Color, Elementos de alimentación y control, Perdidas propias y Datos fotométricos D. Francesc Jordana Casamitjana Director Técnico Simon Lighting

Transcripción

1 Color, Elementos de alimentación y control, Perdidas propias y Datos fotométricos D. Francesc Jordana Casamitjana Director Técnico Simon Lighting

2 Índice En la siguiente presentación analizaremos y definiremos adecuadamente los apartados siguientes : 1 - Sistema Alimentación LED o Driver 2 - Color del LED 3 - Datos fotométricos luminarias LEDs Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 2

3 1 - Sistema Alimentación LED o Driver Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 3

4 Sistema Alimentación LEDs o Driver Los LEDs ( Light Emitting Diode ) como elementos discretos, solamente emiten luz cuando son polarizados correctamente : Tensión de alimentación continua Asegurar una correcta polarización directa del LED. Ánodo (P) + - Cátodo (N) Bajo voltaje de alimentación Debido a su baja impedancia interna, una tensión de alimentación elevada provocaría una sobre corriente que destruiría el LED. Polarización Inversa Polarización Directa ( Zona trabajo LED ) Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 4

5 Sistema Alimentación LEDs o Driver En polarización directa, los LEDs nos ofrecen una elevada sensibilidad de sus parámetros de funcionamiento en función de la tensión de alimentación: Δ 0,1 V Δ 150 ma ( Δ 2,8% Δ 42,8% ) Δ 150mA Δ 40% ( lm ) Δ 150mA Δ 47% ( W ) Pd = If * Vf Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 5

6 Sistema Alimentación LEDs o Driver Los requerimientos de alimentación de los LEDs, unidos a la elevada sensibilidad de sus parámetros de funcionamiento, nos obliga a la utilización de fuentes de alimentación o drivers : Polarización correcta. Funcionamiento dentro del rango nominal. Estabilización de los parámetros de funcionamiento : Uniformidad flujo lumínico y temperatura color. Estabilidad de Potencia y temperatura Tj de trabajo de la unión del LED Optimizar vida de los LEDs Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 6

7 Sistema Alimentación LEDs o Driver Según su principio de funcionamiento, las fuentes de alimentación o drivers, las podemos dividir en tres grandes grupos : Resistencia limitadora. Fuente de tensión lineal. Fuente de tensión conmutada. Fuente de corriente. ( - ) ( + ) Nivel tecnológico Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 7

8 Resistencia Limitadora - Driver Características principales : Ventajas : Bajo coste Simplicidad del circuito de control. Inconvenientes : Baja eficiencia del sistema. Regulación de corriente muy pobre. ( Variación ± 10% tensión de red implica una variación de la corriente de los LEDs del ± 25% o superior ) Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 8

9 Fuente Tensión Lineal - Driver Características principales : Ventajas : Bajo coste Simplicidad del circuito de control. Buena regulación de corriente. ( ± 5% ) Inconvenientes : Baja eficiencia del sistema. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 9

10 Fuente Tensión Conmutada - Driver Características principales : Ventajas : Alta eficiencia. Buena regulación de corriente. Posibilidad regulación de potencia - Dimming Inconvenientes : Coste elevado. Crítico Compatibilidad Electromagnética. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 10

11 Fuente Corriente - Driver Características principales : Ventajas : Óptima eficiencia sistema. Óptima regulación y Estabilización de corriente. Posibilidad regulación de potencia - Dimming Inconvenientes : Coste elevado. Crítico Compatibilidad Electromagnética. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 11

12 Sistema Alimentación LEDs o Driver Las Fuente de Corriente nos garantizan unas óptimas prestaciones para el control de los sistemas basados en LEDs de potencia : Corriente constante frente a variaciones de la tensión de alimentación. Estabilidad parámetros del LED Flujo, Potencia, Temperatura, etc... Incremento de la expectativa de vida de los LEDs. Incremento de la eficacia sistema - Menores perdidas y calentamientos. Posibilidad de regulación de flujo Dimming Factor de potencia elevado PF 0,95 o superior Protección frente a defectos de secundario y/o temperaturas de funcionamiento anormales. Vida horas Si driver trabaja dentro de su rango nominal Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 12

13 Sistema Alimentación LEDs Driver Los sistemas de alimentación o drivers, deben cumplir con las Directiva correspondientes, destacando : Directiva de Baja Tensión 2006/95/CEE Seguridad Eléctrica EN Funcionamiento EN EN Requisitos para dispositivos de control electrónicos alimentados con corriente continua o corriente alterna para módulos LED. Aparatos auxiliares para lámparas. Aparatos arrancadores (excepto cebadores de efluvios). Requisitos de funcionamiento Balastos electrónicos alimentados en corriente alterna para lámparas fluorescentes tubulares. Requisitos de funcionamiento Directiva de Compatibilidad Electromagnética 2004/108/CEE RFI EN Armónicos EN EMC EN Límites y métodos de medida de las características relativas a la perturbación radioeléctrica de los equipos de iluminación. Compatibilidad electromagnética. Parte 3-2: Límites. Límites para las emisiones de corriente armónica. Equipos para alumbrado de uso general. Requisitos de inmunidad Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 13

14 2 - Color del LED Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 14

15 Color del LED Los LEDs están formados por un semiconductor obtenido mediante la unión de dos materiales : Dopaje tipo N - Electrones libres Carga negativa. Dopaje tipo P - Huecos Carga positiva. En función de los materiales utilizados para la creación del elemento semiconductor, obtenemos una emisión en distintas longitudes de onda. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 15

16 Color del LED La utilización de los LEDs en aplicaciones de alumbrado esta ligada a la posibilidad de obtención de luz blanca en potencia suficiente. ( Sin la opción de luz blanca, la aplicación de los LEDs se reduce a aplicaciones de señalización y/o decorativas ) La obtención de luz blanca es posible, principalmente, mediante uno de los siguientes métodos indirectos : Utilización LEDs RGB Utilización de LEDs de emisión UV + Encapsulado con recubrimiento fosfórico. Utilización de LEDs de emisión Azul + Encapsulado con recubrimiento fosfórico. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 16

17 LEDs RGB - Color del LED LEDs RGB - Combinación de los tres colores primarios con la finalidad de obtener todos los colores del espectro visible, incluido el blanco. Ventajas : Posibilidad cambio dinámico del color. Alta eficiencia. Inconvenientes : Complexidad del driver de control. Baja estabilidad por envejecimiento desigual de los LEDs. Luz blanca obtenida engañosa no apta como fuente de luz. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 17

18 LEDs UV - Color del LED LEDs de emisión UV con un encapsulado integrado con recubrimiento fosfórico RGB para la obtención de luz blanca. Ventajas : Utilización driver simple. Buen índice reproducción cromático Ra Uniformidad temperatura color obtenida. Inconvenientes : Baja eficiencia. Problemas envejecimiento Radiación UV Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 18

19 LEDs Azul - Color del LED LEDs de emisión Azul con un encapsulado integrado con recubrimiento fosfórico amarillo para la obtención de luz blanca. Ventajas : Alta eficiencia lm/w o superior. Posibilidad de luz blanca calida, neutra o fría con un índice de reproducción cromático elevado > Ra 70 Inconvenientes : Uniformidad temperatura color obtenida. La obtención de luz blanca mediante el LED de potencia emisión azul, ha supuesto el lanzamiento definitivo de los LEDs en aplicaciones de alumbrado interior y exterior. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 19

20 LEDs Azul - Color del LED En este proceso de fabricación es critica la dosificación del recubrimiento fosfórico, ya que de este depende la temperatura de color, eficiencia y índice reproducción cromática Led azul Pigmento/s de transformación Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 20

21 Binning - Color del LED Para asegurar la uniformidad de los LEDs, una vez fabricados, estos se verifican y agrupan según su binning. La utilización del binning es necesaria cuando se requieren LEDs de características idénticas para conseguir una apariencia uniforme. En aplicaciones de alumbrado, en las cuales se utilizan múltiples LEDs por luminaria, es crítico asegurar la uniformidad de estos mediante una correcta selección o binning. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 21

22 3 - Datos fotométricos luminarias LEDs Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 22

23 Datos Fotométricos En las aplicaciones de alumbrado, es necesario realizar simulaciones lumínicas de los valores que obtendremos con la luminaria seleccionada. Para la realización de estas simulaciones, es necesario disponer de la información fotométrica de la luminaria o matriz fotométrica. La matriz fotométrica se obtiene mediante la utilización de fotogoniometros, los cuales, nos permiten mapear la emisión lumínica de la luminaria en el espacio. Ensayo Fotométrico Matriz Fotométrica Estudio lumínico Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 23

24 Luminaria estándar - Datos Fotométricos Proceso obtención matriz fotométrica : Sala ensayos estabilizada a una temperatura ambiente de 25ºC ± 1ºC Medida flujo lumínico ( lm ) del conjunto lámpara + equipo - Φ LAMP Montaje luminaria con lámpara + equipo medidos en goniometro. Iniciar ensayo con luminaria estabilizada a temperatura de trabajo. Obtención matriz fotométrica en valor absoluto cd Integración sólido fotométrico Cálculo flujo ( lm ) luminaria - Φ LUM Cálculo matriz fotométrica referencia a lm cd/klm Calculo rendimiento del sistema óptico : Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 24

25 Luminarias LEDs - Datos Fotométricos Para las luminarias de LEDs, este proceso ya no es viable debido : Flujo emitido por los LEDs depende de su aplicación final o temperatura de funcionamiento real. ( En ningún caso puede utilizarse el valor indicado por el fabricante del LED, ya que este se obtiene mediante un ensayo pulsado en el cual se considera que no se calienta ) Luminaria equipa un numero elevado de LEDs. ( No es viable medir individualmente todos los LEDs que forman la luminaria y sumar los valores para determinar el flujo total ) NO es posible aplicar los conceptos de rendimiento y eficiencia aplicados hasta la fecha. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 25

26 Luminaria LEDs - Datos Fotométricos Proceso obtención matriz fotométrica Sigue el mismo procedimiento que las luminarias estándar pero modificando : No se mide el flujo lumínico de los LEDs No es posible. Ensaya directamente el conjunto luminaria formado por el grupo óptico de LEDs correctamente ensamblado en la luminara + Driver de control. Medida del consumo energético ( W ) del sistema Pot Obtención matriz fotométrica en valor absoluto cd Integración sólido fotométrico Cálculo flujo ( lm ) luminaria - Φ LUM Cálculo matriz fotométrica referencia a lm cd/klm Calculo eficacia de la luminaria : Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 26

27 Luminaria LEDs - Datos Fotométricos Datos esenciales en la información fotométrica : En las luminarias de LEDs, la eficacia pasa a ser un parámetro fundamental para la elección de estas así como para la comparativa entre ella. Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 27

28 Gracias por su atención Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 28