Introduction

Les pilotes LED sont un composant essentiel des équipements d’éclairage, ayant un impact significatif sur la durée de vie, les performances et l’efficacité énergétique de l’appareil. Dans les applications d’éclairage LED intérieur et extérieur, les drivers se présentent principalement sous deux formes : pilote LED isolé et non isolé. Comme leur nom l’indique, les drivers non isolés ne disposent pas d’une isolation électrique de sécurité entre leur entrée et leur sortie. Cette conception est plus simple, nécessitant moins de composants, ce qui permet d’obtenir un rendement ultra-élevé (qu’est-ce que l’efficacité lumineuse et comment l’améliorer ?), une production de chaleur réduite et un format compact. Dans les alimentations isolées, il n’y a pas de connexion électrique directe entre les circuits d’entrée et de sortie (isolation électrique), et l’entrée et la sortie sont isolées à haute impédance. Cet article explore les principales différences entre les drivers isolés et non isolés en termes de conception, de performances et de sécurité. De plus, nous aborderons le choix du driver adapté à votre projet en fonction des exigences de l’application, de l’analyse coûts-avantages et de la compatibilité du système.

Qu’est-ce qu’un pilote LED isolé et non isolé ?

La barrière d’isolation entre l’alimentation CA dangereuse et le personnel ou d’autres circuits est appelée isolation électrique, ce qui est une caractéristique unique lorsqu’on parle de pilote LED isolé et non isolé. Dans le domaine des pilotes LED, « isolation » fait référence à la présence d’une isolation électrique entre le circuit d’entrée et le circuit de sortie du pilote LED, qui est généralement obtenue via un transformateur. Cette « isolation » empêche les utilisateurs d’entrer accidentellement en contact avec des sources d’alimentation sous tension et prévient les courts-circuits ou les étincelles. Ainsi, nous savons que l’un des principaux objectifs de l’isolation électrique est de prévenir les chocs électriques et les incendies, et qu’elle protège également les composants sensibles (tels que les circuits de gradation 0-10 V – plus d’informations sur la gradation 0-10 V) contre les surtensions.

Qu’est-ce qu’un pilote LED isolé ?

Dans les conceptions de pilotes LED, l’isolation électrique est souvent obtenue grâce à l’utilisation d’un transformateur. Un transformateur est composé d’au moins deux inducteurs et d’un noyau de fer, transférant l’énergie par induction électromagnétique plutôt que par connexion électrique directe. L’enroulement primaire du transformateur reçoit une source d’alimentation haute tension de 110/220 volts CA, tandis que l’enroulement secondaire délivre une source d’alimentation basse tension CA, convertie en courant continu pour les puces LED. Étant donné que la bobine primaire du transformateur reçoit une haute tension, tandis que la bobine secondaire ne reçoit que la basse tension CA de sortie, et que les bobines primaire et secondaire ne sont pas directement connectées, ce type de driver est appelé driver isolé. Ce principe est similaire à celui de la recharge sans fil des téléphones portables.

Qu’est-ce qu’un pilote LED non isolé ?

Les pilotes LED non isolés ne disposent pas de l’isolation électrique des alimentations isolées. Au lieu d’utiliser un transformateur pour l’isolation, ils connectent directement l’entrée et la sortie. Ils utilisent généralement une topologie de convertisseur buck, boost ou buck-boost pour réguler la tension et le courant de sortie du pilote LED (Comment calculer la bonne sortie pour alimenter les LED ?). L’absence de transformateur permet un rendement supérieur, une taille réduite et un coût réduit, ce qui les rend adaptés à un large éventail d’applications. Cependant, cela pose également des problèmes de sécurité, car l’absence de transformateur dans les circuits non isolés rend les LED plus vulnérables aux surtensions du secteur, qui peuvent être causées par des transitoires de commutation de charge ou des interférences côté primaire.

Les pilotes isolés utilisent généralement des topologies isolées (circuits flyback et forward, par exemple), tandis que les pilotes non isolés utilisent généralement des topologies buck et boost. Comme le montre le schéma ci-dessous, les pilotes non isolés utilisent une seule inductance au lieu d’un transformateur de puissance, éliminant ainsi le besoin d’un optocoupleur (pour l’isolation électrique) dans le circuit de rétroaction entre les côtés primaire et secondaire.

Plus de détails sur les pilote LED isolé et non isolé

Tension de passage

Les surtensions, les fluctuations soudaines de tension et autres courants parasites sont fréquents dans les réseaux de distribution électrique. En règle générale, les parasurtenseurs des luminaires LED et les SPD intégrés aux pilotes LED protègent les luminaires de ces effets. Cependant, même lorsque le parafoudre fonctionne, une certaine tension circule toujours en aval vers les circuits de protection (comme le module LED d’un lampadaire LED). Cette tension est appelée tension de passage. Un SPD (dispositif de protection contre les surtensions pour éclairage LED) est comparable à un barrage, tandis que la tension de passage est comparable à l’eau qui déborde après que le barrage a bloqué une inondation. En raison des différences structurelles entre les pilote LED isolé et non isolé, la tension de passage de ces derniers est plus susceptible de se propager en aval (sur le substrat en aluminium). Par conséquent, le substrat en aluminium doit présenter une excellente tenue en tension pour supporter la tension entre les bornes d’entrée et de sortie. Si un composant d’un pilote de LED non isolé tombe en panne, cette tension de passage est également plus susceptible de se propager au circuit secondaire, alors qu’un pilote de LED isolé ne le peut pas. En raison de cette différence entre les pilote LED isolé et non isolé, la capacité de résistance à la tension du substrat en aluminium doit être supérieure ou égale à 3 kVac pour garantir la stabilité et la sécurité de l’alimentation électrique.

Afterglow

La rémanence désigne le phénomène par lequel une lampe LED continue d’émettre une faible lumière après la mise hors tension. Tant qu’une connexion physique au courant alternatif est maintenue, le driver LED génère une tension alternative résiduelle et un courant de fuite. Les luminaires équipés de drivers non isolés, dont les puces LED sont directement connectées au secteur, présentent des tensions résiduelles encore plus élevées. Lorsque cette tension résiduelle dépasse la tension de conduction minimale de la LED (tension de seuil), le courant de fuite peut entraîner une atténuation de l’intensité lumineuse. Ce phénomène est plus fréquent avec certaines lampes d’intérieur, car, outre l’utilisation d’alimentations non isolées, elles utilisent souvent des variateurs pour éteindre la lampe plutôt que de simplement débrancher l’alimentation, ce qui accentue la rémanence.

Durée de vie

Les pilotes LED isolés nécessitent une isolation électrique via des composants d’isolation tels que des inducteurs et des optocoupleurs, qui comportent intrinsèquement des risques de défaillance supplémentaires. Comparées aux alimentations isolées, les alimentations non isolées sont dépourvues de ces composants, ce qui peut prolonger leur durée de vie dans une certaine mesure. Cependant, en raison de l’absence d’isolation électrique, une conception incorrecte peut entraîner des surtensions et des surtensions à l’entrée, risquant d’endommager le module LED et réduisant ainsi la durée de vie du luminaire (durée de vie d’une LED et son calcul). Les fabricants de pilotes LED ont également comparé la durée de vie des pilote LED isolé et non isolé, comme illustré dans la figure ci-dessous. Bien que les MTBF diffèrent considérablement, les durées de vie sont généralement cohérentes. Ils analysent que la densité énergétique et le rendement énergétique plus élevés des alimentations non isolées entraînent des températures Tc réelles similaires à celles des alimentations isolées, ce qui conduit à des durées de vie similaires. Cependant, une opinion plus conventionnelle soutient que les alimentations isolées ont une durée de vie plus longue, probablement compte tenu de la durée de vie globale du système.

Impact sur la conception des luminaires

Lors de la sélection d’un pilote LED isolé et non isolé, la sécurité est toujours l’une des principales considérations. Premièrement, l’alimentation doit offrir des caractéristiques de sécurité adéquates. Deuxièmement, les dispositifs de protection contre les incendies et les chocs électriques du luminaire doivent être pris en compte. Comme les pilotes LED, la conception des luminaires intègre également l’isolation électrique, mais les exigences de conception varient en fonction de la configuration de la carte LED et du type de pilote LED utilisé. Si un driver non isolé est utilisé, ZGSM recommande d’assurer une bonne mise à la terre et de veiller à ce que les lignes de fuite et les distances de sécurité soient conformes à la réglementation en vigueur pour prévenir les incendies. Nous expliquons chacun de ces points ci-dessous.

Prévention des chocs électriques

UL (Underwriters Laboratories) impose des exigences de conception distinctes pour les différents pilotes LED. Par exemple, UL considère que les pilotes LED isolés, conformes aux normes UL Classe 2 et non Classe 2 (mais avec une tension de sortie inférieure à 60 V), sont très sûrs et présentent peu de risques de choc électrique. Par conséquent, UL n’impose aucune exigence concernant la carte LED ou la mise à la terre. Cependant, UL exige que la carte LED soit mise à la terre lors de l’utilisation de pilotes LED non isolés, conformes aux normes UL Classe 2 (Classe 2 ou Classe II) et non Classe 2 (mais avec une tension de sortie inférieure à 60 V). Cependant, les solutions utilisant des pilotes UL non Classe 2 avec une tension de sortie supérieure à 60 V imposent des exigences plus élevées, tant pour la carte LED que pour la mise à la terre. ZGSM estime que les alimentations non isolées sont généralement sûres et réalisables, à condition que la connexion à la terre du système soit assurée et que seul un personnel électricien qualifié interagisse avec le luminaire (en débranchant toujours l’alimentation avant tout contact).

Lignes de fuite et dégagements

Lors de l’utilisation d’un pilote LED non isolé, une haute tension peut apparaître à la sortie en raison d’une défaillance d’un composant ou de surtensions. Par conséquent, le substrat en aluminium (carte PCB) doit présenter une excellente résistance à la tension pour supporter la tension entre les bornes d’entrée et de sortie. En règle générale, la résistance à la tension du substrat en aluminium doit être supérieure ou égale à 3 kVca pour garantir la stabilité et la fiabilité du système. Les normes UL et autres exigent que les pilotes LED non isolés nécessitent des distances de dégagement et de fuite plus importantes pour éviter les incendies électriques ou les défaillances de composants causés par des courts-circuits électriques ou des arcs électriques. La ligne de fuite est la distance la plus courte entre deux points conducteurs mais isolés à la surface d’un composant ou d’un circuit imprimé. Elle mesure également la distance entre le point conducteur le plus court et une pièce métallique mise à la terre ou accessible. La ligne de fuite est la distance entre les mêmes points, mesurée dans l’air, et est égale ou inférieure à la ligne de fuite. Par exemple, la norme 60598-1 (Concernant la norme de certification de l’éclairage LED) présente des exigences de distance de fuite et de dégagement significatives pour les alimentations isolées et non isolées. La conformité SELV exige que les alimentations non isolées soient conçues avec un espace libre supérieur à 1,5 mm et une isolation supérieure à 2,8 mm. Cependant, il n’existe aucune restriction pour les pilotes LED isolés.

Sélection du connecteur

Pour les pilotes non isolés, le choix de connecteurs fiables et de haute qualité est crucial pour garantir la sécurité. Ces connexions incluent la mise à la terre et la sortie d’alimentation. Comme les pilotes LED non isolés ne disposent pas d’une isolation électrique entre l’entrée et la sortie (entrée et sortie du pilote LED), un défaut d’isolation peut entraîner une haute tension en sortie. Dans ce cas, une connexion à la terre fiable est le seul moyen efficace de prévenir les chocs électriques. Une connexion à la terre fiable peut dévier le courant de défaut vers la terre, déclenchant ainsi un disjoncteur (ou un dispositif différentiel résiduel) et évitant ainsi tout risque de choc électrique. Par conséquent, des borniers fiables (tels que des bornes à vis) et des fils étamés doivent être utilisés tout au long de la durée de vie de l’installation afin de prévenir les ruptures dues aux vibrations et à la corrosion. De même, des connecteurs fiables doivent être utilisés en sortie pour résister aux interférences potentielles dues aux vibrations, aux vents forts et à d’autres facteurs rencontrés dans des applications telles que l’éclairage public et l’éclairage des stades (solutions d’éclairage sportif ZGSM). Cela permet d’éviter les arcs électriques causés par un mauvais contact et susceptibles de provoquer des incendies.

Les conducteurs non isolés sont-ils faits pour vous ?

Les alimentations non isolées sont généralement logées dans des boîtiers en plastique et sont généralement utilisées en intérieur par les fabricants, sous la supervision d’un personnel qualifié (et toujours dans le strict respect des règles de sécurité). Largement adoptés dans les bureaux intérieurs, les centres commerciaux et les parkings, ils ont depuis été progressivement appliqués aux luminaires de grande hauteur. Ces dernières années, leur utilisation a commencé à se développer en extérieur, notamment pour l’éclairage routier (différents lampadaires et leurs applications) et l’éclairage des terrains de sport. ZGSM avait initialement des réserves quant à ce type d’application, mais après de longues discussions et validations, il a été conclu que, malgré une certaine incertitude, les avantages l’emportent largement sur les risques. L’adéquation des alimentations non isolées repose sur trois conditions essentielles : premièrement, une mise à la terre fiable ; deuxièmement, l’installation et la maintenance doivent être effectuées par des professionnels ; et troisièmement, l’utilisation d’alimentations non isolées offre un meilleur rapport coût-efficacité lorsque la sécurité est garantie. Vous trouverez ci-dessous les lampadaires, les éclairages de terrains de sport et les éclairages d’usine de ZGSM, équipés de pilotes LED isolés ou non isolés. Cliquez sur les images correspondantes pour en savoir plus.

Résumé

Cet article propose une exploration approfondie des principales différences entre les pilote LED isolé et non isolé, y compris leurs principes de fonctionnement, leurs caractéristiques de sécurité et leur impact sur la conception des luminaires. Les drivers isolés assurent l’isolation électrique entre l’entrée et la sortie grâce à un transformateur, prévenant ainsi efficacement les risques de choc électrique et protégeant les circuits sensibles. Les drivers non isolés, quant à eux, s’affranchissent du transformateur et abaissent directement la tension d’alimentation. Ils offrent des avantages tels qu’un rendement élevé, une taille compacte et un faible coût. Cependant, ils présentent des risques de fuite et nécessitent une mise à la terre et une isolation appropriées. L’article analyse en outre les différences entre les pilote LED isolé et non isolé en termes de tension de passage et d’effets de rémanence, et compare leur durée de vie. Concernant la conception des luminaires, les solutions non isolées doivent respecter des normes strictes en matière de lignes de fuite et de dégagement, et reposent davantage sur des connexions de terre fiables. De plus, le choix des connecteurs est également crucial. En fin de compte, le choix entre les drivers isolés et non isolés doit concilier sécurité, coût (coût de l’éclairage public) et conception du luminaire existant. ZGSM estime qu’avec les progrès technologiques, les pilotes non isolés seront de plus en plus adoptés dans les applications extérieures telles que l’éclairage routier et l’éclairage des stades, et nous accueillons favorablement les demandes de renseignements sur nos produits connexes.

Questions fréquemment posées

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