Blocchi predefiniti di tecnologia di illuminazione

I LED High-Brightness sono una nuova generazione di LED, sufficientemente intensi per le applicazioni di illuminazione, come ad esempio illuminazione interna ed esterna, illuminazione architettonica, display per proiezione, retroilluminazione dei display, segnaletica e automotive. Come dice il nome, questi LED ad elevata luminosità offrono livelli più elevati di luminosità rispetto ai LED standard. Uno dei principali motivi per utilizzare i LED ad elevata luminosità è la loro maggiore efficienza rispetto ad altri tipi di lampade. Vale la pena confrontare gli HBLED con altre luci in termini di lumen per watt.

I LED ad alta luminosità sono LED che producono oltre 50 lumen (1 candele = 12,75 lumen). Non si devono confondere con i LED ad alta potenza. Sebbene possano sembrare la stessa cosa, ad alta potenza si riferisce al consumo energetico e non all'emissione luminosa. In genere, si presuppone che un LED ad alta potenza consumi più di 1 watt di potenza.

HBLED è ecocompatibile, a risparmio energetico, a bassa potenza, e dura più a lungo rispetto alla media delle lampadine fluorescenti compatte e incandescenti. I LED ad alta luminosità presentano una serie di vantaggi, come più luminosità e lunga durata, basso costo, compatibilità di produzione con RoHS oltre i LED standard. L'ottica di precisione, le distribuzioni multiple, le uscite lumen e le temperature di colore rendono l'HBLED ideale per applicazioni industriali, commerciali, manifatturiere, in palestra e le altre applicazioni che utilizzano i tradizionali HID e fluorescenti lineari.

I LED ad alta luminosità richiedono una maggiore corrente diretta di 350 mA, più di quanto un microcontrollore I/O sia in grado di fornire. Una soluzione è alimentare il LED direttamente dall'alimentazione principale e aggiungere un MOSFET in serie con il LED per controllare la luminosità. Il secondo è utilizzare i controller di segnali digitali, il che offre diverse funzioni che consentono un controllo preciso dei LED ad elevata luminosità. Queste funzioni comprendono un convertitore analogico-digitale a 10 bit ad alta velocità con un massimo di 4 milioni di campioni al secondo, un PWM ad alta velocità flessibile, un comparatore analogico ad alta velocità con una velocità tempo di risposta di 20 nanosecondi, e uno schema di clock flessibile con 40 velocità di funzionamento MIPS.

I LED fanno la loro entrata nel settore dell'illuminazione utilizzando moderni composti e strutture di materiali semiconduttori ad alta efficienza. L'illuminazione a stato solido (SSL) offre nuove possibilità e vantaggi per l'utente finale. Utilizzando driver appropriati, strategie di controllo e i LED, è possibile controllare completamente gli aspetti qualitativi e quantitativi della luce. I driver per LED sono dispositivi a bassa tensione che convertono la tensione di linea di 120/220/277 V nella bassa tensione necessaria per i LED, e possono anche interpretare i segnali di controllo per attenuare i LED. I driver per LED sono disponibili a corrente o tensione costante. Questi due tipi di driver non sono intercambiabili, è la struttura del carico dei LED che determina quale driver è appropriato. Sia le lampade sia gli apparecchi LED richiedono driver per LED.

Vi sono due modi per controllare la luminosità di un LED. Il primo metodo consiste nell'utilizzare l'attenuazione analogica, che consiste nel variare la corrente diretta attraverso il LED per regolare la luminosità. Il secondo metodo utilizza una tecnica di attenuazione digitale che prevede l'accensione e lo spegnimento della corrente continua per brevi periodi di tempo. Per la percezione della luminosità, l'occhio umano fa la media di questi tempi di accensione e spegnimento.

Il modo più economico e semplice per azionare i LED è utilizzare un alimentatore a tensione costante e un resistore in serie con il LED, per limitare la corrente che scorre attraverso di esso. La resistenza selezionata dipende dalla grandezza della sorgente di tensione (VIN), dal valore della tensione diretta del LED e dalla corrente diretta del LED.

L'alimentazione lineare ("Linear power supply", LPS) è una soluzione economica e semplice di azionamento dei LED. Le LPS sono basate sul regolatore lineare di circuito integrato (IC) o sulla giunzione bipolare o transistor a effetto campo, che funzionano nella regione lineare. Gli alimentatori switching (SMPS) non presentano i principali svantaggi degli alimentatori lineari e sono quindi la soluzione principale per azionare i LED. Poiché i LED sono componenti CC, è sufficiente considerare i tipi di SMPS CC-CC e CA-CC. Efficienza, controllabilità, piccole dimensioni e peso ridotto sono i principali vantaggi rispetto agli alimentatori lineari. Un SMPS può fornire, se necessario, correnti elevate (ad esempio, oltre 30 A) a tensioni molto basse.

La scelta della topologia più appropriata per l'azionamento dei LED dipende dagli standard, dalle specifiche e dai requisiti applicativi, quali le condizioni dell'ambiente operativo, la tensione di ingresso del sistema, la tensione diretta dei LED, il numero di LED e l'array di circuiti.

I driver intelligenti sono in genere basati su microcontrollori di commutazione ASIC, che includono memoria flash programmabile (EEPROM), diversi controller PWM (Pulse-Width Modulation) su chip, canali ADC (convertitore analogico-digitale) e DAC (convertitore digitale-analogico). I driver per LED basati su microcontrollore portano ulteriori vantaggi, come flessibilità operativa, efficienza, affidabilità, controllabilità e intelligenza al sistema.

Un diodo a emissione luminosa (LED) è un dispositivo a semiconduttore che emette luce visibile quando una corrente elettrica vi passa attraverso. La luce non è particolarmente brillante, e nella maggior parte dei LED è monocromatica, a una singola lunghezza d'onda.

Il materiale utilizzato per l'elemento semiconduttivo di un LED ne determina il colore. I due principali tipi di LED attualmente utilizzati per i sistemi di illuminazione sono le leghe di alluminio fosfuro di indio, gallio (AlGaInP o AlInGaP) per i LED rossi, arancioni e gialli; e le leghe di indio nitruro di gallio (InGaN) per i LED verdi, blu e bianchi. Lievi variazioni nella composizione di tali leghe cambiano il colore della luce emessa. L'uscita da un LED può essere compresa in un intervallo dal rosso (a una lunghezza d'onda di circa 700 nanometri) al blu-viola (circa 400 nanometri). Alcuni LED emettono energia ad infrarossi (IR) (830 nanometri o più); un tale dispositivo è noto come diodo ad emissione ad infrarossi (IRED).

Rispetto alla maggior parte delle tipiche sorgenti di luce utilizzate per le applicazioni di illuminazione, i LED hanno un'emissione luminosa ancora relativamente bassa e, di conseguenza, continueranno a essere confezionati in array e altre configurazioni per essere utili in tali applicazioni. Attualmente, i pacchetti LED bianchi singoli hanno raggiunto quasi 100 lumen. Naturalmente, l'emissione di luce varia a seconda della lunghezza d'onda. I LED sono importanti perché grazie alla loro efficienza e il basso consumo energetico, iniziano a sostituire la maggior parte delle comuni fonti di luce. I LED vengono incorporati nel lampadine e apparecchi per applicazioni di illuminazione generale. Di piccole dimensioni, i LED offrono opportunità di progettazione esclusive. Le lampadine a LED possono assomigliare fisicamente ad alcune soluzioni di lampadine domestiche ed essere simili alle lampadine tradizionali.

I LED offrono una grande opportunità per l'innovazione nei fattori di forma dell'illuminazione, e si adattano ad una più ampia gamma di applicazioni rispetto alle tradizionali tecnologie di illuminazione. I LED utilizzano dissipatori di calore per assorbire il calore da loro prodotto e dissiparlo nell'ambiente circostante. In questo modo i LED non si surriscaldano e non si bruciano. Il fattore più importante per le corrette prestazioni dei LED è dato dalla gestione termica. Maggiore è la temperatura alla quale i LED vengono attivati, più rapidamente la luce si degrada e più breve sarà la loro durata.