Trong nhiều dự án chiếu sáng, các thông số quang học thường là trọng tâm của thiết kế, lựa chọn và đánh giá, chẳng hạn như hiệu suất phát sáng, phân phối ánh sáng, UGR và chỉ số hoàn màu. Tuy nhiên, trên thực tế, các vấn đề như không đủ độ sáng ở cuối dải đèn led, độ sáng không ổn định, trình điều khiển nhấp nháy bất thường hoặc hỏng hóc sớm thường chỉ ra một yếu tố bị đánh giá thấp khác — sụt áp.

Giảm điện áp không phải là một thông số sản phẩm, cũng như không được chứng minh trong bảng dữ liệu, nhưng nó ảnh hưởng sâu sắc:

• Hoạt động ổn định của các thiết bị chiếu sáng LED;
• Độ sáng nhất quán và tái tạo màu sắc của hệ thống dải đèn LED;
• Ứng suất nhiệt và tuổi thọ lâu dài của người lái;
• Hiệu quả năng lượng và an toàn của toàn bộ hệ thống chiếu sáng;

Từ dải đèn điện áp thấp đến hệ thống AC điện áp cao, từ nguồn điện thụ động đến mạch truyền động bù chủ động, điện áp giảm không chỉ gây ra các vấn đề về độ sáng và chuyển màu có thể nhìn thấy mà còn có thể dẫn đến mất kiểm soát nhiệt và kích hoạt các cơ chế bảo vệ điện bên trong trình điều khiển, cuối cùng ảnh hưởng đến tuổi thọ của toàn bộ đèn.

Bài viết này sẽ tập trung vào hệ thống chiếu sáng LED, phân tích sâu các nguồn, đường tác động, biểu hiện và cơ chế hỏng hóc của sụt áp, đồng thời cung cấp các giải pháp kỹ thuật cho các kiến trúc hệ thống khác nhau.

01 Giảm điện áp là gì? Nó ảnh hưởng đến bóng đèn như thế nào?

Trong mạch, khi dòng điện chạy qua dây, điện trở của chính dây sẽ "ăn hết" một phần điện áp, dẫn đến sự chênh lệch giữa điện áp đầu ra của nguồn điện và điện áp mà đèn nhận được.

Sự khác biệt này được gọi là sụt áp. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến nó bao gồm:

• Chiều dài dây: Khoảng cách càng lớn thì điện áp giảm càng lớn.
• Độ dày dây: Dây càng mỏng thì điện trở càng lớn.
• Dòng điện: Hệ thống dòng điện cao bị sụt giảm điện áp đáng kể hơn.
• Vật liệu dẫn điện: Dây đồng vượt trội hơn dây nhôm.

Bạn có thể coi toàn bộ mạch như một đường ống nước: áp suất nước đại diện cho điện áp và lưu lượng nước đại diện cho dòng điện. Nếu đường ống rất mỏng và dài, và có nhiều nước chảy, thì áp lực nước từ vòi chắc chắn sẽ không đủ — đây là trực giác vật lý của việc giảm điện áp. Đối với đèn LED, hậu quả của việc không đủ áp lực nước không phải là nhỏ.:

• Dải đèn LED điện áp thấp: Các đầu tối và chuyển sang màu đỏ, dẫn đến biến dạng màu.
• Điện áp caotage thiết bị chiếu sáng: Bù tải cao của trình điều khiển có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt, nhấp nháy hoặc thậm chí cháy sớm.

Hơn nữa, nó không chỉ là về việc nó có "sáng hay không", mà còn có thể là về "liệu một người có thể làm việc hay không."。

02 Điện áp giảm đến từ đâu? Nó có vẻ đơn giản, nhưng nó có tính hệ thống cao.

Bản chất của sụt điện áp là khi dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở, một phần điện áp bị "ăn hết" trên đường đi. Mặc dù trong vật lý nó chỉ đơn giản là V = IR, nhưng trong các hệ thống chiếu sáng thực tế, nó thường là một biểu hiện động do sự chồng chất của nhiều yếu tố. Các yếu tố ảnh hưởng phổ biến:

• Chiều dài dòng: Đường dây càng dài thì điện trở càng lớn và điện áp giảm càng đáng kể.
• Thông số kỹ thuật cáp: Dây càng mỏng (diện tích mặt cắt ngang nhỏ hơn) thì điện trở càng lớn.
• Độ lớn dòng tải: Công suất hệ thống càng cao và dòng điện càng cao thì điện áp giảm càng đáng kể.
• Vật liệu dẫn điện: Đồng vượt trội hơn nhôm, dẫn đến điện áp giảm nhỏ hơn đối với cùng một thông số kỹ thuật.
• Mức điện áp hệ thống: Hệ thống điện áp thấp nhạy cảm hơn với điện áp rơi (xem Phần 3 để biết chi tiết).

Hiệu ứng sưởi ấm phi tuyến: Mặc dù điện áp giảm liên quan tuyến tính với dòng điện, nhưng hệ thống sưởi đường dây tăng theo cấp số nhân. Tức là khi dòng điện tăng 50%, sụt áp chỉ tăng 50%, nhưng công suất sưởi ấm của đường dây sẽ tăng gấp 2,25 lần giá trị ban đầu, dễ dẫn đến những hậu quả sau.:

• Nhiệt độ dây tăng quá mức
• Quá nóng, đổi màu hoặc thậm chí nóng chảy các đầu nối dây
• Lão hóa đầu vào của thiết bị chiếu sáng
• Điện áp đầu vào của trình điều khiển rơi ra khỏi phạm vi hoạt động của nó, kích hoạt cơ chế bảo vệ hoặc gây cháy

Những "lỗi vô hình" này thường được phát hiện khi đèn nhấp nháy, giảm độ sáng hoặc không hoạt động sớm, khi cửa sổ phòng ngừa thường xuyên trôi qua.

Hình ảnh: Độ sáng đầu ra ánh sáng không nhất quán do sụt áp dải đèn LED (Hình ảnh từ internet)

03 Điện áp thấp DC so với điện áp cao AC: Kiến trúc hệ thống xác định độ nhạy.
Hệ thống chiếu sáng LED có thể được chia thành hai loại:

1. Hệ thống DC điện áp thấp (LVDC): chẳng hạn như dải LED 12V / 24V
2. Hệ thống AC điện áp cao (HVAC): chẳng hạn như thiết bị chiếu sáng được cấp nguồn AC 220V (đèn downlight, đèn panel, bóng đèn, v.v.)

Hai loại hệ thống này có cơ chế phản ứng hoàn toàn khác nhau đối với sự sụt giảm điện áp: một là "làm mờ trực tiếp" và hai là "biến dạng trình điều khiển".

3.1 Hệ thống điện áp thấp: Tại sao dải đèn LED luôn mờ hơn khi bạn di chuyển qua nó?

Lấy công suất 60W làm ví dụ:

• Dòng điện hệ thống 12V: 60/12 = 5 A
• Dòng điện hệ thống 220V: 60/220 ≈ 0,27 A

Trong cùng điều kiện mạch, dòng điện trong hệ thống điện áp thấp có thể gấp hơn 15 lần so với hệ thống điện áp cao và vì điện áp giảm tỷ lệ thuận với dòng điện, điều này dẫn đến:

• Giảm điện áp lớn: Một hệ thống điện áp thấp có thể giảm 2V, vốn đã bằng 16% –20% tổng điện áp.
• Tỷ lệ phần trăm có tác động lớn hơn: Nếu dải đèn LED 12V cắt 2.5V, các đầu có thể bị mờ hoặc đổi màu.

Ngoài ra, các dải đèn RGB có thể bị thay đổi màu sắc do giá trị Vf không nhất quán của ba chip màu (xanh lam và xanh lá cây tắt trước, chỉ để lại màu đỏ), đây là biểu hiện điển hình của sự không khớp về điện áp.

3.2 Hệ thống điện áp cao: Tài xế đang "vật lộn"

Hầu hết các bộ đèn LED 220V đều có trình điều khiển SMPS (nguồn điện chuyển mạch) tích hợp, có khả năng thích ứng điện áp đầu vào nhất định (chẳng hạn như dải 100–240V).

Đặc điểm hiệu suất:

• Khi có một vol nhẹtage sụt: người lái sẽ chủ động điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ chuyển mạch để ổn định dòng điện đầu ra.
• Khi voltage giảm quá sâu: Undervoltage bảo vệ (UVLO) được kích hoạt và toàn bộ lamp đột ngột tắt.
• Tiếp xúc lâu với các điều kiện cạnh: Tăng tải trình điều khiển, giảm tuổi thọ và thậm chí hỏng nhiệt MOSFET.

Ưu điểm của cơ chế này là người dùng không thể nhìn thấy sự thay đổi về độ sáng, nhưng rủi ro hệ thống ẩn bên trong, điều này đặt ra yêu cầu cao hơn đối với nhân viên bảo trì và nhà thiết kế.

04 Chính xác thì sụt áp thay đổi điều gì? Từ "đèn mờ" đến "lỗi hệ thống"?"
Giảm điện áp không trực tiếp khiến đèn "tắt", nhưng nó dần dần làm suy yếu sự ổn định và nhất quán của hệ thống chiếu sáng một cách có hệ thống. Chúng ta có thể hiểu con đường tác động của nó từ ba cấp độ:

4.1 Biểu hiện thị giác: độ sáng không nhất quán, tối màu, đổ màu

• Dải đèn mờ hơn khi bạn di chuyển xung quanh.
  Thường thấy trong các dự án dải LED 12V / 24V, nó sáng ở đầu và chuyển sang màu đỏ hoặc đổi màu ở cuối, đặc biệt đáng chú ý trong các hệ thống RGB. Nguyên nhân là do điện áp đầu vào chip không đủ do sụt áp, và Vf (giảm điện áp chuyển tiếp) không đồng đều gây ra sự khác biệt về màu sắc.
• Độ sáng không nhất quán trong nhiều đèn downlight/đèn chiếu
  Trong cùng một mạch, đèn gần nguồn điện sáng hơn, trong khi đèn ở xa hơn mờ hơn, dẫn đến tính nhất quán của quang thông kém và ảnh hưởng đến hiệu ứng hình ảnh tổng thể và độ trung thực của thiết kế.
• Nhấp nháy cục bộ trong nguồn điện đường dài
  Khi voltage ở rìa của ngưỡng khởi động trình điều khiển, nó sẽ kích hoạt khởi động / tắt định kỳ, người dùng sẽ nhìn thấy dưới dạng nhấp nháy.

Những thay đổi về hình ảnh này không chỉ làm giảm chất lượng ánh sáng mà còn dễ bị chẩn đoán nhầm là "vấn đề chất lượng đèn" hoặc "trình điều khiển không ổn định", trong khi bỏ qua các vấn đề về nguồn điện hệ thống.

4.2 Phản hồi của người lái xe: từ bồi thường đến quá nhiệt đến hư hỏng

Đối với các thiết bị chiếu sáng LED cao áp (chẳng hạn như đèn downlight, đèn chiếu sáng và đèn công nghiệp), "nạn nhân" chính của sụt áp thực sự là nguồn điện. Nó biểu hiện như sau:

• Hoạt động tải cao liên tục:Để duy trì đầu ra dòng điện không đổi, trình điều khiển chủ động tăng thời gian bật của bóng bán dẫn chuyển mạch, dẫn đến tăng nhiệt độ.
• Hoạt động ở trạng thái quan trọng:Khi điện áp đầu vào gần với giới hạn dưới của quá trình khởi động, thỉnh thoảng có thể xảy ra hiện tượng nhấp nháy hoặc thậm chí bảo vệ điện áp thấp có thể được kích hoạt.
• Tích lũy thiệt hại lâu dài:Các thành phần cốt lõi như MOSFET và tụ điện chịu áp lực cao trong thời gian dài, dẫn đến tuổi thọ bị rút ngắn đáng kể.

Tóm lại: điện áp giảm sẽ không làm cháy đèn, nhưng nó sẽ làm cháy trình điều khiển.

4.3 Lỗ hổng ổn định hệ thống: khó phát hiện, khó khắc phục sự cố, hậu quả nghiêm trọng.

• Không nhìn thấy trong giai đoạn xây dựng
  Trong quá trình cài đặt và thử nghiệm ban đầu, đèn phải sáng mà không có bất kỳ bất thường rõ ràng nào. Các vấn đề thường chỉ xuất hiện vài tháng sau khi thiết bị được sử dụng.
• Khó xác định vị trí trong quá trình bảo trì
  Các thiết bị chiếu sáng đang hoạt động rõ ràng và các trình điều khiển đã được thay thế, nhưng đèn vẫn nhấp nháy không liên tục hoặc độ sáng không ổn định. Tuy nhiên, nguyên nhân nằm ở sự sụt áp trên đường dây, nằm cách xa hàng chục mét.
• Chi phí bảo trì cao
  Nếu các điểm lỗi được phân bố rộng rãi, nó thường yêu cầu đi dây lại hoặc thay thế bằng cáp tiết diện lớn hơn, đắt hơn nhiều so với khoản đầu tư ban đầu.

Trong thiết kế kỹ thuật, giảm điện áp không phải là trách nhiệm của nhà cung cấp thiết bị chiếu sáng cũng không phải là trách nhiệm của nhà cung cấp hệ thống điều khiển. Nó thường bị bỏ qua trong thiết kế hoặc đội ngũ thi công lựa chọn hệ thống dây điện dựa trên kinh nghiệm, gây khó khăn cho việc xác định trách nhiệm và ngăn ngừa sự cố.

05 Chiến lược ứng phó sụt áp: Từ "Xác minh" đến "Thiết kế dự phòng"
Làm thế nào chúng ta có thể tránh hoặc giảm tác động của sụt áp trong giai đoạn thiết kế và xây dựng? Dưới đây là một số chiến lược phổ biến, có thể hành động:

5.1 Voltage tính toán thả phải được thực hiện trước khi chọn cáp.

Sử dụng định luật Ohm hoặc bảng tra cứu để ước tính voltage thả, đảm bảo rằng voltage ở cuối vẫn nằm trong phạm vi hoạt động bình thường của thiết bị.

Công thức tính toán giảm điện áp (AC một pha)：

Trong số đó:

ΔV: điện áp giảm (V)

L: Chiều dài cáp (m)

I: Hiện tại (A)

ρ: Điện trở suất dây dẫn (Đồng là 0,0175)

A: Diện tích mặt cắt ngang dây dẫn (mm²)

Khuyến nghị: Tổng voltage thả nên được giữ trong vòng 3% đến 5% của hệ thống voltage.

5.2 Lập kế hoạch trước cho nguồn điện phân đoạn hoặc bù từ xa

• Hệ thống dải đèn LED tốt nhất nên sử dụng nguồn điện phân đoạn hoặc nguồn điện hai đầu.
• Các cài đặt quy mô lớn có thể sử dụng nguồn điện tập trung + đường dây điện áp không đổi + kiến trúc mô-đun bước xuống cục bộ.

Trình điều khiển có chức năng phản hồi điện áp từ xa có thể bù chính xác tổn thất đường truyền.

Hình ảnh: Nguồn điện phân đoạn và nguồn điện hai đầu cho dải đèn LED (Hình ảnh từ internet)

5.3 Dự phòng không phải là lãng phí, mà là một hình thức bảo hiểm hệ thống.

• Tăng đường kính dây một cách thích hợp (ví dụ: từ 1.5mm² lên 2.5mm²).
• Khi sử dụng vol thấptage cho khoảng cách ngắn, 24V được khuyến nghị trên 12V.
• Bố cục đường nên xem xét "điện trở vòng lặp" thay vì chỉ khoảng cách.

Giảm điện áp không phải là câu hỏi "liệu nó có tồn tại hay không", mà là ranh giới của "liệu nó có gây ra vấn đề hay không". Thiết kế kỹ thuật càng nghiêm ngặt thì độ ổn định của hệ thống càng cao.

06 Hệ thống chiếu sáng không phải là một dự án chắp vá, mà là một dự án kỹ thuật hoàn chỉnh.
Trong thời đại chiếu sáng LED, chúng tôi đã quen với việc theo đuổi các chỉ số chất lượng ánh sáng "có thể nhìn thấy" như chỉ số hoàn màu, tính nhất quán của nhiệt độ màu, UGR thấp và kiểm soát chùm tia, đồng thời chúng tôi cũng muốn nhấn mạnh các khái niệm "tiên tiến" như thiết kế quang học, điều khiển thông minh và sức khỏe nhịp sinh học. Tuy nhiên, các hệ thống này càng cải thiện khả năng của chúng, chúng ta càng không được bỏ qua các yếu tố kỹ thuật cơ bản thuộc danh mục "phân phối điện".

Chuyến baytage thảlà ví dụ tiêu biểu nhất: nó không xuất hiện trong các tính toán độ rọi hoặc xuất hiện trong bảng thông số bộ đèn, nhưng nó có thể âm thầm hạ thấp đường cơ sở hiệu suất tổng thể của hệ thống. Dự án càng lớn, các mạch càng phức tạp và khoảng cách đầu cuối càng dài, điện áp giảm càng có nhiều khả năng trở thành "kẻ giết người ẩn" không thể nhanh chóng xác định.

Nó làm cho các sản phẩm tốt "không sử dụng được", khiến các ổ đĩa ổn định ngừng hoạt động một cách khó hiểu và khiến hệ thống điều khiển thể hiện các trục trặc dường như "không thể giải thích được". Những vấn đề này thực sự có thể tránh được trong giai đoạn đầu của thiết kế - miễn là chúng tôi sẵn sàng coi hệ thống chiếu sáng như một hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh, thay vì chỉ là sự kết hợp của các thiết bị chiếu sáng và bộ điều khiển.

Một hệ thống chiếu sáng thực sự ổn định, hiệu quả và có thể kiểm soát không bao giờ chỉ là sự chồng chất của ánh sáng, mà là một hệ thống hiệp đồng của ánh sáng, điện và điều khiển. Chỉ bằng cách đánh giá logic của "điện", chúng ta mới có thể thực sự duy trì chất lượng của "ánh sáng".