Прилагодливи LED модули базирани на CSP-COB
Апстракт: Истражувањата ја покажаа корелацијата помеѓу бојата на изворите на светлина и човечкиот деноноќен циклус. Подесувањето на боите за потребите на животната средина станува сè поважно во апликациите за висококвалитетно осветлување. Совршен спектар на светлина треба да покажува квалитети најблиску до сончевата светлина со висок CRI, но идеално е прилагодени на човечката чувствителност.Човековото оддалечено светло (HCL) треба да се дизајнира според промената на околината, како што се објекти за повеќекратна употреба, училници, здравствена заштита и да се создаде амбиент и естетика.Прилагодливи LED модули беа развиени со комбинирање на пакети со скала на чипови (CSP) и технологија на чип на одборот (COB).CSP се интегрирани на табла COB за да се постигне голема густина на моќност и униформност на бојата, притоа додавајќи нова функција на приспособливост на боите. Резултирачкиот извор на светлина може постојано да се прилагодува од светло, поладно обоено осветлување во текот на денот до послабо, потопло осветлување навечер. Овој труд го детализира дизајнот, процесот и перформансите на LED модулите и неговата примена во ЛЕД-светло за затемнување и приврзок.
Клучни зборови:HCL, деноноќни ритми, приспособливи LED, двоен CCT, Топло затемнување, CRI
Вовед
ЛЕР како што го знаеме постои повеќе од 50 години.Неодамнешниот развој на белите LED диоди е она што ги донесе во очите на јавноста како замена за другите извори на бела светлина. Во споредба со традиционалните извори на светлина, LED не само што ги претставува предностите на заштедата на енергија и долгиот животен век, туку и ја отвора вратата за нова дизајнерска флексибилност за дигитализирање и подесување на боите. Постојат два основни начини за производство на диоди што емитуваат бела светлина (WLED) кои генерираат бела светлина со висок интензитет. Еден е да се користат индивидуални LED диоди кои емитуваат три основни бои-црвена, зелена и сина — а потоа измешајте три бои за да формирате бела светлина. Другата е да користите фосфорни материјали за претворање на монохроматска сина или виолетова LED светлина во бела светлина со широк спектар, на ист начин на кој функционира флуоресцентната сијалица. Важно е да се забележи дека „белината“ на произведената светлина е суштински дизајнирана да одговара на човечкото око и во зависност од ситуацијата, можеби не е секогаш соодветно да се смета за бела светлина.
Паметното осветлување е клучна област во паметната зграда и паметниот град во денешно време. Сè поголем број производители учествуваат во дизајнирањето и инсталирањето на паметни осветлување во новите градби. Последица е тоа што огромен број на комуникациски обрасци се имплементирани во различни брендови на производи Како што се KNx ) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks, итн. Еден критичен проблем кај сите овие производи е што тие не можат да соработуваат меѓу себе (т.е. ниска компатибилност и екстензибилност).
LED светилките со способност да даваат различна боја на светлина се на пазарот за архитектонско осветлување уште од раните денови на осветлувањето во цврста состојба (SSL). одредува дали инсталацијата треба да биде успешна.Постојат три основни категории на типови за подесување на бои во LED светилките: бело подесување, слабо до топло и подесување со целосна боја. Сите три категории може да се контролираат со безжичен предавател со помош на Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth или други протоколи, и се прикачени за градење моќ. Поради овие опции, LED дава можни решенија за промена на бојата или CCT за да се задоволат човечките деноноќни ритми.
Деноноќни ритми
Растенијата и животните покажуваат обрасци на бихејвиорални и физиолошки промени во текот на приближно 24-часовен циклус кои се повторуваат во последователни денови - тоа се деноноќни ритми. Деноноќниот ритм е под влијание на егзогени и ендогени ритми.
Деноноќниот ритам е контролиран од Мелатонин кој е еден од главните хормони произведени во мозокот.Исто така, предизвикува поспаност. Рецепторите на меланопсин ја поставуваат деноноќната фаза со сина светлина при будењето со исклучување на производството на мелатонин. целосно влегување во различните фази на сонот, што е критично време за реставрација за човечкото тело.
За биолошките ритми кај луѓето обично може да се мери на неколку начини, циклусот на спиење/будење, температурата на телото, концентрацијата на мелатонин, концентрацијата на кортизол и концентрацијата на алфа амилаза8. Но светлината е примарен синхронизатор на деноноќниот ритм со локалната положба на земјата, бидејќи интензитетот на светлината, дистрибуцијата на спектарот, времето и времетраењето може да влијаат на човечкиот деноноќен систем. Тоа влијае и на дневниот внатрешен часовник.Времето на изложување на светлина може или да го унапреди или да го одложи внатрешниот часовник. до 555 nm (зелен регион). Така, како да се користи приспособливиот CCT и интензитетот за да се подобри квалитетот на животот станува сè поважен. LED диоди прилагодливи во боја со интегриран систем за сензори и контрола може да се развијат за да ги задоволат барањата за такви високи перформанси и здраво осветлување .
Сл.1 Светлината има двоен ефект на 24-часовниот профил на мелатонин, акутен ефект и ефектот на менување фаза.
Дизајн на пакет
Кога ја прилагодувате осветленоста на обичниот халоген
светилка, бојата ќе се смени.Сепак, конвенционалните LED не можат да ја прилагодат температурата на бојата додека ја менуваат осветленоста, емулирајќи ја истата промена на некое конвенционално осветлување.Во претходните денови, многу светилки ќе користат led со различни CCT LED диоди комбинирани на ПХБ плочата за
промена на бојата на осветлувањето со промена на струјата на возење.Потребен е комплексен дизајн на колото светлосен модул за контрола на CCT, што не е лесна задача за производителот на светилката. Како што напредува дизајнот на осветлување, компактната опрема за осветлување, како што се светлата за место и долните светла, повикува на мала големина, LED модули со висока густина, со цел да се ги задоволува и барањата за подесување на бојата и барањата за компактен извор на светлина, на пазарот се појавуваат приспособливи COB во боја.
Постојат три основни структури на типови за подесување на бои, првата, таа користи топло CCT CSP и ладно CCT CsP врзување на плочата за PCB директно како што е илустрирано на Слика 2. Вториот тип приспособлив COB со LES исполнет со повеќе ленти од различен CCT фосфор силикони прикажани на слика
3. Во оваа работа, се зема трет пристап со мешање на топли CCT CSP LED диоди со сини преклопни чипови и тесно лемење прикачени на подлога. Потоа се става бела рефлектирачка силиконска брана за да ги опкружи топло-белите CSP и сините преклопни чипови. , тој е исполнет со силикон содржан фосфор за да се комплетира модулот COB со двојна боја како што е прикажано на сл.4.
Сл.4 Топла боја CSP и сино преклопен чип COB (Структура 3- развој на ShineOn)
Во споредба со Структурата 3, Структурата 1 има три недостатоци:
(а) Мешањето на боите меѓу различните извори на светлина CSP во различни CCT не е униформно поради сегрегацијата на фосфор силиконот предизвикана од чиповите на изворите на светлина CSP;
(б) Изворот на светлина CSP лесно се оштетува со физички допир;
(в) Јазот на секој извор на светлина CSP е лесно да се зароби прашината за да се предизвика намалување на луменот на COB;
Structure2, исто така, има свои недостатоци:
(а) Тешкотии во контрола на производниот процес и контрола на CIE;
(б) Мешањето на боите меѓу различните CCT делови не е униформно, особено за моделот на блиско поле.
Слика 5 ги споредува светилките MR 16 изградени со извор на светлина на Структура 3 (лево) и Структура 1 (десно).Од сликата, можеме да откриеме дека Структурата 1 има светла сенка во центарот на областа која емитува, додека распределбата на светлосниот интензитет на Структурата 3 е порамномерна.
Апликации
Во нашиот пристап со користење на Структура 3, постојат два различни дизајни на кола за подесување на светлата боја и осветленоста.Во едноканално коло кое има едноставно барање за двигател, белата CSP низа и сината низа на преклопување се поврзани паралелно. Има фиксен отпор во низата CSP.Со отпорникот, погонската струја е поделена помеѓу CSP и сини чипови што резултира со промена на бојата и осветленоста. Деталните резултати од подесувањето се прикажани во Табела 1 и Слика 6. Кривата за подесување на бојата на едноканалните кола е прикажана на Слика 7.CCT ја зголемува струјата на возење.Сфативме две подесувања со едната емулирачка конвенционална халогена сијалица, другата полинеарно подесување.Опсегот на приспособлив CCT е од 1800K до 3000K.
Табела 1.Флуксот и CCT се менуваат со возна струја на едноканалниот COB Model 12SA ShineOn
Сл. 7 Подесување на CCT заедно со кривата на црното тело со погонска струја во едноканалното коло контролирано COB(7a) и двете
подесување однесување со релативна осветленост во однос на халогена ламба (7b)
Другиот дизајн користи двоканално коло каде што распоредот што може да се прилагоди CCT е поширок од едноканалното коло. Низата CSP и сината низа со преклопен чип се електрично одделени на подлогата и затоа бара посебно напојување. Бојата и осветленоста се подесени со возење на двете кола на посакуваното ниво и однос на струјата.Може да се подесува од 3000k до 5700Kas прикажано на слика 8 од ShineOn двоканален COB модел 20DA. Во Табела 2 е наведен деталниот резултат на подесување кој може внимателно да ја симулира промената на дневната светлина од утро до вечер. Со комбинирање на употребата на сензор за зафатеност и контрола кола, овој прилагодлив извор на светлина помага да се зголеми изложеноста на сина светлина во текот на денот и да се намали изложеноста на сина светлина во текот на ноќта, промовирајќи ја благосостојбата на луѓето и човечките перформанси, како и функциите за паметно осветлување.
Резиме
Прилагодливи LED модули беа развиени со комбинирање
чип скала пакети (CSP) и чип на одборот (COB) технологија.CSP и синиот преклопен чип се интегрирани на COB плоча за да се постигне висока густина на моќност и униформност на бојата, структурата со двојни канали се користи за да се постигне пошироко подесување на CCT во апликации како комерцијално осветлување.Едноканалната структура се користи за да се постигне халогена ламба која имитира функција од слабо до топло во апликации како што се домот и угостителството.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 $ 02017 IEEE
Признание
Авторите би сакале да го признаат финансирањето од Националниот клуч за истражување и развој
Програма на Кина (бр. 2016YFB0403900).Дополнително, поддршка од колегите во ShineOn (Пекинг)
Technology Co, исто така, со благодарност се признава.
Референци
[1] Хан, Н., Ву, Ј.-Х.и Танг, Y"Истражување на уредот KNX
Јазол и развој врз основа на модулот за магистрален интерфејс“, 29-та кинеска контролна конференција (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Парк, Т. и Хонг, Ш., „Нов предлог за систем за управување со мрежата за BACnet и неговиот референтен модел“, 8-ма IEEE меѓународна конференција за индустриска информатика (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Волерс И, Андонов Р. и Клау ГВ, „ДАЛИКС: Оптимално усогласување на структурата на протеините на ДАЛИ“, Трансакции на IEEE/ACM за компјутерска биологија и биоинформатика, 10, 26-36.
[4]Домингез, Ф, Тухафи, А., Тиете, Џ. и Стин Хаут, К.,
„Коегзистенција со WiFi за производ за домашна автоматизација ZigBee“, IEEE 19-ти симпозиум за комуникации и технологија на возила во Бенелукс (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX и Huang, YW"Систем за автоматско читање на броилата заснован на комуникација со напојната линија на LonWorks", Меѓународна конференција за технологија и иновации (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, „Автоматско подесување на дневна светлина со LED диоди: одржливо осветлување за здравје и благосостојба“, Зборник на трудови од пролетната истражувачка конференција ARCC 2013 година, март, 2013 година
[7] Бела книга на научната група за осветлување „Осветлување: пат до здравје и продуктивност“, 25 април 2016 година.
[8] Фигуеиро, МГ, Булоу, Џ.февруари 2005 година.
[9]Инаници, М, Бренан, М, Кларк, Е, Спектрално дневна светлина
Симулации: пресметување на деноноќна светлина“, 14-та конференција на меѓународната асоцијација за симулација на перформансите на зградите, Хајдерабад, Индија, декември 2015 година.