นและเปลี่ยนเป็นสีแดงหรือเปลี่ยนสีในตอนท้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบ RGB สาเหตุคือแรงดันไฟฟ้าอินพุตของชิปไม่เพียงพอเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตก และ Vf ที่ไม่สม่ําเสมอ (แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า) ทําให้เกิดความแตกต่างของสี
• ความสว่างไม่สม่ําเสมอในดาวน์ไลท์/สปอตไลท์หลายตัว
  ภายในวงจรเดียวกันไฟที่อยู่ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟจะสว่างกว่าในขณะที่ไฟที่อยู่ไกลออกไปจะหรี่ลงส่งผลให้ความสม่ําเสมอของฟลักซ์การส่องสว่างไม่ดีและส่งผลต่อเอฟเฟกต์ภาพโดยรวมและความเที่ยงตรงของการออกแบบ
• การกะพริบที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในแหล่งจ่ายไฟทางไกล
  เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ขอบของเกณฑ์การเริ่มต้นไดรเวอร์ มันจะทริกเกอร์การเริ่มต้น/ปิดเครื่องเป็นระยะ ซึ่งผู้ใช้จะมองเห็นได้ว่ากะพริบ

การเปลี่ยนแปลงภาพเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทําให้คุณภาพแสงลดลง แต่ยังถูกวินิจฉัยผิดได้ง่ายว่าเป็น "ปัญหาคุณภาพของหลอดไฟ" หรือ "ความไม่เสถียรของไดรเวอร์" ในขณะที่มองข้ามปัญหาแหล่งจ่ายไฟอย่างเป็นระบบ

4.2 การตอบสนองของผู้ขับขี่: ตั้งแต่การชดเชยไปจนถึงความร้อนสูงเกินไปไปจนถึงความเสียหาย

สําหรับโคมไฟ LED แรงดันสูง (เช่น ดาวน์ไลท์ สปอตไลท์ และโคมไฟอุตสาหกรรม) "เหยื่อ" หลักของแรงดันไฟฟ้าตกคือแหล่งจ่ายไฟ มันแสดงเป็น:

• การทํางานที่มีภาระสูงอย่างต่อเนื่อง:เพื่อรักษาเอาต์พุตกระแสคงที่ไดรเวอร์จะเพิ่มเวลาเปิดของทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งอย่างแข็งขันส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
• การทํางานในสถานะวิกฤต:เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าใกล้กับขีดจํากัดล่างของการเริ่มต้น อาจเกิดการกะพริบเป็นครั้งคราว หรือแม้แต่การป้องกันแรงดันไฟตกอาจถูกทริกเกอร์.
• การสะสมความเสียหายในระยะยาว:ส่วนประกอบหลัก เช่น MOSFET และตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์อยู่ภายใต้ความเครียดสูงเป็นระยะเวลานาน

ในระยะสั้น: แรงดันไฟฟ้าตกจะไม่ทําให้หลอดไฟไหม้ แต่จะทําให้ไดรเวอร์ไหม้

4.3 ช่องโหว่ด้านความเสถียรของระบบ: ตรวจจับได้ยาก แก้ไขปัญหาได้ยาก และมีผลร้ายแรง

• มองไม่เห็นระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง
  ในระหว่างการติดตั้งและทดสอบครั้งแรก ควรเปิดไฟโดยไม่มีความผิดปกติที่เห็นได้ชัด ปัญหามักปรากฏขึ้นหลังจากใช้งานอุปกรณ์ได้เพียงไม่กี่เดือนเท่านั้น
• หายากระหว่างการบํารุงรักษา
  โคมไฟทํางานได้อย่างชัดเจน และเปลี่ยนไดรเวอร์แล้ว แต่ไฟยังคงกะพริบเป็นระยะๆ หรือความสว่างไม่เสถียร อย่างไรก็ตามสาเหตุอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าตกข้ามสายซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายสิบเมตร
• ค่าบํารุงรักษาสูง
  หากจุดบกพร่องมีการกระจายอย่างกว้างขวาง มักจะต้องเดินสายใหม่หรือเปลี่ยนด้วยสายเคเบิลหน้าตัดที่ใหญ่กว่า ซึ่งมีราคาแพงกว่าการลงทุนครั้งแรกมาก

ในการออกแบบทางวิศวกรรมแรงดันไฟฟ้าตกไม่ใช่ความรับผิดชอบของซัพพลายเออร์โคมไฟหรือความรับผิดชอบของซัพพลายเออร์ระบบควบคุม มักถูกมองข้ามในการออกแบบหรือทีมก่อสร้างเลือกสายไฟตามประสบการณ์ ทําให้ยากต่อการกําหนดความรับผิดชอบและป้องกันปัญหา

05 กลยุทธ์การตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าตก: จาก "การตรวจสอบ" ถึง "การออกแบบซ้ําซ้อน"
เราจะหลีกเลี่ยงหรือลดผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างขั้นตอนการออกแบบและการก่อสร้างได้อย่างไร ต่อไปนี้เป็นกลยุทธ์ทั่วไปที่นําไปใช้ได้จริง:

5.1 ต้องทําการคํานวณแรงดันไฟฟ้าตกก่อนเลือกสายเคเบิล

ใช้กฎของโอห์มหรือตารางการค้นหาเพื่อประเมินแรงดันไฟฟ้าตก เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายยังคงอยู่ในช่วงการทํางานปกติของอุปกรณ์

สูตรการคํานวณแรงดันตก (AC เฟสเดียว)：

ในหมู่พวกเขา:

ΔV:แรงดันไฟฟ้าตก (V)

L:ความยาวสายเคเบิล(ม.)

I:ปัจจุบัน (A)

ρ: ความต้านทานตัวนํา (ทองแดงคือ 0.0175)

ตอบ: พื้นที่หน้าตัดของตัวนํา (มม.²)

คําแนะนํา: ปริมาตรรวม tag ควรเก็บไว้ภายใน 3% ถึง 5% ของระบบ voltage.

5.2 วางแผนล่วงหน้าสําหรับแหล่งจ่ายไฟแบบแบ่งส่วนหรือการชดเชยระยะไกล

• ระบบแถบ LED ควรใช้แหล่งจ่ายไฟแบบแบ่งส่วนหรือแหล่งจ่ายไฟแบบสองปลาย
• การติดตั้งขนาดใหญ่สามารถใช้แหล่งจ่ายไฟแบบรวมศูนย์ + สายแรงดันไฟฟ้าคงที่ + สถาปัตยกรรมโมดูลสเต็ปดาวน์ในพื้นที่

ไดรเวอร์ที่มีฟังก์ชันป้อนกลับแรงดันไฟฟ้าระยะไกลสามารถชดเชยการสูญเสียสายได้อย่างแม่นยํา

ภาพ: แหล่งจ่ายไฟแบบแบ่งส่วนและแหล่งจ่ายไฟแบบสองปลายสําหรับแถบ LED (ภาพจากอินเทอร์เน็ต)

5.3 ความซ้ําซ้อนไม่ใช่ของเสีย แต่เป็นรูปแบบหนึ่งของการประกันภัยระบบ

• เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางลวดให้เหมาะสม (เช่น จาก 1.5 มม.² เป็น 2.5 มม.²)
• เมื่อใช้ปริมาตรต่ํา tage สําหรับระยะทางสั้น ๆ แนะนําให้ใช้ 24V มากกว่า 12V
• เค้าโครงเส้นควรคํานึงถึง "ความต้านทานของลูป" มากกว่าแค่ระยะทาง

แรงดันไฟฟ้าตกไม่ใช่คําถามว่า "มีอยู่จริงหรือไม่" แต่เป็นขอบเขตของ "ก่อให้เกิดปัญหาหรือไม่" ยิ่งการออกแบบทางวิศวกรรมเข้มงวดมากเท่าใด ความเสถียรของระบบก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

06 ระบบแสงสว่างไม่ใช่โครงการเย็บปะติดปะต่อกัน แต่เป็นโครงการวิศวกรรมที่สมบูรณ์
ในยุคของไฟ LED เราคุ้นเคยกับการติดตามตัวบ่งชี้คุณภาพแสงที่ "มองเห็นได้" เช่น ดัชนีการแสดงผลสี ความสม่ําเสมอของอุณหภูมิสี UGR ต่ํา และการควบคุมลําแสง และเรายังต้องการเน้นแนวคิด "ขั้นสูง" เช่น การออกแบบออปติคัล การควบคุมอัจฉริยะ และสุขภาพจังหวะชีวิต อย่างไรก็ตามยิ่งระบบเหล่านี้ปรับปรุงความสามารถมากเท่าไหร่เราก็ยิ่งต้องไม่มองข้ามปัจจัยทางวิศวกรรมพื้นฐานที่อยู่ในหมวดหมู่ของ "การกระจายพลังงาน"

ฉบับ tag อีลดลงเป็นตัวอย่างที่เป็นตัวแทนมากที่สุด: ไม่ปรากฏในการคํานวณความสว่างหรือปรากฏในตารางพารามิเตอร์โคมไฟ แต่สามารถลดค่าพื้นฐานประสิทธิภาพของระบบโดยรวมได้อย่างเงียบ ๆ ยิ่งโครงการมีขนาดใหญ่วงจรก็จะยิ่งซับซ้อนมากขึ้นและระยะห่างของเทอร์มินัลก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะกลายเป็น "นักฆ่าที่ซ่อนอยู่" ที่ไม่สามารถระบุได้อย่างรวดเร็ว

ทําให้ผลิตภัณฑ์ที่ดี "ใช้ไม่ได้" ทําให้ไดรฟ์ที่เสถียรหยุดทํางานอย่างอธิบายไม่ได้ และทําให้ระบบควบคุมแสดงความผิดปกติที่ดูเหมือน "อธิบายไม่ได้" ปัญหาเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้จริงในระยะแรกของการออกแบบ โดยมีเงื่อนไขว่าเราเต็มใจที่จะปฏิบัติต่อระบบแสงสว่างเป็นระบบวิศวกรรมที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นเพียงการรวมกันของโคมไฟและตัวควบคุม

ระบบไฟส่องสว่างที่เสถียร มีประสิทธิภาพ และควบคุมได้อย่างแท้จริงไม่ใช่แค่การซ้อนทับของแสง แต่เป็นระบบเสริมฤทธิ์กันของแสง ไฟฟ้า และการควบคุม การให้ความสําคัญกับตรรกะของ "ไฟฟ้า" เท่านั้นที่เราสามารถรักษาคุณภาพของ "แสง" ได้อย่างแท้จริง