Principios y factores clave del diseño de lámparas LED
1. Principios del diseño de lámparas LED
La reducción de corriente y voltaje constantes son la corriente y el voltaje utilizados cuando los LED funcionan. Al diseñar, se debe prestar atención al entorno de trabajo, la selección de los materiales de las lámparas y los métodos de disipación de calor, el embalaje de los chips LED y el diseño de los radiadores, todo lo cual debe considerarse de manera integral.
2. El concepto de diseño de las lámparas LED
Hay dos conceptos de diseño de lámparas LED: uno es que en 2008, Philips propuso diseñar lámparas de acuerdo con las necesidades del entorno, que se llama iluminación de escena, la otra es que en 2009 Casio propuso diseñar lámparas según las necesidades de las personas, llamada iluminación ambiental.
3. Factores clave en el diseño de lámparas LED
1.
En general, los LED suelen denominarse fuentes de luz fría porque el principio de emisión de luz de los LED es que los electrones se recombinan y emiten fotones directamente sin calentarse. Sin embargo, la luz emitida por los LED transporta calor debido al calentamiento Joule. A diferencia de las fuentes de luz tradicionales, que concentran el calor en el filamento, como las lámparas de tungsteno, el calor de las fuentes de luz LED se concentra en la superficie de unión PN del diodo emisor de luz. En comparación, el área de disipación de calor de las lámparas de tungsteno sigue siendo mucho mayor que la de la interfaz de unión PN. Incluso la interfaz de unión PN puede considerarse como un punto, y toda la energía térmica generada por la iluminación LED se concentra en un punto. . En el diseño de ingeniería, el calor generado en forma de "superficie" se puede manejar a través de un disipador de calor o aumentando el espacio de convección de calor por sí solo, mientras que el tratamiento de disipación de calor de fuentes de calor "puntuales" es más complejo y difícil. Un manejo inadecuado puede provocar fácilmente averías y daños en la superficie de la unión PN debido al alto calor y a la gran corriente. El hecho de que el dispositivo esté en un estado de alto calor durante mucho tiempo también afectará la vida útil del producto.
Por otro lado, para mejorar el rendimiento de brillo del chip LED, es necesario aplicar más energía a la unidad LED. Al mismo tiempo, el diseño de la lámpara utilizará más LED. Funciona al mismo tiempo, lo que producirá una gran cantidad de energía en el calor de la lámpara. Cuando aumenta el brillo de un solo LED, el consumo de energía también aumenta de 0,1 W a 1, 3 o incluso 5 W. Según los resultados de la medición del modelo de fuente de luz LED, la resistencia térmica del módulo empaquetado también aumentará debido al aumento de la eficiencia luminosa.
El LED se diferencia de las fuentes de iluminación tradicionales como las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes. Una temperatura excesiva acortará o incluso terminará su vida útil. La vida útil original de un único módulo LED es de 20.000 a 40.000 horas, que puede reducirse a sólo 2.000 horas debido a una potencia y una disipación de calor deficientes. Además, el LED es un dispositivo sensible a la temperatura y la eficiencia luminosa cae drásticamente a medida que aumenta la temperatura. Por tanto, el diseño estructural del sistema y el desarrollo de tecnología de disipación de calor son cuestiones urgentes que deben resolverse en el diseño de lámparas LED.
2.2 Diseño de distribución de luz secundaria. Las luces LED son muy importantes.
La distribución de la intensidad luminosa de la fuente de luz en todas las direcciones del espacio es la distribución de la luz. Para lograr un mejor rendimiento y la máxima utilización de la luz emitida por el chip LED, y para cumplir con los requisitos de diseño en el campo de la iluminación, es necesario diseñar el sistema óptico del LED. Entre ellos, el diseño durante el proceso de envasado se denomina diseño óptico primario. Cuando se utilizan dispositivos emisores de luz LED, el efecto luminoso de todo el sistema y el diseño de distribución de la intensidad de la luz y la temperatura del color se denominan diseño óptico secundario, también llamado distribución de luz secundaria.
El diseño de distribución de luz secundaria de las luces LED juega un papel crucial en el equipo de iluminación final y el rendimiento de la ingeniería. En primer lugar, parte de la luz no puede alcanzar el rango de iluminación efectivo, lo que provoca una pérdida de energía, lo que requiere una distribución de luz secundaria para mejorar la utilización de la energía luminosa; en segundo lugar, la uniformidad de la distribución de la iluminación en la superficie de la imagen después del embalaje no puede cumplir con los requisitos de diseño; El valor de iluminación en cada punto es difícil de exceder. El valor de iluminación mínimo requerido requiere un diseño de distribución de luz secundaria de luces LED.
3.3 Fiabilidad. Los sistemas de iluminación LED son la base.
Fuente de luz LED, algunos la llaman lámpara de larga duración. Como dispositivo emisor de luz de estado sólido, su vida teórica debería ser de más de 6,5438 millones de horas y su vida útil es mucho más larga que la de las fuentes de luz tradicionales.
Por lo tanto, se puede utilizar en algunas situaciones en las que el reemplazo y el mantenimiento son difíciles y los costos de mantenimiento se pueden reducir considerablemente. Sin embargo, esta ventaja no se puede ver en muchas aplicaciones prácticas en la actualidad. Por el contrario, lo que ven los usuarios es una severa atenuación de la luz, una vida útil corta y algunos se estropean en menos de 10.000 horas.
4. Reproducción cromática y deslumbramiento de las luces LED interiores.
Algunos expertos de la industria han comentado que cuando alrededor del 30% de las personas utilicen tubos LED y casquillos de lámpara en casa, será el verdadero apogeo del LED. En otras palabras, la aplicación generalizada del LED en la iluminación interior es el verdadero impulso de la industria del LED. No hace falta decir que la calidad del diseño de iluminación interior afecta directamente a la vida diaria y al trabajo de las personas. Además del problema de que el costo de las luces LED es difícil de aceptar por parte del público, la salud y la comodidad de los seres humanos que trabajan y viven bajo fuentes de luz LED es el tema central de las luces LED para interiores. Esto incluye principalmente la reproducción cromática y el deslumbramiento de las luces LED.
El ojo humano es mucho más sensible a la aberración cromática que a la intensidad de la luz. Por lo tanto, para la iluminación, la reproducción cromática de la fuente de luz suele ser más importante que la eficiencia luminosa. En la actualidad, los LED de luz blanca generalmente utilizan LED azules superpuestos con fósforo de granate de itrio y aluminio amarillo (YAG) excitados por luz azul para sintetizar luz blanca. Dado que su espectro de luminiscencia solo contiene espectros azul y amarillo, tiene problemas de temperatura de color alta y índice de reproducción cromática bajo, y no cumple con los requisitos de iluminación general. Por lo tanto, agregar una cantidad adecuada de fósforo rojo y mantener una alta eficiencia luminosa es una cuestión importante en la iluminación con luz blanca LED. Además, el resplandor de la iluminación LED es demasiado fuerte y solo una parte brilla hacia los ojos desde la distancia, lo que resulta demasiado deslumbrante. Éste también es un problema técnico que debe resolverse urgentemente.
Además, para las luces LED, la fuente de alimentación, la fuente de luz y el circuito de accionamiento son componentes muy importantes y tecnologías críticas. Pero el autor prefiere separar ambas y no cree que ésta sea la tecnología clave de las luces LED.