A szilárdtest-világítás és a nagy fényerejű LED-ek megváltoztatják a világot, szó szerint. A LED-es világítás környezetvédelmi előnyei kétszeresek. Először is, maga a technológia egy nagyon energiatakarékos mód a fotonok előállítására, ami vonzóvá teszi a működési költségeket, ha mérik a volfrámszálat, az izzó vagy akár a kompakt fénycsöveket. Ez egyedül teszi érdemes a hagyományos világítás helyett a szilárdtest alternatívákat.

Másodszor, a kisfeszültségű egyenáramú hálózatról történő áttérés, szemben a nagyfeszültségű AC vezetékével, további lehetőségeket teremt, nemcsak a további hatékonysági tényezők, hanem a megvilágítás módja tekintetében is.

Ez meghaladja az egyszerű "takaró" megvilágítást. Bevezeti a zónák, a jelenet vagy a hangulati világítás fogalmát, valamint a csatlakoztatott világítást, amely jobban reagál a környezetre és az utasok igényeire.

Gazdasági funkció

A LED világítás hatékonysága jól megfigyelhető, és létezik még egy "törvény", amely előrejelzi a folyamatos trendjét: a Haltz törvényét. Ez azt jelenti, hogy a LED-es fényáramlás által generált áramlási költség 10 évente 10-szeresére csökken.

Ez szépen megjósolja, hogy a LED-ek 2020-ra 200 lm / W-t képesek előállítani - és az ipar jól halad az eléréséhez.

Érdemes megjegyezni azonban, hogy még a nagy fényerejű LED-ek is csak a diódák elágazásánál felhasznált energiának csak a felét használják fotonként, és a többiek egyszerűen csak hőforrást generálnak melléktermékként, amelyet ezt követően el kell távolítani. Ez döntő fontosságú, mivel a bekötési hőmérséklet nem haladhatja meg a 150 fokot, és ez a LED-technológián alapuló lámpatestek tervezésének fontos része.

Menj közvetlen

Az egyszerű, váltakozó áramú feszültségű lámpatestektől eltérően, amely a váltakozó áram által hajtva teljesen félbeáll, és teljesen kialszik minden félcikluson, egy LED-es fény a legjobb esetben működik, ha állandó árammal táplálja. Ennek a paraméternek a beállításával lehet változtatni a fény fényességét és színét, de ehhez pontos szabályozásra van szükség, és általában sokkal igényesebb, mint a hagyományos megvilágítási módok vezetése.

Manapság a legtöbb lámpatest még mindig a váltakozó áramellátással működik, szemben a kisfeszültségű, kis áramú egyenáramú, a LED által igényelt egyenárammal. Ez azt jelenti, hogy egy hagyományos lámpa cseréjére LED-es formátumra van szükség.

A hagyományos lámpatestekben használatos legtöbb LED-es izzó esetében az átalakítás az izzóban történik. Ez kicsi, alacsony költségű termékek iránti keresletet teremtett, amelyek integrálják az összes olyan funkciót, amelyek ahhoz szükségesek, hogy egyenáramellátást biztosítsanak a LED-ekhez vagy LED-ekhez, miközben továbbra is csatlakoztatják az AC tápellátást.

Mivel a LED-ek csak előre előrenyomult állapotban működnek, a tápfeszültségnek pozitívnak kell maradnia, és bár egy teljes hullámú híd egyenirányító beépítése egy LED-meghajtóba, lehet, hogy tartalmaz egy söntszabályzót.

Ez az eset áll fenn az On Semiconductor FL77944 LED közvetlen AC vezetõjével, amely egy nagy teljesítményû LED-meghajtó, amely többféleképpen képes végrehajtani a fényerejét, beleértve az analóg vagy digitális (PWM) és a fázis vágást.

Egy egyszerűsített blokkdiagram látható az 1. ábrán. Négy tű van a LED-ek húzására, mindegyiknek saját integrált állandó áramú mosogatója 150mA-ig. A LED-ek közül három elfogadhatja a feszültséget 500V-ig, míg a negyedik 200V-os feszültséget fogadhat el.

2. ábra egy tipikus alkalmazás 120VAC-ról indul, bár a készülék 90Vac és 305Vac közötti széles bemeneti feszültségtartománya teszi lehetővé, hogy bármelyik régió számára alkalmas legyen.

Az On Semi meghajtó két külső komponenssel is működhet, a híd egyenirányító nélkül. A készülék ügyesen elkerüli a korrigált ellátás szabályozását.

3. ábra azt mutatja, hogy a kiegyenlített vonali feszültség emelkedik, eléri az egyes feszültségszintű LED-ekhez tartozó LED-ek előremenő feszültségszintjét. Az áramot tehát minden egyes LED-sorozaton át kell húzni, amíg az áram folyik az összes LED-vonalon. Az egyes karakterláncok által felvett áram kiegyensúlyozott; akár növekszik, akár csökken, attól függően, hogy melyik sor egy adott időpontban előre elfogult. Ez biztosítja a zavartalan működést és csökkenti a frekvencia-harmonikákat, ami jobb teljesítménytényezõt és alacsonyabb EMI-t eredményez.

A Semiconductor azt állítja, hogy az FL77944 egy tipikus 0,98-os teljesítménytényezőt képes elérni, és a teljes harmonikus torzítás kevesebb, mint 20%. A fényerő-szabályozó bemenete támogatja az analóg vagy PWM dimmelést, amellyel a LED-eken átáramló RMS áram lineárisan változik a feszültség szintjén a dimmel.

A készülék kompatibilis az elülső és a hátulsó él triac dimmelésével is, amelyben a fázis alatt a fázison levágott AC hullámformát vagy a felező / emelkedő élnél, vagy a félciklus utáni / lefelé eső szélén vágja le. Mivel ez egy eredendően AC formája a terhelés erejének beállítására, nem minden LED-meghajtó képes triac-árnyékolt váltakozó áramellátásról működni, és fordítva, nem minden triac dimmer fog működni egy LED-meghajtóval, mivel nem jelenik meg ugyanolyan terhelési profil, mint egy hagyományos lámpatest.

Csatlakoztatott világítás

Miközben a vezető és a hátsó peremfényezés alapvetően egy régi technológia, és nem feltétlenül egyszerű automatizálni, a PWM fényerősség inherensen digitális, és elméletileg egyszerűbben vezérelhető pusztán elektronikus eszközökkel. Ez támogatja az összekapcsolt és intelligens világítási rendszerek felé történő elmozdulást, amelyek távolról felügyelhetők és vezérelhetők, és így az internetes játék részét képezik.

A vezeték nélküli kommunikáció az intelligens világítás alapvető eleme, és nem pusztán ügyfélközpontú, bár ez nyilvánvalóan nagy előnye a hagyományos világítási rendszereknek.

A csatlakoztatott rendszer intelligensvé válik, mivel lehetővé teszi egy egyedi kialakítás kialakítását a telepítési forgatókönyvek széles skálájához anélkül, hogy helyszíni mérnököt kellene biztosítania. A karbantartási teher eltávolítása vagy csökkentése általában a tárgyak internetének elsődleges előnye, és az intelligens világításra is vonatkozik, különösen az egyes telepítések lehetséges eltérései miatt. A LED-központú világítási környezet alapvető része, hogy képes legyen tervezni ezeket a változatokat, vagy gondoskodik velük a friss levegőn keresztül történő frissítésről.

A gyakorlatban ezt a gyakorlatot a ZigBee csatlakoztatott világító készlet biztosítja a Silicon Labs-tól, amely az EFR32MG Mighty Gecko hálós hálózaton alapuló vezeték nélküli SoC for ZigBee és Thread terméken alapul.

A készlet úgy van konfigurálva, hogy működjön a "dobozból", és készen áll a ZigBee hálózathoz való csatlakozásra. Ehhez egy ZigBee Home Automation 1.2-kompatibilis átjáró szükséges, például a Silicon Labs USB virtuális átjárója. A firmware alapja az Ember ZNet Pro stack, amely a Silicon Labs weboldalán regisztrált fejlesztők számára elérhető.

Miután a készlet csatlakozott a hálózathoz, az átjáró vezeték nélküli hozzáférést biztosít a készlet funkcióihoz. Ez magában foglalja a LED-ek intenzitásának, színének és színhőmérsékletének beállítását is. Mivel ez egy értékelő készlet, lehetővé teszi más funkciók feltárását is, és tartalmaz egy PWM tesztpontot, amely külső LED-meghajtó vezérléséhez használható.

A firmware tartalmaz egy konfigurációs fürt kiszolgáló beépülő modult, amely lehetővé teszi bizonyos módosításokat a gyártási folyamat során, anélkül, hogy újra kell fordítani a kódot. Ez magában foglalja a PWM frekvencia módosítását, amely egyes LED-meghajtókhoz szükséges lehet, vagy módosítja a készülék adási teljesítményét a regionális korlátozásoknak megfelelően.

Az ilyen tulajdonságok módosításának képessége anélkül, hogy a firmware módosítása kényszerülne, ugyanazt a bináris képet használhatja több termékváltozatban.

A beállítások elvégzéséhez használt parancsokat bármilyen Home Automation 1.2-kompatibilis átjáró adhatja ki, de van egy parancs is fenntartva, amely megakadályozza a későbbi frissítések elfogadását, amennyiben ez szükséges. A PWM kimenet konfigurálásához használt parancsok egyedi LED-meghajtóval együtt használhatók a gyártók igényeihez.

A SoCs Mighty Gecko, ZigBee és Thread családja kifejezetten erre a fajta alkalmazásra készült. Mint látható A 4. ábrán a rész fő funkcionális blokkjai a Cortex-M4 és a rádió adó-vevő, de számos perifériát és támogatást is nyújtanak akár 31 pólushoz, amelyeket analóg csatornákra szántak, és amelyeket a chip-analóg összehasonlító, ADC és egy aktuális kimeneti DAC.

Mivel az adó-vevő 2,4 GHz-es frekvencián működik, az eszköz számos protokollt támogat, többek között a Bluetooth Smart, a Zigbee és a Thread, valamint a saját protokollokat.

Az EFR32MG a Silicon Labs perifériás reflex rendszerrel (PRS) is rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy a különféle perifériák önállóan működjenek azáltal, hogy információkat küldenek és fogadnak közöttük triggerek alapján, anélkül, hogy a fő CPU leállt volna.

Ez jelentősen csökkentheti a rendszer energiaigényét az akkumulátorral működő alkalmazásokban. Ha a LED-es megvilágítás alacsony energiafogyasztású termékeihez kapcsolódik, ez lehetőséget teremt az akkumulátorral működő csatlakoztatott világításra, amely olyan helyeken található, ahol AC tápfeszültség nem áll rendelkezésre, például vidéki helyeken. Használható továbbá a vezeték nélküli kommunikáció korlátozására azokon a területeken, ahol az állandó RF forgalom jelentheti a nemkívánatos "zajokat".

Minden követelmény teljesítése

Az EFR32MG-t úgy tervezték, hogy az intelligens világítási megoldások középpontjába kerüljön, lehetővé téve, hogy a LED-es lámpák távvezérelhetők legyenek egy átjárón keresztül.

Ez azt jelenti, hogy a fényszórókat vezeték nélküli módon ellenőrizheti az otthoni tulajdonos vagy az üzletmenedzser, míg a helyiségekben és az ellenőrzésben egy másik szolgáltató is megadható, létrehozva a világ bármely pontján működő vezérlőközpontot, hogy különböző épületek különböző időzónákban működjenek vagy kontinenseken. Ennek következménye, hogy bármely méretű fényt lehet csatlakoztatni és központilag vezérelni. Ez a LED-meghajtók széles választékához vezet, így nem mindegyiknek képesnek kell lennie a nagy teljesítményű LED-ek meghajtására.

Megfelelő példa lenne az AL5802 a diódákról. Ez a készülék kifejezetten kis áramú LED-ek vezetésére készült, 20mA és 100mA közötti áramerősséggel, a lehető legkevesebb külső komponensekkel. Az 5. ábra egy tipikus példát mutat be. A Q1 tranzisztort arra használjuk, hogy érzékeljük a feszültséget a külső ellenálláson keresztül a LED-terhelésen átáramló áramnak. A Q1 alap-emitter feszültségét ezután a Q2 bázisáram szabályozására használják. Lineáris üzemmódban Q2 szabályozza a folyadék áramlását a LED-en keresztül.

Több eszköz használható párhuzamosan, ha szükséges, magasabb LED áram elérése (6. ábra), és az AL5802 támogatja a PWM-alapú fényerősséget is (7. ábra).

Rendszer szintű megoldás

A LED-megvilágítás várhatóan a hagyományos megvilágítást legalább 2022-ig tovább fogja tolni, ezalatt a "hagyományos" kifejezést a LED-világítás helyett a mai technológiák helyett használhatják.

Számos félvezetőgyártó reagál erre a keresletre olyan termékcsaládok kifejlesztésével, amelyek általában a járművezetők kategóriájába tartoznak. Mivel az AC tápegység fokozatosan csatlakozik, és potenciálisan kisfeszültségű egyenáramot biztosító kimenetekkel és vezetékhálózatokkal van helyettesítve, a termékcsalád nagyon változhat, de a kereslet valószínűleg nem szűnik meg.

Szolid állapotú természete sokkal több lehetőséget kínál, mint a hagyományos megvilágítás, még az alkalom arra is, hogy az emissziók mellett az intelligenciát egyetlen szubsztrátra vagy multichip modulra integrálják. Miközben ez a paradigma még mindig lehet egy kis időt tölteni, az alapul szolgáló technológiákba történő folyamatos beruházás fenntartja az áreróziót és tovább növeli a hatékonyságot. Ezek a trendek a LED-világítás nagyon fényes jövőjére utalnak.

Mint a 8. ábra bizonyítja, hogy ezeknek a technológiáknak a megvalósítása már kevés komponenssel is megvalósítható, és lehetővé teszi a LED-ek könnyű utólagos beépítését a már meglévőkbe, hogy gyorsan létre tudjon építeni egy helyi, vagy távolról vezérelhető világítótestet.

A nyilvános helyeken bekapcsolt világítás is szélesebb potenciállal rendelkezik, és már léteznek példák az intelligens városok számára, amelyek összekapcsolt LED-es utcai lámpákkal működnek, és Bluetooth jelzőtáblákként működnek, hogy sugározzák a fogyasztói ajánlatokat a közelben tartózkodó bárkinek, aki a megfelelő alkalmazást futtatja egy okos telefonon. Bár ez nem mindenki számára vonzó, ugyanaz az elv használható, ha a gyárban teljes vezeték nélküli lefedettséget biztosítanak például fontos szolgáltatási üzenetek közvetítésére. Ha a kapcsolat megteremti kezdeti értékét bármely alkalmazásban, viszonylag egyszerűen építhető rá.

Internetes értelemben ezeket a "top of the top" szolgáltatásnak nevezik, és teljesen ésszerű azt feltételezni, hogy intelligens világítással kell őket fejleszteni.

A szerzőről

A Rich Miron alkalmazások mérnöke a Digi-Key komponens forgalmazóknál