Płytki PCB oświetlenia awaryjnego i ewakuacyjnego LED: płytki z zasilaniem bateryjnym, autotest i elektronika sterownika

Oświetlenie awaryjne to kategoria, w której produkt istnieje tylko wtedy, gdy wszystko inne zawiedzie. W przypadku zaniku zasilania sieciowego w wyniku pożaru lub awarii zasilania, oprawy oświetleniowe i znaki ewakuacyjne muszą oświetlać drogi ewakuacyjne i oznakowanie przez określony czas – zazwyczaj od 90 minut do trzech godzin – wyłącznie przy zasilaniu akumulatorowym. Jest to funkcja bezpieczeństwa życia, regulowana ścisłymi przepisami, a jej fundamentalną cechą jest problem z elektroniką: ładowanie akumulatora, jego monitorowanie, natychmiastowe przełączenie na niego w przypadku awarii zasilania i zapewnienie, że cały łańcuch nadal działa.

Highleap Electronics to w pełni funkcjonalna fabryka produkująca płytki drukowane (bare-board) i oferująca montaż pod klucz . Wielopłytkowa elektronika w oprawach awaryjnych i ewakuacyjnych to dokładnie taki rodzaj pracy z zasilaniem i sterowaniem, do którego stworzone są nasze linie produkcyjne. Nie jesteśmy marką produkującą oprawy; budujemy każdą płytkę potrzebną do danej oprawy i montujemy ją w przetestowanej obudowie. Niniejszy przewodnik wyjaśnia architekturę elektroniki awaryjnej i sposób składania zamówień. Szersza kategoria znajduje się na naszej stronie poświęconej możliwościom w zakresie PCB w oświetleniu.

Dlaczego oświetlenie awaryjne jest problemem elektroniki zapewniającej bezpieczeństwo życia

Zwykłe oświetlenie ulega awarii w sposób bezpieczny — jeśli żarówka się przepali, wymienia się ją. Oświetlenie awaryjne ulega awarii w sposób niebezpieczny, ponieważ awaria ujawnia się dopiero w momencie rzeczywistego zagrożenia, gdy jest już za późno. Dlatego oprawy awaryjne i ewakuacyjne podlegają przepisom i normom na całym świecie — NFPA 101 i National Electrical Code w USA, normie UL 924 dla urządzeń oraz normie EN 1838/IEC 60598-2-22 na świecie — które określają minimalny czas trwania (zwykle 90 minut), minimalny poziom oświetlenia oraz, coraz częściej, automatyczne testy. Spełnienie tych wymagań zależy niemal wyłącznie od elektroniki wewnątrz oprawy.

Oprawa musi bezbłędnie spełniać kilka funkcji: utrzymywać akumulator naładowany przez lata bez przeładowywania, przełączać się na zasilanie akumulatorowe na tyle szybko, aby światło nigdy nie widocznie nie spadło (normy takie jak NFPA 101 wymagają przywrócenia oświetlenia w ciągu 10 sekund; urządzenia autonomiczne zazwyczaj przełączają się w milisekundy), utrzymywać diody LED na odpowiednim poziomie przez cały znamionowy czas działania oraz regularnie udowadniać, że nadal jest w stanie wykonywać wszystkie te czynności. Każda z tych funkcji to osobna płytka, a płytki muszą działać jako jeden skoordynowany system — dlatego oświetlenie awaryjne jest najmocniejszym argumentem za zbudowaniem całego zestawu elektronicznego u jednego producenta.

Płyta umieszczona wewnątrz oprawy awaryjnej

Oprawa awaryjna to najbardziej wielopłytowy z popularnych produktów oświetleniowych, a każda z nich to osobna dziedzina. Zrozumienie zestawu wyjaśnia, dlaczego koordynacja jest tu tak ważna:

• Płytka ładowarki akumulatora — utrzymuje baterię zapasową w dobrym stanie i kondycji, bez przeładowywania, wykorzystując profil ładowania dopasowany do składu chemicznego baterii. Często budowane z naszymi Konwersja DC-DC ekspertyza.
• Płyta zarządzania/ochrony baterii — monitoruje napięcie, prąd i temperaturę oraz chroni ogniwa; w przypadku akumulatorów litowych jest to płytka zabezpieczająca baterię co samo w sobie jest kwestią krytyczną z punktu widzenia bezpieczeństwa.
• Obwód przełączania prądu przemiennego na awaryjny — wykrywa utratę zasilania sieciowego i przełącza światło na zasilanie bateryjne w ciągu wymaganego ułamka sekundy, a następnie przełącza je z powrotem na zasilanie akumulatorowe, gdy zasilanie zostanie przywrócone.
• Sterownik prądu stałego - a kierowca który zasila diody LED z sieci w trybie normalnym i z akumulatora w trybie awaryjnym, często w ograniczonym zakresie, aby wydłużyć czas działania.
• Lekki silnik - a metalowy rdzeń lub płyta FR-4 zawierająca diody LED, które zapewniają oświetlenie drogi ewakuacyjnej lub znaku wyjścia.
• Płyta logiczna autotestu/sterowania — uruchamia okresowe testy, steruje wskaźnikiem stanu i (w systemach adresowalnych) raportuje do panelu centralnego.

Powodem, dla którego wszystkie te elementy zostały zbudowane razem, jest to, że tworzą one jeden łańcuch bezpieczeństwa, a jego jakość zależy od koordynacji między jego ogniwami. Profil ładowarki musi być dopasowany do akumulatora i zabezpieczeń płytki ochronnej; przełączanie obwodu transferowego musi być wystarczająco szybkie, aby kierowca mógł utrzymać światło włączone bez widocznej przerwy; logika autotestu musi uwzględniać rzeczywistą ścieżkę ładowania, transferu i napędu, a nie jej symulację. Gdy jeden producent buduje i testuje cały zestaw w ramach programu „pod klucz” , taka koordynacja jest już wbudowana. Gdy płytki pochodzą od różnych dostawców, luki w integracji to właśnie te czynniki powodują, że produkt bezpieczeństwa życia nie przechodzi testu rozruchowego — lub, co gorsza, nie przechodzi go w warunkach rzeczywistych.

Płyty ładowania i zarządzania akumulatorem

Podsystem akumulatorowy jest sercem oprawy awaryjnej, ponieważ akumulator jest zarówno elementem, który zapewnia działanie produktu, jak i tym, który najprawdopodobniej ograniczy jego żywotność. Prawidłowe ładowanie i sterowanie elektroniczne odróżnia oprawę, która nadal działa w piątym roku od takiej, która po cichu padła w drugim roku.

Ładowanie wykonane prawidłowo. Akumulator awaryjny jest ładowany nieprzerwanie przez lata, więc płytka ładująca musi go utrzymywać w pełni naładowanym, nie powodując jego degradacji. Oznacza to profil ładowania dopasowany do składu chemicznego:

• Profile dopasowane pod względem chemicznym — Akumulatory NiMH, NiCd, LiFePO4 i Li-ion wymagają innego podejścia do ładowania; nieodpowiedni profil powoduje albo niedoładowanie (krótki czas trwania stanu awaryjnego), albo przeładowanie (szybkie rozładowanie akumulatora).
• Ładowanie podtrzymujące i konserwacyjne — pełne ładowanie bez przepalania ogniw przez lata ciągłego podłączenia.
• Ładowanie z kompensacją temperatury — uwzględniając temperaturę otoczenia, ponieważ zachowanie ładunku i bezpieczne granice zmieniają się wraz z ciepłem.

Zarządzanie i ochrona. Nadzorowanie akumulatora to odrębna funkcja bezpieczeństwa, szczególnie w przypadku baterii litowych:

• Monitorowanie napięcia i prądu — wykrywanie słabego lub niesprawnego akumulatora, zanim będzie on mógł zapewnić znamionowy czas pracy; to jest podstawa zarządzanie baterią praca.
• Zabezpieczenie przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i nadmiernym prądem — utrzymując ogniwa w bezpiecznym oknie operacyjnym.
• zabezpieczenie temperaturowe — wyłączanie ładowania lub rozładowywania w przypadku przegrzania akumulatora, co jest krytyczne dla bezpieczeństwa litu.
• Testowanie pojemności — procedura autotestu okresowo uruchamia akumulator w celu potwierdzenia, że ​​ma on jeszcze wystarczająco dużo ładunku na cały znamionowy czas, a nie tylko, że ma trochę ładunku.

To naprawdę krytyczna dla bezpieczeństwa elektronika: litowy akumulator awaryjny z nieprawidłowo zaprojektowaną płytką zabezpieczającą stanowi zagrożenie pożarowe, a urządzenie awaryjne, którego akumulator bez ostrzeżenia utracił pojemność, stanowi naruszenie przepisów, które może zostać wykryte podczas inspekcji – lub w sytuacji awaryjnej. Konstruujemy ładowarkę i płytkę zabezpieczającą tak, aby pasowały do ​​określonego akumulatora i były skoordynowane z logiką autotestu, dzięki czemu urządzenie jest bezpieczne i samo w sobie gotowe do pracy. Połączenie ich z resztą elektroniki to jedyny sposób na zagwarantowanie, że profil ładowania, progi ochrony i procedura testowania będą zgodne dla tego samego akumulatora.

Logika autotestu i autodiagnostyki

Ręczne testowanie oświetlenia awaryjnego – osoba chodząca po budynku co miesiąc, wciskająca przyciski testowe i corocznie przeprowadzająca pełny test – jest pracochłonne i łatwe do pominięcia, dlatego przepisy coraz częściej wymagają automatycznego autotestu. Tworzymy płytki logiczne, które to umożliwiają:

• Automatyczny test funkcji — okresowo sprawdza, czy oprawa przełącza się na zasilanie bateryjne i czy diody LED świecą — comiesięczna 30-sekundowa kontrola funkcjonalna wymagana przez normę NFPA 101.
• Automatyczny test czasu trwania — okresowo przeprowadza pełny test rozładowania o znamionowym czasie trwania (roczny 90-minutowy test pojemności), aby potwierdzić, że akumulator nadal spełnia wymagania.
• Wskaźnik stanu Status — wielokolorowy wskaźnik pokazujący na pierwszy rzut oka stan prawidłowego działania, usterki akumulatora lub usterki lampy.
• Adresowalne raportowanie — w systemach sieciowych każda jednostka przekazuje wyniki testów do centralnego panelu, co jest cechą wspólną naszego projektu inteligentne zarządzanie energią desek.

Logika autotestu musi testować rzeczywisty ładunek, transfer i ścieżkę sterowania, aby była wiarygodna, dlatego projektujemy ją razem z płytkami, które testuje, a nie jako dodatek.

Oprawy oświetleniowe konserwowane i niekonserwowane oraz znaki wyjścia

Oprawy awaryjne mają różne tryby pracy, a konstrukcja płytki jest zgodna z trybem:

• Niekonserwowany — lampa awaryjna jest wyłączona podczas normalnej pracy i zapala się tylko w przypadku awarii zasilania sieciowego. Logika przełączania i sterownika została zaprojektowana z myślą o zachowaniu „czuwania i aktywacji”.
• Utrzymany — lampa świeci cały czas (jak normalne oświetlenie) i działa na akumulatorze w przypadku zaniku zasilania sieciowego. Sterownik działa z obu źródeł i przełącza się płynnie.
• Znaki wyjścia — podświetlane znaki z ruchomym człowiekiem lub tekstem, zwykle konserwowane, z wydajnym silnikiem z oświetleniem krawędziowym lub bezpośrednim, dobranym do znaku, oraz baterią o wymaganym czasie działania.
• Jednostki kombinowane — znak wyjścia i reflektory awaryjne w jednej oprawie, łączące oba silniki oświetleniowe w jednym zestawie elektronicznym.

Tworzymy silnik, sterownik i sterowanie dostosowane do trybu używanego przez urządzenie, dobierając czas trwania i poziom światła wymagany przez kod.

Silnik świetlny i sterownik do trybu awaryjnego

Strona świetlna oprawy awaryjnej ma swoje specyficzne wymagania: musi ona działać wydajnie z baterii przez cały czas, dlatego wydajność i sterownik z podwójnym źródłem światła są ważniejsze niż czysta moc wyjściowa. Właśnie w tym celu budujemy silnik świetlny i sterownik :

• Wydajne silniki świetlne — o odpowiednich parametrach, aby zapewnić wymagane oświetlenie drogi ewakuacyjnej lub znaku przy niskim poborze mocy, dzięki czemu bateria wystarcza na znamionowy czas pracy.
• Sterowniki z podwójnym źródłem — normalnie zasilane z sieci, a w sytuacjach awaryjnych z akumulatora, często przy zmniejszonym poborze mocy w celu wydłużenia czasu pracy.
• Bezproblemowe przełączanie — kierowca utrzymuje światło włączone przez cały czas przejazdu, bez widocznej przerwy.
• Stała moc wyjściowa na baterii — utrzymywanie stałego poziomu światła, gdy napięcie akumulatora spada w trakcie rozładowywania.

Zaprojektowanie silnika i sterownika pod kątem wydajności akumulatora stanowi różnicę między urządzeniem, które działa przez cały znamionowy czas, a takim, które szybko się rozładowuje.

Chemia akumulatora, ochrona i bezpieczeństwo

Wybór akumulatora wpływa na cały zestaw elektroniczny, a my tworzymy produkty dostosowane do każdego rodzaju chemii w sposób bezpieczny:

• NiMH i NiCd — długotrwałe środki chemiczne stosowane w sytuacjach awaryjnych, charakteryzujące się prostym i trwałym ładowaniem; nadal powszechnie stosowane w wielu urządzeniach.
• LifePo4 — coraz częściej wybierane ze względu na bezpieczeństwo i cykl życia, z systemem ładowania i ochrony dostosowanym do jego charakterystyki.
• Li-ion — wysoka gęstość energii tam, gdzie rozmiar ma znaczenie, zawsze w połączeniu z odpowiednią płytka ochronna litowa ponieważ margines bezpieczeństwa nie podlega negocjacjom.
• Bezpieczeństwo na poziomie opakowania — progi ochronne, ograniczenia temperaturowe i obsługa błędów dopasowane do ogniw i sprawdzone w teście.

W przypadku każdego pakietu litowego płyta ochronna jest traktowana jako zespół o znaczeniu krytycznym dla bezpieczeństwa, zbudowany zgodnie z klasą IPC 3 i w pełni przetestowany.

Wymagania środowiskowe i niezawodnościowe

Oprawy awaryjne znajdują się na klatkach schodowych, parkingach, korytarzach i zewnętrznych drogach ewakuacyjnych i muszą działać po latach bezczynności. Wymaga to prawdziwej inżynierii niezawodności: własnej powłoki ochronnej do zastosowań w wilgotnych i zewnętrznych warunkach, testów niezawodności wypalania w celu wykluczenia wczesnych usterek w produkcie, któremu nie można pozwolić na awarię, wykonania klasy IPC 3 oraz pełnej identyfikowalności materiałów i partii dla produktu zapewniającego bezpieczeństwo życia. Budujemy każdą płytę awaryjną zgodnie z tym standardem, ponieważ musi działać, gdy tylko będzie potrzebna.

Możliwości PCB oświetlenia awaryjnego w skrócie

W poniższej tabeli podsumowujemy to, co wnosimy do tablic oświetlenia awaryjnego i wyjść ewakuacyjnych:

Prawidłowa konfiguracja jest dobierana do trybu działania urządzenia, czasu jego działania i baterii podczas bezpłatnego przeglądu DFM.

Dlaczego jedna fabryka dla całego zestawu elektroniki awaryjnej

Oświetlenie awaryjne to najmocniejszy argument w tej kategorii, jeśli chodzi o produkcję z jednego źródła. Ładowarka, zabezpieczenie akumulatora, obwód transferu, sterownik, silnik i logika autotestu tworzą jeden łańcuch bezpieczeństwa, który zawodzi w przypadku luk integracyjnych między płytkami pochodzącymi z różnych źródeł – tych samych luk, które ujawniają się tylko podczas rozruchu lub, w skrajnych przypadkach, w sytuacji awaryjnej.

Firma Highleap Electronics buduje każdą płytkę w zestawie zgodnie z klasą IPC 3, z profilami ładowania, progami ochrony, czasem przełączania i procedurami autotestu, zaprojektowanymi tak, aby były zgodne z tym samym akumulatorem i tym samym osprzętem — i testowane razem. Prześlij swój tryb mocowania, czas pracy i specyfikację akumulatora do naszego zespołu montażowego PCB , aby otrzymać wycenę w ciągu 24 godzin.

Jak zamówić — pliki, minimalne zamówienie i czas realizacji

Zamówienie płytek oświetlenia awaryjnego i ewakuacyjnego w Highleap Electronics rozpoczyna się od wyboru trybu pracy oprawy, nominalnego czasu pracy i specyfikacji akumulatora. Każda wycena obejmuje bezpłatny przegląd projektu pod kątem możliwości produkcji (DFM), a minimalne zamówienie to pojedyncza sztuka bez dopłaty za prototyp.

Jakie pliki wysłać

• Tylko produkcja PCB — Pliki Gerber RS-274X (wszystkie warstwy miedzi, maski lutowniczej i sitodruku), plik wierceń Excellon, obrys płytki na warstwie mechanicznej oraz notatki dotyczące produkcji obejmujące podłoże, dielektryk, wagę miedzi, wykończenie powierzchni i kolor maski lutowniczej.
• Montaż PCB (PCBA) — powyższe, a także wykaz materiałów z numerami części producenta i ich ilością oraz plik Pick-and-Place (Centroid) dla komponentów SMT.
• Elektronika pod klucz — powyższe oraz pliki mechaniczne (STEP/DXF) dotyczące radiatora lub obudowy, szczegółów optyki lub obiektywu, specyfikacji sterownika lub sterowania, oprogramowania układowego (jeśli dotyczy) oraz wszelkich materiałów graficznych marki lub opakowania. Jeśli brakuje plików, prosimy o przesłanie posiadanych, a nasz zespół inżynierów zidentyfikuje braki podczas weryfikacji DFM.

Minimalne zamówienie i cena

• Minimalna ilość zamówienia wynosi Jednostka 1 zarówno za wykonanie, jak i montaż, bez karnych opłat za prototyp.
• Ceny hurtowe spadają przy 10, 50, 100, 500 i 1,000+ jednostkach.
• Zachowujemy Twoje pliki, dzięki czemu przy kolejnych zamówieniach nie musisz już ponownie wyceniać kosztów inżynierii.

Czasy realizacji

• Produkcja PCB — standardowo od 5 do 7 dni roboczych; ekspresowo od 24 do 48 godzin, zależnie od potwierdzenia pojemności.
• Montaż PCB (PCBA) — od 7 do 12 dni roboczych, wliczając w to dostarczenie komponentów; 5 dni ekspresowych w przypadku zestawienia materiałów dostępnego w magazynie.
• Moduły gotowe do użycia — zwykle od 12 do 18 dni roboczych w zależności od podłoża, zabezpieczenia i objętości.
• Wszystkie terminy realizacji zamówienia są zawarte w ofercie i zaczynają obowiązywać od momentu potwierdzenia zamówienia i zatwierdzenia pliku.

Certyfikaty i standardy: zarządzanie jakością ISO 9001 , jakość wykonania IPC klasy 2 i 3 , testy AOI i funkcjonalne każdej płytki, z możliwością skanowania rentgenowskiego, ICT i wypalania. Wysyłamy do ponad 40 krajów z pełnym śledzeniem przesyłki i udostępniamy dokumentację zgodności na żądanie. W przypadku projektów PCB z oświetleniem awaryjnym i ewakuacyjnym LED, prosimy o przesłanie plików Gerber, zestawienia materiałów (BOM), wymagań dotyczących zasilania awaryjnego, notatek z autotestów oraz ilości docelowych za pośrednictwem formularza ofertowego na stronie internetowej, aby Highleap Electronics mógł wspólnie ocenić moduł oświetlenia, ładowarkę i sterownik.

PCB z diodami LED sygnalizacji awaryjnej i wyjścia — często zadawane pytania

Czy budujesz cały zestaw elektroniczny oświetlenia awaryjnego, czy tylko jedną płytkę?

Cały zestaw. Oprawa awaryjna to wielopłytkowy łańcuch bezpieczeństwa – ładowarka akumulatorów, płytka zarządzania/zabezpieczenia akumulatorów , obwód przełączania AC na awaryjny, sterownik dwuźródłowy , moduł oświetlenia i układ logiczny autotestu – a my produkujemy i montujemy je wszystkie w tym samym zakładzie. Ich łączna budowa jest niezbędna, ponieważ profil ładowania, progi ochronne, czas przełączania i procedura testowania muszą być zgodne dla tego samego akumulatora; oddzielne dostarczanie płytek to problem, który uniemożliwia uruchomienie tych produktów.

Czy potrafisz zbudować urządzenia awaryjne z funkcją autotestowania i autodiagnostyki?

Tak. Budujemy płytki logiczne do automatycznego testowania funkcji (weryfikacji przełączania i działania lamp zgodnie z harmonogramem) oraz automatycznego testowania czasu pracy (przeprowadzania pełnego rozładowania o znamionowym czasie pracy w celu potwierdzenia, że ​​bateria nadal spełnia wymagania normy), z wielokolorowym wskaźnikiem stanu oraz, w przypadku systemów sieciowych, adresowalnym raportowaniem do panelu centralnego. Autotest sprawdza rzeczywiste ładowanie, transfer i ścieżkę zasilania, dlatego projektujemy go razem z płytkami, które testujemy.

Jak zadbać o bezpieczeństwo baterii litowych w urządzeniach awaryjnych?

Dla każdego pakietu litowego (Li-ion lub LiFePO4) budujemy dedykowaną płytkę zabezpieczającą baterię litową jako zespół o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, zgodny z klasą IPC 3, z zabezpieczeniami przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem, przetężeniem i temperaturą, a także profilem ładowania dopasowanym do składu chemicznego i kompensacją temperatury. Progi ochronne są skoordynowane z ładowarką i procedurą autotestu, dzięki czemu pakiet pozostaje bezpieczny, a urządzenie potwierdza swoją gotowość.

Jakie standardy jakości spełniają tablice oświetlenia awaryjnego?

Klasa IPC 3, zakład produkcyjny zgodny z normą ISO 9001, z pełną identyfikowalnością materiałów, partii i operatora – co jest odpowiednie dla produktu zapewniającego bezpieczeństwo życia. Każda płytka przechodzi AOI; dodajemy wypalanie , aby wyeliminować wczesne awarie, weryfikację pojemności podsystemu baterii oraz powłokę ochronną lub zalewanie w przypadku wilgotnych i zewnętrznych dróg ewakuacyjnych. W momencie, gdy urządzenie jest potrzebne, musi działać, a my budujemy zgodnie z tym standardem.

Czy budujesz zarówno elementy konserwowane, jak i niekonserwowane oraz znaki wyjść?

Tak. Budujemy oprawy niekonserwowane (lampa awaryjna wyłączona do momentu awarii zasilania), oprawy konserwowane (lampa zawsze zapalona, ​​zasilana z akumulatora), podświetlane znaki ewakuacyjne (zazwyczaj konserwowane, z wydajnym oświetleniem krawędziowym lub bezpośrednim) oraz zestawy łączone, które łączą znak ewakuacyjny z reflektorami awaryjnymi w jednym zestawie elektronicznym. Silnik, sterownik i sterowanie są dostosowane do trybu, czasu trwania i poziomu oświetlenia wymaganego przez przepisy.