Miért zúg a tápegységem – adapterem?

Van egy 12 Voltos LED szalag vezérlőm, amivel a LED szalagomat fényerőszabályozni tudom. Teljes fényerőnél nem zúg, és ahogy veszem lejjebb a fényerőt egyre hangosabb, és kb. mikor közepes fényerővel világítok – akkor a leghangosabb. Mi a baj? Miért zúg?

Válasz röviden:

Valószínűsíthetően ez a LED szalag vezérlő vagy dimmer egyszerűbb termék, és pl. 250Hz-es PWM jellel szabályozza a fényáramot. Azaz a 250Hz-cel megszaggatott LED szalag tápellátás, valójában másodpercenkénti 250-szeres kikapcsolás és maximális teljesítmény ugrálást jelent. A fényerő attól függ, hogy a kikapcsolás és a bekapcsolás időtartama hogyan viszonyul egymáshoz. Ebben – mint működési elvben – nincs semmi különlegesség a minden egyenáramú LED-es fényerőszabályzás így működik. A tápegység ezt a gyors teljesítményugrálást rosszul viseli, azaz a tápegység terheltségének az ilyen gyors és szélsőséges ugrálása a tápegység zúgását okozza. Egy minőségi tápegység esetén nincs ilyen zúgás, mert minőségibb a tervezés, az alkatrészek és tartalmaz megfelelő szűrőket is. Ez a zúgást okozó hatás előre vetíti azt, hogy a tápegység rosszul viseli ezt a terhelési módot és idővel gyorsabb meghibásodásra számíthatunk ha PWM jeles fogyasztást kötünk rá.

.

A kép magyarázata a cikk végén található.

Aki rögtön a megoldásra kíváncsi az ugorjon a lap aljára!

 

A válasz részletesen:

A jelenség több tényező összjátékából ered, és a tápegység mechanikai vagy elektromágneses részeiben létrejövő rezgések okozzák a zúgást.

1. A PWM jel hatása

A PWM (Pulse Width Modulation) technológia a LED szalag fényerőszabályozására a tápfeszültséget rendkívül gyors ütemben kapcsolja ki és be (ebben a példában 250 Hz-cel). Ez azt eredményezi, hogy a LED-ek átlagos fényereje a kapcsolási ciklus kitöltési tényezőjétől függ.

Ez a gyors ki- és bekapcsolás a tápegység számára egy olyan terhelést jelent, amely magasabb frekvencián változik, mivel a LED szalag pillanatnyi áramfelvétele a kapcsolás ütemében ugrál nulláról a maximális áramra. Ez a dinamikus terhelés nagyobb stresszt okoz a tápegység belső áramköreiben.

2. A zúgás oka

A zúgást valószínűleg az alábbi komponensek közül valamelyik generálja:

  • Tekercsek (induktivitások): A PWM által generált gyorsan változó áram fluxusváltozást okoz a tápegység tekercseiben, ami mechanikai rezgéseket gerjeszthet.
  • Kondenzátorok: A gyorsan változó áram hatására a kondenzátorok belső dielektrikuma is rezgésbe jöhet.
  • Transzformátor: Ha van a tápegységben transzformátor, az is mechanikailag rezeghet a frekvenciának megfelelően.
  • PCB és egyéb szerkezeti elemek: A tápegység mechanikai rögzítései is rezonálhatnak az áramkörben fellépő mágneses mező vagy gyors áramváltozások hatására.

A gyenge minőségű alkatrészek, vagy a nem megfelelő mechanikai rögzítések hajlamosabbak az ilyen zajok kibocsátására.

3. A jelenség fizikája

  • Felharmonikusok és visszahatás: A PWM generátor által keltett gyors áramingadozások magasabb frekvenciájú komponenseket, úgynevezett felharmonikusokat hoznak létre. Ezek visszajutnak a tápegység bemenetére is, ahol további zavart okozhatnak.
  • Áramingadozás és a tápegység szabályozása: A tápegység szabályozó áramkörei nem minden esetben képesek megfelelően reagálni a gyorsan változó terhelésre. Ez feszültségingadozást okozhat, amit a belső alkatrészek mechanikai rezgéssel reagálnak le.

4. Minőségi különbségek

  • Olcsó tápegységek: Az olcsóbb tápegységek gyengébb szűrőelemeket (kondenzátorokat, tekercseket) tartalmaznak, illetve nem mindig képesek a gyors dinamikai terheléshez való alkalmazkodásra. Ezekben a PWM hatása jobban megmutatkozik zaj formájában.
  • Minőségi tápegységek: A jobb minőségű tápegységek szűrése sokkal hatékonyabb, az áramingadozások hatását elnyelik, így nem keletkezik mechanikai zúgás.

5. Hosszú távú hatások

Az ilyen jelenségek felgyorsíthatják a tápegység elöregedését:

  • Kondenzátorok öregedése: A gyakori áramlökések miatt a kondenzátorok hamarabb elhasználódhatnak.
  • Tekercsek túlmelegedése: A folyamatos nagy frekvenciájú áramváltozás extra hőt generálhat.

A jelenség a tápegység tervezéséből adódik, különösen a terhelésváltozásokra való érzékenysége miatt. A jobb minőségű alkatrészek és gondosabb tervezés csökkentheti vagy megszüntetheti a zúgást. Az olcsóbb tápegységek gyakran nem alkalmasak nagy dinamikus terhelések hosszú távú kezelésére, és gyorsabban meghibásodhatnak.

Ha a 250Hz-es PWM jelet adó LED szalag vezérlőt lecserélem egy 16kHz-es PWM jelű vezérlőre, akkor a zúgás megszűnik?

  • Vajon a nagyobb frekvenciás zúgás kevésbé hallható, de valójában ugyanúgy 0% és 100% között kapcsolgat a terhelés, tehát az olcsóbb adaptereket ugyanúgy tudja károsítani?
  • Vagy valójában a frekvencia növekedés miatt egyfajta tehetetlenségi okból az amplitúdó csökken, azaz a frekvencia igaz hogy nagyobb, de mégis kisimítottabb, így kevésbé káros a táp elektronikájára és kevésbé hallható a zúgás is?

Válasz röviden:

A 250 Hz-es PWM-et lecserélni 16 kHz-es PWM-re jelentős különbséget eredményez, és valóban van fizikailag mérhető és érzékelhető változás a rendszer viselkedésében. Azonban a tápegység eleve gyenge minőségű, vagy nem megfelelően tervezett, akkor a magasabb frekvenciájú PWM sem oldja meg teljesen a problémát, és továbbra is fennállhat a hosszú távú károsodás veszélye. Az optimális megoldás egy megfelelő minőségű tápegység használata, amely képes jól kezelni a dinamikus terheléseket, akár alacsonyabb, akár magasabb PWM frekvencián működő vezérlővel.

A válasz részletesen:

1. Hallható frekvenciák és a zúgás megszűnése

Az emberi hallás általában 20 Hz és 20 kHz közötti frekvenciákat érzékel. A 250 Hz-es PWM frekvencia jól hallható zúgást eredményezhet, különösen akkor, ha a tápegység rezonanciát keltő komponensei is működésbe lépnek. Ezzel szemben a 16 kHz-es PWM már a hallható tartomány felső határán van, ahol az emberi fül kevésbé érzékeny. Így a zúgás szubjektíve megszűnik, még ha a tápegységben továbbra is vannak rezonanciák.

2. A nagyobb frekvencia előnyei az elektronikára

A nagyobb PWM frekvencia nemcsak hallhatósági szempontból előnyös, hanem a tápegység működésére is kisebb terhelést róhat. Ennek oka:

  • Tehetetlenségi hatások (elektromos és mechanikai):
    • A tápegység szűrői (kondenzátorok, tekercsek) jobban tudják kisimítani a magasabb frekvenciájú áramingadozásokat, mert ezek kisebb amplitúdóval jelentkeznek.
    • A nagyobb frekvenciájú kapcsolgatás miatt a tápegység kimenetén a pillanatnyi áramfelvétel változása kevésbé szélsőséges (kisebb a „0-ról 100%-ra” váltás hatása), így a dinamikus terhelésváltozás kevésbé terheli meg az áramköröket.
  • Energiaeloszlás a frekvenciatartományban:
    • A magasabb PWM frekvenciák miatt a felharmonikusok is magasabb frekvenciákra tolódnak, ahol a tápegység szűrői és a rendszer impedanciája jobban képes csillapítani azokat.
    • Ez csökkenti a tápegység belső komponenseire jutó stresszt, és kisebb mértékű rezonanciát vált ki.

3. Olcsó tápegységek károsodása

Míg a magasabb frekvencia kevésbé terheli meg a tápegységet, az alábbiakat érdemes figyelembe venni:

  • Hosszú távú terhelhetőség: Ha az olcsó tápegység nem rendelkezik megfelelő szűréssel vagy túlterhelés-védelmi mechanizmusokkal, még a magasabb frekvenciájú PWM is hosszú távon károsíthatja. Az energiaeloszlás és az alkatrészek minősége kritikus tényező.
  • Hőtermelés: A magasabb frekvenciájú PWM jel miatt a kapcsolóelektronikákban (MOSFET-ek, diódák) nagyobb kapcsolási veszteségek keletkezhetnek, ami megnövekedett hőtermeléssel járhat, különösen, ha a tápegység nincs erre optimalizálva.

4. Amplitúdó és kíméletesség

A nagyobb PWM frekvencia nemcsak kevésbé hallható, hanem elektromosan is „kíméletesebb” a tápegység számára:

  • Kisebb amplitúdó: A nagyobb frekvencián a tápegység belső szűrőelemei hatékonyabban csökkentik az áramingadozásokat, így a pillanatnyi terhelésváltozások amplitúdója csökken.
  • Kevésbé káros: A rendszer dinamikus viselkedése kisimul, ami hosszabb élettartamot biztosíthat a tápegységnek.

Ha azonban a tápegység eleve gyenge minőségű, vagy nem megfelelően tervezett, akkor a magasabb frekvenciájú PWM sem oldja meg teljesen a problémát, és továbbra is fennállhat a hosszú távú károsodás veszélye. Az optimális megoldás egy megfelelő minőségű tápegység használata, amely képes jól kezelni a dinamikus terheléseket, akár alacsonyabb, akár magasabb PWM frekvencián működő vezérlővel.

Lehetséges megoldások

  1. Legegyszerűbb megoldás: Nem szabad fényerőszabályozni, ekkor a PWM jel telítettsége 100%, azaz szaggatásmentes egyenáramot biztosít, így nincs a PWM frekvenciája miatt keletkező hatás. Természetesen egy ilyen lemondás esetén akár ki is vehetjük a rendszerből a vezérlőt (dimmert), ha egyébként van más ki- és bekapcsolási lehetőségünk. Egyértelmű, hogy erre csak egyszínű LED szalag esetén van esély, hiszen egy RGB rendszer esetén ez képtelenség.
  2. Jobb minőségű tápegység: Egy minőségi tápegység jobb szűrést és stabilabb üzemet kínál, így kevésbé valószínű, hogy zajt generál.
  3. Magasabb PWM frekvencia: Ha lehetséges, növeld a PWM frekvenciáját, mivel a tápegységek és egyéb alkatrészek kevésbé reagálnak zajjal a magasabb frekvenciákra. Egyes vezérlők (a minőségibb típusok ma már olyanok, hogy kettős PWM üzemmódra képesek) és a megfelelő távirányító gomb kombinációval, vagy mobil alkalmazásban átkapcsolható. Van egy alacsonyabb frekvenciájú üzemmódjuk (pl. 250-500Hz) ami arra jó, ha valaki régebbi jelerősítőt (valójában jelismétlőt) használ akkor ezzel a vezérlővel helyesen tudjon együttműködni, és van egy magasabb frekvenciájú üzemmódjuk (pl. 1200-16000Hz) arra az esetre, hogy alacsony fényerőre állítva az érzékeny szeműek számára sem legyen érzékelhető a vibrálás és persze a fenti problémák kiküszöbölésére is alkalmas, hiszen bármilyen kiváló minőségű is a tápegységünk, ha a zavaró tényezőt mérsékeljük, akkor mindenképp tartósabb üzemre számíthatunk.
  4. Extra szűrés: A PWM által okozott felharmonikusokat egy LC-szűrővel (induktivitás és kapacitás) lehet csökkenteni a LED szalag vezérlő bemeneténél. Elméletben ez is megoldás, csak aki ezt meg tudja oldani, az pont nem fog olcsó háztartási adapterrel működtetni ilyen rendszert, hanem eleve megveszi a minőségi tápot, nem hogy külön szűrővel kísérletezzen.

Miért vettünk adaptert tápegység helyett?

Igen, az adapter önkényes elnevezés – az is tápegység.
Ezek a fekete műanyagházas viszonylag könnyű tápegységeket amelyeken vagy a burkolatukkal egyben van a dugvilla, vagy egy másik vezetéken lóg (lengő dugvillás), ezeket a (otthoni) hivatalosan háztartási tápegységeknek nevezzük. A köznyelvnek adapter. Tehát mint sok egyéb termékből létezik háztartási és ipari verzió. A háztartási lényege, hogy ritkábban használják és olcsóbb és nem feltételeik róla, hogy létfontosságú a megbízható hosszú élettartam. Az ipari viszont drágább, az otthoni felhasználók többségének fogalma sincs, hogy mely vezetéket hova kösse így nem is szimpatizálnak vele, ráadásul drágább, nagyobb, nehezebb és robusztusabb. Igen léteznek ipari adapterek is, ami úgy néz ki mint az otthoni, csak éppen 3-szor, 4-szer annyiba kerül csak nem megy olyan könnyen tönkre, mint a háztartási, de senki nem akarja megvenni, mert nem látjuk, hogy miért drágább ennyire, hiszen ugyanúgy fekete műanyag. És természetesen vannak az ipari táp kinézetű olcsó gazdaságos és megbízhatatlan háztartási tápok. (rá van írva hogy 100 Watt és nem képes csak 40 Wattra, és nagyon könnyű és olcsó).

Ha olyan tápot szeretnénk, ami nem zúg, nem cicereg amikor fényerőszabályozunk, akkor „ipari” tápra van szükségünk.

Igen, de azon nincs dugvilla és nincs rajta DC-jack csatlakozó – hát szereljünk rá! De vigyázz mit csinálsz!

  • Ha egyszeres szigetelésű a vezeték, akkor azt nem alakíthatod át dugvillás adapterré, mert a 230 Voltos ágat csak kettős szigetelésű vezetékkel használhatsz ilyen módon.
  • Ha rácsos a tápegység és ott vannak a sorkapcsok szabadon, akkor felejtsd el, csak a szakember tudja, hova telepítheti és hogyan – a te biztonságod érdekében.
  • Fémházas zárt tápegység, kettős-szigetelésű 230 Voltos bekötő vezetékkel, de ha megfigyeled 3 vezetéket (barna, kék, zöld-sárga) kell bekötnöd a dugvillába, tehát földeléses. Azaz csakis földeléses dugvillába kötheted be és csakis valódban földeléssel rendelkező konnektorba dughatod be, különben az életeddel játszol. Ha a táp meghibásodik és a fázis kijut a fémburkolatra és csak nincs földelésed akkor lepereghet előtted az életed.
  • Ha fémházas zárt a tápegység, kettős-szigetelésű 230 Voltos bekötő vezetékkel és látod, hogy csak 2 vezetéket (barna, kék) kell bekötnöd a dugvillába, tehát földelésnek nincs hely és a tápegységen találsz egy négyzetben-négyzet ábrát, akkor ez azt jelenti, hogy hiába fémházas a tápegységed, de belül kettős szigetelésű, így ha meghibásodik – akkor sem tud a tápegység burkolatára kijutni az áram. Tehát bekötheted földelés nélküli dugvillába és bedughatod egy földelés nélküli konnektorba.

Mi a helyzet a másik vezetékkel?

Azon egy piros és egy fekete jön ki. A piros a +12 Volt, vagy +24 Volt attól függően milyen a tápod, a fekete a V- vagy GND jelölésű, tehát a negatív. Szerelhetsz rá DC-csatlakozót, jelölve van a polaritás, de inkább nézd meg van-e a LED szalag vezérlődön a DC-aljzat mellett sorkapocsos tápbekötési lehetőség – jobban jársz vele, minek egy plusz csatlakozó. Vigyázz azonban, ha a felcseréled a két vezetéket egy LED szalag csak nem fog világítani, de utána, ha rájöttél a hibára akkor világítani fog. Ellenben, ha egy LED vezérlőnek adsz fordított polaritású tápbekötést, azzal véglegesen tönkre is teheted.

DC Jack tápcsatlakozó dugó DC Jack tápcsatlakozó dugó
azonosító: dc-jack
Commel 290-602 fekete védőföldelés nélküli dugvilla (AC250V 2,5A) Commel 290-602 fekete védőföldelés nélküli dugvilla (AC250V 2,5A)
azonosító: co-290-602
Emos P0066 extra lapos dugvilla Emos P0066 extra lapos dugvilla
azonosító: e-p0066

Mi ez az egész?

  • Rendszeresen kapunk árajánlat kéréseket vevőinktől, amelyek összetettebb rendszerek, így egyértelműen nem tudják eldönteni a webáruház kínálatából, hogy pontosan miből és mennyire van szükségük.
  • Esetleg olyan információkra is rákérdeznek, melyek fontossága nekünk sem tűnt fel.
  • Segítséget kérnek egy problémájuk megoldásában.
  • Ezeket az információkat emailban megküldtük nekik.
  • Számos esetben, ezek olyan információk, melyeket úgy ítélünk meg, hogy más érdeklődők számára is segítségül szolgálhatnak, így a HOW-TO kategória csoportban anonimizálva közzétesszük őket.
  • FONTOS! A közölt termékek az idő múlásával megszűnhetnek, vagy a újabb változatuk kerülhet forgalomba, amitől egyes tulajdonságaik megszűnhettek, vagy a gyártó újjal ruházhatja fel.
  • De a legfontosabb, hogy az idő múlásával az árak garantáltan változnak. Megtehetnénk, hogy az árakat kitöröljük ezekből a cikkekből, azonban amikor több féle megoldást hasonlítunk össze, ha az idő múlásával az összegek nem is lesznek érvényesek, de tendenciájukat, nagyságrendjeiket tekintve, mégis csak többletinformációt nyújhatnak, így egyelőre ott maradnak az árak is.
.
^
^