Светодиодное освещение

Рис.5.2.Внешний  вид СД CREE семейства XR. 
 
 

    Светодиоды, входящие в семейства СД XRE и XRC, изготавливаются на основе новых кристаллов EZ1000 (рис. 5.3) и EZ700 семейства EZBright соответственно. Эти кристаллы компания CREE разрабатывала с 2004 г., а для их массового производства потребовалось строительство новой фабрики, переход на SiC-подложки диаметром 100 мм со сверхнизкой плотностью дефектов и разработка новых технологических процессов. В результате удалось добиться рекордных показателей эффективности. Так, кристаллы типа EZR260 обеспечивают квантовый выход 55–75%, а у самых больших кристаллов (EZ1000) типичный квантовый выход равен 40–55%. Кроме того, за счет улучшения контактной системы удалось получить прямое падение напряжения на кристалле при номинальном токе на 20% ниже, чем у семейства кристаллов XB900 и кристаллов других производителей.

    

    Рис.5.3. Схема кристалла CREE EZ1000 семейства EZBright

    Семейство кристаллов EZBright имеет ряд принципиальных технологических отличий. Как и раньше, используется процесс эпитаксиального выращивания слоев GaN и его твердых растворов на SiC-подложке толщиной 100 мкм. Однако после формирования излучающей структуры SiC-подложка стравливается через маску до 35 мкм с образованием линзовой системы, которая обеспечивает сбор светового потока с поверхности структуры и формирует стандартную кривую силы света. Это позволяет упростить решение проблемы однородности нанесения люминофора на кристалл при производстве СД белого цвета свечения.

    Второе  важное отличие заключается в применении новой контактной системы в кристаллах EZ1000. Она имеет две контактные площадки для приваривания проводников и выполнена таким образом, чтобы минимизировать площадь контактов на поверхности кристалла. Это позволило увеличить площадь

поверхности излучения до 90%, а параллельное соединение перемычек контактов катода дополнительно вдвое снизило потери проводимости при токах свыше 350 мА.

    Претерпела  изменение и технология нанесения люминофора. В предыдущих семействах (XL и XR) весь объем внутри отражателя между кристаллом и первичной линзой заполнялся взвесью люминофора в геле (рис. 5.2). Это упрощало технологический процесс, но при этом обнаруживались два серьезных недостатка. Во-первых, наблюдалась существенная цветовая неоднородность свечения, а во-вторых, практически отсутствовала возможность создания вторичной оптики с углами излучения менее 20° из-за слишком большой площади

излучателя. В новых семействах СД люминофор наносится непосредственно на кристалл (рис. 5.4), что позволяет практически полностью

устранить указанные недостатки.

Рис.5.4.Внешний вид белого светодиода

семейства XRE

    5.1.Выбор  светодиода.

    В светильнике СППО220-60 применяем СД марки XREWHT-L1-0000-007F6 внешний вид изображен на рис. 5.5.

Рис5.5.Внешний  вид СД марки XREWHT-L1-0000-007F6. 

    5.2.Технические  параметры. 

    Цветовая  температура: 3500…4000 К

    Цвет  свечения: нейтральный белый

    Угол  излучения: 90 °

    Световой  поток: 67.2…73.9 лм

    Размер: 9.0x7.0x4.4 мм

6.Преимущество применения драйвера.

    

      В качестве источника питания  можно выбрать готовое решение  в виде модульного источника  тока. Производителей подобных изделий  много: Mean Well, Inventronics, Philips Advance и др. Преимущество  такого выбора очевидно - нужно  только подобрать по требуемым параметрам модуль, который имеет вход и выход, встроить его в светильник и выполнить необходимые электрические подключения. При таком подходе обеспечивается максимально быстрый выход разрабатываемого изделия на рынок, так как не требуется дополнительной разработки и проведения испытаний, связанных с источником питания.

    Однако  не всегда можно использовать готовый  модуль. Например, если при расчете  светильника требуется «нестандартное»  значение тока через светодиоды, или  напряжение питания отличается от сетевого. Дело в том, что за редким исключением модульные источники имеют значение выходного тока, кратное 350 мА (700, 1050 мА и т.д.) и, как правило, рассчитаны на сеть 220 В и 50 Гц. Популярные (ввиду невысокой цены и хорошей эффективности) мощные светодиоды XRE компании CREE имеют номинальный ток 300 мА, что несколько ниже «стандартного» значения силы тока. На рынке представлены модульные источники и с подобными характеристиками (300...310 мА), но они встречаются нечасто (например, компании Soaring). Также модули не подходят, если требуется в разрабатываемом изделии реализовать функцию автоматического управления яркостью в зависимости от каких-либо условий. Несомненно, на рынке присутствуют модульные источники с функцией управления, но их номенклатура ограничена, и не всегда можно подобрать подходящий по всем параметрам модуль. Бывают ситуации, когда габаритные размеры или конструкция модульного источника не подходят под разрабатываемое устройство. Например, светильник имеет круглый форм-фактор, а выбранный по электрическим параметрам модуль - прямоугольную форму и большие габаритные размеры, и это препятствие никак не обойти. Также надо учитывать и экономический фактор. При серийном производстве разработанный источник питания под свои конкретные цели и задачи будет иметь меньшую себестоимость по сравнению с покупным.

    Во  всех этих случаях выходом из положения  будет применение в разрабатываемом  светодиодном светильнике интегральных драйверов, которые обеспечивают большую  свободу выбора электрических и конструктивных параметров устройства питания светильника и часто оказываются просто незаменимыми. Используя интегральные драйверы, можно построить схему питания непосредственно на светодиодном модуле. Если в светильнике используются несколько светодиодных линеек, то достаточно просто организовать их питание так, что каждая линейка будет питаться от своего драйвера с точно заданным значением тока. Применяя в этом случае модульные источники, мы должны или выбирать многоканальные (дорогостоящий вариант), или мириться с некоторым перераспределением тока через цепочки при выборе одноканального.

    Так как светодиодное освещение относится  к энергосберегающему, то одним из основных параметров источника питания  является его коэффициент полезного  действия (КПД). Именно здесь, правильно выбрав используемые комплектующие и построение схемы, можно существенно поднять общую эффективность осветительного прибора.

    Номенклатура  выпускаемых интегральных драйверов  по способу стабилизации делится  на две большие группы: линейные и импульсные стабилизаторы тока (рис. 1). Ввиду больших значений токов в осветительных приборах линейные стабилизаторы не нашли в них применения из-за низкой эффективности. Они в основном применяются для питания сверхъярких светодиодов, например, в экранах, табло, для подсветки различных устройств. В осветительных приборах применяются исключительно импульсные стабилизаторы, использование которых позволяет достичь КПД 95...98% в широком диапазоне входных/выходных напряжений.

Рис. 1. Классификация драйверов в интегральном исполнении 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7.Универсальный  драйвер для светодиодов  высокой яркости  компании                      Supertex.

    Микросхемы, изготовленные по технологии Supertex HVCMOS, отличаются низким электропотреблением и имеют свойства структур CMOS, сочетающиеся с высоковольтными качествами DMOSFET выходных структур. Именно это достоинство HVCMOS-микросхем Supertex дает возможность создавать компактные конкурентоспособные изделия в областях, где требуется управление высоковольтными высокочастотными нагрузками и низковольтными сигналами или преобразование напряжения высоковольтных источников в низковольтные управляющие сигналы.

    7.1.Выбор  драйвера для светодиодов высокой яркости.

    В светильнике СППО220-60 применяем драйвер марки HV9910BNG с напряжением питания от 8В до 450В и выходным током более 1А, обеспечивает максимальную гибкость и великолепные параметры конструкции.

 

7.2. Краткое описание. 

    HV9910B – высокоэффективный очень недорогой  ШИМ-стабилизатор тока светодиодов.  Отличительная особенность – возможность работы как в низковольтных приложениях, например в блоках управления автомобильными светодиодными фарами с питанием от 12 В, так и в приложениях декоративного освещения улиц и помещений, получающих напряжение от электрических сетей 220В.

    В основе конструкции микросхемы заложены собственные технологии Supertex обеспечивающие прочную изоляцию полупроводниковых  структур при входных напряжениях  до 450В. Постоянство яркости цепочки  светодиодов осуществляется за счёт стабилизации выходного тока, при этом значения этого тока легко программируются от нуля до максимума, как с помощью навесного резистора, так и с помощью внешних низкочастотных ШИМ импульсов в диапазоне до нескольких килогерц. 
        Выходная мощность нагрузки управляется внешним MOSFET транзистором на фиксированной частоте до 300 КГц. Использование HV9910 обеспечивает гибкость управления светодиодами и увеличивает срок их службы. Диапазон рабочих температур от -40С до +85С.

    Микросхемы  выпускаются в двух разновидностях корпусов: для приложений с напряжениями до 250 В достаточно HV9910BLG (корпус 8-SO), для приложений до 450 В HV9910BNG (корпус SO-16).Используем корпус SO-16. 
 Схема включения HV9910B указана в приложении 1. 
 
 
 
 

    7.3.Основные свойства.  

Более 90% эффективность. 
От 8 В до 450 В – диапазон напряжения питания. 
Обеспечивает стабилизированный ток через светодиоды. 
Обеспечивает стабилизированный ток через светодиоды от нескольких мА до 1 А и более.. 
Возможность управления как одним светодиодом, так и цепочкой из сотен светодиодов, соединённых последовательно или параллельно-последовательно. 
ШИМ регулятор выходного тока через специальный вывод. 

Вывод:

    Источник  питания является одним из основных составляющих светодиодного прибора  и обеспечивает качественные характеристики светильника на протяжении всего срока службы. Основными задачами разработчика являются правильный выбор драйвера и построение схемы питания с учетом многих, часто противоречащих друг другу, требований. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8.Заключение.  

    В ходе данной работы была проведена  стандартизация и унификация принципиальной электрической схемы драйвера и составлен перечень элементов. Результатом данной работы явился ряд документов, таких как: Электрическая принципиальная схема драйвера (ПРИЛОЖЕНИЕ 1), Перечень элементов (ПРИЛОЖЕНИЕ 2).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9.Список использованной литературы. 

1. Полищук  А. Г., Туркин А. Н. Светодиодные  светильники — эффективный метод решения проблемы энергосбережения //Энергосбережение. 2008. № 3.

2. Р. Василенко, А. Кожемяка, А. Турчин. Микросхема управления

светодиодами MLX10801 // Chip News. Инженерная микроэлектроника.

№ 9, 2004 г., С58-61.

3. Universal High Brightness LED Drivers HV9910B. Supertex inc. Doc.# DSFPHV9910B

A031808, 2008.

4. IC specification MLX10803. High power LED driver. Melexis. Data Sheet, 2,

October, 2007.