Module LED reglabile bazate pe CSP-COB
Abstract: Cercetările au indicat corelația dintre culoarea surselor de lumină și ciclul circadian uman. Reglarea culorii la nevoile de mediu a devenit din ce în ce mai importantă în aplicațiile de iluminat de înaltă calitate. Un spectru perfect de lumină ar trebui să prezinte calități cele mai apropiate de lumina soarelui cu CRI ridicat, dar este ideal acord cu sensibilitatea umană.O lumină centrată pe om (HCL) trebuie proiectată în funcție de mediul în schimbare, cum ar fi facilități multifuncționale, săli de clasă, îngrijire medicală, și pentru a crea ambianță și estetică.Modulele LED reglabile au fost dezvoltate prin combinarea pachetelor de cipuri (CSP) și tehnologia chip on board (COB).CSP-urile sunt integrate pe o placă COB pentru a obține o densitate mare de putere și uniformitate a culorii, adăugând în același timp o nouă funcție de reglare a culorii. Această lucrare detaliază designul, procesul și performanța modulelor cu LED-uri și aplicarea acesteia în lumina de jos LED cu gradare caldă și lumina suspendată.
Cuvinte cheie:HCL, ritmuri circadiene, LED reglabil, CCT dublu, reglare caldă, CRI
Introducere
LED-ul așa cum îl știm noi există de peste 50 de ani.Dezvoltarea recentă a LED-urilor albe este ceea ce l-a adus în ochiul publicului ca înlocuitor pentru alte surse de lumină albă. În comparație cu sursele tradiționale de lumină, LED-ul nu numai că prezintă avantajele economisirii energiei și duratei de viață lungi, dar deschide și ușa pentru flexibilitate nouă de design pentru digitizare și reglarea culorilor. Există două moduri principale de a produce diode emițătoare de lumină albă (WLED-uri) care generează lumină albă de mare intensitate. Una este să folosiți LED-uri individuale care emit trei culori primare - roșu, verde și albastru — și apoi amestecați trei culori pentru a forma lumină albă. Celălalt este să utilizați materiale fosforice pentru a converti lumina LED monocromatică albastră sau violetă în lumină albă cu spectru larg, în același mod în care funcționează un bec fluorescent. Este important de reținut că „albul” luminii produse este în esență proiectat pentru a se potrivi cu ochiul uman și, în funcție de situație, poate să nu fie întotdeauna adecvat să o considerăm lumină albă.
Iluminatul inteligent este un domeniu cheie în clădirea inteligentă și în orașul inteligent în zilele noastre. Un număr tot mai mare de producători participă la proiectarea și instalarea de iluminat inteligent în construcții noi. Consecința este că o cantitate imensă de modele de comunicare este implementată în diferite mărci de produse. ，cum ar fi KNx ) BACnetP', DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, etc. O problemă critică la toate aceste produse este că nu pot interopera între ele (adică, compatibilitate și extensibilitate scăzute).
Corpurile de iluminat cu LED-uri cu capacitatea de a oferi culori variate ale luminii au fost pe piața iluminatului arhitectural încă de la începuturile iluminării în stare solidă (SSL). specifică dacă instalarea va avea succes.Există trei categorii de bază de tipuri de reglare a culorilor în corpurile de iluminat cu LED: reglare alb, reglare slabă la cald și reglare completă a culorilor. Toate cele trei categorii pot fi controlate de un transmițător fără fir folosind Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth sau alte protocoale, și sunt conectate la puterea clădirii. Din cauza acestor opțiuni, LED-ul oferă soluții posibile pentru a schimba culoarea sau CCT pentru a îndeplini ritmurile circadiene umane.
Ritmurile circadiene
Plantele și animalele prezintă modele de modificări comportamentale și fiziologice pe un ciclu de aproximativ 24 de ore care se repetă în zile succesive - acestea sunt ritmuri circadiene. Ritmurile circadiene sunt influențate de ritmuri exogene și endogene.
Ritmul circadian este controlat de melatonină, care este unul dintre principalii hormoni produși în creier.Și induce somnolență, de asemenea. Receptorii de melanopsină stabilesc faza circadiană cu lumină albastră la trezire prin oprirea producției de melatonină". Expunerea la aceleași lungimi de undă albastre de lumină seara va interfera cu somnul și va perturba ritmul circadian. Desincronizarea circadiană împiedică organismul intrarea pe deplin în diferitele faze ale somnului, care este un timp critic de restaurare pentru corpul uman. În plus, impactul perturbării circadiene se extinde dincolo de atenția în timpul zilei și a somnului noaptea.
Despre ritmurile biologice la oameni pot fi măsurate de obicei în mai multe moduri, ciclul somn/veghe, temperatura corpului central, concentrația de melatonine, concentrația de cortizol și concentrația de alfa amilază8. Dar lumina este sincronizatorii primari ai ritmurilor circadiene cu poziția locală pe pământ, deoarece intensitatea luminii, distribuția spectrului, sincronizarea și durata pot influența sistemul circadian uman. Acest lucru afectează și ceasul intern zilnic.Timpul de expunere la lumină poate avansa sau întârzia ceasul intern". Ritmurile circadiene vor influența performanța și confortul omului etc. Sistemul circadian uman este cel mai sensibil la lumină la 460 nm (regiunea albastră a spectrului vizibil), în timp ce sistemul vizual este cel mai sensibil. la 555 nm (regiune verde). Deci, cum să utilizați CCT reglabil și intensitatea pentru a îmbunătăți calitatea vieții devine din ce în ce mai important. LED-urile reglabile color cu sistem integrat de detectare și control pot fi dezvoltate pentru a îndeplini cerințele de iluminare sănătoase și de înaltă performanță. .
Fig.1 Lumina are un efect dublu asupra profilului melatoninei de 24 de ore, efect acut și efect de schimbare de fază.
Design pachet
Când reglați luminozitatea halogenului convențional
lampa, culoarea va fi schimbată.Cu toate acestea, LED-ul convențional nu este capabil să regleze temperatura culorii în timp ce schimbă luminozitatea, emulând aceeași modificare a luminii convenționale.În zilele anterioare, multe becuri vor folosi LED-uri cu diferite LED-uri CCT combinate pe placa PCB pentru
schimbați culoarea luminii schimbând curentul de conducere.Are nevoie de proiectare complexă a modulelor de iluminare cu circuit pentru a controla CCT, ceea ce nu este o sarcină ușoară pentru producătorul de corpuri de iluminat. Pe măsură ce designul de iluminat avansează, corpul de iluminat compact, cum ar fi spoturi și lumini în jos, solicită module LED de dimensiuni mici, de înaltă densitate, pentru a satisfac atât cerințele de reglare a culorilor, cât și cerințele sursei de lumină compacte, COB-urile de culoare reglabile apar pe piață.
Există trei structuri de bază ale tipurilor de reglare a culorilor, prima, care folosește lipirea CCT CSP cald și CCT CsP rece direct pe placa PCB, așa cum este ilustrat în Figura 2. Al doilea tip COB reglabil cu LES umplut cu mai multe dungi de fosfor CCT diferit. silicone așa cum se arată în figură
3.În această lucrare, o a treia abordare este luată prin amestecarea LED-urilor CCT CSP calde cu chip-uri albastre și lipire strâns atașată pe un substrat. Apoi se distribuie un baraj de silicon reflectorizant alb pentru a înconjura CSP-urile albe calde și cipurile albastre. ,este umplut cu silicon continut de fosfor pentru a completa modulul COB cu doua culori asa cum se vede in Fig.4.
Fig.4 CSP de culoare caldă și cip albastru COB (Structura 3 - Dezvoltare ShineOn)
În comparație cu Structura 3, Structura 1 are trei dezavantaje:
(a) Amestecarea culorilor între diferitele surse de lumină CSP în diferite CCT-uri nu este uniformă din cauza segregării siliconului fosfor cauzată de cipurile surselor de lumină CSP;
(b) Sursa de lumină CSP este deteriorată ușor cu o atingere fizică;
(c) Decalajul fiecărei surse de lumină CSP este ușor de prins praful pentru a provoca reducerea lumenului COB;
Structure2 are și dezavantajele sale:
(a) Dificultate în controlul procesului de fabricație și controlul CIE;
(b) Amestecarea culorilor între diferitele secțiuni CCT nu este uniformă, în special pentru modelul câmpului apropiat.
Figura 5 compară lămpile MR 16 construite cu sursa de lumină din Structura 3 (stânga) și Structura 1 (dreapta).Din imagine, putem constata că Structura 1 are o nuanță deschisă în centrul zonei emitente, în timp ce distribuția intensității luminoase a Structurii 3 este mai uniformă.
Aplicații
În abordarea noastră folosind Structura 3, există două modele de circuite diferite pentru reglarea culorii luminii și a luminozității.Într-un circuit cu un singur canal care are o cerință simplă a driverului, șirul CSP alb și șirul albastru cu cip-chip sunt conectate în paralel. Există o rezistență fixă în șirul CSP.Cu rezistor, curentul de antrenare este împărțit între CSP și cipuri albastre, rezultând modificarea culorii și luminozității. Rezultatele detaliate ale reglajului sunt prezentate în Tabelul 1 și Figura 6. Curba de reglare a culorii a circuitului cu un singur canal este prezentată în Figura 7.CCT crește curentul de conducere.Am realizat două comportamente de reglare, unul care emulează becul cu halogen convențional și celălalt reglaj mai liniar.Gama CCT reglabilă este de la 1800K la 3000K.
Tabelul 1.Fluxul și CCT se schimbă cu curentul de conducere al ShineOn COB cu un singur canal Model 12SA
Fig.7 Reglaj CCT împreună cu curba corpului negru cu curent de antrenare în circuitul controlat cu un singur canal COB(7a) și cele două
comportamente de reglare cu luminanță relativă în raport cu lampa cu halogen (7b)
Celălalt design folosește un circuit cu două canale în care aranjamentul reglabil CCT este mai larg decât circuitul cu un singur canal. Cordonul CSP și șirul albastru cu cip flip-chip sunt separate electric pe substrat și, prin urmare, necesită o sursă de alimentare specială. Culoarea și luminozitatea sunt reglate de conduce cele două circuite la nivelul și raportul de curent dorit.Poate fi reglat de la 3000k la 5700Ka, după cum se arată în Figura 8 din modelul COB cu două canale ShineOn 20DA. Tabelul 2 a enumerat rezultatul reglajului detaliat care poate simula îndeaproape schimbarea luminii zilei de dimineața până seara. Prin combinarea utilizării senzorului de ocupare și controlului circuite, această sursă de lumină reglabilă ajută la creșterea expunerii la lumina albastră în timpul zilei și la reducerea expunerii la lumina albastră în timpul nopții, promovând bunăstarea oamenilor și performanța umană, precum și funcțiile de iluminare inteligentă.
rezumat
Modulele LED reglabile au fost dezvoltate prin combinare
pachete de cipuri (CSP) și tehnologia chip on board (COB).CSPs și blue flip chip sunt integrate pe o placă COB pentru a obține o densitate mare de putere și uniformitate a culorii, structura cu două canale este utilizată pentru a realiza un reglaj CCT mai larg în aplicații precum iluminatul comercial.Structura cu un singur canal este utilizată pentru a obține o funcție de dim-to-warm care emulează lampa cu halogen în aplicații precum acasă și ospitalitate.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 USD 02017 IEEE
Confirmare
Autorii ar dori să recunoască finanțarea de la The National Key Research and Development
Programul Chinei (Nr. 2016YFB0403900).În plus, sprijin din partea colegilor din ShineOn (Beijing)
Technology Co, este, de asemenea, recunoscător.
Referințe
[1] Han, N., Wu, Y.-H.și Tang, Y, „Cercetarea dispozitivului KNX
Nod și dezvoltare bazată pe modulul de interfață magistrală”, a 29-a Conferință de control chineză (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. și Hong, SH, „A New Proposal of Network Management System for BACnet and Its Reference Model”, 8th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. și Klau GW, „DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment”, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. și Steen haut, K.,
„Coexistența cu WiFi pentru un produs ZigBee de automatizare a locuinței”, Simpozionul 19 IEEE privind comunicațiile și tehnologia vehiculelor în Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX și Huang, YW, „Sistem de citire automată a contorului bazat pe comunicarea pe linia de alimentare a LonWorks”, Conferința internațională privind tehnologie și inovație (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, „Auto-tuning Daylight with LEDs: Sustainable Lighting for Health and Wellbeing”, Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, martie 2013
[7] Cartea albă Lighting Science Group, „Lighting: the Way to Health& Productivity”, 25 aprilie 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, „Dovezi preliminare pentru o schimbare a sensibilității spectrale a sistemului circadian pe timp de noapte”, Journal of Circadian Rhythms 3:14.februarie 2005.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, „Spectral Daylighting
Simulations: Computing Circadian Light", a 14-a Conferință a Asociației Internaționale de Simulare a Performanței Construcțiilor, Hyderabad, India, decembrie 2015.