Introducción a la iluminación LED
La teoría y la práctica han demostrado que la longitud de onda máxima λ de la luz está relacionada con la banda prohibida, por ejemplo, del material semiconductor en el área de emisión de luz, es decir, λ≈1240/Eg (mm).
La unidad de Eg es el electrón voltio (eV). Si se puede producir luz visible (luz violeta con una longitud de onda de 380 nm ~ luz roja con una longitud de onda de ~ 780 nm), el Eg del material semiconductor debe estar entre 3,26 ~ 1,63 EV. La luz con una longitud de onda más larga que la luz roja es la luz infrarroja. Hay diodos emisores de luz infrarrojos, rojos, amarillos, verdes y azules, pero los diodos emisores de luz azules son caros y no se utilizan mucho. Parámetros límite
(1) Consumo de energía permitido Pm: el valor máximo del producto del voltaje de CC directo permitido a través del LED y la corriente que fluye a través de él. Si se excede este valor, el LED se calentará y se dañará.
(2) Corriente CC directa máxima IFm: La corriente CC directa máxima que se permite aumentar. Superar este valor dañará el diodo.
(3) Tensión inversa máxima VRm: tensión inversa máxima permitida. Si se excede este valor, el LED podría dañarse debido a una avería.
(4) Entorno de trabajo superior: el rango de temperatura ambiente en el que el diodo emisor de luz puede funcionar normalmente. Por debajo o por encima de este rango de temperatura, el LED no funcionará correctamente y la eficiencia se reducirá considerablemente.
Sin cambiar el material, dentro de los límites del LED, la forma de aumentar la luminosidad es aumentar la corriente. A medida que aumenta la corriente, el calor generado por el LED aumentará drásticamente. Los amigos que han utilizado proyectores portátiles o microproyectores con fuentes de luz LED deben tener un conocimiento profundo. Los proyectores con fuentes de luz LED son muy calientes y generalmente tienen un ruido evidente. Por un lado, estos productos tienen un tamaño reducido, pero la clave es que generan grandes cantidades de calor.
A medida que aumenta la potencia, el problema de disipación de calor del LED se vuelve cada vez más prominente. Una gran cantidad de aplicaciones prácticas han demostrado que la razón fundamental por la que los LED no pueden aumentar la potencia de entrada es que los LED liberan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento, lo que hace que la temperatura de unión de la matriz aumente rápidamente y la resistencia térmica aumente. Cuanto mayor sea la potencia de entrada, mayor será el efecto de calentamiento. El aumento de temperatura provocará cambios y atenuación del rendimiento del dispositivo, aumento de la recombinación no radiativa, aumento de la corriente de fuga del dispositivo, aumento de defectos del material semiconductor, electromigración de electrodos metálicos, coloración amarillenta de la resina epoxi de los envases, etc. , afectará seriamente los parámetros fotoeléctricos del LED. Incluso desactive la luz de encendido. Por lo tanto, para los dispositivos LED, cada vez es más importante reducir la resistencia térmica y la temperatura de la unión y estudiar las características térmicas de los LED.
Confiabilidad
Una razón importante para la baja vida útil de la fuente de alimentación de conducción LED es que los condensadores electrolíticos de aluminio necesarios para la fuente de alimentación de conducción tienen una vida útil insuficiente. La razón principal es que la temperatura ambiente interna de la lámpara LED es muy alta cuando funciona durante mucho tiempo, lo que hace que el electrolito del condensador electrolítico de aluminio se consuma rápidamente y la vida útil se acorte considerablemente. trabajar durante unas 5.000 horas. La vida útil de la fuente de luz LED es de 50.000 horas, por lo que la vida útil del condensador electrolítico de aluminio se ha convertido en el defecto de la vida útil de la fuente de alimentación del controlador LED. Ahora, para solucionar este problema, algunos proveedores han creado soluciones de potencia de conducción LED sin condensadores electrolíticos de aluminio. Pero no todos los proveedores de energía para unidades LED apoyan este enfoque.
Chen Rong señaló: "Ninguna de las fuentes de alimentación de conducción LED producidas en masa actualmente tiene una solución de conducción sin condensadores electrolíticos. Sin ellos, muchas especificaciones de prueba no serán válidas, como las pruebas EMI y las pruebas sin parpadeo". usando condensadores electrolíticos de aluminio El esquema de potencia es muy simple. ¿Qué pasará si la PCB se reemplaza habitualmente por condensadores de película, condensadores cerámicos o condensadores de tantalio? Los condensadores de película serían muy grandes y costarían demasiado para la misma capacitancia (normalmente 100-220 uF), mientras que los condensadores cerámicos suelen ser demasiado pequeños. El uso de múltiples condensadores cerámicos para lograr una capacidad tan grande requeriría demasiada área de placa de circuito y sería demasiado costosa. Los condensadores de tantalio deberían tener una capacidad tan grande. En primer lugar, es demasiado caro, pero la resistencia al voltaje es demasiado baja y no puede satisfacer la demanda. Por lo tanto, reemplazar cualquier otro tipo de capacitor básicamente no será demasiado grande. Si estos defectos se reemplazan con capacitores con capacidades más pequeñas, el efecto de eliminar las ondulaciones no será tan bueno. Muchos productos de exportación tampoco superarán los estrictos indicadores de prueba de certificación requeridos. Por lo tanto, las fuentes de alimentación de conducción LED de alta calidad actuales todavía se basan principalmente. en condensadores electrolíticos de aluminio. Muchos proveedores afirman que la solución de la fuente de alimentación de conducción LED sin condensadores electrolíticos probablemente sea simplemente quitar el condensador electrolítico de aluminio en el extremo de entrada de CA. El condensador electrolítico de aluminio en el extremo de salida de corriente constante debería ser difícil de quitar o reemplazar. Una empresa ha lanzado una bombilla LED de 13 W con una fuente de alimentación de controlador incorporada que se puede atenuar mediante un triac. La solución de potencia motriz basada en SSL2102 utiliza condensadores electrolíticos de aluminio. Cuando el autor preguntó sobre la vida útil de la bombilla, la vida útil del condensador electrolítico de aluminio definitivamente afectará la vida útil de toda la bombilla LED, pero se pueden utilizar algunos métodos físicos para aliviar este problema, como colocar el condensador electrolítico de aluminio. en la PCB cerca de la cola de la lámpara. En términos generales, la temperatura más cercana a la fuente de luz LED es la más alta, que puede alcanzar entre 100 y 200 °C, seguida de la carcasa metálica que disipa el calor, que suele ser de 100 °C. Nuestros experimentos muestran que su vida útil puede alcanzar unas 10.000 horas, lo que equivale a 10 años de uso. Para los usuarios domésticos comunes, es básicamente asequible reemplazar las bombillas LED cada diez años.
Going Green y Protección del Medio Ambiente
No contiene mercurio, plomo y otros metales pesados que contaminan el medio ambiente. Produce rayos ultravioleta cuando emite luz, por lo que la iluminación LED no tiene muchos. mosquitos alrededor de la fuente de luz como las lámparas tradicionales, lo que hace que el ambiente sea más limpio y ordenado; el diseño innovador de la unidad de corriente constante de la carcasa metálica hace que la eficiencia de convertir la energía eléctrica en luz sea muy alta. (1) Ahorro de energía: El espectro del LED se concentra casi por completo en la banda de luz visible y su eficiencia luminosa puede alcanzar 80-90. El autor también comparó las luces LED con lámparas incandescentes comunes, lámparas en espiral de bajo consumo y lámparas fluorescentes de tres colores primarios T5. Los resultados muestran que la eficiencia de las lámparas incandescentes ordinarias es de 12 lm/w y la vida útil es de menos de 2000 horas; la lámpara de ahorro de energía en espiral es de 60 lm/w y la vida útil es de menos de 8000 horas es de 96; Aluminio/vatio y la vida útil es de aproximadamente 10000 horas. También se predice que el límite superior de vida útil de los LED será ilimitado en el futuro.
Generalmente se cree que las lámparas de bajo consumo pueden ahorrar 4/5 de energía, lo cual es una gran iniciativa, pero las LED ahorran 1/4 de energía que las lámparas de bajo consumo, lo cual es una reforma mayor de fuentes de luz sólidas. Además, el LED tiene otras ventajas, como una alta calidad de luz, básicamente no emite radiación y es una típica fuente de iluminación verde. Fiable y duradero, con costos de mantenimiento extremadamente bajos y más. Precisamente porque el LED tiene características que otras fuentes de luz de estado sólido no pueden igualar, el LED será la fuente de luz principal en la industria de la iluminación en 10 años.
(2) Seguridad y protección del medio ambiente: el voltaje de funcionamiento del LED es bajo, principalmente de 1,4 a 3 V. La corriente de funcionamiento del LED normal es de solo 10 mA y el brillo ultra alto es de solo 1 A. En el proceso de producción de LED, no es necesario agregar "mercurio", no es necesario inflarlo, no es necesario una carcasa de vidrio, tiene buena resistencia al impacto, no es fácil de romper, es fácil de transportar, es muy respetuoso con el medio ambiente y se denomina "verde". energía".
(3) Larga vida útil: el LED es de tamaño pequeño, liviano y la cubierta exterior está encapsulada con resina epoxi, que no solo protege el chip interno, sino que también tiene la capacidad de transmitir y recolectar. luz. La vida útil de los LED generalmente oscila entre 50.000 y 654,38 millones de horas. Debido a que los LED son dispositivos semiconductores, incluso los cambios frecuentes no afectarán la vida útil. La iluminación doméstica actual utiliza principalmente lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes y lámparas fluorescentes de bajo consumo.
(4) Velocidad de respuesta rápida: la frecuencia de respuesta fτ del LED está relacionada con la vida útil τmc de los portadores minoritarios inyectados. Por ejemplo, la frecuencia de respuesta de un LED hecho de GaAs es de aproximadamente 1 a 10 ns, que es de aproximadamente 16 a 160 MHz. Una frecuencia de respuesta tan alta es suficiente para mostrar una señal de vídeo de 6,5 MHz.
El tiempo de respuesta mínimo del LED alcanza 1 microsegundo, normalmente unos pocos milisegundos, que es aproximadamente 1/100 del tiempo de respuesta de las fuentes de luz normales. . Por lo tanto, se puede utilizar en muchos entornos de alta frecuencia, como luces de freno de automóviles o luces de estado, que pueden acortar el tiempo de frenado del vehículo detrás del automóvil, mejorando así la seguridad.
(5) Alta eficiencia luminosa: La eficiencia luminosa de las lámparas incandescentes y las lámparas halógenas de tungsteno es de 65.438 02-24 lm/w (lúmenes/vatio), las lámparas fluorescentes son de 50-70 lm/w y las de sodio. las lámparas son 90-65, 438 040 lm/w, la mayor parte del consumo de energía se convierte en pérdida de calor. La eficiencia de la luz LED mejorada puede alcanzar 50-200 lm/w. La luz tiene buena monocromaticidad y espectro estrecho. Puede emitir luz visible de color directamente sin filtrar.
(6) El tamaño pequeño de los componentes LED: es más conveniente para el diseño y la disposición de varios dispositivos y puede lograr mejor el efecto de "solo luz pero sin fuente de luz" en la iluminación nocturna.
(7) La energía de la luz LED tiene una alta concentración: se concentra en una pequeña ventana de longitud de onda y tiene una alta pureza.
(8) El LED tiene una fuerte directividad: la atenuación del brillo es mucho menor que la de las fuentes de luz tradicionales.
(9) El LED puede funcionar con CC de bajo voltaje: tiene las ventajas de una carga pequeña, interferencia débil y bajos requisitos en el entorno de uso.
(10) La composición del espectro luminoso se puede controlar bien, por lo que puede utilizarse bien para museos y salas de exposiciones o para iluminación de acento local.
(11) El tamaño de la banda prohibida de la capa semiconductora emisora de luz y del material semiconductor se puede controlar, emitiendo así luz de varios colores con mayor cromaticidad.
(12) Alta reproducción cromática: no causará daños a los ojos humanos. Con la introducción del LED en el mercado de la iluminación interior y exterior, el precio de la iluminación LED también ha bajado significativamente, pero la calidad desigual también ha provocado muchos problemas. Se señala que se están formulando estándares de iluminación LED en varios lugares, y que a partir de 2012 se pondrá en marcha un lote de estándares de iluminación obligatorios, lo que se espera que acelere la eliminación de la competencia despiadada de productos inferiores, impulsando así el LED. efecto de reorganización del mercado de iluminación.
Debido a las aplicaciones cada vez más extendidas y diversificadas de la iluminación LED, la Oficina de Normas del Ministerio de Asuntos Económicos de la provincia de Taiwán ha formulado sucesivamente una serie de normas de iluminación LED. Tras el lanzamiento mundial de las especificaciones de alumbrado público LED, a finales de 2010 se promulgaron tres estándares comunes de iluminación LED para interiores, incluidas las luces LED de tubo recto T8, las luces de proyección LED y las luces ligeras con marco de acero (incluidas las luces de panel plano). Los conocedores de la industria señalaron que aunque se han formulado estándares y especificaciones relevantes, las farolas LED se han promovido durante muchos años. No se espera la ampliación de la instalación antes de 2012. Debido a la lenta introducción y operaciones presupuestarias del gobierno, se estima que la licitación no se publicará hasta 2013-2014.
Aunque la industria LED en China continental se está desarrollando en pleno apogeo, debido a las grandes diferencias en el clima y el medio ambiente entre las regiones, los estándares de la industria aún no han entrado en el proyecto de estándares nacionales. Cada provincia tomará la iniciativa. promover la formulación de estándares regionales de iluminación LED. Sin embargo, se señaló que la Comisión de Reforma y Desarrollo del Continente adoptará especificaciones técnicas para la iluminación LED y dará prioridad a los downlights LED de interior. Se espera que una vez finalizadas las especificaciones técnicas e impulsadas por el XII Plan Quinquenal del continente, el programa de subsidio financiero para iluminación interior LED anunciado por el gobierno central se amplíe en 2012.
En cuanto a los productos de iluminación LED importados a la UE, deben pasar la certificación CE. Teniendo en cuenta que la radiación electromagnética puede causar daño al cuerpo humano, la UE también anunció que hará cumplir los estándares de seguridad contra la radiación electromagnética humana a partir de. 2013.
Cuando la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. publicó una nueva versión de las especificaciones para accesorios de iluminación de estado sólido y productos de fuentes de luz en octubre de 2011, la industria señaló que la muy esperada prueba de atenuación de luz LM-80 es Se espera que sea obligatorio a partir de abril de 2012. Una vez que las nuevas especificaciones entren en vigor, los fabricantes de iluminación del mercado norteamericano darán prioridad a la compra de productos LED que hayan pasado la verificación LM-80.
Dado que la verificación de la atenuación de la luz del LM-80 requiere 6.000 horas y lleva entre 6 y 8 meses, algunas industrias LED creen que las especificaciones y tecnologías de los productos LED están cambiando cada día que pasa. meses, los estándares de verificación de iluminación LED podrían cambiar nuevamente, por lo que todavía hay preguntas sobre esta certificación, pero Gong Yan= dijo que el LM-80 se considera un boleto para ingresar al mercado estadounidense. Los fabricantes deben emitir un certificado de informe de la prueba LM-80 (índice de mantenimiento de lúmenes LED) para poder obtener el sello Energy Star. La Sociedad Norteamericana de Ingeniería de Iluminación (IES) también ha formulado el estándar de prueba de atenuación de la luz LM-80, que no solo proporciona estándares de medición para productos de aplicación LED, sino que también brinda garantía de calidad para los consumidores y se convertirá en un estándar de prueba aceptado internacionalmente.