O suporte técnico necessário para o desenvolvimento de LEDs de alta potência em iluminação interna
1. As oportunidades de negócios no mercado de iluminação LED trouxeram imaginação sem fim para a indústria. No passado, as aplicações de iluminação LED saltaram de LEDs para exteriores para aplicações de iluminação interior. De acordo com Strategies Unlimited, o desenvolvimento de iluminação interna LED terá uma tendência de crescimento exponencial nos próximos cinco anos. Segundo estimativas, em 2011, seu valor de produção chegará a dezenas de bilhões de dólares. Especialmente em 2009, a União Europeia assumiu a liderança na implementação do plano de proibição das lâmpadas incandescentes, e as questões de economia de energia têm atraído muita atenção, criando enormes oportunidades de mercado e perspectivas otimistas para a iluminação interna por LED. A seguir, analisa o desenvolvimento de LEDs de alta potência no campo da iluminação interna a partir das necessidades da tecnologia de luminárias, como tecnologia de dissipação de calor, design óptico e design de drive.
O desenvolvimento de iluminação LED de alta potência O desenvolvimento de iluminação LED de alta potência depende de dois elementos principais: um é o próprio chip; a outra é a tecnologia de lâmpadas, incluindo dissipação de calor, óptica e direção.
Suporte para 2 chips
Atualmente, a chave para o desenvolvimento da tecnologia de chip LED está no material do substrato e na tecnologia de crescimento epitaxial. O material base foi desenvolvido a partir de materiais de safira tradicionais, silício e carboneto de silício, para novos materiais, como óxido de zinco e nitreto de gálio. Quer se trate de chips de alta potência para iluminação de realce e iluminação geral, ou chips de baixa potência para iluminação decorativa e alguma iluminação auxiliar simples, a chave para atualizações tecnológicas é como desenvolver chips mais eficientes e estáveis. Em apenas alguns anos, com a ajuda de uma série de melhorias tecnológicas, incluindo estrutura de chip, tratamento de rugosidade de superfície e design de estrutura de poço multiquântico, o LED alcançou um grande avanço em eficiência de luz. A Figura 1 é um diagrama esquemático do desenvolvimento da estrutura do chip LED. Com a maturidade gradual da tecnologia de produção, a eficiência quântica do LED será aprimorada ainda mais, e a eficiência da luz dos chips LED também será aprimorada.
A tecnologia de chip de filme fino é a tecnologia central na produção de chips de LED ultrabrilhantes, que podem reduzir a perda de saída de luz em todos os lados e pode usar a superfície reflexiva na parte inferior para gerar mais de 97% da saída de luz do frente (veja a Figura 2). Isso não apenas melhora significativamente a eficiência luminosa do LED, mas também cria condições convenientes superiores para o design de lentes.
3 A necessidade de tecnologia de iluminação
3.1 Tecnologia de dissipação de calor
O público sempre se preocupou com a vida útil das lâmpadas e lanternas. Se depender apenas do uso de componentes de LED de baixa resistência térmica não pode construir um bom sistema de dissipação de calor para o dispositivo de luminária, e a resistência térmica do nó PN para o ambiente circundante deve ser efetivamente reduzida, a fim de reduzir significativamente o nó PN temperatura do LED, e a prática bem-sucedida se estende A longevidade das lâmpadas LED e o objetivo de aumentar o fluxo luminoso real. Diferente das lâmpadas tradicionais comuns, a placa de circuito impresso não é apenas a portadora de alimentação do LED, mas também a portadora de dissipação de calor do LED, portanto, o design de dissipação de calor do dissipador de calor e da placa de circuito impresso é muito importante. Além disso, o fabricante da luminária também deve considerar fatores como a qualidade, espessura e tamanho do material de dissipação de calor, bem como o tratamento e a conexão da interface de dissipação de calor.
3.2 Design óptico
Em comparação com as lâmpadas tradicionais, diretividade e fonte de luz pontual são as duas características mais típicas dos LEDs, e como fazer bom uso dessas duas características dos LEDs é a chave para o design óptico das lâmpadas.
Através do design óptico duplo do LED, as lâmpadas LED podem alcançar uma melhor curva de distribuição de luz. Por exemplo, em aplicações de iluminação interna, a luz das lâmpadas precisa ser muito brilhante e abajures de alta transmissão de luz podem ser usados para melhorar a eficiência da extração de luz. Ou aplique a tecnologia da placa de guia de luz às lâmpadas, mudando assim a fonte de luz pontual de LED para uma fonte de luz de superfície, o que pode não apenas melhorar a uniformidade da distribuição de luz da lâmpada, mas também evitar o brilho. Além disso, em algumas aplicações de iluminação auxiliar e de realce, a fim de destacar o objeto a ser iluminado, é necessário um efeito de condensação específico. Neste caso, pode ser usado com algumas lentes condensadoras ou refletores para obter o efeito óptico ideal. .
3.3 Projeto da unidade
Deve garantir que a corrente de acionamento do LED seja uma saída de corrente constante. Quando o LED está funcionando sob corrente direta, a mudança relativa na tensão do nó é muito pequena. Portanto, garantir uma corrente de acionamento de LED constante é basicamente equivalente a garantir uma corrente de saída de LED constante. Além disso, o projeto de controle de iluminação é um dos projetos de acionamento principais atuais. É usado principalmente em aplicações de iluminação ambiente. Ele pode atingir diferentes níveis de brilho de acordo com diferentes ambientes e atingir plenamente os objetivos de economia de energia. Atualmente, a principal tendência do projeto do inversor concentra-se em melhorar o fator de potência, reduzindo o consumo de energia do inversor, otimizando a precisão do controle e acelerando a velocidade de resposta. No processo de design, o design da fonte de alimentação, o layout da placa de circuito impresso e a conexão série-paralela são fatores que devem ser considerados.
4 desafios técnicos da iluminação LED de alta potência
Mesmo que os LEDs tenham um desempenho satisfatório em aplicações de iluminação de realce interna e iluminação decorativa, eles ainda enfrentam muitos desafios em aplicações de iluminação geral e ambiente, incluindo custo inicial, eficiência de luz em baixas temperaturas de cor, índice de renderização de cor e confiabilidade do sistema, etc.
4.1 Reduzir ainda mais os custos iniciais de compra
O custo é um fator relativamente sensível na iluminação interna, especialmente em aplicações de iluminação doméstica. Embora existam cada vez mais modelos de lâmpadas LED e a eficiência luminosa esteja em constante melhoria, o problema dos preços elevados ainda existe. No entanto, quando o preço das fontes de luz LED é reduzido e o design geral do sistema é otimizado, o custo total inevitavelmente cairá. Lembre-se de que quando a lâmpada fluorescente compacta de economia de energia foi colocada no mercado pela primeira vez, o custo era de cerca de US $ 15, mas agora caiu para menos de US $ 1,50. Portanto, pode-se inferir que com o contínuo desenvolvimento do mercado, o preço das lâmpadas LED em breve atingirá um patamar aceitável ao público.
4.2 Melhorar o efeito de luz em baixa temperatura de cor
A baixa temperatura de cor abaixo de 4.000 K geralmente é a primeira escolha para iluminação doméstica em ambientes internos. A luz branca quente torna todo o ambiente mais aconchegante e relaxante; enquanto a luz branca fria dá às pessoas uma sensação limpa, eficiente e brilhante, que é mais adequada para iluminação de escritórios e exteriores. Por causa do fósforo, a eficiência luminosa do LED em baixa temperatura de cor é geralmente cerca de 30% menor do que em alta temperatura de cor.
4.3 Gestão da eficiência da luz e índice de reprodução de cores
Em geral, quanto maior a eficiência luminosa do LED, menor o índice de reprodução de cor. A iluminação interna geralmente requer que os LEDs tenham um índice de reprodução de cor mais alto, a fim de exibir objetivamente o brilho e a cor dos objetos e alcançar o verdadeiro efeito de observação direta da paisagem externa a olho nu. Por este motivo, ao mesmo tempo que melhora a eficiência luminosa dos LEDs, também é necessário aumentar ainda mais o índice de reprodução de cor. Outro método é adicionar um pouco de luz vermelha à superfície da lâmpada, de modo a obter o efeito de índice de reprodução de cor acima de 90.
4.4 Melhorar a eficiência durante a condução de alta corrente
Atualmente, geralmente é possível aumentar a corrente do LED de 1W de 350mA para 1.000mA. No entanto, sob condução de alta corrente, mesmo que o fluxo luminoso aumente, o desempenho geral geralmente será reduzido de forma relativamente significativa. Portanto, o custo total do sistema e a eficiência da luz devem ser equilibrados. Se a eficiência luminosa dos LEDs puder ser melhorada sob condução de alta corrente, desde que uma maior eficiência luminosa do sistema possa ser garantida, o número de LEDs necessários pode ser bastante reduzido, reduzindo significativamente os custos.
4.5 Reduza ainda mais o tamanho do pacote de LED
Além da proteção ambiental, economia de energia e livre de poluição, os LEDs internos também têm as características de arte, tamanho pequeno e individualidade. E ao reduzir ainda mais o tamanho do pacote de LED, o design da lâmpada pode ser mais flexível e inovador. Para aplicações que requerem iluminação mista para melhorar a renderização de cores, o tamanho menor do pacote é muito útil na realização de lente de luz mista e design de efeito de luz mista.
4.6 Prolongue a vida útil e melhore a confiabilidade do sistema
Em aplicações de iluminação geral, a eficiência geral, a vida útil e a confiabilidade dos LEDs devem ser melhoradas por meio da otimização do sistema. O sistema de montagem das lâmpadas tradicionais é relativamente simples, enquanto o sistema de iluminação LED envolve múltiplos componentes, conforme mostrado na Figura 3.
Fonte de luz LED: compacta, eficiente, com uma variedade de cores e potência de saída à sua escolha.
Conversão de energia: Converta CA, bateria e outras fontes de energia em fontes de energia seguras de baixa tensão e corrente constante com eficiência.
Controle e acionamento: Use circuitos eletrônicos para obter acionamento de corrente constante e controle de LEDs.
Gerenciamento térmico: para alcançar uma vida útil mais longa, é muito importante controlar a temperatura dos nós de LED, e a análise de dissipação de calor também é indispensável.
Componentes ópticos: os materiais da lente, do refletor ou da placa guia de luz são componentes ópticos necessários para focar a luz na área alvo.
5 Introdução às fontes de luz LED usadas na iluminação interna
Como mencionado acima, o tamanho pequeno e a alta eficiência são considerações importantes ao escolher o LED como fonte de luz. OSLON SSL LED é o produto mais recente da Osram Opto Semiconductors, e sua potência é de cerca de 1W. Conforme mostrado na Figura 4, este LED é projetado principalmente para iluminação interna geral. Tem um tamanho pequeno e uma embalagem de apenas 3 mm x 3 mm. Possui desempenho estável e confiável e excelente eficiência luminosa. A eficiência luminosa máxima excede 100lm / w. Mesmo sob alta corrente, ele pode manter uma excelente eficiência luminosa, reduzindo efetivamente o custo geral da lâmpada. E tem uma confiabilidade extremamente alta e um ângulo de feixe de 80 °, para que possa projetar luz suavemente na lente externa. Este LED também é uma fonte de luz ideal para holofotes de interior, candeeiros de mesa e projectores de tecto.
Como esse LED pode lidar com altas correntes de maneira eficaz, ele pode ajudar os consumidores a criar soluções de iluminação extremamente econômicas e de baixo custo de energia. A este respeito, OSLON SSL LED tem todas as características para se tornar um" green" fonte de luz no futuro. A resistência térmica deste LED é tão baixa quanto 7K / W, o gerenciamento de dissipação de calor é mais simples e sua forma compacta permite que os designers criem soluções de iluminação complexas e sofisticadas com mais flexibilidade. Se você precisar esperar por outra luz forte, pode usá-la com algumas lâmpadas. Além da versão de luz ultra-branca (temperatura de cor 5.700 ~ 6.500K), há também versão de luz branca média e luz branca quente (temperatura de cor 2.700 ~ 4.500K)
OSLON SSL LED é fabricado com a mais recente tecnologia de chip para garantir uma eficiência de luz extremamente alta. Os principais parâmetros do LED OSLON SSL são mostrados na Tabela 1. Atualmente, quando a corrente de trabalho é 350mA, o brilho típico da luz ultra-branca (temperatura de cor de 5.700K e 6.500K) da fonte de luz é tão alto quanto 110lm, e o fluxo luminoso máximo é 130lm. Quando a corrente de trabalho é 350mA e a temperatura da cor é de 3.000K, a eficiência de luz típica pode chegar a 75lm / W e o brilho pode chegar a 85lm. Quando a corrente de trabalho é 700mA (luz branca quente), o brilho chega a 155lm, o que pode reduzir o custo por lumens e manter uma eficiência luminosa extremamente alta. Mesmo um pequeno número de LEDs pode atingir altos padrões de iluminação.
Por exemplo, apenas sete LEDs OSLON SSL são necessários para projetar um refletor LED de cerca de 15W (consulte a Figura 5). Quando a corrente motriz é 700mA, o brilho da lâmpada LED pode chegar a quase 1.400lm e o tamanho é muito pequeno. Graças ao seu ângulo de feixe de 80 °, quando equipado com um refletor ou lente, a eficiência da luz ainda é muito alta. Mesmo levando em consideração a dissipação de calor e a perda de luz, o fluxo luminoso final da lâmpada pode ultrapassar 1.000lm. Além disso, quando uma temperatura de cor ou índice de reprodução de cor diferente é necessário, apenas alguns desses sete LEDs devem ser substituídos por branco quente ou outros LEDs SSL OSLON monocromáticos. Desta forma, qualquer temperatura de cor ou reprodução de cor mais alta pode ser obtida, e a flexibilidade de design da lâmpada LED é bastante aumentada.
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia LED e a melhoria gradual da eficiência da luz LED, as aplicações LED se tornarão cada vez mais extensas. Especialmente com o problema cada vez mais sério da escassez global de energia, as pessoas estão prestando cada vez mais atenção à perspectiva de desenvolvimento de LED no mercado de iluminação. O LED será uma fonte de luz potencial para substituir as lâmpadas incandescentes, lâmpadas de tungstênio e lâmpadas fluorescentes. Além disso, em termos de design de iluminação interna, o LED tenderá a economizar energia, ser humano e artístico.
OSLON SSL LED atende aos vários requisitos de aplicações de iluminação interna: não apenas o tamanho da embalagem é tão pequeno quanto 3 mm x 3 mm, mas também o desempenho é estável e confiável; sua eficiência luminosa máxima excede 100lm / w, e pode manter uma eficiência luminosa excelente mesmo em altas correntes. , Reduzindo assim efetivamente o custo total da lâmpada; além disso, devido ao seu ângulo de feixe de 80 °, ele pode projetar suavemente a luz na lente externa ou no refletor.
