Moduły konstrukcyjne technologii oświetleniowej

Diody LED o wysokiej jasności to nowa generacja diod świecących o jasności wystarczającej do celów takich jak oświetlenie wewnętrzne i zewnętrzne, oświetlenie budynków, projektory, podświetlenie, oznakowanie i motoryzacja. Jak sugeruje nazwa, diody LED o wysokiej jasności zapewniają znacznie wyższe poziomy jasności niż ich standardowe odpowiedniki. Jednym z podstawowych powodów stosowania diod LED o wysokiej jasności jest ich sprawność, znacznie wyższa niż w przypadku innych typów źródeł światła. Warto porównać diody HBLED z innymi źródłami światła pod względem liczby lumenów na wat.

Diody LED o wysokiej jasności to diody LED wytwarzające ponad 50 lumenów (1 kandela = 12,75 lumena). Nie należy mylić ich z diodami LED o wysokiej mocy. Choć nazwy te mogą brzmieć podobnie, wysoka moc odnosi się do poboru mocy, nie jasności. Zasadniczo zakłada się, że diody LED o wysokiej mocy zużywają więcej niż 1 wat energii.

Diody HBLED to rozwiązanie efektywne, ekologiczne, o niskiej mocy i trwałości większej niż w przypadku standardowych świetlówek kompaktowych i żarówek. Diody LED o wysokiej jasności mają wiele zalet, takich jak niski koszt, zgodność z dyrektywą RoHS oraz większa jasność i trwałość w porównaniu ze standardowymi diodami LED. Precyzyjna optyka, wiele wzorów rozkładu światła, jasność i temperatura kolorów czynią diody HBLED idealnym rozwiązaniem do zastosowań przemysłowych, komercyjnych, przemysłowych, sportowych i innych, w których używane są tradycyjne reflektory ksenonowe i fluorescencyjne.

Diody LED o wysokiej jasności wymagają znacznie wyższego prądu przewodzenia niż zapewniany przez układ we/wy mikrokontrolera — na poziomie 350 mA. Jednym ze stosowanych rozwiązań jest zasilanie diody LED bezpośrednio z sieci i dodanie tranzystora MOSFET w układzie szeregowym w celu kontrolowania jasności. Druga metoda polega na wykorzystaniu sterowników sygnału cyfrowego, które oferują różne rozwiązania umożliwiające precyzyjne sterowanie diodami LED o wysokiej jasności. Są to: szybki, 10-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy o próbkowaniu do 4 milionów próbek na sekundę, elastyczna, szybka modulacja PWM, szybki komparator analogowy o czasie reakcji na poziomie 20 nanosekund oraz elastyczny zegar o prędkości przetwarzania danych na poziomie 40 MIPS.

LEDs are making their entrance into the lighting field using modern high-efficiency semiconductor material compounds and structures. Solid-state lighting (SSL), offers new possibilities and advantages for the end-user. By using appropriate drivers, control strategy and LEDs, the qualitative and quantitative aspects of the light can be fully controlled. LED drivers are low-voltage devices that convert the line-voltage 120/220/277 V power to the low voltage needed for the LEDs, and may also interpret control signals to dim the LEDs. LED drivers come in either constant current or constant voltage. These two types of drivers are NOT interchangeable, and it is the design of the LED load that determines which driver is appropriate. Both LED lamps and LED fixtures require LED drivers.

There are two ways to control the brightness of an LED. The first method is using Analog dimming, which involves varying the forward current through the LED to adjust the brightness. The second method uses a digital dimming technique involving switching the forward current on and off for short periods of time. The human eye averages these on and off times together for a perceived brightness.

The cheapest and most basic way to drive LEDs is to use a constant voltage power supply and a resistor in series with the LED to limit the current flowing through it. The selected resistance depends on the magnitude of the voltage source (VIN), on the value of the LED’s forward voltage and the forward current of the LED.

Linear power supply (LPS) is an economical, simple and reliable way of driving LEDs. LPSs are based on either integrated circuit (IC) linear regulator or on bipolar junction or field effect transistors operating in the linear region. Switched-mode power supplies (SMPS) lack the main drawbacks of linear power supplies and are therefore the main solution to drive LEDs. Because LEDs are DC components, just DC/DC and AC/DC SMPS types are considered. Efficiency, controllability, small size and low weight are their main advantages over the linear power supplies. An SMPS can provide, if necessary, high currents (e.g., more than 30A) at very low voltages.

The selection of the most appropriate topology to drive LEDs depends on the standards, specifications and application requirements like operation environment conditions, system input voltage, LEDs’ forward voltage, number of LEDs and circuit array.

Intelligent drivers are usually based on ASICs switching microcontrollers which include programmable flash memory (EEPROMs), several on-chip Pulse-Width Modulation (PWM) controllers, ADCs (analogue-to-digital converter) and DACs (digital-to-analogue converter) channels. Microcontroller-based LED drivers bring additional benefits such as operational flexibility, efficiency, reliability, controllability and intelligence to the system.

Diody emitujące światło (LED) to urządzenia półprzewodnikowe, które emitują światło widzialne, gdy przepływa przez nie prąd. Światło to nie jest szczególnie jasne, ale w przypadku większości diod LED jest monochromatyczne, emitowane na jednej długości fal.

Materiał zastosowany w elemencie półprzewodzącym diody LED określa jej kolor. Dwa główne typy LED stosowane obecnie w systemach oświetleniowych to stopy fosforku glinu, galu i indu (AlGaInP lub AlInGaP) w przypadku czerwonych, pomarańczowych i żółtych diod LED oraz stopy azotku indu i galu (InGaN) dla zielonych, niebieskich i białych diod LED. Niewielka zmiana składu tych stopów powoduje zmianę koloru emitowanego światła. Diody LED mogą emitować światło od czerwonego (fale o długości ok. 700 nanometrów) po niebieskofioletowe (ok. 400 nm). Niektóre diody LED emitują energię w podczerwieni (fale o długości 830 nanometrów lub większej) — urządzenia takie nazywa się diodami emitującymi podczerwień (IRED).

W porównaniu z większością typowych źródeł światła używanych do oświetlania diody LED charakteryzują się stosunkowo niską emisją światła, w związku z czym są nadal stosowane w grupach i innych konfiguracjach przydatnych w danych zastosowaniach. Dziś pojedyncze pakiety diod LED zapewniają jasność niemal 100 lumenów. Oczywiście emitowane światło różni się zależnie od długości fal. Diody LED mają wysoką sprawność i niski pobór mocy, w związku z czym zaczynają zastępować większość konwencjonalnych źródeł światła. Wbudowuje się je w żarówki i oprawki do ogólnych zastosowań oświetleniowych. Dzięki niewielkim rozmiarom diody LED umożliwiają tworzenie wyjątkowych konstrukcji. Niektóre źródła światła LED przypominają fizycznie zwykłe żarówki i lepiej pasują wyglądem w tradycyjnych zastosowaniach.

Diody LED zapewniają niezwykłe możliwości w zakresie tworzenia innowacyjnych konstrukcji świetlnych i oferują szerszy zakres zastosowań niż tradycyjne technologie oświetleniowe. Wykorzystują radiatory do pochłaniania ciepła i rozpraszania go w otoczeniu. Zapobiega to ich przegrzewaniu się i przepalaniu. Efektywność odprowadzania ciepła to ogólnie najważniejszy czynnik zapewniający odpowiednią wydajność diod LED w całym ich okresie użytkowania. Im wyższa temperatura pracy diod, tym szybszy spadek jakości światła i mniejsza trwałość.