[Title will be auto-generated] by Oleg Polikarpov

Адрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35; Санкт-Петербург, Большой проспект В.О., д. 18, лит. А; тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; тел./факс: (812) 336-53-85;

С ОД Е Р Ж А Н И Е #2, 2011

эл. почта: info@elcp.ru, www.elcp.ru

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА: «Мир электроники» 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: info@eworld.ru, www.eworld.ru. «Радиоэлектроника» 620107, г. Екатеринбург, ул. Машинистов, д. 4, кв. 43, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: info@radioel.ru, www.radioel.ru. ЭЛКОМ г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: office@elcom.udmlink.ru, www.elcompany.ru. ЭЛКОТЕЛ г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (383) 351-56-99, 359-93-31; е-mail: info@elcotel.ru, www.elcotel.ru. Издательство «Электроника инфо» 220015, г. Минск, пр. Пушкина, 29 Б; тел./факс: +375 (17) 204-40-00; е-mail: electronica@nsys.by, www.electronica.by. IMRAD 03113, г. Киев, ул. Шутова, д. 9, оф. 211; тел./факс: +380 (44) 495-2113, 495-2110, 495-2109; е-mail: imrad@imrad.kiev.ua, www.imrad.kiev.ua

РЫНОК 4 Производители и дистрибьюторы силовой электроники для светотехники 6 Выставка Strategies in Light 2011: эволюция и достижения светодиодных технологий 11 Триша Хансен, Девид Камберленд Слияния и поглощения — никуда не деться 13 Светодиодное освещение: как освободиться от биннинга? 15 Тим Уайтекер Светодиодная подсветка обеспечила 93% роста рынка сверхъярких светодиодов в 2010 году

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ СВЕТОТЕХНИКИ 18 Сергей Миронов Особенности построения источников питания 22 Андрей Конопельченко Управление освещением и подсветкой помещений с помощью источников питания PCD от Mean Well 25 Ирина Ромадина Драйверы светодиодов серии NCL30xxx от ON Semiconductor 34 Андрей Конопельченко Новые DC/DC-драйверы светодиодов от компании PEAK electronics

РАЗРАБОТКА И КОНСТРУИРОВАНИЕ 38 Василий Зибаров Технологические аспекты построения экранов на основе RGB-светодиодов Подписано в печать 14.04.2011 г. Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 2000 экз.

Изготовлено ООО «Стратим». 152919, г. Рыбинск, Ярославская обл., ул. Волочаевская, д. 13.

43 ДА БУДЕТ СВЕТ! Современное светодиодное освещение. Тенденции. Задачи. Решения

ПРИМЕНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА 47 Сергей Миронов Перспективная продукция CREE. Новые возможности 55 Михаил Мальков Высокоэффективные люминесцентные лампы Т8. Часть 2

слово редактора Редакция Руководитель проекта «Современная светотехника» и главный редактор: Валерий Манушкин ответственный секретарь: Марина Грачёва редакторы: Елизавета Воронина Виктор Ежов Екатерина Самкова Владимир Фомичёв редакционная коллегия: Леонид Чанов Борис Рудяк Владимир Фомичёв реклама: Антон Денисов Ольга Дорофеева Елена Живова Екатерина Платцева распространение и подписка: Марина Панова Василий Рябишников вёрстка, дизайн: Александр Житник Михаил Павлюк директор издательства: Михаил Симаков

Коллеги, здравствуйте!

Сегодня мы продолжаем публиковать таблицы с перечнем производителей и дистрибьюторов светотехнической продукции. Начиная с этого номера, мы стали сегментировать рынок и представили вашему вниманию сектор силовой электроники. Компаний, производящих и продающих источники питания, микросхемы драйверов и комплектующие для светотехники сейчас не так много. В первую очередь это обусловлено тем, что многие производители изготавливают источники питания только для собственных нужд. Однако эта ситуация со временем изменится. Дело в том, что рынок светотехники в настоящее время лишь формируется. С появлением новых компаний вырастет и спрос на готовые решения, поскольку содержать штат высококвалифицированных разработчиков и собственные лаборатории – не самый лучший вариант для быстрого и успешного выхода на рынок. Хочу обратить ваше внимание на ключевую статью номера Сергея Миронова «Особенности построения источников питания для светодиодного оборудования». Она написана на основе одноименного доклада автора, прозвучавшего на конференции «Силовая электроника» (24 марта 2011 года, Москва). В ней рассматриваются ключевые требования к ИП для светодиодного оборудования, нормативные документы, регламентирующие разработку, производство и эксплуатацию, а также основные параметры ИП в различных светотехнических приложениях. Также вы найдете много информации о мировом рынке светотехники от авторов наиболее авторитетных англоязычных изданий — LEDsmagazine, LEDinside и SSLighting.

Желаю вам приятного чтения и всего наилучшего!

С уважением, Валерий Манушкин, главный редактор

Дизайн обложки: Юрий Уманец

рынок

Производители и дистрибьюторы силовой электроники для светотехники Производители Название компании 1

Inﬁneon Technologies RUS LLC +7(495) 956-5195 www.infineon.com

iWatt www.iwatt.com

National Semiconductor www.nsc.com

NXP +7(495) 721-8966 www.nxp.ru

Peak Electronics +49(0)613-570-260 www.peak-electronics.de

Дистрибьюторы

Компания выпускает свыше 12 000 наименований DC-DC конверторов для индустриального применения (–40°С +85°С ) в основном в стандартных корпусах: SMD, SIP4, SIP7, DIP8, DIP24, 1×2 дюйма, 1×1,5 дюйма, 2×2 дюйма со стандартным расположением выводов, мощностью от 0,25 до 60 Вт и прочностью изоляции от 1000 В до 5200 В. Компания производит также специализированную продукцию под конкретные требования заказчика. Модульные DC/DC драйверы светодиодов. Серии PLED, PLED-S, PLED-T, PLED-UW1

Компэл

Digikey, Arrow Electronics Russia, КОМПЭЛ, ITC Electronics, MFC FulCrum, Радиант Элком, RUTRONIK GmbH.

RECOM Electronic GmbH www.recom-international.ru

RECOM Electronic GmbH (RECOM) известна как производитель DC/DC, AC/DC преобразователей и светодиодных драйверов с рабочей температурой от –40 до +85°С, мощностью от 0,25 до 100 Вт. Особенности DC-DC преобразователей RECOM: – высокий уровень надежности (100% Burn-in); – номенклатура свыше 18000 наименований в корпусах SMD, SIP, DIP, Industrial; – разработка под заказ, наличие встроенной защиты от статического электричества (по стандарту IEC61000-4-2 level 4) и фильтров электромагнитных помех; – совместимость с DC/DC-конвертерами других производителей; – подтверждения комиссий по сертификации UL/EN/TS, в т.ч. UL1950, EN60950, EN61000, EN55022; Светодиодные драйверы: – DC/DC — серия RCD-24 с выходным током 300 — 1200 mA; – AC/DC — серия RACD мощностью от 3 до 60 Вт

ROHM Co., Ltd +7(495) 739-4174 www. rohm.com

Логические микросхемы компании ROHM; энергонезависимые запоминающие устройства; микросхемы управления питанием; светодиоды и светодиодные индикаторы; супервизоры питания; фотодатчики; интегральные схемы драйверов электродвигателей; резисторы и резисторные сборки; драйверы для освещения ВР587х, ВР588х, ВР584х.

КОМПЭЛ, ГАММА Санкт-Петербург, Rainbow Electronics, RUTRONIK GmbH, Симметрон.

Александер Электрик, ГК +7(473) 251-9518 www.aeps-group.ru

Производство модулей и блоков вторичного электропитания промышленного, коммерческого и специального (industrial, commercial and military, aerospace, space) назначения мощностью от 3 Вт до 10000 Вт. AC/DC модули электропитания, AC/DC преобразователи серии «JET» для однофазного входного напряжения, DC/DC модули электропитания, ультракомпактные изолированные DC/DC преобразователи серии MR-JET низкопрофильные изолированные DC/DC преобразователи серии MR. Фильтры и защитные устройства: – модули защиты и фильтрации для сетей постоянного тока МРМ; – модули защиты и фильтрации для сетей переменного тока CS.

РОССПЕЦПОСТАВКА, АЛЬФА-РЭК, ФАВОРИТ-ЭК, Невская Электронная Компания.

Описание Компания «INFINEON TECHNOLOGIES» основана в 1999 г. корпорацией «Siemens» на базе ее полупроводникового отделения. В настоящее время компания является производителем телекоммуникационных микросхем для традиционной и цифровой телефонии, а также производителем микроконтроллеров, силовых микросхем и дискретных компонентов для промышленного и автомобильного применения. Cфера применения микросхем американской фирмы iWATT- AC\DC блоки питания для светодиодных устройств. Основная особенность — нет необходимости использования оптопары для стабилизации выходного тока, минимум обвязки. Компания предлагает цифровой драйвер с регулированием тока на первичной стороне, что позволяет отказаться от оптронов, используемых в обратной связи. Преимущества использования драйвера: – уменьшается стоимость комплектующих (BOM); – уменьшаются габариты: форм-фактор; – повышенная наработка на отказ (MTBF). Драйверы работают в квазирезонансном режиме а также используют адаптивное управление затвором (технология собственной разработки EZ EMI) для достижения высокой эффективности и низкого уровня помех. Компания iWatt предлагает решения для использования с люминесцентными источниками света и в системах наружного освещения, как с постоянной, так и регулируемой яркостью. К основным продуктам National Semiconductor относятся компоненты для построения источников питания электронной аппаратуры, устройства управления дисплеями, аудио- и операционные усилители, интерфейсные устройства, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Светодиодные драйверы предназначены для управления сверхяркими светодиодами и позволяют управлять яркостью ШИМ сигналом, обладают защитой от коротких замыканий, что увеличивает надёжность применения. LM3406 / LM3406HV,LM3421 / LM3423, LM3431, LM3433. Светодиодные драйверы National Semiconductor просты в использовании, требуют минимального количества внешних компонентов и имеют полный набор средств проектирования, включая WEBENCH LED Designer, облегчающий проектирование расположения источников света. Компания NXP производит полупроводники, системные решения и программное обеспечение, микросхемы для управления светодиодами. В портфолио микросхем насчитывается около шестидесяти наименований, которые представлены микросхемами I2C для управления подсветкой ЖКИ дисплеев, микросхемы для создания импульсных источников питания (SPMS) и управления светодиодами, микросхемы для мощных светодиодов, микросхемы для создания фотовспышек на основе светодиодов.

www.lightingmedia.ru

рынок Производители Название компании

Описание Разработка и производство источников вторичного электропитания в модульном исполнении категрии качества АЛЕКСАНДЕР ЭЛЕКТРИК «ОТК» и «ВП» для использования в стационарной и бортовой аппаратуре, авиационной и космической технике, источники электропитания, ООО телекоммуникационных и связных системах. +7(499) 181-2604 DC/DC преобразователи от 5 до 480 Вт; AC/DC преобразователи от 20 до 1500 Вт; источники бесперебойного питаwww.aeip.ru ния; модули фильтрации и защиты для сети постоянного тока и переменного тока для ослабления радиопомех во входных и выходных цепях импульсных источников питания. Производство кристаллов для компонентов силовой электроники. Линейка продукции: vощные выпрямительные ВЗПП-Микрон, ЗАО диоды Шоттки; мощные высоковольтные ультрабыстрые диоды; мощные MOSFET транзисторы; биполярная ТТЛ +7 (473) 226-14-24 логика; ШИМ контроллеры; контроллер электоронного зажигания автомобилей; операционные усилители; НЧ, ВЧ www.vsp-mikron.com и СВЧ биполярные транзисторы; стабилизаторы и регуляторы напряжения для вторичных источников питания; низковольтные TVS диоды и EMI фильтры. Molex предоставляет готовые решения для различных рынков, включая потребительскую электронику, индустрию освещения и солнечную энергетику. Разъемы с шагом от 0,40 до 1,60 мм (.016 до .063"") для соединения провод-плата; разъемы с шагом от 2,00 до Молекс Б.В Нидерланды 2,50 мм (.079 до .098"") для соединения провод-плата; разъемы с шагом 2.54мм (.100"") для соединения проводПредставительство ЗАК ОО плата; разъемы с шагом 3,00 до 7,92 мм (.118 до .312"") для соединения провод-плата; силовые разъемы; +7(495) 258-8444 разъемы для FFC и кабели; соединители для шлейфов; разъемы для кросс-плат; разъемы для накопителей данwww.molex.ru ных; розетки для процессоров и радиаторы; розетки для модулей памяти; разъемы для печатных плат; разъемы для карт памяти; разъемы ввода/вывода; модульные разъемы; радиочастотные разъемы — коаксиальные разъемы; волоконно-оптические разъемы; интегрированные изделия; промышленные разъемы; автомобильные разъемы; обжимное оборудование, IDT оборудование. ТРАНСВИТ-ЦЕНТР, ООО Производство и продажа различной электронной и электротехнической продукции: трансформаторы, в т. ч. +7(8162) 77-20-19 nороидальные, ЭПРА, источники питания, драйверы для светодиодов, дроссели, магнитопровод. www.transvit-center.ru

Дистрибьюторы

Трансвит, ПКФ Электрон-комплекс, Лидский завод электроизделий.

Дистрибьюторы Название компании

Контракт Электроника, Производственный Альянс +7 (495) 741-77-04 www.led.contrel.ru Прософт +7 (495) 232-1652 www.xlight.ru ФАВОРИТ-ЭК, ЗАО (ФЭК групп) +7(495) 627-7624 www.favorit-ec.ru

Описание ПА «Контракт Электроника» - это альянс предприятий, работающих в сфере контрактного производства электроники, в частности в области полупроводниковой светотехники. Мы предоставляем заказчику возможность комплексного решения производственных задач на всех этапах изготовления электронных приборов: технический дизайн, полная комплектация производства электронными компонентами, изготовление и монтаж печатных плат, подбор и производство корпусов, испытания и тестирование электронных устройств, упаковка продукции, логистика. Компания занимается разработкой и поставкой светотехнической продукции на основе светодиодов, а также компонентов для светодиодного освещения, выполняет светотехнические расчёты проектов. Всегда в наличии большой ассортимент драйверов питания светодиодов. Комплексные поставки электронных компонентов отечественного и иностранного производства под потребности предприятий – разработчиков и производителей аппаратуры специального, двойного и общего назначения. Второй поставщик в системе «ВОЕНЭЛЕКТРОНСЕРТ». Бренды: ГК Александер Электрик, Александер Электрик источники электропитания

Оптимистичный взгляд на рынок светодиодов в 2011 г. Похоже, 2011 г. станет еще одной яркой вехой для цепочки поставок светодиодов, считают аналитики IMS Research в ежеквартальном отчете Quarterly GaN LED Supply and Demand Report. Если в 2010 г. объемы продаж светодиодов выросли на 67%, достигнув 8 млрд долл., то в 2011 г. продажи голубых и зеленых, или GaN-светодиодов, увеличатся на 38%, составив 10,8 млрд долл. При этом объемы поставок кристаллов вырастут на 49%, достигнув 62 млрд шт. Темпы роста сегмента приложений для телевизоров будут наибольшими — 97%. При этом на долю светодиодов для использования в ТВ-панелях придется 51% поставок. Ожидается также быстрый рост сегментов мониторов и систем общего освещения — по крайней мере, на 57% относительно 2010 г. Согласно IMS Research, темпы роста в I кв. 2011 г. увеличатся по сравнению со второй половиной 2010 г., когда наблюдались чрезмерные складские запасы, а количество светодиодов из расчета на одну панель снижалось. Ожидается, что по-

квартальный рост объема продаж светодиодов, предназначенных для использования в ноутбуках, мониторах и ТВ-панелях, превысит 5 млрд долл. благодаря новым проектам по созданию гибридных 240-Гц/3D-панелей для подсветки. По прогнозам, лидером потребления светодиодов в I кв. 2011 г. станет компания Samsung, потеснив компанию LG Display, лидировавшую весь 2010 г. Несмотря на слабые результаты 2010 г. поставки систем MOCVD не снизятся благодаря тому, что производителя светодиодов продолжают наращивать мощности, ожидая поквартального повышения растущего спроса на свою продукцию вплоть до 2015 г. Поставки систем GaN MOCVD от производителей коммерческого оборудования Aixtron, Applied Materials, Jusung, Taiyo Nippon Sanso и Veeco достигли рекордной цифры — 232 ед. при годовом объеме поставок всех систем MOCVD равном 798. Лидеры рынка — компании Aixtron и Veeco — сохранили свои доли, составившие в III кв. 2010 г. 53 и 44%, соответственно. При этом за весь прошлый год доля Veeco увеличилась

с 31 до 42%, а доля Aixtron упала с 62 до 55%. Если смотреть по регионам, то в IV кв. 2010 г. большие перемены произошли в доли Китая, которая увеличилась с 31 до 64%, тогда как доля Кореи снизилась с 27 до 5%. Ожидается, что высокая активность китайских производителей в приобретении MOCVD-систем не снизится на протяжении всего 2011 г., а рыночная доля этой страны вырастет до 70% или выше. Как результат, объем рынка MOCVD превысит 1000 установок, что приведет к дальнейшему увеличению доходов производителей светодиодов. Таким образом, производство будет расти по мере стремительного увеличения рынка MOCVD. Кроме того, благодаря росту поставщиков светотехнической продукции, совершающих переход на использование 6-дюймовых пластин, у поставщиков сапфировых пластин этого размера появится возможность снижать цену на свою продукцию в течение всего 2011 г. Источник: imsresearch.com

Современная светотехника, #2 2011

рынок

Выставка Strategies in Light 2011: эволюция и достижения светодиодных технологий Современные светодиодные технологии имеют широкий диапазон применения. Стараясь расширить его еще больше, производители комплектующих продолжают искать способы повысить яркость и качество светодиодов. Одним из наиболее вероятных конкурентов являются органические светодиоды (OLED), скрывающие в себе большой потенциал. I часть репортажа Мори Райта с выставки конференции SIL (Strategies in Light).

Конференция Strategies in Light, прошедшая в феврале 2011 года в Калифорнии показала, что технологии твердотельного освещения заметно возмужали. Действительно, в одном из докладов, президент и генеральный директор компании Osram Opto Semiconductors Альдо Кемпер отметил, что на сегодняшний день светодиодам под силу заменить собой все освещение. Без сомнений, производители комплектующих для светодиодных светильников внесли весомый вклад в такие параметры как яркость и качество цветопередачи. Однако пределов совершенству, как мы знаем, нет. Кроме того, SSLтехнологии глубоко внедрились только в общее освещение, оставив без внимания другие области применения, таящие в себе неиспользованные возможности — например, науку или сельское хозяйство. К слову сказать, светодиоды не являются единственной развивающейся и многообещающей технологией освещения. Другие, альтернативные и эффективные варианты, вроде органических светодиодов (OLED) вполне способны отбить себе часть рынка уже к 2015 году. Вся выставка Strategies in Light буквально пропитана духом оптимизма и уверенности в блестящих перспективах светодиодов и рынка твердотельного освещения. Светодиодная промышленность добилась хороших успехов как в производстве комплектующих, так и в дизайне светодиодных систем.

www.lightingmedia.ru

Результаты ежегодного соревнования NGL («светильники нового поколения»), которые были оглашены на выставке-конференции Strategies in Light, показали очевидные успехи производителей в улучшении дизайна световых приборов. Впрочем, и без этого на выставочном этаже и так было на что посмотреть — улучшения коснулись практически всех комплектующих твердотельного освещения и светодиодной техники — от управляющей электроники до упаковки. В своих докладах и генеральный директор Philips Lumileds Майкл Холт и президент Osram Opto Semiconductors Альдо Кемпер сделали основной упор на комплектующих для светодиодных устройств. Оба руководителя старались сохранить информацию об успехах в светодиодной промышленности в тайне, однако рассказали, что дорабатывать еще придется очень многое. В своей речи Майкл Холт авансом заявил о том, что сражение за производительность светодиодов уже закончено. Альдо Кемпер продемонстрировал график, подго-

товленный Министерством энергетики на котором обозначен теоретический предел эффективности светодиодов. Однако чтобы реализовать хотя бы 70—80 процентов от заявленного лимита нужно будет серьезно потрудиться. А сам предел при нынешних темпах развития светодиодной промышленности будет достигнут не раньше 2020 года. В ходе продолжительного обсуждения проблемы яркости светодиодов, Майкл Холт и Альдо Кемпер обозначили и коснулись и других областей, определяющих состоятельность светодиодной промышленности. В частности, Холт в первую очередь упомянул цветопередачу, а Кемпер подробно рассказал о других областях, в которых производители комплектующих для светодиодов должны внести улучшения и объяснил? что конкретно должно быть улучшено: стоимость, качество, дизайн, и производительность. По его словам, почти половина производимых комплектующих идет с браком и, в конечном счете, просто выбрасывается. Естественно, это напрямую влияет как на цену

Рис. 1. Американская компания Cree продемонстрировала светодиод для лампы MR-16, в котором использован отражатель от LediL(слева) и оптикой от Carlco (справа). Лампы со светодиодами MT-G, разработанные Cree, как преемники MR-16 были представлены на конференции Strategies in light. MT-G состоит из 12-ти 9×9 мм плат и выдает 560 люменов при силе тока 1,1 ампер и температуре 85 градусов Цельсия, а при 4 амперах при той же температуре около 1525 люмен, и светит теплым белым светом (3000К). Обе компании — Philips Lumileds и Cree заявили, что отныне будут проводить тестовые испытания светодиодов при температуре 85 градусов Цельсия. Это позволит получать более точные результаты, чем при стандартной тестовой температуре в 25 градусов

рынок комплектующих, так и на стоимость продукции в целом. Кроме того, Кемпер высказал надежду, что эпитаксиальные слои для светодиодов станут делать более однородными. Не секрет, что внедрение пластин большего размера может повлиять на снижение стоимости светодиодов. Кемпер сообщил, что 6 лет назад Osram перешел на производство 4-х дюймовых пластин, а в этом году освоит производство 6-ти дюймовых. Еще один вопрос, затронутый Кемпером — поиск подложек из альтернативных материалов, например, из кремния, который станет наилучшим решением проблемы снижения стоимости светодиодов. Производить большие кремниевые пластины гораздо дешевле аналогичных, сапфировых. Однако здесь возникает трудность: галлий-нитридные и кремниевые материалы плохо соединяются друг с другом. В понятие «качество светодиода» Кемпер включил широкий ряд вопросов, начиная от стандартизации и сертификации различных модулей и комплектующих, до хранения и цветопередачи. Он подчеркнул, что светодиодная продукция должна в полной мере отвечать запросам потребителей по качеству и длительности эксплуатации. Одним из важнейших направлений по усовершенствованию светодиодов является их специализация. Здесь, прежде всего, имеется в виду совместимость с автомобильным освещением. Светодиоды с успехом применяются и в головном свете, и стопсигналах автомобиля, подсветке салона и приборной панели. Однако в машинах есть и другие места, где требуется освещение. И светодиод головного света по своим свойствам будет коренным образом отличаться от светодиода внутренней подсветки. И светодиодная промышленность должна в полной мере учитывать эти различия, практиковать индивидуальный подход к свету. То же самое касается всего освещения в целом. Говоря об «интеллектуальном» освещении, Кемпер объяснил, что в любом месте, где требуется свет, он должен быть надлежащего качества. Ключевую роль здесь играет адаптивно-управляющая

www.lightingmedia.ru

технология, которая с одной стороны максимально бережет энергию, а с другой обеспечивает наилучшее комфортное освещение.

КАЧЕСТВО И ПЛОТНОСТЬ ЦВЕТА В дополнение к программе «Светодиоды без биннинга» и Luxeon S — 9-ти чиповому светодиоду, представленному на конференции SIL, руководитель Philips Lumileds Майкл Холт уделил основное внимание качеству цветопередачи. Несмотря на то, что выступление Майкла Холта было больше похоже на рекламу своей продукции, в нем содержится ряд интересных выкладок. Испытания светодиодов при рабочей температуре, которая составляет 85 градусов по Цельсию, дали возможность компании Philips Lumileds соединить излучатели с платой из фосфора, сделанной по технологии Luminaric. Это позволит готовым светодиодам не выходить из рамок цветовой температуры, обозначенной эллипсом МакАдама. В таком случае, производители светильников и другие потребители светодиодов могут получить от этого определенную выгоду. Майкл Холт вспомнил, как один из заказчиков поинтересовался, почему светодиоды не испытываются в том же температурном режиме, что и работают. Как правило, светодиоды проходят испытания при температуре 25 градусов Цельсия. Он признался, что увел внимание оппонента от насущной проблемы пустыми разглагольствованиями, хотя в душе понимал, что тот абсолютно прав. И поставщики комплектующих для светодиодов заведомо обманывают потребителя, расписывая спецификацию в соответствии с данными, полученными в ходе таких испытаний. Проблема в том, что испытания светодиода в рабочем температурном режиме (85 градусов цельсия) затратны и длительны. Philips Lumileds выпускает почти миллион белых светодиодов Rebel в год, и проводить качественные испытания с каждым устройством чрезвычайно трудно. Впрочем,

Холт подчеркнул, что это вовсе их не оправдывает, и любой клиент вправе настаивать на качественных исследованиях. Новые Luxeon S будут тестироваться только в режиме рабочей температуры — при 85 градусах цельсия.

ТРЕТИЙ ЦИКЛ В секторе сверхъярких светодиодов на выставке Strategies in Light, выступил управляющий директор по исследованию освещения при поддержке инвестиции банка компании Canaccord Genuity Джед Дорсхаймер. Он дал свой прогноз относительно развития рынка светодиодов, назвав его «третий цикл». Третий цикл связан с тем, как общий рынок освещения влияет на баланс спроса и предложения на светодиодную продукцию, и противопоставлен второму циклу, в котором локомотивом развития стала подсветка для дисплеев. В своей речи Дорсхаймер обрисовал обширный потенциал светодиодного освещения в целом, особенно в тех регионах планеты, где есть проблемы с электроэнергией. За счет малого потребления, светодиоды прекрасно вписываются в схему энергосбережения. Ряд регионов африканского континента и Азии, получающих электроэнергию из угля, весьма ограничен в энергоресурсах и не может обеспечить все возрастающие потребности в освещении. По словам Дорсхаймера, миру необходима электро диета,. По оценкам компании Canaccord, на освещение во всем мире тратится до 30 процентов электроэнергии. Твердотельные осветительные системы (SSL) помогут убить сразу двух зайцев: снизить энергозатраты на освещение, а также сохранить и в полной мере обеспечить растущие потребности в освещении в рамках установленных лимитов. Хотя рынок освещения жилых зданий и сооружений достаточно велик, в сравнении с коммерческим, промышленным секторами и сектором наружного освещения он ничтожно мал. И в сравнении со светодиодным освещением малоэффективные лампы нака-

поставщики комплектующих для светодиодов заведомо обманывают потребителя, расписывая спецификацию в соответствии с данными, полученными в ходе таких испытаний

рынок ливания соревноваться не могут. Единственную конкуренцию составляют более эффективные линейные флуоресцентные лампы и HID-системы освещения. Учитывая жесткую конкуренцию SSLсистемам, Canaccord разработала универсальную модель, которую Дорсхаймер охарактеризовал как «десятки вводов и 200000 схем», разработанную для реализации энергетического потенциала SSLсистем. Результаты работы этой модели Canaccord опубликовала в августе прошлого года, сделав прогноз, что к 2020 году доля светодиодов в общем освещении может достичь 30—60%. Такой же широкий разброс прогнозируется аналитиками фондовых рынков и в отношении доходов от использования SSL-систем. По примерным подсчетам светодиоды «заработают» от 105,9 до 313,8 миллионов долларов. Оказывается, по словам Дорсхаймера, некоторые нюансы рынка светодиодной подсветки будут способствовать внедрению SSL- систем. Так как продажи телевизоров со светодиодной подсветкой не оправдали ожиданий, оказавшись ниже планируемых, то часть светодиодов, выпущенных для подсветки, были использованы для нужд освещения, при этом, чтобы поскорее избавиться от накопившихся запасов поставщики изрядно снизили их стоимость. Таким образом, обновленный прогноз компании Canaccord увеличил долю светодиодов в общем освещении до 54—75%. Однако вследствие снижения их стоимости, новый прогноз оценивает будущие доходы от продажи светодиодов в сумму от 70 до 161 миллиона долларов.

СВЕТОДИОДНАЯ ПОДСВЕТКА ДЛЯ ДИСПЛЕЕВ Конечно, рынок 2 цикла — подсветки для дисплеев телевизоров и компьютерных мониторов все еще играет весомую роль в спросе на светодиодную продукцию и вполне может вызвать технологический прорыв в сегменте общего освещения. Старший научный сотрудник LCD TV Association Дэйвид Барнс представил по нему обновленный доклад. Он начал свою речь в защиту ЖК-дисплеев, выразив сомнение, что дисплеи на основе органических светодиодов (OLED-дисплеи) помогут решить

Рис. 2. Альтернативные способы крепления систем наружного освещения, представленные Acuity Brands Lighting (слева) и Westpac LED Lighting Inc. (справа)

проблемы энергосбережения и будут дешевле в изготовлении. Но даже если это и удастся, то, по словам Барнса, это не будет иметь никакого значения. Он сравнил производство ЖК-дисплеев со снежным комом, катящимся с горки и в считанные секунды обрастающим снегом. Уже сейчас оборот рынка ЖК-дисплеев приносит доходы до 90 миллионов долларов, и каждый год эта цифра увеличивается на четверть. Это создаст, как и раньше, определенный защитный барьер для любой альтернативной технологии вроде OLED. Но и в том случае, если выкладки Барнса будут верны и чаша весов склонится к ЖК-технологиям, производители светодиодов все равно останутся в плюсе. Что бы ни происходило, экспансия светодиодов продолжится, и их доля в некоторых областях может достигнуть 100% Однако даже Барнс был вынужден заявить, что рынок подсветки не создаст необходимого спроса на светодиоды до конца 2012 года, особенно если учитывать темпы расширения производственных мощностей. И он хорошо понимает, как обстоят дела в той области, куда стремятся попасть сторонники OLED технологий — в сегменте подсветки для плоских дисплеев. И задает вполне логичный вопрос: а кто решил, что OLED технологии будут следующим шагом в освещении? Он отметил ряд достижений в светодиодной промышленности, касающихся повышения качества компонентов, уменьшение их стоимости, а также рост объемов производства. А производители OLED, по его словам, до сих пор топчутся на месте, пытаясь подступиться к освещению хоть с какой-нибудь стороны. Светодиоды, размещенные по краям плоских ЖКдисплеев, вполне могут заменить

обычную подсветку, и будут куда лучшим и выгодным решением, чем OLED, считает он.

OLED НАНОСИТ ОТВЕТНЫЙ УДАР Только по счастливой случайности OLED — продукция нашла защитника в лице управляющего директора OLED-association и главы Young Market research Барри Янга. Янг был первым, кто начал обсуждать возможность продвижения OLED-дисплеев небольших размеров в соответствующем сегменте рынка. По его прогнозам, к 2015 году ежегодный объем продаж OLED-дисплеев в смартфонах и в компактных планшетах составит 350 миллионов долларов. Возможно, это сумма даже занижена, поскольку, например, Samsung планирует увеличить объем до 600 миллионов долларов. В производстве телевизоров какого-либо продвижения OLED технологий не предвидится до 2013 года — все упирается в производственные мощности. Однако после 2013 года планируется запустить производство 2.2x2.5 OLED панелей для телевизоров. Янг прогнозирует, что уже к 2014 году будет продано в общей сложности 4,5 миллиона телевизоров с OLED-дисплеями. В первую очередь они постепенно вытеснят ЖК- телевизоры с редкой светодиодной подсветкой (в каждом таком телевизоре как правило от 400 до 500 светодиодов). Если предположить, что производители OLED продукции воплотят все прогнозы Барри Янга, то было бы справедливо сравнить OLED и ЖК телевизоры, а так же проанализировать, каким образом это в конечном счете отразится на сегменте освещения в целом. Любой, кто хотя бы раз видел потрясающие OLED смартфоны отдаст свое предпочтение не в пользу жидкокристаллического дисплея. Янг

Современная светотехника, #2 2011

рынок

Рис. 3. Настольная лампа на светодиодах, разработанная Mueller & Roehrig и сконструированная из макролона — поликарбонатного материала большой прочности. Материалы представлены Bayer MaterialScience

тем Янг перешел к вопросу о том, как различные характеристики OLED можно применить в секторе осветительной техники. Он заявил, что по долговечности органические светодиоды полностью перекрывают стандарты освещения. А вот по светимости не дотягивают до необходимых для общего освещения 10000 люменов на квадратный метр. Кроме того, эффективность светоотдачи органического светодиода (OLED) для дисплея составляет 30 люменов на ватт, а для освещения необходимо значительно больше — 100 люменов на ватт. Янг продолжает прогнозировать устойчивое развитие для OLED сектора, утверждая, что такая известная компания как Самсунг в этом году уже вложила в развитие OLED технологий около 5 миллионов долларов, а также пророчит масштабные поставки OLED освещения к 2015 году. К этому же году доля OLED в сегменте рынка плоских линейных люминесцентных и модульных светильников может сравняться со светодиодной.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ

Рис. 4. Светильник Philips Lightolier’s Alcyon, признанный победитель в соревновании NGL с системой охлаждения от SynJet ZFlow 65 фирмы Nuventix. В соревновании все 8 светильников были удостоены наград. Продемонстрированная на выставке система охлаждения SynJet от Nuventix так же стала победителем.

представил ряд технических спецификаций, которые в случае OLED технологий будут способствовать их прорыву. Первым пунктом в этом списке значится энергопотребление, так как сторонники ЖК-технологий утверждают, что OLED потребляют больше электроэнергии, чем светодиодная подсветка ЖК-дисплеев. Янг признал, что статическое изображение вроде веб-страницы, использующее до 40% белого цвета на OLED-дисплее будет потреблять энергии в полтора раза больше, чем такое же ЖК- экране. Однако демонстрация фотографий на том же OLED-дисплее займет всего лишь 70% от аналогичного на ЖКэкране, а обычный фильм и того меньше — всего-навсего 15%. За-

www.lightingmedia.ru

Неизвестно, исполнятся ли прогнозы Барри Янга относительно OLED или нет, а светодиоды ожидает светлое будущее. Выставка Strategies in Light показала большое количество областей, где могут применяться SSL-системы, что будет способствовать дальнейшему росту спроса на светодиодную продукцию. Генеральным директором компании Avnet LightSpeed Кэрри Эсковым обсуждался вопрос применения ультрафиолетовых светодиодов в таких областях, как промышленность и наука. Причем, такие светодиоды могут изготовляться на обычных предприятиях. По словам Эскова, ультрафиолетовые светодиоды способны заменить собою ртутные газоразрядные лампы. При этом, ртутные лампы имеют широкий спектр излучения, а УФсветодиоды — узкий, более эффективный. Ультрафиолетовый свет нашел широкое применение в «сверхбыстрой» технологии отверждения покрытий, устранении растворителей и других. Потенциальным рыночным плацдармом для ультрафиолетового света, по словам Эскова, может стать полиграфическая промышлен-

ность, где его могут использовать в качестве быстрого отвердителя для чернил. Также Эсков рассказал, что ультрафиолетовый свет может использоваться при выращивании экологически чистых овощей, поскольку стимулирует в них выработку полифенолов — очень сильных натуральных антиоксидантов, способствующих выведению свободных радикалов из организма человека. Ультрафиолетовые светодиоды можно использовать и в освещении. Свет УФ-диапазона способствует естественной выработке в организме человека витамина D3. Таким образом, встроенный в светильник ультрафиолетовый светодиод принесет очевидную пользу здоровью. Действительно, перспективные сферы применения для светодиодов стали самой обсуждаемой темой конференции. Генеральный директор Osram Semiconductors Альдо Кемпер закончил свое выступление описанием потенциальных возможностей для применения сверхъярких светодиодов. Их масса. В качествен примера он продемонстрировал фотоаппарат Sony со встроенным светодиодным проектором и высказал надежду. Что в скором времени им будут оборудоваться и мобильные телефоны. Кемпер вспомнил, что еще шесть лет назад, эксперты Osram Semiconductors считали, что 50 люменов — предел светимости светодиода. Сегодня же разрабатываются светодиоды светимостью 2000—3000 люменов, которые применяются в автономных прожекторах. Еще он считает, что общее освещение будет самым большим катализатором спроса на светодиодную продукцию. В новом тысячелетии человечество сталкивается со все новыми вызовами. Растущее энергопотребление, истощение основных энергоресурсов, рост объемов промышленного производства и глобальное потепление — все эти задачи нужно решать уже сейчас. Эффективным решением многих проблем современной энергетики станут стремительно развивающиеся светодиодные технологии. Перевел и подготовил Тимур Набиев.

рынок

Слияния и поглощения − никуда не деться Триша Хансен (Trisha Hansen), директор Investment Banking Девид Камберленд (David Cumberland), директор Mergers & Acquisitions Research В последние несколько лет на рынке энергосберегающего освещения произошло значительное количество стратегических слияний. Есть основания утверждать, что эта тенденция сохранится и в будущем.

Ведущие компании, работающие на рынке освещения, начали переход на энергосберегающие технологии. И это неспроста — потенциал этого сегмента огромен. По оценкам американского Министерства энергетики, мировой объем рынка освещения превышает 80 млрд долл., а сегмент энергосберегающих ламп занимает в нем лишь малую долю. В свою очередь среди энергосберегающих ламп наиболее перспективными являются твердотельные источники, такие как светодиоды. Они позволяют еще больше сократить потребление. Рассмотрим факторы, заставляющие производителей перейти на энергосберегающие технологии, а также действия, которые они предприняли или собираются предпринять для развития данной отрасли.

ОСНОВНЫЕ СТИМУЛЫ РОСТА Сегмент энергосберегающего освещения в течение некоторого периода ждет бурный рост, поэтому ведущие компании отрасли ориентируются именно на этот тип источников света. Ниже приведены основные факторы, способствующие распространению энергосберегающих технологий. Расширенная область применения. Многие коммерческие приложения твердотельных источников света стали экономически оправданными только несколько лет назад, когда качество светодиодов повысилось, а издержки производства уменьшились. Твердотельные источники обладают рядом важных преимуществ перед традиционными:

эффективный расход энергии, долгий срок службы, низкие эксплуатационные издержки, направленный поток света, многообразие форм, гибкость в применении, нетоксичность, износоустойчивость, тепловое излучение, компактный размер. Больший выигрыш в КПД. В последнее время вопрос эффективности расхода энергии стал актуальным по двум причинам: цены на энергоносители высоки и, во-вторых, растет осознание необходимости охраны окружающей среды. Вопрос повышения эффективности источников света стоит особняком как самый действенный способ среди мер по уменьшению расхода энергии. Развитие технологий. По мере повышения эффективности лампы и увеличения выходного светового потока снижаются издержки производства и стоимость устройств для конечных потребителей. Это стимулирует распространение твердотельных светильников на рынке. Государственные рычаги. Учитывая экологический и экономический аспект снижения энергопотребления, госчиновники прикладывают все усилия для того, чтобы продвигать вопрос повышения эффективности. Разрабатывается законодательство, принимаются постановления, назначаются субсидии за разработку возобновляемых источников энергии и пр. Недавний экономический спад заставил и самих производителей пересмотреть расходы и повысить эффективность использования ресурсов. Развивающиеся рынки. Спрос на энергосберегающие технологии освещения со стороны развивающиеся рынков постоянно растет, подстегиваемый ростом и расширением производства, увеличением населения и коэффициента потребления электричества на душу населения.

СТРАТЕГИЧЕСКИЕ СЛИЯНИЯ За последние несколько лет между компаниями, имеющими

отношение к энергосберегающему освещению, произошло большое количество стратегических слияний, и эта тенденция продолжается. Стимулами для объединения компаний являются привлекательные перспективы роста, высокий барьер для выхода на рынок, повышение эффективности от роста масштабов производства и расширения охвата, а также преимущества широкого географического присутствия на мировом рынке. Последние приобретения ведущих компаний показали важность ключевых факторов успеха, к которым относятся инновации, интеллектуальная собственность, опробованные методы исследований, узнаваемость бренда, сеть дистрибуции. Покупатели продемонстрировали готовность платить за технологии. Сектор осветительных приборов очень фрагментирован, что дает огромные возможности для объединений. Кроме стимулирования интереса конечных пользователей, всестороннее стремление к повышению эффективности расхода энергии усиливает привлекательность компаний, владеющих энергосберегающими технологиями. Рассматривая переход на энергосберегающие источники света, дистрибьюторские партнеры и конечные пользователи в сильной степени полагаются на ведущих производителей осветительной техники, что мотивирует компании расширять свои возможности, часто за счет объединения с другими участниками рынка.

СЛИЯНИЯ. ХРОНИКА Высокий интерес ведущих компаний к энергосберегающим технологиям освещения подтверждается большим объемом сделок, участившихся за последние несколько лет. Рассмотрим несколько примеров. Согласно прогнозу Philips, мирового лидера в области осветительных устройств, к 2015 г. ниша светодиодного освещения займет около половины рынка. В

Современная светотехника, #2 2011

рынок структуре доходов самой компании доля светодиодного освещения занимает менее 10%. Однако Philips активно демонстрирует намерение расширять портфолио собственных IP. Так, в 2008 г. Philips купила второго по величине производителя светильников в США — компанию Genlyte. В результате слияния подразделение светодиодного освещения Philips получило доступ к дистрибьюторской сети в США. Еще несколько крупных приобретений Philips произвела в 2006 и 2007 гг. Другой гигант, компания GE Lighting, вероятно, собирается не только усердно вкладываться в развитие собственного подразделения по энергоэффективному освещению, но и объединяться с другими компаниями. GE Lighting имеет интерес главным образом в технологическом плане, рассматривая IP как прочную основу для более эффективных и качественных энергосберегающих продуктов. Планы компании более чем грандиозны: GE собирается выпустить самые качественные в мире светодиодные источники света. Мировой лидер на рынке освещения, корпорация Acuity, сделала значительный прогресс в развитии своего подразделения энергосберегающих технологий. Покупка Sensor Switch в 2009 г. обеспечила компании Acuity лидерство на рынке датчиков занятости и предоставила технологию управления освещением. Присоединение в 2010 г. компании Renaissance Lighting дало Acuity весьма ценное портфолио IP продвинутых светодиодных оптических решений и технологий.

Компания Cree, ведущий поставщик компонентов для светодиодных источников света, в 2008 г. купила компанию LED Lighting Fixtures, чтобы усилить свои позиции на сравнительно большом рынке локальных светодиодных источников, одном из самых больших сегментов внутреннего освещения. Корпорация Cooper Industries также выходит на рынок энергосберегающего освещения через поглощения. Так, в 2009 г. она купила компанию Illumination Management Solutions, чтобы получить ее технологии. В том же 2009 г. она открыла инновационный центр (LED Innovation Center), что позволило сократить время выхода продуктов на рынок и осуществлять эффективное управление отраслью. Компания Hubbell сделала ряд приобретений, чтобы стать главным производителем осветительных приборов в США. Для расширения портфолио экологически безопасных и энергосберегающих источников света в 2008 г. была куплена Varon Lighting. Компания Siemens создала подразделение Osram Sylvania, в которое вошло несколько производителей конечных осветительных продуктов. Компания выпускает встраиваемые светодиодные решения от компонентов светильников до ламп. Zumtobel, ведущая европейская компания, поглотила несколько небольших фирм. Для компании светодиодные технологии — это залог роста, и она ищет дальнейшие возможности расширения своих технических знаний в под-

готовке к бурному росту на рынке светодиодного освещения. Среди других крупных компаний стоит упомянуть Schneider Electric. Она также обратилась к энергоэффективным продуктам и решениям, решив добавить сберегающие версии устройств во все категории своей продукции. Компания Toshiba собирается укреплять свой бизнес за счет новых продуктов, таких как светодиодные лампы и светильники. Возможно, это будет сопровождаться приобретениями. Производитель компонентов Nichia намерен расширять присутствие на рынке через приобретение азиатских фирм, поскольку это ключевая территория в цепи поставки. Проявляет интерес к сектору и Samsung Electronics. В 2009 г. было создано Samsung LED — совместное предприятие с Samsung ElectroMechanics. Samsung Electronics заявила амбициозную цель — создать лучший в мире светодиод. В 2010 г. Samsung LED и Acuity объявили о намерении вести совместные работы над созданием твердотельных источников света, чтобы ускорить внедрение светодиодного освещения. Рыночная активность компаний в отношении слияний и поглощений сохранится в текущем 2011 г. и в дальнейшем, учитывая перспективы бурного роста рынка и потенциальные выгоды от стратегических приобретений. ЛИТЕРАТУРА 1. Hansen T., Cumberland D. «Mergers and acquisitions will remain a regular feature of the energy-eﬃcient lighting market» // LEDs magazine, февраль 2011 г.

Спрос на тайваньские светодиоды вырос со стороны японских потребителей В процессе восстановления после стихийного бедствия количество заказов со стороны японских поставщиков светодиодов выросло. Тайваньская компания Unity Opto Technology заявила, что объемы ее поставок светодиодных ламп для японских клиентов вырастут в конце апреля и в мае. В результате объемы продаж Unity Opto Technology увеличатся во

www.lightingmedia.ru

II кв. на 30% по сравнению с предыдущим отчетным периодом. Количество заказов у других тайваньских светодиодных производителей также выросло. Представители Epistar заявили, что поставки компании увеличатся в начале апреля, а японская фирма Toyoda Gosei (инженерная компания, сотрудничающая с производителями автомобилей) увеличит объемы поставок

в рамках аутсорсинга, чтобы удовлетворить запросы отечественных потребителей. Другие японские поставщики светодиодной продукции, например, компании Ligitek Electronics и Leditech Electronics, также отмечают рост спроса на свою продукцию. Источник: LEDinside

рынок

Светодиодное освещение: как освободиться от биннинга? Проблема биннинга, или сортировки светодиодов по вариациям цвета, стала вызывать все больше неудобств у производителей светодиодного освещения. Многие заказчики светодиодов сталкиваются с трудностями при подборе нужного бина, а иногда просто не могут найти нужный им светодиод. Статья является авторизованным переводом [1].

Проблема с биннингом становится одним из вариантов объяснения с технической точки зрения того, на что потребители светодиодов вынуждены тратить дополнительное время и деньги. Первые потребители светодиодного освещения против своего желания узнали о том, что представляет собой биннинг, почему он важен, и теперь они стали интересоваться у поставщиков светодиодов, понимают ли они эту проблему и могут ли они объяснить, как ее учитывать при разработке светодиодных продуктов. Тем не менее, в зависимости от технологии изготовления светодиоды различных производителей отличаются цветовыми вариациями. В результате, излучение лампы или светильника на основе светодиодов одного бина, но разных производителей, особенно при повышенной рабочей температуре, может быть неодинакового цвета.

в зависимости от технологии изготовления светодиоды различных производителей отличаются цветовыми вариациями Весь спектр цветов и яркостей конкретного светодиода, выпускаемого каким-либо производителем, можно представить

в виде нормального распределения, в середине которого находится нужный цвет и яркость. Вначале, эта кривая имела вид широкой и плоской характеристики, что означало небольшое число светодиодных кристаллов, параметры которых отвечают требуемым значениям яркости и цвета, которые соответствуют середине нормального распределения. В последнее время эта кривая стала иметь явно выраженный пик, что иллюстрирует постоянное совершенствование технологии. Сортировка светодиодов по параметрам и группировка их по бинам напоминает картину с микропроцессорами. Микропроцессоры также всегда группировали по определенным параметрам, поэтому мы можем выбрать конкретное устройство с рабочей частотой, например, 1,8, 2,0 или 2,2 ГГц. Производитель кристаллов предпочел бы иметь все микроконтроллеры с рабочей частотой 2,2 ГГц, но так как этого добиться нельзя, предлагаются устройства, которые работают корректно, но немного медленнее, и стоят они также немного меньше. От этого выигрывают все. Однако, производители систем освещения, которые пытались добиться равномерности свечения по яркости и цвету, столкнулись с необходимостью выбора из очень ограниченного набора бинов (при этом стоимость заказа существенно возрастала, если какой-либо еще потребитель светодиодов хотел бы заказать тот же бин). Или же потребители светодиодов должны были сами учитывать отклонения в их параметрах в своих продуктах. Т.е. производители светильников должны были выбирать свою собственную стратегию биновки. Если производителю нужна хорошая

повторяемость и равномерность параметров, то они приобретают светодиоды более востребованных бинов по более высокой цене. Если производитель выбирает более бюджетный вариант, то он покупает светодиоды менее ходовых бинов, что приводит к вероятности отклонения цветовой температуры и неравномерности яркости.

производители, которым важно высокое качество освещения, тщательно подбирают смешение оттенков цветов светодиодов тех бинов, которые они приобрели Многие производители светильников, для кого важно высокое качество освещения, тщательно подбирают смешение оттенков цветов светодиодов тех бинов, которые они приобрели. Такой подход можно сравнительно легко реализовать, если, например, имеется 10 или 20 светодиодов, смонтированных на 4-дюймовой платформе для лампы типа PAR. Можно добиться такого усреднения цвета и яркости от всех этих источников света, чтобы разницу между лампами человек не заметит. Однако, эта задача становится более сложной, например, в линейном настенном светильнике, где для каждого светодиода ограничено пространство, которое он должен осветить. В этом случае всегда имеется вероятность получить сравнительно яркий холодный светодиод, который находится рядом со слегка затененным более теплым светодиодом. Эту проблему действительно трудно решить, так как КПД и яркость светодиодов увеличивается.

Современная светотехника, #2 2011

рынок Производители светодиодов в настоящее время научились контролировать свой технологический процесс таким образом, что бины уменьшаются (т.е. они становятся все более и более узкими), так что смесь цветов светодиодов может находиться в пределах 3-ступенчатых эллипсов МакАдама, что делает

комбинируя кристаллы с различной цветовой температурой в одном светодиоде, можно получить необходимую цветовую температуру трудным для большинства пользователей различить разницу между светильниками. Кроме того, узкие бины смягчают проблему высокой стоимости одного бина, когда производитель светильников выбирает стратегию заказа светодиодов из одного бина Наряду с возможностью сузить эти бины за счет совершенствования технологии, поставщики светодиодов также реализуют стратегии, которые позволяют, фактически, исключить биннинг. Компания Cree одной из первых попыталась решить проблему биннинга с помощью так называемого метода EasyWhite. При данном подходе используется многокристальный метод создания светодиодов. Комбинируя кристаллы с различной цветовой температурой в одном светодиоде, можно получить необходимую цветовую температуру одного из четырех фиксированных значений. Причем, точность получения цветовой температуры находится в области координат цветности, ограниченной 4-ступенчатыми эллипсами МакАдама. Между светодиодами, имеющими цветовые координаты излучения, лежащими в области, ограниченной одним 4-ступенчатым эллипсом, разница в цвете визуально практически неразличима. Можно заказать светодиоды с четыремя фиксированными значениями цветовой температуры: 2700, 3000, 3500 и 4000 К. Компания Philips Lumileds взяла на вооружение иной подход для того, чтобы обеспечить

www.lightingmedia.ru

недорогой выбор для заказчика в пределах одного бина, с помощью так-называемой технологии lumeramic phosphor. Обычно, при изготовлении светодиодов белого цвета свечения, фосфор, который наносят на нижнюю сторону синих светодиодов, подбирается таким образом, чтобы он сочетался с определенной частотой излучения синего светодиода. Но так как сами светодиоды имеют некоторое распределение параметров, то в системе светодиод-фосфор также могут наблюдаться отклонения яркости или цвета. Компания Lumileds предложила подход на базе использования двух пластин — керамической и фосфорной, которые могут таким образом сочетаться, чтобы наилучшим образом подходить к источникам света с определенными параметрами. В процессе изготовления источник света тестируется, а затем подбирается к одному из отобранных комплектов пластин lumeramic, что позволяет получить достаточно точное соответствие заданной цветовой температуре и яркости. Компания Philips Lumileds вначале применяла этот метод при создании светодиода янтарного цвета свечения на основе использования фосфора. Это позволило использовать для создания янтарного цвета свечения источники синего цвета, что улучшило их стабильность, ведь материалы для создания «чисто» янтарного цвета демонстрируют быстрое снижение яркости при нагреве. Такое поведение светодиодов является совершенно неправильным, так как, например, если светодиоды используются для табло, где нужно достичь максимальной яркости в солнечный день, а минимальной — более холодной ночью. Еще одним шагом к отказу от биннинга стало введение так называемых «горячих люменов» (hot lumens). По сути, цвет и яркость свечения светодиодов слегка изменяется в зависимости от рабочей температуры кристалла. В среднем, этот сдвиг предсказуем, но все же в большой степени он зависит от того, насколько характеристики кристалла соответствую типичным значениям его параметров. Опять же, это не так важно для уличных светиль-

ников, которые расположены на высоте 20 футов и содержат более 100 светодиодов, однако проблема возникает, когда светодиоды используются в полосковом светильнике. Но если можно достаточно эффективно протестировать индивидуальные кристаллы и рассортировать их на основе их «горячих» характеристик, то производители светильников смогут гораздо точнее контролировать распределение цвета и яркости, которое соответствует реальным рабочим условиям. Компания Bridgelux использовала понятие «горячих» люменов для расчета общей эффективности системы (т.е., XX «горячих» лм/YY Вт). Кроме того, на выставке Strategies in Light глава Lumileds Майк Холт (Mike Holt) объявил, что они также собираются использовать этот подход в сочетании с технологией lumeramic phosphor. Что все это означает для тех, кто принимает решения в области производства светодиодного освещения? Те, кто знаком с проблемой биннинга, могут просто спросить поставщика светодиодных кристаллов: «Какова Ваша биннинговая стратегия и как вы используете ее, чтобы обеспечить стабильность характеристик вашего продук-

«какова Ваша биннинговая стратегия и как вы используете ее, чтобы обеспечить стабильность характеристик вашего продукта?» та?». Ответ покажет, каков уровень технологического развития вашего поставщика. Те кто не хочет вникать в суть проблем биннинга просто заметят, что качество и равномерность свечения их светильников, ламп и других осветительных систем начинает постепенно улучшаться.

ЛИТЕРАТУРА 1. Обзор Тома Гриффитса (Tom Griﬃths), «LED Lighting Getting Away From Binning»// www.sslighting.net/documents/articles/ news/120304.html

Перевел и подготовил Виктор Ежов

рынок

Светодиодная подсветка обеспечила 93% роста рынка сверхъярких светодиодов в 2010 году Тим Уайтекер, редактор LEDs magazine, twhitaker@pennwell.com Подсветка экранов телевизоров и компьютерных мониторов и мобильных устройств продолжит развивать светодиодный рынок, после чего эстафету примет твердотельное освещение.

Годовой денежный оборот мирового рынка сверхъярких светодиодов (HB LEDS) стремительно увеличился. Если в 2009 году он составлял 5,6 миллионов долларов, то уже в следующем, 2010 году его объемы возросли до 10,8 миллионов долларов. Таким образом, по данным компании Strategies Unlimited, занимающейся рыночными исследованиями, темпы роста составили почти 93%. В стремительный рост популярности подсветки для ЖКтелевизоров и компьютерных мониторов внесли свою лепту и мобильные приложения для дисплеев. Ожидается, что к 2015 году общий денежный оборот рынка сверхъярких светодиодов составит 18,9 миллионов долларов. Это означает, что совокупный среднегодовой темп роста(CAGR) будет равен 11,8%. Однако, аналитические выкладки Strategies Unlimited касаются только готовых светодиодных устройств и не охватывают отдельные детали вроде чипов, составных частей подсветки, модулей или светильников. Данная информация была представлена руководителем направления исследований светодиодной техники компании Strategies Unlimited Эллой Шам на специализированной конференции и выставке светодиодных решений в освещении Strategies in Light (SIL), прошедшей 23 февраля в Санта-Кларе, Калифорния.

В 2010 году, более 75% всего рынка сверхъярких светодиодов принадлежало всего десяти компаниям. Strategies Unlimited вышла на них в результате мониторинга спроса рынка сверхъярких светодиодов и анализа деятельности более 40 поставщиков комплектующих для них. На рисунке 1 показан рейтинг десяти самых успешных компаний на рынке сверхъярких светодиодов в 2010 году. Ведущие поставщики светодиодной продукции достигли этих успехов в различных областях деятельности. Например, корейские производители Samsung LED, Seoul Semiconductor и LG Innotek попали в рейтинг благодаря небывалому буму на рынке светодиодной подсветки для жк-телевизоров и компьютерных мониторов, в то время как компании Osram Opto Semiconductors помог быстро развивающийся китайский рынок сверхъярких светодиодов, в особенности автомобильный сектор. Philips Lumileds преуспела в изготовлении продукции с подсветкой большой мощности. Ее успеху также способствовала американская компания Cree, отдавшая Philips свою вотчину — сотовые телефоны и подсветку зданий. В настоящее время Cree полностью переключилась на твердотельное освещение, заняв в этой сфере прочные позиции.

технологии сверхъярких светодиодов отстают от общемировых на 3—5 лет, Strategies Unlimited прогнозирует, что существенные денежные вливания в твердотельное освещение (SSL) помогут Китаю преодолеть этот разрыв уже к 2015 году. Презентация Эллы Шам, на выставке Strategies in Light (SIL) озаглавлена как «Год первый». Она

Рис. 1. Рейтинг десятки лидеров - поставщиков на рынке сверхъярких светодиодов в 2010 году расположенных в порядке убывания доходов. В расчет брались доходы только от продаж готовой светодиодной продукции. Одинаковый рейтинг для компаний означает примерно одинаковые доходы в рамках погрешности

ГОД ПЕРВЫЙ. НАЧАЛО ЭРЫ КИТАЙСКИХ СВЕТОДИОДОВ На рисунке 2 показана доля японских и корейских производителей в общем рынке светодиодной промышленности в 2010 году. Она составляет 33 и 28 процентов соответственно. Тем временем, китайские поставщики светодиодной продукции уже захватили 2% рынка. И хотя китайские

Рис. 2. Рынок сверхъярких светодиодов в 2010 году. Диаграмма по регионам или странам

Современная светотехника, #2 2011

рынок объяснила это тем, что 2010 год объявлен как «1 год SSL империи», и одновременно является годом начала эры китайских светодиодов. По ее словам, если бы Strategies in Light (SIL) проходила в Китае, то ее обязательно посетил бы вице-президент Science and Technology. Тем самым Элла Шам отразила значительную роль Китая в SSL индустрии. В 2010—2015 годах на развитие светодиодной промышленности в этой стране уже выделено около 17,4 миллиона долларов. Кроме того, субсидии и политика китайского государства помогают компаниям в приобретении систем МОС-гидридной эпитаксии, а также адаптации твердотельного освещения (SSL) для повседневных нужд. В качестве примера можно привести внедрение SSL-систем в уличное освещение. По самым скромным оценкам уже заказано свыше 2000 систем МОС-гидридной эпитаксии как для местных, уже давно работающих на рынке компаний, так и для новичков — зарубежных фирм из Тайваня и Кореи. Эти зарубежные компании уже разворачивают предприятия на территории Китая, увеличивая тем самым производственные мощности и стараясь быть как можно ближе к рынку сбыта светодиодной продукции (что принципиально важно для ряда приложений). Кроме того, что тоже немаловажно, они имеют право и на государственные субсидии. Ключевым фактором являются также и интеллектуальные ресурсы и прорывные научные разработки. Сейчас китайские компании приобретают перспективные технологии из-за рубежа, используя для этого различные совместные предприятия. Таким же образом они привлекают и квалифицированных специалистов, предлагая им хорошую зарплату. Так, высококвалифицированному инженеру, специализирующемуся на МОС-гидридной эпитаксии предлагают от 150 до 250 тысяч долларов в год. Но у Китая есть и свои перспективные разработки, (хорошим примером этому может служить технология изготовления галлий-нитридных подложек на кремниевой основе, разработанная китайской компанией Lattice Power), а также многочисленные торгово-экономические и научные связи за рубежом, помо-

www.lightingmedia.ru

гающие сформировать свое «интеллектуальное пространство» и обеспечить доступ к мировым техническим открытиям.

МОБИЛЬНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ И ПОДСВЕТКА Пожалуй, самый большой сегмент рынка сверхъярких светодиодов в 2010 году — около 39% — составили различные мобильные устройства. В течение 2010 года денежный оборот в этом сегменте, включившем в себя мобильные телефоны, нетбуки, смартфоны, мр3-плееры, электронные книги и тому подобные устройства, удвоился и достиг 4,2 миллиона долларов. Но намного больший рост наблюдался в сегменте подсветки жк-телевизоров и компьютерных мониторов. Однако вначале он рассматривался и анализировался Strategies Unlimited отдельно. По сравнению с 2009 годом этот сегмент рынка светодиодной продукции вырос почти в 10 раз, достигнув в 2010 году 33% от всего рынка сверхъярких светодиодов и составил 3,56 миллионов долларов. Элли Шам окрестила подсветку для жк-дисплеев «двигателем гиперроста» светодиодной промышленности в 2010 году. Совокупный оборот рынка сверхъярких светодиодов для жкдисплеев (включающий в себя как подсветку жк-телевизоров и компьютерных мониторов, так и сегмент рынка подсветки для широкого спектра мобильных устройств) составил 6,7 миллионов долларов. Светодиодная подсветка ворвалась в мир телевизоров уверенно и стремительно, заставив производителей увлеченно соревноваться в увеличении диагонали и уменьшении толщины экрана. Кроме этого, они не обошли вниманием и проблемы энергосбережения, применения технологии затемнения для лучшей контрастности и, конечно, 3D технологии. Элли Шам обозначила две противоположных тенденции в использовании светодиодов. С одной стороны, идет увеличение площади кристалла и создаются корпуса со множеством чипов, что позволяет уменьшить количество светодиодов в телевизорах нового поколения. И, тем не менее, для качественной картинки последние модели телевизоров класса

Hi End, в особенности с технологией 3D, требуют большого количества светодиодов. В сегменте ноутбуков со светодиодной подсветкой экрана продажи возросли на 50%. Доля светодиодов в подсветке выросла примерно на столько же — на 40%. Светодиоды довольно неплохо освоили этот сегмент, так что перспективы дальнейшего роста очень ограничены. Другое дело — планшетные компьютеры. Этот сегмент пока еще достаточно молод и, несмотря на успех IPad, пока только делает свои первые шаги. Между тем, число дисплеев со светодиодной подсветкой стремительно увеличивается, идя навстречу современным тенденциям и запросам. Еще одна тенденция в развитии светодиодной подсветки — OLED-мониторы. По утверждению Эллы Шам, OLEDтехнология скоро заявит о себе в полный голос, и откусит приличный кусок светодиодного рынка. Особенно это актуально в сегменте смартфонов, где доля OLED к 2015 году составит практически половину от общего количества продукции. Соответственно, доходы от продажи сверхъярких светодиодов в этом сегменте сократятся на 3%.

ОСВЕЩЕНИЕ И ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ Гораздо меньше места на рынке сверхъярких светодиодов занимают освещение, автомобильная промышленность и наружная реклама. На долю первых двух приходится в общей сложности 8%, на рекламу всего 6%. Впрочем, по прогнозам Strategies Unlimited, спрос в сегменте наружной рекламы значительно вырастет в Китае и Индии. Между тем, в 2010 году продажи автомобилей значительно увеличились, кроме того, ожидается большой спрос и на наружное освещение. И, несмотря на то, что в других сегментах китайского рынка светодиоды пока распространены мало, их доля растет скачкообразными темпами. И даже в таком, относительно молодом секторе светодиодного рынка как фронтальное освещение зданий и сооружений к 2015 году ожидается 29% совокупный среднегодовой темп роста (CAGR). В интерьере современных автомобилей все большую популярность приобретает светодиодная

рынок

Рис. 3. Рост рынка сверхъярких светодиодов с 2009 по 2015 годы

подсветка приборной панели. Однако насыщение данного сегмента рынка светодиодными технологиями грозит снизить его доходность. Впрочем, это снижение поможет компенсировать рост продаж в смежных областях. В 2010 г. общий товарооборот рынка сверхъярких светодиодов по оценкам экспертов Strategies Unlimited составил примерно 890 миллионов долларов. Самыми большими сегментами этого рынка стали строительный (около 27%), заменители ламп накаливания (23%) и промышленно-коммерческий (12%). Следующим по величине стал сегмент наружного освещения вкупе с портативными устройствами, занявшими 7% общего рынка сверхъярких светодиодов. Широкая доступность светодиодов с эффективностью 100 люмен на ватт сделала коммерческих успех твердотельного освещения реальностью. Хорошая производительность станет ключевым фактором развития этого рынка. Но вместо этого производители уделяют больше внимания дизайну светильника, нежели энергоэффективности. В 2010 году, производительность стандартного, одноваттного ярко-белого светодиода выросла от примерно 40 до 130 люменов на ватт. В то же время его стоимость значительно снизилась — с 70 до 11 долларов за каждый килолюмен

ЗАГЛЯДЫВАЯ ВПЕРЕД По оценкам Strategies Unlimited, в течение двух последующих лет сегмент подсветки для жк-телевизоров и компьютерных мониторов станет локомотивом общего роста всего рынка сверхъярких светодиодов, однако к 2013 году он сравняется с остальными. Но и при таком варианте развития событий совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) в этом сегменте за период с 2010 по 2015 годы будет больше 16 % (см. рис. 3). В сегменте мобильных устройств совокупный среднегодовой темп роста составит 3% за тот же период времени, в то время как в сегментах освещения для наружной рекламы и автомобильной продукции он вырастет на 10 и 8 процентов соответственно. Между тем, к 2014 году освещение станет главным двигателем для рынка сверхъярких светодиодов, как результат тенденции общемировой экономики к энергоэффективности, энергосбережению и поэтапному отказу от ламп накаливания. Среднегодовой темп роста сверхъярких светодиодов для осветительной промышленности в период с 2010 по 2015 годы предположительно составит 39 процентов.

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники

Особенности построения источников питания для светодиодного оборудования Сергей Миронов s.mironov@compel.ru В рамках этой статьи пойдет речь о решении ряда технических вопросов, связанных с мощными светодиодами и источниками питания для них. Мы проведем взаимосвязь между одним из направлений полупроводниковой светотехники и одним из направлений силовой электроники; расскажем о некоторых особенностях построения источников питания для светодиодных систем. Статья является переработанной стенограммой доклада Сергея Миронова на конференции «Силовая электроника», состоявшаяся 24 марта 2011 года в Москве.

ПОТЕНЦИАЛ РЫНКА СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

В настоящее время все мы являемся свидетелями стремительного развития источника света нового типа — светодиода. Почему нового? Если посмотреть и классифицировать источники света, существующие в настоящий момент, то их можно разбить на две большие группы — тепловые источни-

ки света, где излучение фотонов происходит за счет нагрева нити накаливания и газоразрядные. Светодиод отличается от них тем, что он твердотельный. Здесь нет нити накаливания, нет стеклянной колбы, по своей конструкции это достаточно прочное устройство, и не боится ударов. Для того чтобы источники света можно бы было корректно сравнивать между собой, был введен ряд параметров: энергетических и качественных. Основной энергетический параметр — это светоотдача. Он показывает, какое количество света можно получить от источника при подведении к нему электрической мощности в один ватт. Качественными параметрами, которые характеризуют источник света, являются индекс цветопередачи, цветовая температура и вид спектра излучаемого света — непрерывный или линейчатый (рис. 1). У всех существующих источников света есть как преимущества, так и недостатки. Основной «минус» у тепловых источников света — низкая эффективность, но при этом они обладают самым хорошим качеством света (ин-

Рис. 1. Источник света нового типа — полупроводниковый светодиод

www.lightingmedia.ru

декс цветопередачи, — CRI, — у них равен 100, т.е. максимальной величине). С газоразрядными источниками света не все так однозначно. Часть из них обладает достаточно высоким индексом цветопередачи до 95, с хорошей светоотдачей, но при этом их спектр линейчатый. Газоразрядные натриевые лампы обладают очень низким индексом цветопередачи, порядка 15—20, но при этом у них наилучшая светоотдача среди традиционных источников света. Сейчас уже можно с полной уверенностью говорить о том, что светодиод перенял у обоих, описанных выше типов, лучшие качества: наилучший индекс цветопередачи и превосходные энергетические параметры с точки зрения эффективности. Так лучшие образцы светодиодов фирмы Cree имеют эффективность до 160 лм/Вт (в холодном белом цвете), а индекс цветопередачи светодиодов приближается к 95 (в теплом белом цвете). Из всего этого видно, что светодиоды уже сейчас составляют достойную конкуренцию традиционным источникам света. На рисунке 2 приведена диаграмма. Компания РосБизнесКонсалтинг оценивает объем рынка светотехники России на

Рис. 2. Сегментация рынка по типу источников света

силовая электроника для светотехники уровне чуть больше двух миллиардов долларов. Доля светодиодов на нем весьма невелика, на уровне 4—5%. Львиную долю сейчас занимают источники света теплового характера — лампы накаливания (в т.ч. и галогенные). Однако, что для нас самое главное, мы видим, какой у светодиодной индустрии есть потенциал роста. С того момента, как светодиоды обрели достаточное количество конкурентных преимуществ, — высокую световую эффективность и хорошее качество света, — начиная с 2005 года происходит плавное замещение светодиодными осветительными устройствами тепловых источников света. Сейчас наблюдается небольшой рост люминесцентных источников света (в основном за счет компактных люминесцентных ламп). Ориентировочно к 2013—2014 гг доля светодиодного освещения ожидается уже на уровне 20%. По оценке компании CREE, мировой рынок осветительных светодиодов, в прошедшем году, составил более $3,5 млрд. Одним словом, перспективы использования светодиодов в освещении — на лицо. Основная особенность светодиода заключается в том, что для его питания требуется источник стабильного тока. Собственно говоря, до тех пор, пока на рынке не было мощных осветительных светодиодов, не было и источников тока. Они появились лишь после того, как в них появилась такая потребность.

КЛЮЧЕВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИП ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Диапазон токов современных светодиодов сейчас находится в довольно широком диапазоне — от 60 мА до 3 А. Кстати, светодиоды с рабочим током в 60 мА появились совсем недавно. До определенного момента диапазон токов начинался от 350 мА. И на рынке сейчас присутствует огромное количество источников питания с токами от 350 мА и выше.

Изготовителей светотехнического оборудования сегодня можно разделить на две группы. Первая потребляет готовые, законченные модульные изделия и вторая, которая пытается разрабатывать свои собственные. Первая группа сейчас наиболее многочисленная, в нее входят все те, кто начинает пробовать свои силы используя осветительные светодиоды для светильников. Использование готовых источников питания позволяет быстро выйти на рынок с разработанным устройством, быстро менять модельный ряд, подстраиваясь под нужды рынка, иметь минимум комплектующих и не содержать склад под элементы для изготовления блоков питания, а также отсутствуют дополнительные расходы на содержание группы квалифицированных разработчиков — инженеров и испытательной лаборатории. Источник питания для светодиодного светильника — очень важная составляющая. Дело в том, что от качества источника питания зависят практически все основные характеристики светодиодного светильника. Светотехнические. Они определяются, кончено же, источником света, но они будут еще и зависеть от того, какой ток пойдет через источник света: будет ли он пульсировать, будет ли он меняться в каких-либо пределах. От этого будет зависеть цветовая температура, световой поток светодиода. Значением и качеством выходного тока источник оказывает непосредственное влияние на светотехнические характеристики. Надежность. Вопрос немаловажный. В настоящее время светодиоды достигли такого уровня, что практически все производители светотехнической продукции заявляют на свои изделия, как и производители светодиодов, срок службы от 50000 часов и выше. Кто-то даже и 100000. О ста говорить кончено сложно,

Таблица 1. Нормативные документы и требования к источнику питания № Стандарты действующие в России Международные стандарты Наименование 1 ГОСТ Р МЭК 60065-2005 МЭК 60065 Требования безопасности 2 ГОСТ Р51318.14.1-2006 EN55015 …радиопомехи индустриальные… (ЭМС) 3 ГОСТ Р51317.3.2-2006 IEC 61000-3-2 Эмиссия гармонических составляющих…(ЭМС) 4 ГОСТ Р51317.3.3-2008 IEC 61000-3-3 Ограничение изменений напряжения… (ЭМС) * Плюс дополнительные требования с учетом особенностей применения: защита от импульсов повышенной энергии, устойчивость к воздействию помех и др.

а вот 50 тысяч часов — сейчас вполне достижимый параметр (есть практические данные). Поэтому источник питания, который разрабатывается под светодиодный светильник, должен иметь соответствующий срок службы. Энергоэффективность. Как мы знаем, светодиод относится к энергосберегающим технологиям. При этом полупроводниковое освещение имеет достаточно высокую стоимость для потребителя. Экономя на преобразовании электроэнергии, используя источники питания с более высоким КПД, мы можем повысить общую эффективность системы и снизить тем самым «стоимость света». Электромагнитная совместимость. Понятное дело, что в светильнике единственным преобразователем электрической энергии, способным влиять на электромагнитную обстановку, является источник питания. Поэтому от того, как он будет сконструирован, будет зависеть общая ЭМС готового светильника в целом. Электробезопасность. Источник питания является единственным устройством, который подключается напрямую к сети 220 вольт. От того, как он будет выполнен, будет зависеть электробезопасность всего устройства в целом, независимо от того, речь идет о штатном режиме работы или о нештатном. И, соответственно, источник питания должен соответствовать условиям эксплуатации светильника, под который он разрабатывается (см. таблицу 1). Итак, если существует столь большое количество параметров, на которые влияет источник питания, то должны существовать и нормативные документы, регламентирующие его разработку и эксплуатацию. В таблице приведены основные ГОСТы, которые всем разработчика источников питания хорошо знакомы. Наибольший интерес с представляет ГОСТ Р 513 17.3.2-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний».

Современная светотехника, #2 2010

силовая электроника для светотехники К этим ГОСТам имеются еще и дополнительные требования с учетом особенностей эксплуатации светильника. В частности — защита источников питания от импульсов повышенной энергии. Это касается тех светильников, которые будут подключаться непосредственно к проводам ЛЭП. Так, мы все знаем, что при различных грозовых разрядах или во время молнии в проводах линии электропередач наводится ЭДС — импульсы очень большой амплитуды. В сети, безусловно, есть первичные устройства, которые могут гасить их, но ввиду того, что сеть распределенная, полностью погасить их, невозможно. Поэтому источник питания обязан иметь защиту от подобных импульсов. Светодиод — прибор безынерционный и в некоторых применениях это плюс. А в некоторых — наоборот. Одним словом, он мгновенно отрабатывает все изменения тока, протекающего через него. И в случае, если источник питания имеет какие-то пульсации, то они моментально превращаются в пульсации светового потока. На пульсации светового потока также есть нормативные документы — СанПиН 2.2.1 2.1.1.2585-10. В этом документе определены коэффициенты пульсаций. Самая жесткая норма — 0% и применяется для помещений только одного типа — в чертежных залах. Следующий порог — уточню, именно в этом документе СанПиН 2.2.1 2.1.1.2585-10 — 10% и применяется в помещениях для работы с мониторами. Есть еще и 5%, но этот порог определен в другом документе СанПиН 2.1.8/2.2.4.2620-10 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы». Этим показано, что разработчикам источников питания для светодиодных светильников необходимо знать не только требования общего СанПиНа, но и, требования других документов. По большому счету, при разработке офисного светильника необходимо исходить из того, чтобы он обеспечивал не более 5% пульсаций по световому потоку. На что же еще нужно обращать внимание при проектировании источника питания?

www.lightingmedia.ru

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИП ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА Мы рассмотрим AC/DC понижающие преобразователи, поскольку именно такие преобразователи имеют наибольшее применение. Это и понятно, ведь первичная электросеть имеет переменное напряжение 220 В и такие устройства наиболее распространены. В первую очередь нужно обращать внимание на схему построения: изолированный или неизолированный вход/выход, т.е. имеет ли источник питания гальваническую развязку. Коррекция коэффициента мощности (ККМ). Этот параметр очень важен, про него много сейчас говорят. Если ККМ требуется, то по какой схеме строить источник питания? C однокаскадным или многокаскадным преобразованием? КПД. Вы все прекрасно знаете, какие потери возникают при преобразовании. Однако при построении именно источника тока есть еще один вид потерь, быть может, он не очень очевиден — это потери в петле обратной связи. Дело в том, что в качестве датчика тока используется резистор. Через него протекает тот ток, который мы стабилизируем. Он может доходить до нескольких ампер. И все зависит от того, какое внутренне опорное напряжение у микросхемы, которую вы выбрали в качестве преобразователя. Если это напряжение на уровне от пол вольта и выше — это уже плохо. Хорошая микросхема имеет напряжение 200…300 мВ, иначе мы получим большие потери на датчике тока. Кончено, есть методы, которые позволяют это обойти, но в статье мы это обсуждать не будем. Подробнее о гальванической развязке с электрической сетью. Запретов на использование источников питания без электрической изоляции вход/выход нет. Есть ГОСТ МЭК 60 598 «Светильники. Общие требования и методы испытаний». Он подразделяет светильники на три класса по защите от поражения электрическим током. I класс. Защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией и защитным заземлением токо-

проводящих доступных для прикосновения частей устройства. Испытательное напряжение 1,5 кВ. II класс. Защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией и дополнительной или усиленной изоляцией токопроводящих доступных для прикосновения частей устройства. Испытательное напряжение 3,6 кВ. III класс. Устройство питается безопасным сверхнизким напряжением (БСНН). Безопасное сверхнизкое напряжение по ГОСТ МЭК 60 598 не выше 50 В. В чем здесь может быть подвох? Дело вот в чем: светодиоды можно устанавливать в светильники как на печатные платы из стеклотекстолита, так и на печатные платы из алюминия. Если у вас нет гальванической развязки, то вывод светодиода будет непосредственно связан с входной (220 В) клеммой светильника. У светодиода есть так называемые «термопады» — площадки, через которые он отводит тепло. Зазор между «термопадом» и выводом светодиода очень мал — 0,2… 0,3 мм. И, если в качестве радиатора вы используете корпус светильника, а, как правило, все так и делают, поскольку тепло всегда надо отводить в окружающую среду, то эти доли миллиметра и будут составлять расстояние между корпусом и входной клеммой светильника и ни о каких 1,5 кВ в данном случае речь идти не может — этот промежуток пробьется при нескольких сотнях вольт. Если светодиод устанавливается на алюминиевую печатную плату, то этого избежать, возможно. Производители «сэндвичей» для печатных плат гарантирую на свой материал 1,5…3 кВ. Но практически, по опыту общения с производителями именно печатных плат, производители печатных плат не всегда гарантируют, что печатные платы, которые они изготовят, выдержат на пробой 1,5 киловольта. Именно поэтому я считаю, что наибольшее применение найдут печатные платы, имеющие гальваническую развязку с сетью. Коррекция коэффициента мощности. Здесь я скажу лишь то, что в России имеется ГОСТ 51317 3.2. Этот документ

силовая электроника для светотехники разделяет все оборудование на 4 класса (A, B, C, D). Класс «С» — световое оборудование, его мы сейчас и рассмотрим. В зависимости от того, какая получается мощность потребления: более 25 ватт или менее 25 ватт — предъявляются определенные требования по эмиссии гармоник в сеть. Причем скажу, что наш ГОСТ определяет амплитуды каждой гармонической составляющей, вплоть до 39-й. Например, американский ГОСТ определяет просто общий коэффициент нелинейных искажений. Источник питания, имеющий общий коэффициент искажений в пределах допустимых не факт, что пройдет по нашим нормам, поскольку, если у него «вылезет» например 7 или 9 гармоника выше нормы, по Российским нормам источник питания не пройдет. Здесь стоит поговорить о том, как строится источник питания с активным корректором коэффициента мощности. Это либо однокаскадный преобразователь, либо многокаскадный. В первом случае на вход схемы управления подается информация о пульсирующем входном напряжении после выпрямителя, причем здесь нет фильтрующего конденсатора, и на вход схемы управления заводятся все виды обратной связи источника. В итоге схема вырабатывает напряжение, которое воздействует на ключевой транзистор. Задача корректора мощности — представить источник питания по отношению к сети линейной нагрузкой. То же самое можно сделать, но с лучшими характеристиками, если коррекцию коэффициента мощности вынести в отдельный каскад. Здесь я останавливаться особо не буду. Можно посмотреть некоторые осциллограммы источника питания для светодиодного светильника на рисунке 3. На осциллограммах мы видим форму выходного тока. В первом случае двухкаскадный преобразователь, а во втором случае два однокаскадных преобразователя. Во втором случае есть особенность: мы не можем полностью избавится от 100 Гц пульсации на выходе. Дело в том, что фильтрующая емкость непосредственно подключается и к светодиодам, и полностью избавиться от этой синусоиды не получается. Она

Рис. 3. Форма выходного тока источников питания

может быть только либо меньше, либо больше. Поэтому, применяя, однокаскадные преобразователи в светильниках для офисов надо учитывать именно этот важный момент. Давайте возьмем для сравнения схемы преобразователей с активной коррекцией мощности. У них есть и плюсы и минусы. Многокаскадные: выходной ток практически без пульсаций, выходной ток менее чувствителен к перепадам входного напряжения. Минусы — более сложная схемотехника, КПД в теории должен быть меньшим, однако есть серийно выпускаемые многокаскадные преобразователи с очень хорошим КПД. Плюсы однокаскадных — конечно более простая реализация. КПД, безусловно, достаточно высокий. Из минусов: поскольку в одну схему заводятся все виды обратной связи, то они все влияют друг на друга и в итоге коэффициент мощности при различных условиях может «плавать», меняться (как правило в худшую сторону). Ну и, соответственно минусы — пульсация выходного тока на выходе и чувствительность выходного тока к перепадам входного напряжения (конденсатор стоит параллельно нагрузке). На основании имеющегося опыта можно сформировать основные общие характеристики к источникам питания светодиодных светильников в зависимости от приложения. По применению светильники условно разделяются на три большие группы. Све-

тильники для наружного освещения, внутреннего освещения и светильники для применения в системе ЖКХ. Каждая группа характеризуется набором основных параметров. Источники питания светильников для наружного освещения должны иметь диапазон выходной мощности в десятки и сотни ватт. Значение выходного тока должно быть от 1 А и выше, при этом, обязательным условием становится наличие ККМ и обеспечение соответствующей защиты от климатических факторов. Источники питания для применения внутри помещений, как правило, имеют меньшую выходную мощность – десятки ватт и выходной ток до 1 А. Но основным фактором выступает коэффициент пульсаций тока и наличие ККМ. Источники питания для светильников в сфере ЖКХ имеют мощность единицы и десятки ватт. Выходной ток источника десятки — сотни мА. Наличие ККМ — в зависимости от мощности. В настоящий момент, если светильник потребляет менее 25 Вт, то требования к эмиссии гармонических составляющих щадящие. Источник питания – важная часть светового прибора. Он обеспечивает качественные показатели на протяжении всего срока службы устройства. Одна из основных задач разработчика источника питания, чтобы его изделие отвечало всем необходимым требованиям и имело высокую надежность.

Современная светотехника, #2 2010

силовая электроника для светотехники

Управление освещением и подсветкой помещений с помощью источников питания PCD от Mean Well Постоянно растущий рынок светодиодной осветительной техники требует источников питания с новыми свойствами. Чтобы удовлетворить этот спрос, компания Mean Well выпустила две новые серии модулей питания PCD16 и PCD-25 мощностью 16 и 25 Вт с возможность подключения симисторного диммера.

ОСОБЕННОСТИ СЕРИЙ PCD

Современный светодиодный светильник должен быть экономичным, качественным, простым в эксплуатации, иметь встроенную функцию управления, а так же невысокую стоимость. Реализовать все эти противоречивые свойства можно при помощи новых серий источников питания PCD-16 и PCD-25 мощностью 16 и 25 Вт соответственно. Варианты моделей приведены в таблице 1. Модули питания выпускаются в полностью изолированном по UL1310 Class 2 пластмассовом корпусе (рис.1), который удобно монтировать винтами или шурупами к любой поверхности. Новая серия источников питания поддерживает постоянный ток на выходе, обеспечивая питание светодиодных осветительных устройств с рабочими токами 350, 700, 1050, 1400 мА. Подключение входной и выходной сети осуществляется с помощью входного и выходного кабеля 18 AWG длиной 75 и 150 см соответственно. Это позволяет осуществлять монтаж источника питания, как в корпусе светильника, так и вынести его наружу. Источники питания PCD выпускаются в нескольких исполнения для различных вариантов входной сети. Наличие суффикса «А» говорит о том, что диапазон напряжений питающей сети составляет 90…135 В переменного

www.lightingmedia.ru

тока, а суффикса «B», что входное напряжение модуля составляет 180…295 В переменного тока. В таблице для выбора модуля приведены только модули питания с суффиксом «B», поскольку именно эти модели могут подключаться к Российской электросети. По сравнению с предыдущими сериями AC/DC драйверов LPC и LPHC модули питания серии PCD имеют встроенный активный корректор коэффициента мощности (ККМ). Наличие встроенного ККМ позволяет соответствовать требованиям ГОСТ 51317.3.2-2006 (IEC 61000-3.2:2005) и отнести прибор по допустимому уровню гармоник тока в сети к классу C (светотехника). Коэффициент мощности принимает значение 0,9, которое достигается в диапазоне нагрузок от 50 до 95 % от номинального значения выходной мощности и при «правильном» синусоидальном напряжении сети питания. Кроме того, в основе источников питания PCD лежит современная топология, которая позволяет уменьшить значение пускового тока в несколько раз. Типичное значение пускового тока для модулей питания при нормальных условиях (25°С) составляет всего 8 А. Совокупность этих двух свойств позволяет применять источники питания PCD-16 и PCD25 при построении больших систем освещения.

Еще одним важным отличием серий PCD-16 и PCD-25 является то, что они поддерживают функцию управления значением выходного тока при помощи стандартного симисторного диммера. Причем эти модули совместимы как с диммерами, работающими по переднему фронту, так и с диммерами, работающими по заднему фронту, что является их преимуществом перед аналогичными решениями, большинство из которых способны работать только с одним из указанных типов диммеров. Диммер позволяет выполнять регулировку выходного тока в диапазоне от 5 до 100 % от номинального значения выходного тока. Модули PCD-16 и PCD-25 обладают высоким значением КПД до 82 % и могут работать в широком температурном диапазоне от –30 до 60°С (см. рис.2). Указанный температурный диапазон соответствует требованиям для систем внутреннего освещения. Для нормального отвода тепла от источника питания достаточно естественной конвекции. К стандартным функциям источников питания PCD-16, PCD-25 можно отнести комплекс защит: от короткого замыкания, перегрузки, перегрева. Электрическая прочность изоляции вход-выход 3,75 кВ переменного тока. Изделия сертифицированы и соответствуют требованиям международных стандартов по электромагнит-

Андрей Конопельченко, avkon@compel.ru Инженер-консультант «Компэл». Окончил Волгоградский государственный университет по специальности «Радиофизика и электроника». Работал ведущим инженером-разработчиком импульсных источников питания.

силовая электроника для светотехники

Рис. 1. Внешний вид источника питания PCD

Рис. 2. График зависимости выходной мощности источника питания от температуры окружающей среды

При таком алгоритме работы преобразователя выходной ток, протекающий через светодиодную матрицу, будет иметь пульсации на частоте 100 Гц. Однако этот факт не будет заметен для глаза наблюдателя. Применение симисторного диммера отрицательно скажется на значении коэффициента мощности, поскольку на вход модуля питания подается уже «модифицированная» синусоида. В результате коэффициент мощности уменьшится, но все же он будет больше, чем в случае подобного источника питания без ККМ. Несмотря на эти известные недостатки, симисторные регуляторы являются самыми популярными регуляторами уровня освещенности. Такая популярность связана с простотой эксплуатации и низкой стоимостью устройства. Кроме того, замена традиционных источников света на светодиодные с источниками питания PCD позволяет экономить средства, поскольку можно использовать уже проложенные в здании сети 220 В/50 Гц и уже установленные диммеры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Рис. 3. Типичная схема включения модулей питания PCD-16 и PCD-25

Таблица 1. Источники питания серий PCD-16 и PCD-25 со стабилизацией выходного тока Наименование

Pвых, Вт

PCD-16-350B PCD-16-700B PCD-16-1050B PCD-16-1400B

16,8 16,8 16,8 16,8

PCD-25-350B PCD-25-700B PCD-25-1050B PCD-25-1400B

Uвых, В

Выходная мощность 16 Вт (84×57×30 мм) 24...48 0,350 16...24 0,700 12...16 1,050 8...12 1,400 Выходная мощность 25 Вт (84×57×30 мм) 20,3 40...48 0,350 25,2 24...36 0,700 25,2 16...24 1,050 25,2 12...18 1,400

ной совместимости и безопасности: Class B, FCC part18 Class A, EN61000-3-2 Class C, EN61000-3-3, EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11; ENV50204, EN55024,EN61547, TUV EN61347-1, EN61347-2-13, UL1310 Class 2.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ PCD С ДИММЕРАМИ Схема светодиодного светильника, в которой применяется драйвер серии PCD, приведена

Iвых, А

www.lightingmedia.ru

Уровень шумов и пульсаций, В 4,6 2,7 2,2 2,0 4,6 2,7 2,2 2,0

на рисунке 3. На схеме можно выделить три основных блока: симисторный регулятор, драйвер светодиодов PCD-16/PCD-25, светодиодная панель. На входе системы расположен симисторный регулятор, который в зависимости от угла открытия изменяет форму сигнала первичной электросети. Внутренняя схема модуля питания преобразует изменение площади сигнала электросети в изменение значения выходного тока драйвера.

Серия PCD является самой перспективной среди маломощных драйверов светодиодов. У нее широкий температурный диапазон от –30 до 60°С, встроенный корректор коэффициента мощности, изолированный корпус, полный комплекс защит и есть совместимость со стандартным симисторным диммером. Благодаря своим характеристикам модули питания PCD хорошо подходят для светодиодных светильников для освещения помещений, для интерьерной и декоративной подсветки, а также в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) при освещении подъездов, лестничных площадок, служебных помещений. Подробную информацию об этих и других источниках питания можно найти на специализированном сайте официального дистрибьютора компании «КОМПЭЛ» http://www.compel.ru/ в разделе «Источники питания/ИП для LED». На сайте реализованы параметрический поиск, автоматическое определение аналогов и постоянное обновление информации о технических параметрах, а также цене и наличии на складе.

силовая электроника для светотехники

Драйверы светодиодов серии NCL30xxx от ON Semiconductor Компания ON Semiconductor выпускает широкую номенклатуру драйверов светодиодов с использованием различных технологий преобразования энергии. Номенклатура драйверов ON Semi постоянно обновляется и расширяется в соответствии с требованиями рынка. Высокая эффективность преобразования энергии при компактных размерах изделий, разумной цене и высокой степени надежности — ключевые элементы стратегии фирмы. В данной статье дан обзор светодиодных драйверов NCL30000/NCL300001/NCL30100 компании ON Semiconductor, ориентированных на сектор светодиодного освещения.

Области использования светодиодных светильников постоянно расширяются. Они широко применяются как для наружного, так и для внутреннего освещения. В настоящее время разработка светодиодных светильников идет по двум направлениям: светодиодные лампы, совместимые по форм-фактору с галогенными лампами или лампами накаливания, и интегральные распределенные кластерные светильники большой яркости. Расширение секторов использования светодиодов происходит благодаря снижению стоимости не только светодиодов, но и драйверов. Компания Semiconductor Components Industries LLC, вошедшая в состав ON Semi в декабре 2004 года, занимается разработкой микросхем светодиодных драйверов. Микросхемы этого типа содержат в своем обозначении префиксы NSI , NCL, NUD, NLSF, NCP. Серия микросхем драйверов светодиодов NCL30xxx, разработанная этим подразделением компании ON Semi, предназначена для использования в светодиодных источниках света малой, средней и большой мощности.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕТЕВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА Одним из важнейших путей повышения КПД устройства является увеличение эффективности импульсных преобразователей, используемых в источниках питания для светодиодных светильников. Повышение КПД и плотности мощности являются ключевыми факторами при разработке схем управления светодиодным светильником с сетевым питанием. Применение технологии корректировки коэффициента мощности (ККМ) является одним из важнейших аспектов при разработке эффективных и мощных сетевых источников питания. Во всех современных мощных источниках питания широко применяется активная коррекция коэффициента мощности. Использование каскада коррекции коэффициента мощности позволяет повысить КПД преобразования и уменьшить уровень сетевых помех. Коррекция мощности подразумевает коррекцию формы входного тока в сетевых преобразователях, для того чтобы обеспечить максимально возможную эффективность передачи энергии из

входных цепей. В настоящее время все оборудование для освещения в Европе должно соответствовать нормам IEC61000–3–2 Class C. Эти требования относятся к большинству типов осветительных систем с входной мощностью от 25 Вт и выше. В требованиях определен допустимый уровень гармоник сетевого напряжения, вплоть до 39-й гармоники. Нормы, относящиеся к корректору мощности, включены в пакет требований для коммерческих источников освещений Energy Star® Solid State Lighting Luminaire. Необходимость корректора коэффициента мощности (ККМ) в мощных сетевых источниках вторичного электропитания регламентируется и требованиями по электромагнитной совместимости ГОСТ Р 51317-2000. Нормы по гармоническим составляющим потребляемого тока и коэффициенту мощности для систем электропитания мощностью более 50 Вт и всех типов осветительного оборудования определяет стандарт МЭК IEC 1000-3-2. В светодиодных драйверах серии NCL30000/30001, ориентированных на использование в светодиодных светильниках с сетевым питанием, используется встроенный корректор мощности. Что по-

Ирина Ромадина, romadina@compel.ru Руководитель бизнес-юнита по продукции ON Semiconductor, КОМПЭЛ. Окончила Московский Государственный Институт Электронной Техники (Технический Университет), инженер по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». После института работала инженером, с 2005 года занималась закупками и развитием бизнеса в ведущих российских компаниях-дистрибьюторах компьютерных комплектующих.

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники зволяет получить максимальную эффективность преобразования энергии, а также уменьшить уровень сетевых помех.

NCL30000  СВЕТОДИОДНЫЙ ДРАЙВЕР С КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ И ДИММИРОВАНИЕМ ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА МОЩНОСТЬЮ ДО 20 ВТ Микросхема NCL30000 является контроллером обратноходового (flyback) преобразователя напряжения, являющегося разновидностью импульсного преобразователей напряжения с гальванической развязкой. Его особенностью является наличие встроенного корректора коэффициента мощности. Контроллер предназначен для реализации сетевых светодиодных источников света низкой и средней мощности до 20 Вт. Выходное напряжение преобразователя позволяет подключать цепочку мощных белых светодиодов (от 4 до 15 шт.). Режим критической проводимости (critical conduction mode — CrM) позволяет реализовать как обратноходовую топологию, так и режим понижения напряжения (buck). В режиме CrM частота переключения преобразователя изменяется в соответствии с изменением как входного напряжения, так и тока в нагрузке. Это позволяет уменьшить

потери на переключении, а также на выпрямлении во вторичной цепи. Контроллер обеспечивает низкий стартовый ток и малый ток в цепи датчика обратной связи. Микросхема драйвера обеспечивает надежную работу в широком диапазоне температур от –40 до 125°C. На рисунке 1 показана схема обратноходового преобразователя на основе контроллера NCL30000.

СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА В ФОРМАТЕ Е27 НА БАЗЕ ДРАЙВЕРА NCL30000 Светодиодные светильники приходят на смену компактным люминесцентным лампам и лампам накаливания. Одним из самых эффектных приложений контроллера NCL30000 является реализация светодиодной лампы с цоколем Е27. Лампа вкручивается в стандартный патрон ламп накаливания. На основе драйвера NCL30000 инженерами компании ON Semiconductor был разработан типовой, встраиваемый в корпус лампы источник тока на 450 мА для питания 11-Вт светодиодного модуля MPL-EZW компании Сree. Для получения требуемого светового потока в 1200 лм, аналогичного потоку лампы накаливания мощностью 100 Вт, требуется 12—14 светодиодов мощностью 1 Вт с номинальной светоотдачей

Рис. 1. Схема обратноходового преобразователя на основе контроллера NCL30000

www.lightingmedia.ru

не ниже 100 лм/Вт при рабочем токе 350 мА. Схема платы драйвера показана на рисунке 2. При разработке светодиодной лампы возникает проблема отвода тепла, выделяющегося в малом объеме, поскольку перегрев светодиодов нежелателен. Источником тепла в светодиодном светильнике, кроме самих светодиодов, является источник питания или драйвер. К драйверу предъявляются жесткие требования: гальваническая изоляция нагрузки от сети, высокий КПД, малые габариты (для возможности встраивания в корпус лампы) и низкая себестоимость в массовом производстве. Светодиодная лампа реализована на базе стандартного корпуса типа PAR30 с цоколем Е27 (см. рис. 3). Трансформатор с сердечником типа EFD20 помещается в объеме цоколя лампы (см. рис. 3). Коэффициент передачи трансформатора 5,3: 1, что позволяет работать преобразователю в обоих диапазонах сетевого напряжения (115/220В). Ключ Q1 (см. рис. 2) с допустимым напряжением стокисток 500 В необходим для сети напряжением 115 В; для сети 220 В допустимое напряжение должно составлять 800 В. Обратная связь по току заведена с помощью микросхемы NCS1002 (U3), содержащей два oпeрационных усилителя (ОУ) и

силовая электроника для светотехники

Рис. 2. Схема платы управления светодиодной лампой в форм-факторе PAR30 и цоколем Е27

источник опорного напряжения. В качестве измерителя тока использован резистор R29 номиналом 0,2 Ом, что дополнительно снижает рассеиваемую мощность. Напряжение питания микросхемы NCS1002 формирует стабилитрон MMBZ5231 (D11). Сигнал обратной связи передается на первичную цепь преобразователя с помощью оптопары PS256H, (U2). Преимуществом рассматриваемой схемы является минимальное количество электролитических конденсаторов (С8 и С11). В условиях повышенной температуры замкнутого объема лампы именно электролитические конденсаторы определяют надежность и срок службы преобразователя. Драйвер на базе NCL30000, как импульсный преобразователь, отвечает требованиям класса В по электромагнитной совместимости стандарта EN55022. Коэффициент коррекции мощности составляет 0,98 для сети 115 В и 0,87 для сети 220 В. Входной фильтр и демпфирующая цепочка предназначены для гашения колебательных процессов, возникающих в результате токовых всплесков при работе тиристорного регулятора. Рассматриваемое техническое решение может быть масштабировано на мощности до 40 Вт, если заменить трансформатор и ключ на более мощные и оптимизировать номиналы пассивных элементов.

Рис. 3. Слева — компоновка элементов схемы преобразователя, справа — размещение платы драйвера в цоколе лампы

NCL30001  СЕТЕВОЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ДРАЙВЕР КОНТРОЛЛЕР С КОРРЕКТОРОМ МОЩНОСТИ ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА МОЩНОСТЬЮ ДО 150 ВТ Микросхема NCL30001 является контроллером, сочетающим в себе корректор мощности и изолированный преобразователь напряжения понижающего типа. Высокая степень интеграции контроллера обеспечивает низкую стоимость и уменьшение числа навесных компонентов. Контроллер идеально подходит для приложений, реализующих системы светодиодного освещения в диапазоне выходных мощностей от 40 до 150 Вт с выходными напряжениями более 12 В. Одноступенчатый преобразователь состоит их обратноходового преобразователя напряжения, работающего в режиме непрерывного тока (CCM) с постоянной частотой преобразования.

Микросхема NCL30001 может быть сконфигурирована как драйвер постоянного тока или же, как драйвер постоянного напряжения для схем контроллеров светодиодных светильников с двухступенчатой схемой преобразования. Другие особенности контроллера NCL30001: схема формирования напряжения запуска, детектор понижения входного напряжения (brown out), внутренний таймер контроля перегрузки, защита входных цепей от защелкивания, защита от перегрева, а также встроенный высокоточный умножитель напряжения. Частота преобразования может регулироваться в диапазоне от 20 до 250 КГц. Микросхема обеспечивает уменьшение акустических шумов в цепях нагрузки за счет использования патентованного алгоритма Soft–Skip™. В структуре драйвера есть встро-

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники

Рис. 4. Схема преобразователя напряжения для питания светодиодных источников света с мощностью от 40 до 150 Вт на базе NCL30001

енная защита от перенапряжения, перегрева и от понижения входного напряжения. Микросхема поставляется в корпусе SOIC-16. Микросхема драйвера обеспечивает надежную работу в широком диапазоне температур от –40 до 125°C. Основные сектора применения — внутреннее и наружное освещение, уличные светильники, ландшафтная и архитектурная подсветка.

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ СВЕТОДИОДНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА МОЩНОСТЬЮ ДО 150 ВТ Компания ON Semiconductor разработала базовый дизайн светодиодного светильника на основе драйвера NCL30001. На рисунке 4 показана схема преобразователя напряжения для питания светодиодных источников света с мощностью от 40 до 150 Вт на базе NCL30001. В первичной цепи используется преобразователь напряжения с корректором мощности и работающий в режиме понижающего конвертора, а во вторичной гальванически развязанной цепи — контроллер постоянного тока и напряжения NCS1002 (CVCC). На базе этой схемы могут быть спроектированы светодиодные светильники с выходной мощностью 40...125 Вт, предназначенные для использования в уличных источниках света, внутреннее освещение рефрижераторов (с низким

www.lightingmedia.ru

тепловыделением), светильники для офисного потолочного освещения, а также потолочные светильники с тросовым подвесом. Высокая токовая нагрузочная способность драйвера обеспечивает надежное управление мощными светодиодами Cree XLamp™ XP–G, Seoul Semiconductor P7, Bridgelux LED Arrays на 800 и 1200 лм, а также светодиодами OSRAM Platinum и Golden Dragon Plus. Использование этих типов белых светодиодов с высокой яркостью свечения позволяет сократить число светодиодов в цепочке и упростить схему управления за счет использования одноступенчатой структуры преобразования энергии. На рисунке 5 показана первичная цепь преобразователя напряжения на базе NCL30001 с корректором мощности, а на рисунке 6 — выходная цепь управления цепочкой светодиодов (ток 1,5 А).

NCL30100  УЛЬТРАКОМПАКТНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ДРАЙВЕР ДЛЯ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА МОЩНОСТЬЮ ДО 10ВТ Новый драйвер светодиодов NCL30100 специально разработан для компактных светодиодных приложений, для которых важны высокий КПД и миниатюрные размеры компонентов. В первую очередь, для светодиодных ламп формата MR16 для точечных све-

тильников небольшой мощности от 3 до 7 Вт (см. рис. 7). Светодиодная лампа MR16 содержит от одного до трех мощных белых светодиодов мощностью от 1 до 3 Вт, корпус радиатора, отражатель, плату контроллера светодиодов и цоколь. Светодиодные лампы формата MR16 предназначены для замены аналогичных галогенных ламп. В настоящее время используется два типа галогенных ламп форм-фактора MR16: одни рассчитаны на питание от напряжения 12 В, другие — на 220 В. 12-В лампы питаются через развязывающий понижающий трансформатор 220/12В и обычно устанавливаются там, где требуется использование более низкого безопасного напряжения, например в ванных комнатах. Для светодиодных ламп MR16, рассчитанных на низкое напряжение 12 В, используется цоколь GU5.3. Для светодиодных ламп MR16, рассчитанных на напряжение 220 В, используется цоколь GU10. При этом, если лампы с цоколем GU5.3 просто вставляются штырьками в патрон и плотно там фиксируются, то у ламп MR16 цоколем GU10 имеются утолщения на конце контактов, которые необходимы для поворотного соединения с патроном. Цифры в обозначении цоколя показывают расстояние между центрами штырьков в миллиметрах. Соответственно, для свето-

силовая электроника для светотехники

Рис. 5. Первичная цепь преобразователя напряжения на базе NCL30001 с корректором мощности

Рис. 6. Выходная цепь управления цепочкой светодиодов (ток 1,5А)

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники

Рис. 7. Светодиодные лампы в формате MR16 мощностью 3..5 Вт

диодной лампы MR16 на 12 В это расстояние составляет 5,3 мм , а для светодиодной лампы MR16 на 220 В — 10 мм. Буква U указывает на модификацию конструкции цоколя, используемую только для ламп MR16.

СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ ДРАЙВЕРА NCL30100 Работа контроллера основана на принципе управления по импульсам тока с квази-фиксированным временем отключения, оптимизированного для непрерывной работы в режиме понижения напряжения. Это позволяет устранить выходную фильтрующую емкость, а также сократить стоимость изделия, используя менее ресурсоемкие элементы. Контроллер использует архитектуру управления, основанную на слежении за импульсным значением тока с квазипостоянным временем нахождения мощного ключа в закрытом состоянии. Режим работы импульсного понижающего преобразователя напряжения — CCM (continuous conduction mode). Это позволило

Рис. 8. Структурная схема драйвера NCL30100

www.lightingmedia.ru

исключить необходимость установки выходного фильтрующего конденсатора и сократить размеры платы контроллера. В топологии обратноходовой схемы используются мощные и недорогие полевые транзисторы n-типа. Для минимизации потерь мощности в контроллере используется токовый датчик, стоящий в цепи обратного хода преобразователя. Время фазы закрытого состояния ключа выбирается пользователем посредством выбора внешнего конденсатора небольшой емкости. Параметры обратной связи позволяют обеспечить надежное регулирование тока на рабочих частотах вплоть до 700 кГц, что дает возможность разработчику использовать индуктивность с очень малыми номиналами и габаритами. Структурная схема драйвера показана на рисунке 8. Основные достоинства микросхемы — компактный корпус, большая эффективность преобразования, отсутствие выходной емкости. На рисунке 9 показана цоколевка выводов корпуса TSOP–6, а на рисунке 10 — основная схема включения драйвера NCL30100.

Основные параметры драйвера – Режим ШИМ-импульсов: квазипостоянное время в закрытом состоянии. – Режим обратной связи по току: пиковый токовый контроль. – Архитектура контроллера: n–FET .

– Частота регулирования: до 700 кГц. – Эффективность: свыше 95% – Не требуется установка выходной фильтрующего конденсатора. – Напряжение питания: 6,35...18 В. – Подстройка ограничения тока. – Защита от обрыва в цепи светодиода. – Низкий ток покоя и пусковой ток. – Блокировка при снижении напряжения питания – Компактный и тонкий корпус TSOP–6 . – Рабочий температурный диапазон: –40…125°C .

Области применения – 12-В светодиодные лампы в формате MR16 (замена аналогичных галогеновых ламп). – Ландшафтное освещение. – Автономные светодиодные светильники с зарядкой от солнечных панелей. – Подсветка транспортных средств. – Внешние светодиодные источники освещения. – Светодиодная подсветка интерьеров. На рисунке 11 показана типовая схема включения драйвера NCL30100 при питании лампы MR16 от переменного напряжения. Входное напряжение: Vin = 12 Вac (после диодного моста выпрямленное напряжение 12 В). Номинальный ток светодиода составляет 700 мA (rms), ток пульсаций на светодиоде равен 120 мA (peak–to–peak), прямое падение на светодиоде — 3,2 В, частота регулирования — 450 кГц. Для диммирования используется ШИМ-сигнал частотой 1 кГц с изменяемой скважностью от 0 до 99%. Пример расчета внешних компонентов схемы приведен в технической документации на микросхему. На рисунке 12 показан внешний вид печатной платы контроллера светодиодного источника света с диммированием на основе драйвера NCL30100. На рисунке 13 показана печатная плата с микросхемой контроллера NCL30100 для встраивания в цоколь светодиодной лампы формата MR16. Размер платы 17,6 × 12 мм.

силовая электроника для светотехники КОНСТРУКЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП В ФОРМАТЕ MR16 Светодиодные лампы MR16 12 В предназначены для прямой замены галогенных ламп MR16 с цоколем GU5,3 в стандартных потолочных точечных светильниках, а также в люстрах и настольных лампах. Эти лампы рассчитаны на стандартное пониженное напряжение 12 В, что обеспечивает их электрическую и пожарную безопасность.

Основные параметры светодиодных ламп MR16 12 В – Напряжение: 12 В AC/DC. – Диаметр лампы: 50 мм. – Потребление электроэнергии: 3,0 Вт. – Материал корпуса: алюминий. – Срок службы: 50000 часов. – Цвет дневной: белый 4000 К. – Вес 35г. Яркость светодиодной лампы 180—350 лм. Плата располагается в корпусе колбы и стыкуется с радиатором и отражателем, на котором установлены мощные светодиоды. Точечные светильники, потолочные встраиваемые светильники для натяжных потолков, встраиваемые светильники для подвесных потолков, мебельные светильники — все эти системы используют в качестве источника света светодиодные лампы MR16. Светодиодные лампы формата MR16 используются для подсветки садовых дорожек, прудов и бассейнов, подсветки ступенек лестниц, декоративной подсветки деревьев. На рисунке 14

показан вариант использования светодиодной лампы MR 16 в качестве подводного светильника для освещения бассейнов. Светодиодная лампа MR 16 потребляет мощность на уровне всего 3—5 Вт и, при этом, обеспечивает световой поток, как у галогенной лампы MR 16 с энергопотреблением 35—50 Вт. Светодиодные лампы MR 16 обеспечивают экономию электроэнергии до 90%, т.е. светодиодное освещение сокращает потребление электричества до 10 раз. Замена 32-х галогенных лампочек MR16 мощностью 35 Вт на светодиодные лампы MR16 позволяет высвободить порядка 1 кВт мощности. Светодиодные лампы MR16 имеют малое тепловыделение, что позволяет встраивать лампы в поверхности из дерева или пластика из ламинированной ДСП, не беспокоясь при этом об опасности возникновения тепловой деформации, коробления и отслоения поверхности. Т.е. светодиодное освещение с использованием светодиодных ламп MR 16 имеет существенные преимущества при освещении и подсветки витрин магазинов (в том

Рис. 9. Цоколевка корпуса TSOP−6 драйвера NCL30100

числе ювелирных витрин, витрин с оправами для очков или другими товарами, которые имеют ограничения по температуре нагрева), освещении помещений магазинов, галерей, а также подсветки картин. Широкая номенклатура углов свечения (от 20 до 120 градусов) и цветовых температур светодиодных ламп MR16, по сравнению с галогенными лампами, позволяет успешно использовать эти лампы для световых дизайнерских решений, включая декоративную и акцентную подсветку.

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ПЛАТЫ СВЕТОДИОДНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ И ДРАЙВЕРОВ Для проведения отладки проектов и оценки возможностей светодиодных регуляторов компания ON Semi разработала серию

Рис. 10. Основная схема включения драйвера NCL30100

Рис. 11. Типовая схема включения драйвера NCL30100 при питании лампы MR16 от переменного напряжения

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники ционных плат для контроллеров серии NCL30xxx. Д е м о н с т р а ц и о н н а я п л ат а NCL30100 имеет небольшие размеры, которые позволяют встраивать ее в цоколь светодиодных ламп формата MR16 (см. рис. 15).

Рис. 13. Печатная плата с микросхемой контроллера NCL30100 для встраивания в цоколь светодиодной лампы формата MR16 Рис. 12. Внешний вид печатной платы контроллера светодиодного источника света с диммированием на основе драйвера NCL30100

Рис. 14. Подводный светильник для освещения бассейнов

Рис. 15. Демонстрационная плата NCL30100

Рис. 16. Вид окна программной среды-калькулятора расчета схемы на основе NCL30100 Таблица 1. Номенклатура демоплат для контроллеров серии NCL30xxx Название демон- Тип драйвера, страционной платы контроллера NCL30000LED2GEVB

NCL30000

NCL30000LED3GEVB: NCL30001LEDGEVB NL30100ADLRMGEVB NL30100ASLPDGEVB

NCL30000 NCL30001 NCL30100 NCL30100

Основные параметры 15 Вт, от 4 до 15 белых светодиодов, ток 350 мА 220/240 Вac, диммер на базе триака, ККМ>0,96 17 Вт, 350 мA, диапазон сетевого напряжения от 90 до 305 Вac, без диммирования 80 Вт, ККМ>0,9, диапазон сетевого напряжения от 90 до 265 Вac, выходной ток до 1,5А Демоплата светодиодной лампы в формате MR16 Однослойная демоплата светодиодного светильника с регулировкой яркости

В частности, доступны демонстрационные платы для оценки возможностей описанных в статье драйверов и контроллеров светодиодов. В таблице 1 приведена номенклатура демонстра-

www.lightingmedia.ru

демонстрационных плат. Демоплаты доступны и для российских разработчиков. Нужный вариант демоплаты можно выбрать из каталога и заказать в компании «Компэл».

ПРОГРАММНО ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА РАСЧЕТА КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫМИ СВЕТИЛЬНИКАМИ На сайте компании ON Semiconductor доступна программа расчета номиналов компонентов и режимов для схем на основе драйверов NCL30xxx (см. http:// www.onsemi.com/PowerSolutions/ supportDoc.do?type=tools). Программная среда-калькулятор выполнена на базе таблиц Excel (см. рис. 16). Для каждого типа контроллера используется своя среда: – NCL30000 Design Worksheet NCL30000 DWS.XLS (46.0kB) – NCL30001 Design Worksheet NCL30001 DWS.XLS (1521.0kB) – NCL30100 Design Worksheet NCL30100 DWS.XLS (163.0kB) Использование этих простых, но довольно эффективных инструментов позволит упростить и ускорить расчет схем и выбор электронных компонентов схемы управления светодиодным светильником. ЛИТЕРАТУРА 1. Jim Young. AND8448 Configuring the NCL30000 for TRIAC Dimming // ON Semiconductor. 2. И. Ромадина. Драйверы для светодиодных источников света ON Semiconductor // Электронные Компоненты, № 12 2009 г. 3. NCL30000 Power Factor Corrected Dimmable LED Driver // Datasheet, Декабрь 2009 г. 4. И. Ромадина. Драйвер мощных светодиодов на базе контроллера NCL30000 фирмы ON Semiconductor // Современная электроника, №9 2010 г. 5. NCL30001 High-Efficiency Single Stage Power Factor Correction and Step-Down Offline LED Driver. // Datasheet, Март 2010 г. 6. Jim Young. NCL30000LED1GEVB/D 90-135 Vac up to 15 Watt Dimmable LED Driver Demo Board Operation // ON Semiconductor. 7. NCL30100 Fixed Off Time Switched Mode LED Driver Controller // Datasheet ON Semi, Январь 2011 г. 8. Frank Cathell. A Constant Current Adjustable 0.7 A to 1.5 A, Up to 55 Vdc Single Stage Power Factor Corrected LED Power Supply // ON Semiconductor.

новости

Osram Opto переходит на 6-дюймовые пластины в производстве светодиодов

Переход на 6-дюймовые пластины позволит компании Osram Opto вдвое увеличить производство светодиодов

Компания вдвое увеличит свои мощности по производству светодиодных кристаллов на базе InGaN. Компания Osram Opto Semiconductors значительно увеличит производство светодиодов за счет перевода двух своих фабрик в Герма-

нии и Малайзии на 6-дюймовые пластины. Новое производственное здание в настоящее время строится в Пенанге (Малайзия), а в Регенсбурге (Германия) доступные производственные площади будут перераспределены. Обе фабрики будут переведены на использование 6-дюймовых (150-мм) пластин для про-

изводства светодиодов на базе InGaN, вместо 4-дюймовых пластин, которые используются для изготовления светодиодов в настоящее время. Ожидается, что к концу 2012 года это позволит удвоить мощности компании по производству кристаллов белых светодиодов. Расширение производства коснется, в первую очередь, кристаллов InGaN, использующих тонкопленочную технологию и технологию UX:3, которые используются для производства белых светодиодов. Компания присоединилась к некоторым другим компаниям, включая LG Innotek, Philips Lumileds, Lextar и Cree, которые уже объявили о своих намерениях перейти на 6-дюймовые пластины для изготовления светодиодов. Общая производственная площадь завода по производству кристаллов в Пенанге, который был открыт почти два года назад, будет увеличена до 25000 кв.м. в 2012 году. На заводе в Регенсбурге после того, как будет перераспределена доступная производственная площадь, изготовление кристаллов на базе InGaN начнется уже летом 2011 года. Источник: LEDmagazine

Современная светотехника, #2 2011

силовая электроника для светотехники

Новые DC/DC-драйверы светодиодов от компании PEAK electronics Андрей Конопельченко, инженер по применению, ЗАО «Компэл» Активное внедрение светодиодов в системы освещения и подсветки обусловлено их высокой надежностью, низким энергопотреблением, большим сроком эксплуатации, удобством применения и широтой спектра задач, решаемых с помощью светодиодных светильников. Для питания светодиодов необходим стабилизированный ток, поэтому в качестве его источника применяется специализированный драйвер. Следуя тенденциям рынка, компания Peak Electronics дополнила модельный ряд

1. Проектирование и изготовление собственного оригинального драйвера на основе интегральных схем AC/DC- или DC/ DC-драйверов светодиодов. 2. Выбор готового модульного драйвера (AC/DC или DC/DC). В первом случае учитываются особенности проектируемого светильника, его применения, места установки и т.д. Во втором случае обеспечивается гарантированное качество решения технической задачи и высокая скорость выхода нового светодиодного решения на рынок. В современных усло-

700 или 1000 мА. По сравнению с предыдущими сериями эти модульные DC/DC-драйверы выполнены по топологии Boost (в пер. с англ. «повышение»). Ее применение позволяет поддерживать высокое значение выходного напряжения даже на низком уровне основной сети питания. Внешний вид и чертеж модуля питания серии PLED-UW1-600 приведен на рисунке 1. Варианты моделей и параметры драйверов серии PLED-UW1 приведены в таблице 1. Число в наименовании указывает на зна-

драйверов для светодиодов двумя новыми сериями – PLED-UW1 и PLED-P.

ВЫБОР ДРАЙВЕРА СВЕТОДИОДОВ

Итак, яркость свечения светодиода зависит от протекающего через него тока. Для питания светодиода требуется обеспечить постоянство значения этого тока, причем необходимой величины, которая определяется оптимальной яркостью и цветом свечения светодиода. Перед выбором драйвера светодиодов следует: – выяснить, что требуется: постоянное напряжение (если нагрузкой является светодиодная линейка) или постоянный ток (если нагрузка — сверхъяркие светодиоды); – определить выходное напряжение драйвера и/или выходной ток, а также полную мощность; – определить диапазон входного напряжения; – уточнить диапазон рабочих температур и требования по защите от воздействия окружающей среды (ingress protection, IP); – оценить требования к КПД, электробезопасности и электромагнитной совместимости, проверить эти параметры по фирменному описанию (Data Sheet) драйвера. Все многообразие решений можно свести к следующим случаям.

www.lightingmedia.ru

б)

а)

№ вывода

Назначение

1 2 3 4 5 6

+Vin PWM/Analog Dim Remote ON/OFF -Vin LED+ LED-

Рис. 1. Драйвер серии PLED-UW1-600: а) внешний вид; б) расположение выводов и размеры корпуса

виях именно скорость выхода на рынок новых востребованных изделий становится важнейшим фактором выживания и развития компании. Предлагаемый вниманию читателей материал знакомит с новыми модульными DC/DCдрайверами компании Peak Electronics для монтажа на печатную плату, которые предназначены для питания сверхъярких светодиодов.

МОДУЛЬНЫЕ DC/DCДРАЙВЕРЫ СЕРИЙ PLEDUW1XXXLF, PLEDUW1XXXKA DC/DC-драйверы светодиодов PLED-UW1-xxxLF и PLED-UW1xxxKA выпускаются в пластмассовом корпусе 2”×1” с выходным током 150, 250, 300, 350, 500, 600,

чение выходного тока в миллиамперах, а суффикс KA означает наличие встроенных монтажных проводов у модуля. Основные параметры модулей PLED-UW1: – диапазон входного напряжения: 9…36 В; – стабилизированный выходной ток; – возможность управления выходным током; – дистанционное включение/ выключение; – диапазон рабочих температур: –40…85°С. Выходная мощность варьирует в диапазоне 7,2…34 Вт в зависимости от модели. Это значительная мощность для преобразователя, реализованного в компактном корпусе типа 2”×1”, но драйверы серии PLED-UW1 имеют высокий

силовая электроника для светотехники

Рис. 2. Схема включения драйвера серии PLED-UW1

КПД до 95% и не требуют специальных мер для отвода тепла. Типовая схема включения драйвера PLED-UW1 приведена на рисунке 2. Его можно применить «как есть», подавая на вход постоянное напряжение в диапазоне 9…36 В и получая на выходе стабилизированный ток для питания светодиодов. Включение входного LCфильтра и дросселя синфазных помех не является обязательным и применяется только в том случае, если перед разработчиком стоит задача удовлетворить требования стандарта CISPR22 по электромагнитному излучению класса B. Производитель драйвера рекомендует номинальное значение индуктивностей L1 и L2 не менее 13,3 мкГн при указанных на рисунке 2 номиналах конденсаторов C1 и C2. Значение индуктивности дросселя синфазных помех должно составлять 3 мГн при номинале конденсатора C3 330 мкФ. Выбрать конкретное наименование дросселей и конденсаторов можно с помощью параметрического поиска на сайте www.catalog.compel.ru в разделе «Пассивные компоненты».

Вывод Remote ON/OFF драйвера PLED-UW1 служит для дистанционного включения/выключения модуля, а, значит, и светодиодов, что востребовано в устройствах, реализующих концепцию энергосбережения. Дистанционное включение/выключение можно осуществить сигналом с выхода микроконтроллера или с помощью тумблера. Для включения модуля значение напряжения на входе Remote ON/OFF должно быть в диапазоне 0…0,6 В, для выключения — в диапазоне 0,7…5 В. Потребление по цепи управления не превышает 1 мА. Вывод PWM/Analog Dim предназначен для управления выходным током, т.е. яркостью свечения светодиодов. На этот вывод можно подавать аналоговое управляющее напряжение или сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В первом случае применяется постоянное напряжение в диапазоне 0,4…1,7 В. В зависимости от скважности подаваемых на управляющий вход PWM/Analog Dim ШИМимпульсов меняется значение выходного тока драйвера и часто-

Таблица 2. Варианты моделей драйверов светодиодов серий PLED-P-xxxLF и PLED-P-xxxKA Наименование PLED-P-150xx PLED-P-250xx PLED-P-300xx PLED-P-350xx PLED-P-500xx PLED-P-600xx PLED-P-700xx PLED-P-1000xx

Iвых, мА 150 250 300 350 500 600 700 1000

Uвх, В 7…60 7…60 7…60 7…60 7…60 7…60 7…60 7…60

Pвых, Вт 9 15 18 21 30 36 42 60

Uвых, В 2…57 2…57 2…57 2…57 2…57 2…57 2…57 2…57

Таблица 1. Варианты моделей драйверов светодиодов серии PLED-UW1 Наименование PLED-UW1-150xx PLED-UW1-250xx PLED-UW1-300xx PLED-UW1-350xx PLED-UW1-500xx PLED-UW1-600xx PLED-UW1-700xx

Iвых, мА 150 250 300 350 500 600 700

www.lightingmedia.ru

Uвх, В 9…36 9…36 9…36 9…36 9…36 9…36 9…36

Pвых, Вт 7,2 12 14,4 16,8 24 28,8 33,6

Uвых, В 14…48 14…48 14…48 14…48 14…48 14…48 14…48

UDIM, В 1,7…5,0 1,7…5,0 1,7…5,0 1,7…5,0 1,7…5,0 1,7…5,0 1,7…5,0

та вспышек светодиодов. Скважность импульсов меняется в диапазоне 10—90%, а максимальная частота управляющих ШИМимпульсов не должна превышать 100 кГц. Если функции дистанционного включения/выключения или управления яркостью свечения светодиодов не востребованы в конкретной задаче, соответствующие выводы драйвера можно не подключать.

МОДУЛЬНЫЕ DC/DCДРАЙВЕРЫ С УЛЬТРАШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Драйверы серий PLED-PxxxLF и PLED-P-xxxKA отличаются от PLED-UW1 компактным корпусом DIP24 размерами 31,75×20,32×12,45 мм. Драйверы PLED-P-xxxLF и PLED-P-xxxKA построены на основе топологии Buck (в пер. с англ. «понижение») преобразователя. Модули питания светодиодов PLED-P-xxxLF и PLED-P-xxxKA имеют широкий диапазон входных напряжений 7…60 В. Выходной ток драйверов может принимать значения 150…1000 мА в зависимости от модели (см. табл. 2), а КПД преобразователей достигает 97%. Диапазон рабочих температур составляет: –40…55°С для PLED-P-1000LF; –40…71°С для PLED-P-500LF, PLED-P-600LF, PLED-P-700LF; –40…85°С для PLEDP-150LF, PLED-P-250LF, PLED-P300LF, PLED-P-350LF. Вместо xx можно подставить суффиксы LF и KA. Суффикс LF означает, что модуль питания выполнен в корпусе с металлическими контактами, а KA означает, что выводами служат гибкие провода. Модули PLED-P-xxxLF и PLED-PxxxKA имеют функции дистанционного включения/выключения и управления выходным током, отличие от PLED-UW1 состоит в том, что обе функции совмещены на одном управляющем выводе PWM. Схема управления яркостью свечения светодиодов с помощью управляющего напряжения представлена на рисунке 3. Управление яркостью свечения светодиодов LED_1…LED_N осуществляется изменением управляющего напряжения на выводе DIM путем вращения ручки переменного резистора R3.

силовая электроника для светотехники Основным элементом схемы управления драйвером является регулируемый источник опорного напряжения TL431, с которого снимается стабилизированное напряжение 2,5 В. Резистором R1 задается ток через стабилизатор TL431. Рекомендуемое значение резистора R1 составляет 4,7 кОм, при этом напряжение U1 может быть любым в диапазоне 5…30 В. Цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов R2 и R3, представляет собой делитель, который формирует напряжение в диапазоне 0…1,25 В на управляющем выводе. Рекомендуемые значения постоянного R2 и переменного R3 резисторов — по 10 кОм. Преимуществами этой схемы является отсутствие зависимости параметров драйвера от значения напряжения U1 и возможность использования входного напряжения питания драйвера для формирования управляющего напряжения (значения U+ и U1 могут совпадать).

Рис. 3. Схема управления током светодиодов аналоговым напряжением с помощью переменного резистора

ПРЕИМУЩЕСТВА МОДУЛЬНЫХ ДРАЙВЕРОВ СВЕТОДИОДОВ Главным достоинством модульных драйверов светодиодов является простота применения — они не требуют подключения внешних компонентов и используются по принципу «Включил, и работает». Эта простота позволяет разработчику светодиодного светильника

или системы подсветки быстро состыковать драйвер со своей схемой управления яркостью свечения светодиодов. Все эти преимущества ускоряют процесс разработки нового изделия и увеличивают скорость его выхода на рынок, что является главнейшим условием динамичного развития и устойчивого положения компании.

«Росэлектроника» к 2013 году запустит в Томске завод светодиодов ОАО «Российская электроника» в мае 2011 года начнет строительство завода светодиодных светильников полного цикла в томской особой экономической зоне (ОЭЗ) и планирует ввести его к 2013 году, сообщил журналистам глава компании Андрей Зверев в понедельник на церемонии подписания соглашения с администрацией Томской области. «Мы намерены создать полный цикл производства светодиодов. Уже выделен участок земли. В мае надеемся начать строительство. Планируем, что от закладки первого кирпича до пуска этого сложного производства пройдет полтора года. Стоимость проекта — 6,5 миллиарда рублей», — сказал Зверев. В свою очередь, губернатор Томской области

отметил, что создание светодиодного производства в Томске — «один из серьезных проектов, который почти вышел на финишную прямую». Ранее сообщалось, что экспертный совет по технико-внедренческим особым экономическим зонам (ОЭЗ) при Минэкономразвития в декабре 2010 года присвоил статус резидента ООО «Базовый Центр Светодиодных Технологий — Томск» («дочка» ОАО «Российская электроника») по разработке, проектированию и производству материалов и конструкций светотехнической продукции на базе светодиодов объемом инвестиций 5,3 миллиарда рублей. В пресс-службе «Росэлектроники» журналистам уточнили в понедельник, что была

произведена переоценка строительства, уточнена стоимость оборудования. В итоге цена увеличилась до 6,5 млрд рублей. «6,5 млрд рублей — это наиболее близкая к правде оценка на сегодняшний день, и эта цифра может возрасти до 8 миллиардов рублей в будущем», — сообщила пресссекретарь компании Майя Татарникова. В мае 2010 года Зверев на инновационном форуме в Томске заявлял, что «Росэлектроника» создаст три базовых центра внедрения светодиодов в Санкт-Петербурге, Москве и Томске, которые станут основой российской светодиодной промышленности.

Источник: РИА Новости

Современная светотехника, #2 2010

разработка и конструирование

Технологические аспекты построения экранов на основе RGB-светодиодов В наши дни цветовая информация становится частью нашей повседневной жизни. Общепринятые цвета красный, оранжевый и зеленый используются повсюду на транспорте для информационных панелей типа «бегущая строка». Рекламные вывески некоторых сетевых магазинов уже не просто представляют собой анимированные логотипы, но и позволяют выводить дополнительную информацию на логотипе, представляющем собой одновременно LED-дисплей. Полноцветные индикаторные панели стали частью оформления залов для представлений, партийных съездов и спортивных мероприятий.

Рекламные LED-экраны позволяют реализовать смелые акции, прокручивать высококачественные ролики в высоком разрешении. Технология LED позволяет устройствам работать во всем диапазоне температур на улице, при прямом солнечном освещении и предоставляет неограниченные возможности для дизайнеров в выборе размеров и форм построения информационных объектов. Светодиодные экраны становятся и значимыми артобъектами. Примером может служить инсталляция Seven Screens у офиса компании OSRAM в Мюнхене (рис. 1). Выступления артистов и музыкантов сопровождаются дополнительным увеличенным изображением на экране для удобства большой аудитории (рис. 2.) Так в чем же преимущество светодиодных панелей по сравнению с другими типами индикаторов? Рассмотрим поподробнее. Механическая прочность. Любые другие экраны содержат стекло, и это делает ограниченным их применение для перемещаемых устройств и устройств, подверженных воздействию ударов и вибрации (рекламные панели на стадионе, на транспортных средствах и т.д.).

www.lightingmedia.ru

Неограниченные возможности по размерам. Светодиодные экраны позволяют создать бесшовные конструкции длиной до 300—400 метров длинной (круговые рекламные дисплеи на спортивных соревнованиях). Повышенная яркость. Мощность современных цветных светодиодов позволяет использовать их не только как элемент информационных табло, но и как элемент дизайнерского освещения. Высокий контраст. Дополнительные средства, такие как применение светодиодов с темным корпусом, позволят уменьшить отражение от внешнего источника света, существенно повышая контрастность изображения Малые размеры пикселя (2×2 мм) позволяют создавать экраны с разрешением HD. Современные светодиоды позволяют создавать экраны и информационные панели с я яркостью до от 500 до 1500 кд/м2 для применения внутри помещений, офисов, телестудий. Яркость около 2000 кд/м2 применяется для закрытых спортивных сооружений и арен. Яркость от 2000 до 5000 кд/ м2 применяется для наружных экранов, экранов располагающихся по периметру зданий. Продукция OSRAM для построения полноцветных дисплеев начинается с самого маленького RGB-светодиода LRTB R98G из серии Multi ChipLED (рис. 3). Данный светодиод раз-

мером 1,6×1,6 мм позволяет создавать экраны с разрешением HDTV приемлемого размера. Шаг пикселя для таких экранов составляет 2 мм. Например, экран площадью 10 квадратных метров может воспроизводить HDTV и содержать 2 миллиона пикселей. Дисплей размером 2,5×4,0 м, построенный на данных светодиодах, обладает яркостью 1500—2500 кд/м2. Это соответствует яркости традиционных экранов LCD TFT (рис. 5.) Внутри Multi ChipLED светодиода находятся красный, зеленый и синий кристаллы, выполненные по технологии Thinfilm и ThinGaN . При работе RGB LED на токе 20 мА каждый кристалл производит 250 мкд (красный), 350 мкд (зеленый) и 70 мкд (синий) светового потока. Типичная эффективность интенсивности светового потока составляет 4 кд/Вт, что соответствует эффективности 12 лм/Вт. Угол луча светодиода составляет 120°. Также готовится к выпуску вариант этого светодиода без черной рамочки (рис. 4.), что позволить создавать экраны с более эффективными значениями светоотдачи и без видимой границы межу пикселями. Примером применения данных светодиодов являются экраны HDTV компании FormoLight Technologies (рис. 5.) Помимо механической прочности данный экран обладает

Василий Зибаров, v.zibarov@osram.com Инженер по применению продукции, OSRAM Opto Semiconductors. Окончил Московский институт электронной техники (МИЭТ) в 1994 г. по специальности «радиотехника». С 1994 года работает в высокотехнологичных компаниях в России и за рубежом. С 2010 возглавляет технологическое направление в московском представительстве компании OSRAM Opto Semiconductors.

разработка и конструирование

Рис. 1. Инсталляция Seven Screens у офиса компании OSRAM в Мюнхене

Рис. 2. Светодиодные экраны на концерте группы Bon Jovi

Рис. 3. Светодиод LRTB R98G

Рис. 4. Светодиод LRTB R9TG

Рис. 5. Экран HDTV компании FormoLight Technologies

Рис. 6. Светодиод LRTB GFUG

www.lightingmedia.ru

Рис. 7. Светодиод LRTB GFTG

важным преимуществом. Это постоянство цветопередачи вне зависимости от угла обзора. Это постоянство основано на 2 основных технологических принципах. Первый принцип — это максимально плотная упаковка светодиодов на экране. Второй принцип — это применение специального диффузионного рассеивающего материала, из которого изготовлен светодиод, который обеспечивает идеальное смешение световых потоков от 3 кристаллов и дает однородное свечение по всем направлениям. Для экранов большего размера применяются диоды в корпусах PLCC6 серии MULTILED размером 3,5×3,5 мм позволяют создавать экраны с шагом пикселя 5 мм и выше (рис. 6 и 7). Отличительной особенностью данных диодов является расположение кристаллов в одну линию, что позволяет сохранить цветопередачу во всем диапазоне углов наблюдения в одной из плоскостей. Это важно в случае наблюдения нескольких экранов одновременно под разными углами как, например консольные экраны под крышей стадиона. В случае применения диодов с треугольным расположением кристаллов наблюдение двух экранов одновременно приводило бы к различной цветопередаче для наблюдателя. При построении сценических решений или решений для оформления рекламы применяется комбинация экрана высокой четкости в центре и дизайнерская подсветка или экран низкого разрешения на заднем плане с управлением от общего контроллера. Данный подход позволяет существенно

разработка и конструирование сократить затраты на световое оформление и в то же время реализовать художественный замысел продюсеров в полном объеме.

НЕСКОЛЬКО ПРИМЕРОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭКРАНОВ Сцена для выступления артистов (рис. 8) В данном решении применен экран высокого разрешения, экран низкого разрешения в качестве декораций и RGB прожекторы различной мощности для цветной подсветки. Применяемые светодиоды: – LATB Txxx или LRTB Gxxx для полноцветного экрана; – LATB Txxx, LRTB Gxxx, Lx E6Sx или Lx G6Sx для элементов дизайнерского освещения. Оформление спортивной арены Timberwolves (рис. 9). В данном решении применены экраны высокого разрешения на консоли под крышей стадиона, экран среднего разрешения по кругу в качестве рекламного щита и табло низкого разрешения для вывода текстовой и числовой информации. Применяемые светодиоды: – LATB Txxx или LRTB Gxxx для полноцветного экрана; – Lx E6Sx или Lx P4xx для настенных дисплеев; – Lx E6xx, Lx P4xx, Lx T68x или LSG T676 для табло.

Рис. 8. Сцена для выступления артистов

Рис. 9. Оформление спортивной арены Timberwolves

СВЕТОДИОДЫ ДЛЯ ПОДСВЕТКИ Для сценической подсветки, изготовления прожекторов и экранов низкого разрешения применяются более мощные светодиоды RGB. Примером может служить светодиод LE ATB S2W серии OSRAM OSTAR (6×5 мм) с мощностью кристаллов до 3 Вт (рис. 10). Он содержит красный, синий и 2 зеленых кристалла. А также менее мощные светодиоды LRTD C9TP серии Multi CERAMOS (3×4 мм) с мощностью кристаллов 0,75 Вт (рис. 11). Данные диоды могут применяться как непосредственный источник света с рассеивающим экраном, таки использоваться для создания прожекторов засветки объектов (стены, вода, элементы декораций). Комбинации экрана высокого разрешения и световой стены с обратной подсветкой также при-

Рис. 10. Светодиод LE ATB S2W

Рис. 11. Светодиод LRTD C9TP

меняются при оформлении выставок и рекламных мероприятий (рис. 12).

1000—1500 кд/м2 (спецслужбы, ситуационные центры, видеоконференция для органов власти) служит применение миниатюрных диодов поверхностного монтажа с конфигурацией пикселя из 4 светодиодов. Для построения чаще всего используются конфигурации 2R-G-B или R-2G-B. При использовании таких решений надо учитывать потерю силы свечения красных светодиодов с нагревом, которая составляет до 50% при температуре кристал-

РЕШЕНИЯ ДЛЯ RGB ЭКРАНОВ НА ОСНОВЕ CHIPLED Указанные выше решения, как правило, являются дорогостоящими по причине использования большого количества светодиодов. Для минимального экрана HDTV требуется около миллиона светодиодов. Альтернативой для построения больших экранов с яркостью

Современная светотехника, #2 2011

разработка и конструирование ской установки на печатную плату и пайки современными методами. Основные преимущества: – Типоразмер 0603 (0,8×1,6 мм). – Матовый рассеивающий корпус. – Пайка с использованием печи. – Малый размер пикселя, возможность построения небольших экранов с высоким разрешением. Один из вариантов подбора комплекта светодиодов серии CHIPLED для построения RGB LED экранов приведен в таблице 1 При построении экранов на основе CHIPLED также есть возможность добавления в пиксель белого светодиода, что существенно повышает яркость и энергоэффективность экранов при выводе изображения с высоким содержанием белого цвета (рис. 13).

Рис. 12. Оформление стенда SAAB на автомобильной выставке

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СВЕТОДИОДОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭКРАНОВ

Рис. 13. Светодиод белого свечения LW Q38E из серии CHIPLED 0603

Рис. 14. Цветные светодиоды серии CHIPLED размера 0603

Рис. 15. Принцип учетверения разрешения экрана при использовании дискретных светодиодов

решения экрана программными способами (рис. 15). Недостатком такого решения является отсутствие смешивания цветов на экране и необходимость использования данного экрана для наблюдения с расстояния в несколько метров. Традиционные экраны, построенные на дискретных светодиодах используют стандартные диоды в корпусе диаметром 5 мм с выводами. Данное решение предусматривает ручную установку и пайку диодов с ограниченной возможностью автоматизации и масштабирования производства. Компания OSRAM рекомендует для построения такого вида экранов светодиоды поверхностного монтажа серии CHIPLED размера 0603 (рис. 14.) с возможностью автоматиче-

ла 90°С. И учитывать суммарную пропорцию силы света каждого кристалла для получения эквивалентного белого света D65, принятого в качестве стандарта для светодиодных экранов. Квадратное расположение пикселей создает возможность для виртуального учетверения раз-

Таблица 1. Комплект RGB светодиодов серии CHIPLED 0603 Тип

Цвет

Длина волны Сила света @ ток

I max

Потеря силы света при 90°С

LS Q976

Красный

633 нм

160 мкд @ 20 мА

25 мА

0,55

LT Q39G

Зеленый

530 нм

240 мкд @ 5 мА

15 мА

0,95

LB Q193

Синий

470 нм

50 мкд @ 10 мА

20 мА

0,9

www.lightingmedia.ru

Для светодиодов, применяемых для изготовления экранов, очень важным параметром является время жизни и стойкость к воздействию внешних факторов. Особенно эти параметры важны для дисплеев, которые эксплуатируются на улице и под действием прямого солнечного света, осадков и коррозионных газов, образующихся при работе двигателей автомобилей. Для этого в компании OSRAM провидятся специальные испытания диодов на устойчивость к воздействию внешних факторов по стандарту EN 60068-2-60 (метод 4): с усиленным тестированием коррозионной устойчивости: – Температура тестирования 40°C. – Влажность 90%. – Содержание H2S 15 ppm. – Длительность тестов 336 часов. Очень часто можно видеть на улице экраны с неравномерностью цвета, вызванной применением некачественных светодиодов. Поэтому производителям экранов нужно не только учитывать основные технические аспекты при выборе конструкции экрана, но и обращать внимание на соответствие современным требованиям по надежности, сроку службы и коррозионной устойчивости светодиодов.

разработка и конструирование

ДА БУДЕТ СВЕТ! Современное светодиодное освещение. Тенденции. Задачи. Решения Типовая конструкция светодиодного светильника, предлагаемая в настоящее время на рынке, обладает огромным ресурсом для оптимизации при одновременном снижении стоимости.

работать хотя бы 10—12 лет. Внедрение такого освещения — отличная инвестиция для тех компаний, которые умеют считать деньги.

Помочь в решении данных задач могут силиконовые материалы, которые, при

ПРОБЛЕМЫ. ЗАДАЧИ

своей простоте в применении, облада-

Имеется ряд задач, решение которых во многом определит, каким будет светодиодное освещение в будущем, насколько широко оно будет востребовано. Предлагаю обратиться к основным техническим задачам, которые в настоящее время стоят перед разработчиками светодиодного освещения. ЗАДАЧА 1. Общая металлоёмкость и громоздкость конструкций. Используются массивные алюминиевые корпуса-радиаторы в связи с тем, что, как правило, для повышения энергоэффективности прибора и снижения его стоимости, в светотехнических устройствах используются мощные светодиоды — с одного чипа стараются «получить» максимум люменов. Грамотная реализация теплоотвода от светодиодов и компонентов источника питания — одна из наиболее актуальных задач. Решение этой задачи следует искать в области использования теплопроводящих материалов (рис. 1). Обеспечение комфортного температурного режима работы светильника накладывает определённые ограничения на качество теплопроводящих материалов, используемых в кон-

ют рядом уникальных свойств. В статье мы рассмотрим ряд конкретных применений силиконовых материалов в конструкции современного светодиодного светильника.

На основании Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» к 2014 году Россия должна полностью отказаться от ламп накаливания в пользу энергосберегающего освещения. А тот факт, что современные энергосберегающие лампы являются пусть доступными, но неэкологичными (в силу нерешённой проблемы использования ртути при их производстве) вселяет уверенность, что современное энергоэффективное освещение пойдёт именно по светодиодному пути. Наиболее активно сейчас развиваются области промышленного, уличного и офисного светодиодного освещения. Основными тенденциями такого развития являются расширение диапазона температур эксплуатации светильников, уменьшение их массогабаритных характеристик, воз можность ответственных применений (например, взрывозащищённое исполнение для нефтегазовой отрасли), повышение общей надёжности изделия. На надёжности изделий производители делают особый акцент в силу того, что основным стимулом для предприятий к внедрению светодиодного освещения является экономия электроэнергии. Окупаемость и экономия возможны только при длительной эксплуатации светильников. В связи с этим светильник, который будет работать 3—4 года, вряд ли будет конкурентоспособен. Светодиодный светильник должен и может

струкции. Особое внимание здесь стоит уделить коэффициенту теплопроводности и сроку эксплуатации теплопроводящего материала. Практика показывает, что использование низкокачественных теплопроводящих материалов влечёт за собой либо увеличение поверхности корпуса-радиатора (общей металлоёмкости конструкции), либо сужение диапазона рабочих температур и существенное снижение срока эксплуатации светильника. В качестве примера здесь можно привести «высыхание» низкокачественных теплопроводных паст в течение 1—3 месяцев с момента ввода светильника в эксплуатацию. Как следствие, повышается тепловое сопротивление перехода платарадиатор, и нарушается температурный режим как отдельного светодиода, так и всего светильника в целом.

Рис. 1. Использование теплопроводящего материала между печатной платой и радиатором

Андрей Петров, materials@ostec-group.ru Старший специалист отдела технологических материалов ЗАО Предприятие Остек. В 2009 году закончил Московский Авиационно-Технологический Университет им. К.Э. Циолковского по специальности «Проектирование и технология радиоэлектронных средств». На данный момент продолжает обучение в магистратуре. Занимается научной работой по направлению высокочастотной техники. С 2009 по 2010 год – инженер-конструктор Астрокосмического центра Физического Института им. Н.П. Лебедева Российской Академии Наук. За время работы участвовал в разработке, производстве и запуске в эксплуатацию большого антенного приёмного комплекса (СВЧ). С 2010 года работает в отделе технологических материалов ЗАО Предприятие Остек. Специализированным направлением работы являются технологические материалы для производства светодиодов и светодиодных устройств.

Современная светотехника, #2 2010

разработка и конструирование В качестве теплопроводящих материалов могут использоваться следующие группы материалов компании Dow Corning: – Теплопроводящие пасты на силиконовой основе. Наиболее распространённое решение, сочетающее в себе такие факторы как хорошая теплопроводность, возможность нанесения тонким слоем (до 25 мкм), широкий температурный диапазон эксплуатации (от –50 до +200°С). Теплопроводящая паста Dow Corning SC102 позволяет решить большинство задач. – Теплопроводящие клеи на силиконовой основе. Сочетают в себе все достоинства теплопроводных паст, обладая дополнительной функцией фиксации. Позволяют полностью уйти от механических креплений платы в конструкции. Наиболее актуальными для решения такого рода задач являются теплопроводящие клеи Dow Corning SE4420 и SE4486 CV. – Теплопроводящие подложки. Их преимуществами являются равномерность слоя, максимальная технологичность, возможность использования готовых подложек заданной толщины и формы.

Более подробно вопросы реализации теплоотвода рассмотрены в статье «Эффективные решения для теплоотвода в светодиодной светотехнике», информационный бюллетень «Поверхностный монтаж» № 1, февраль 2011 г. ЗАДАЧА 2. Наличие в конструкции герметичных объёмов, заполненных воздухом (например, между печатной платой со светодиодами и защитным стеклом светильника). Зачастую производители игнорируют тот факт, что воздух содержит в себе влагу, которая при термоциклировании (прохождении так называемой точки росы) конденсируется на поверхности печатного узла (при остывании светильника), а затем вновь испаряется (при его включении). Можно с лёгкостью просчитать, сколько таких циклов произойдёт за срок службы светильника. Это явление губительно для печатных узлов. Однако есть ещё один «подводный камень» такого явления: появляется дополнительная среда преломления света — влага, которая при определённых условиях конденсируется на внутренней поверхности стекла и, как след-

а)

б)

Рис. 2. Среды преломления света в светодиодном светильнике: 1 — печатная плата со светодиодами; 2 — пространство между платой и защитным стеклом; 3 — защитное стекло; 4 — окружающая среда

Рис. 3. Пример использования оптически-прозрачного компаунда Dow Corning Sylgard 184

www.lightingmedia.ru

ствие, уменьшает световой поток. Ещё в 1823 году Жан Огюстен Френель во время своих экспериментов с области поляризации света при его отражении и преломлении установил, что при прохождении света из одной среды в другую, наибольшие потери возникают на границе раздела этих сред. И чем выше разница в показателях преломления этих сред, тем выше потери светового потока при прохождении через их границу раздела (рис. 2). Рассмотрим показатели преломления сред, сквозь которые проходит свет в светодиодном светильнике. Показатель преломления силиконовой линзы светодиода составляет 1,5—1,54. Далее свет попадает в воздушную среду (рис. 2а) с показателем преломления 1. И, наконец, защитное стекло в зависимости от материала имеет показатель преломления 1,5—1,59. Виден «провал» в воздушной среде. Суммарные потери при переходе линза-воздух и воздух-стекло составляют до 12,5%. Заполнение этого объёма силиконовым оптически-прозрачным компаундом с показателем преломления 1,4 (рис. 2,б) даёт прирост светоотдачи до 10%. А ведь это ни что иное, как энергоэффективность, мы получаем больше света при том же энергопотреблении. Помимо увеличения светоотдачи такое решение сулит целый ряд дополнительных преимуществ: – высокоэффективную влагозащиту платы со светодиодами; – повышение стойкости к воздействиям вибрации и ударов; – улучшение температурного режима работы светодиода: задействуется дополнительная площадь рассеяния тепла; – полное исключение вероятности появления дополнительной среды — влаги на внутренней поверхности стекла; – возможность ухода от использования защитного стекла в некоторых конструкциях; – более равномерное распределение исходящего светового потока по всей поверхности платы (а не концентрацию только на поверхностях светодиодов). В качестве компаунда возможно использование Dow Corning Sylgard 184 (рис. 3). Это двухкомпонентный силиконовый ком-

разработка и конструирование паунд, обладающий показателем преломления 1,4, низкой динамической вязкостью и широким диапазоном температур эксплуатации (от –50 до +200°С) В ряде случаев для влагозащиты платы может быть использован теплопроводный силиконовый заливочный компаунд Dow Corning Sylgard 160 (рис. 4). Это двухкомпонентный силиконовый компаунд, он обладает коэффициентом теплопроводности 0,62, низкой динамической вязкостью и широким диапазоном температур эксплуатации (от –50 до +200°С). ЗАДАЧА 3. Практика показывает, что «слабым звеном» в конструкции светильника является источник питания (драйвер). Причин выхода драйвера из строя множество: от низкокачественной элементной базы (особенно алюминиевых электролитических конденсаторов) до скачков напряжения в электросети. Сюда же можно отнести и использование полого герметичного корпуса драйвера в уличных условиях. Недостатком такого конструкторского решения является выпадение росы на внутренних поверхностях при термоциклировании. Кроме того, этот корпус вызывает массу затруднений для теплоотвода. Поскольку в силу ряда факторов источник питания является самой уязвимой частью светодиодного светильника, большинство производителей сходится во мнении, что наиболее эффективным вариантом его влаго/виброзащиты является заливка различными компаундами (рис. 5). Встаёт вопрос выбора такого компаунда. Задумаемся о требованиях к нему. Компаунд должен: – быть двухкомпонентным (для полимеризации по всему объёму); – обладать текучестью, достаточной для заполнения всех полостей вокруг компонентов; – иметь коэффициент теплопроводности, достаточный для эффективной передачи тепла с поверхностей компонентов на корпус-радиатор; – обладать длительным сроком эксплуатации и высокой стойкостью к жёстким внешним условиям (температура, влага, соляной туман, и т.д.)

Рис. 4. Пример использования Dow Corning Sylgard 160 для влагозащиты печатного узла

Рис. 5. Пример использования Dow Corning Sylgard 160 для заливки драйвера

Жертвуя хотя бы одним из этих требований, можно потерять весь смысл заливки как таковой. Разработанный специально для заливки источников питания силиконовый теплопроводный заливочный компаунд Dow Corning Sylgard 160 (коэффициент теплопроводности 0,62 Вт/(м·К)) обладает всеми вышеприведёнными свойствами и отлично подходит для решения подобных задач (рис. 5). ЗАДАЧА 4. Одной из важнейших задач, стоящих перед производителями светодиодных светильников, является надёжное герметичное крепление защитного стекла светильника. Практически всегда речь идёт об алюминиевом корпусе (иногда анодированном или покрытом порошковой краской) и стеклом из поликарбоната. Наиболее простым и технологически правильным решением является использование клея. Сечение, изображённое на рис. 6, показывает оптимальную фор-

му клеевого шва. Такой шов обеспечивает максимальную площадь склеивания поверхностей и фиксацию защитного стекла в нескольких плоскостях, что придаёт конструкции дополнительную прочность. Однако следует понимать, что применение клея возможно только в случае, если он обладает: – отличной адгезией к склеиваемым материалам; – высокой эластичностью, позволяющей эффективно гасить

Рис. 6. Рекомендуемая форма клеевого шва

Современная светотехника, #2 2010

разработка и конструирование

Рис. 7. Перспективная конструкция светодиодного светильника

разницу в ТКЛР (температурный коэффициент линейного расширения) алюминия и поликарбоната; – длительным сроком эксплуатации в широком диапазоне температур (от –50 до +150°С); – высокой стойкостью к воздействиям окружающей среды. Широкая линейка силиконовых клеев компании Dow Corning позволяет обеспечить оптимальное решение такого рода задач для каждого конкретного типа светильника. Отлично себя зарекомендовал силиконовый клей Dow Corning 3140.

ЧТО ПОЛУЧАЕМ В ИТОГЕ? Объединив предложенные технические решения и применив их в конкретной конструкции, рассмотрим, что же мы получаем в итоге (рис. 7). Драйвер светильника расположен в отверстии корпусарадиатора и залит теплопроводным силиконовым компаундом. Конструкция светильника полностью исключает любые замкнутые полости, заполненные воздухом. В результате обеспечена идеальная влагозащита как платы со светодиодами, так и источника питания. В связи с

этим светильнику может быть присвоена степень защиты оболочки IP68 (длительное время работы под водой глубже 1 м), либо IP69К (высокотемпературная мойка под высоким давлением). Светильник также отлично защищён от вибрационных воздействий. Использование высококачественных теплопроводных материалов Dow Corning обеспечивает длительное время эксплуатации светильника, комфортный тепловой режим работы светодиодов и компонентов драйвера, позволяет снизить затраты за счёт уменьшения поверхности корпуса-радиатора, ул у ч ш и т ь м а с с о г а б а р и т н ы е характеристики светильника. Использование оптическипрозрачного силиконового компаунда повышает общую светоотдачу, а, следовательно, и энергоэффективность светильника. Надеюсь, технические решения, предложенные в этой статье, приблизят энергоэффективное светодиодное будущее, и именно российские производители сделают его настоящим!

Количество систем управления освещением удвоится к 2016 г. Несмотря на то, что на нужды освещения расходуется около 17,5% от всего мирового потребления электроэнергии, лишь небольшая доля осветительных систем управляется не только с помощью выключателей. Интеллектуальное управление освещением позволяет системе реагировать на реальные условия окружающего пространства, например, на присутствие людей, оценивать долю естественного света, чтобы определить требуемое количество искусственного света. Согласно новому исследованию компании Pike Research, на мировом рынке систем интеллектуального освещения наблюдается сильный рост, и к 2016 г. объемы продаж на нем вырастут с 1,3 до 2,6 млрд долл. При более оптимистичном сценарии развития рынка этот показатель достигнет 3,5 млрд долл. По мнению консалтинговой компании Pike Research, спрос на системы интеллектуального управления освещением обусловлен такими тенденциями рынка как стремление

www.lightingmedia.ru

сократить расход электроэнергии, охрана окружающей среды, увеличение доли естественного освещения в жилых домах и желание обеспечить потребителей возможностью управлять уровнем освещения в своем рабочем пространстве. Все большее количество систем управления освещением объединяется в сети и управляется централизованным образом, что позволяет подключить их к системам управления энергией в зданиях (BEMS), а также к интеллектуальным энергосистемам. Кроме того, применение беспроводных технологий обеспечивает реализацию систем управления освещением в тех зданиях, где проводное подключение неудобно по тем или иным причинам. По мнению Pike Research, системы интеллектуального управления освещением получат наибольший спрос в сегментах офисных и образовательных учреждений. К наиболее значительным секторам этого рынка следует отнести также медицинские учреждения, торговую сеть, отели и рестораны, ведом-

ственные организации. По прогнозам, около 73% систем управления освещением будут установлены в старых зданиях. В отчете Pike Research "Intelligent Lighting Controls for Commercial Buildings" («Интеллектуальные системы управления зданиями коммерческого назначения») описываются восемь стратегий управления освещением и типы приложений, в которых эти методы используются, а также рассматриваются варианты беспроводного управления и интеграции в другие строительные системы. Кроме того, в отчете даются прогнозы по доходам от продаж оборудования по управлению освещением для девяти типов зданий в пяти регионах мира. В отчете также подробно описываются профили 24 ключевых игроков отрасли, и дается СВОТ-анализ текущего состояния этих компаний. С кратким содержанием доклада можно ознакомиться на сайте компании Pike Research. Источник: edisonreport.net

применение источников света

Перспективная продукция CREE Новые возможности Сергей Миронов, s.mironov@compel.ru Инженер по применению, Компэл Существующая на мировом рынке конкуренция среди производителей мощных осветительных светодиодов побуждает разрабатывать и выпускать продукцию с всё более качественными характеристиками и лучшими параметрами. В выгодной ситуации, конечно, оказываются те производители, которые обладают собственной эффективной технологией производства и проводят достаточный объем научно-исследовательских и опытноконструкторских работ.

В настоящее время, среди мировых производителей мощных осветительных светодиодов (Cree, Osram, Philips Lumileds, Nichia, Seoul Semiconductor), по параметрам выпускаемых серийных изделий, по объему производства и по достигнутым в лабораторных условиях характеристикам лидирующие позиции занимает единственный производитель — американская компания CREE. Выйдя на рынок мощных осветительных светодиодов в 2006 г., компания в очень короткий срок смогла занять ведущее место в рейтинге производителей. В настоящий момент компания занимает примерно треть рынка мощных светодиодов (точнее 27%). Основными составляющими, которые позволили достичь таких показателей, являются: собственная уникальная технология выращивания кристаллов нитрида галлия на подложке из карбида кремния (Sic/GaN) и то, что на дальнейшие исследования и разработки в области именно мощных осветительных светодиодов направляется значительная часть от прибыли компании (примерно 10% от оборота). Область применения мощных светодиодов очень широка: от декоративной подсветки внутри помещения до освещения улиц, тоннелей и магистралей. Светодиоды

с успехом применяются также и в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Для каждого конкретного применения можно выделить ряд общих требований к светодиоду, которые будут наиболее оптимальны с точки зрения его использования. Например, для промышленного освещения, освещения улиц важными параметрами является величина светового потока, возможность точного управления световым пучком для формирования требуемой кривой силы света (КСС), эффективность; для офисного освещения (встраиваемые светильники в потолок типа «Армстронг») важными параметрами будут являться отсутствие ослепляющего эффекта, равномерность светящейся поверхности, отсутствие множественных полутеней, эффективность. При разработке светового прибора для прямой замены галогенной лампы, желательно получить требуемый световой поток от одного светодиода. Для некоторых других применений (магазины тканей, полиграфия и т.п.) требуются световые приборы с повышенным индексом цветопередачи (CRI, Ra). Исходя из этих требований, компания CREE постоянно расширяет линейку выпускаемой продукции, добавляя новые серии, которые будут наиболее оптимальны для применения в том или ином случае. В настоящее время выпускаемая компанией продукция насчитывает 15 серий мощных осветительных светодиодов класса XLamp. Часть этой продукции уже присутствует на рынке длительное время (серии XR-C, XR-E), другая часть (серии XP-C, XP-E, XP-G, MC-E, MP-L, MX-6, MX-3) была разработана сравнительно недавно, но успела завоевать большую популярность. Третья группа светодиодов представлена новинками, которые вышли в самом конце 2010 г.

и начале 2011 г. К третьей части выпускаемой компанией CREE продукции относятся серии светодиодов: XM-L, ML-E, ML-B, XP-E HEW, MT-G. Выпустив в 2009 г. серию светодиодов XP-G компания смогла занять и до настоящего момента прочно удерживает ведущее место по достигнутым параметрам в отрасли. В конце 2010 г начат серийный выпуск светодиодов нового поколения с поистине уникальными характеристиками — это светодиоды серии XM-L.

XML СЕРИЯ СВЕТОДИОДОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С УНИКАЛЬНЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СВЕТОВОГО ПОТОКА Весной 2010 года компанией CREE был анонсирован новый мощный светодиод класса XLamp XM-L с самой высокой светоотдачей в отрасли — 160 лм/Вт на токе 350 мА (рис.1). В настоящий момент эти светодиоды уже выпускаются серийно в белом холодном, нейтральном и белом теплом цвете. Световой поток при токе 700 мА достигает 300 лм (в холодном белом), тепловое сопротивление 2,5°С/Вт и максимальное значение тока 3 А. На максимальном токе световой поток достигает значения уже 910 лм, а мощность, подводимая к светодиоду, составляет всего 10 Вт. Прямое падение напряжения (типовое) при токе 700 мА — не выше 2,9 В. На сегодняшний день ни один светодиод других мировых производителей не может обеспечить даже близких параметров, тем самым, очередной раз подтверждается несомненное лидерство компании CREE в области полупроводниковых источников света. Биннинг светодиодов по цветовой температуре осуществляется, как и во всей другой светодиодной продукции компании CREE, по стандарту ANSI C78.377.

Современная светотехника, #2 2011

применение источников света

Рис. 1. Внешний вид и габаритные размеры светодиода XM-L

Рис. 2. Внешний вид и габаритные размеры светодиода MT-G

Светодиоды изготавливаются в керамическом симметричном корпусе (5,0×5,0×3,0 мм) для поверхностного монтажа с электрически изолированной от кристалла подложкой. Максимальная рабочая температура перехода кристалла может достигать 150°C. Светодиоды серии XM-L ориентированы в первую очередь для световых приборов, заменяющих существующие светильники, выполненные на ДРЛ, металлогалогенных и натриевых лампах, для уличного и промышленного освещения. В настоящий момент финская компания LEDIL OY, один из ведущих мировых производителей вторичной оптики для светодиодов уже имеет в своей номенклатуре несколько линз под серию XM-L с круговой диаграммой направленности от 20° до 60°. Цены на продукцию CREE таковы, что наиболее низкая стоимость света (рубль/люмен) получается на новых более дорогих светодиодах, но при их правильном использовании. Под правильным использованием понимается такой режим работы светодиода, который обеспечивает приемлемый срок его службы (десятки

www.lightingmedia.ru

тыс. часов) с максимальной отдачей. Это примерно 50—70% по току от максимально возможного значения. В данном случае можно ожидать отношения рубль/люмен на уровне 20—25 копеек за люмен при работе на токе 2,1 А (при заказе светодиодов в холодном белом цвете несколько сотен шт.). Типовая эффективность в этом случае будет ~96 лм/Вт (при стандартных условиях измерения). Использование данного светодиода на токе менее 1,5 А экономически неоправданно, возможно если требуется повышенное значение эффективности (более 110 лм/Вт). Как видно из технических характеристик, для питания нового светодиода требуются источники с достаточно большим выходным током: 1,5...3,0 А. Источники питания с подобными характеристиками можно найти в линейке производителей: Inventronics, UE Electronic, Mean Well, или, можно всегда разработать свой собственный под требуемые параметры. Для изготовления световых приборов соответствующих галогенным лампам в формате MR16 начат серийный выпуск многокристальных светодиодов MT-G.

MTG  СЕРИЯ СВЕТОДИОДОВ ДЛЯ ЭКВИВАЛЕНТА ГАЛОГЕННОЙ ЛАМПЫ MR16 МОЩНОСТЬЮ 35/50 ВТ Галогенные лампы MR16 имеют очень широкое применение во встраиваемых светильниках и акцентирующей подсветке. Один из недостатков галогенных ламп в том, что они нагреваются до высоких температур и имеют невысокую эффективность (15—20 лм/ Вт). Выгодным с точки зрения эффективности и температуры оказывается замена лампы на её светодиодный аналог. Существующие до настоящего времени светодиоды не являлись оптимальными для данного применения. Не получался требуемый световой поток при нужных размерах. С выходом светодиода MT-G проблема получения нужного светового потока при ограниченных размерах — устранена. Светодиод имеет размеры корпуса 9,1×9,1×4,9 мм и диаметр линзы 8 мм — оптимальный для рефлектора MR16; как и все светодиоды класса XLamp имеет электрически нейтральную подложку (рис. 2). Основные характеристики светодиода серии MT-G приведены

применение источников света в таблице 2. Светодиоды изготавливаются на фиксированные значения цветовой температуры (2700К, 3000К, 3500К, 4000К) по технологии EasyWhite. Технология EasyWhite исключает для потребителя традиционный биннинг светодиодов по цветовой температуре, и в итоге, значительно упрощает выбор светодиодов для своих изделий. В многокристальных светодиодах, изготавливаемых по технологии EasyWhite, кристаллы на этапе изготовления светодиода подбираются таким образом, чтобы цветовые координаты излучения светодиода укладывались в заранее определённый диапазон на цветовом локусе. Эта область определяется эллипсами Мак-Адама для той или иной вероятности возникновения различий в цветовом ощущении (2-х или 4-х шаговый эллипс). Диапазон цветовой температуры, соответствующий 2-х шаговому эллипсу Мак-Адама, соответствует диапазону координат цветности обычной лампы накаливания. Такая незначительная нестабильность координат для среднестатистического наблюдателя является неразличимой. Точность установки координат цветности люминесцентных ламп соответствует диапазону 4-х шагового эллипса Мак-Адама, при этом различия в цветности источников света могут быть обнаружены. Для справки, точность установки цветовой температуры компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) соответствует 7-ми шаговому эллипсу Мак-Адама. Светодиоды MT-G EasyWhite сортируются цветовой темпера-

Рис. 3. Рефлектор C11862_Minnie-W-MTG

Рис. 4. Вид лампы MR16 на светодиоде MT-G с рефлектором LEDIL OY

Рис. 5. Вид лампы MR16 на светодиоде MT-G с линзой Carclo TIR 27°

Таблица 1. Основные характеристики XM-L Цвет Ток, максимальный, мА Световой поток, лм (при 700 мА) Тепловое сопротивление, ºС/Вт Угол излучения Прямое падение напряжения (тип.), В при 700 мА

Холодный 280

Нейтральный 3000 280 2,5 125° 2,9

Теплый

3500

4000

520

560

240

Таблица 2. Основные характеристики MT-G Цветовая температура, К

2700

3000

Световой поток, лм (при 1100 мА) Ток, максимальный, мA Тепловое сопротивление, ºС/Вт Угол излучения Прямое падение напряжения (тип.), В при 1100 мА

480

520

www.lightingmedia.ru

4000 1,5 120° 5,6

туре. Точность установки координат цветности соответствует 2-х шаговому эллипсу Мак Адама или 4-х шаговому и при заказе определяется символом в наименовании: MTGEZW-00-0000-0B00F035H — 2-х шаговый эллипс Мак-Адамса; MTGEZW-00-0000-0B00F035F — 4-х шаговый эллипс Мак-Адамса. При токе 1500 мА светодиод способен выдать до 780 лм (при стандартных условиях измерения) имея при этом эффективности ~85 лм/Вт. Это больше по световому потоку и значительно лучше по эффективности, чем галогенная лампа мощностью 50 Вт; подводимая мощность к светодиоду составит всего 9 Вт. Упоминавшийся выше производитель вторичной оптики для светодиодов LEDIL OY, имеет в линейке своей продукции отражатель (рефлектор) для светодиода MT-G. Это модель C11862_MinnieW-MTG рис. 3). Диаграмма направленности этого рефлектора соответствует диаграмме направленности обычной галогенной лампы MR16 с углом 36°. На рис. 4 приведен образец лампы MR16 изготовленной на светодиоде MT-G с отражателем LEDIL OY. Вторичную оптику для светодиодов выпускают многие производители. Можно найти линзы для светодиода MT-G и у другого известного производителя, например Carclo. Вид эквивалента галогенной лампы на светодиоде MT-G и линзой 27° от Carclo приведен на рисунке 5. Поскольку подобные лампы рассчитаны на напряжение 12В (переменного или постоянного тока), то для питания светодиода необходимо будет разрабатывать собственную схему питания. В этом случае потребуется понижающий DCDC интегральный драйвер. Подобные микросхемы широко представлены такими производителями как: Texas Instruments, Supertex, STMicroelectronics, ON Semiconductor, Zetex и др. Одна из основных составляющих, которая влияет на стоимость светодиода — это стоимость кристалла. Поэтому, заманчивой становится возможность получить с кристалла одной и той же площади как можно больше света. Это достигается различными методами.

применение источников света Компания CREE взяв за основу кристалл светодиода XP-E имеющего относительно невысокую стоимость, попыталась «выжать» из него максимум света. Это получилось. Для этого пришлось выполнить специальную огранку кристалла, по примеру огранки бриллианта. Если посмотреть на рис. 6, то можно увидеть две диагонали, проходящие по кристаллу — это и есть то основное изменение, которому подвергся светодиод серии XP-E превратившись в светодиод серии XP-E HEW (High Efficiency White — высокоэффективный белый)

XPE HEW  СЕРИЯ СВЕТОДИОДОВ С ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ БЛИЗКОЙ К СЕРИИ XPG, А СТОИМОСТЬЮ НИЖЕ XPE Светодиоды серии XP-E HEW обладают количественными параметрами близкими к параметрам светодиодов серии XP-G при значительно более низкой стоимости. Основные параметры светодиода приведены в таблице 3. Но не все так просто. После огранки кристалла стало сложно нанести на его поверхность люминофор с требуемой равномерностью. В результате чего светодиод при свечении имеет существенный градиент цветовой температуры по пятну света, который только усиливается, если применить вторичную оптику (линзы). Выход из положения был найден. Этот светодиод прекрасно подходит для тех применений, где используется матовый диффузный рассеиватель. На рисунке 7 изображен пример использования светодиода. Используя диффузный рассеиватель возможно получить засветку с хорошей равномерностью по цветовой температуре. Конечно, часть света неизбежно теряется в этом рассеивателе, но учитывая изначальную высокую эффективность светодиода и низкую стоимость — эти потери могут быть оправданы. Применяя светодиод таким образом мы получаем светящуюся поверхность достаточно большой площади, что резко снижает неприятный ослепляющий эффект. Рассмотрим на некотором примере эффективность применения светодиода XPE HEW. Зададимся начальными условиями:

– световой поток не менее 600 лм; – эффективность рассеивателя 85%; – КПД источника питания 85%; – температура в «точке пайки» Tsp=80°C Расчет проведем при условии одинаковой общей эффективности двух светильников (общая эффективность (лм/Вт) — const). Результаты расчета сведены в таблицу 4. Расчет проводился, используя программу разработанную компанией CREE для расчета параметров светодиодов –PCTкалькулятор. Программа находится в свободном доступе. Получить доступ к программе можно, если зарегистрироваться по адресу: pct.cree.com. Из таблицы видно, что одинаковый световой поток и эффективность двух светильников можно обеспечить, используя светодиоды серии XP-E HEW в значительно меньшем количестве, чем светодиодов серии XP-E (5 шт. против 10 шт.). Учитывая еще и меньшую стоимость серии XP-E HEW, то выгода более чем очевидна.

Рис. 6. Светодиод серии XP-E HEW

Есть еще одна положительная особенность светодиодов серии XPE-HEW — это то, что их можно заказывать с сортировкой по индексу цветопередачи (CRI, Ra). Значения индекса цветопередачи могут иметь следующие значения: не менее 80, не менее 85 и не менее 90. В наименовании позиции индекс цветопередачи обозначается буквенным символом: XPEWHT-H1-0000-00BF6 не менее 80; XPEHEW-P1-0000-00AE8 не менее 85; XPEHEW-U1-0000-00AE7 не менее 90. Светодиоды с нормированным индексом цветопередачи найдут

Рис. 7. Пример использования светодиода серии XP-E HEW Таблица 3. Основные характеристики XP-E HEW Цвет Ток, максимальный, мA Световой поток, лм (при 350 мА) Тепловое сопротивление, °С/Вт Угол излучения Прямое падение напряжения (тип.), В при 350 мА

Холодный 139

Нейтральный 1000 122 2,5 115° 3,2

Теплый 114

Таблица 4. Результаты расчета параметров светильника Тип светодиода

Ток, мА

Кол-во LED

XLamp XP-E XLamp XP-E HEW

350 700

10 5

Световой поток Общая эффективсветильника, лм ность, лм/Вт 630 51 645 52

Современная светотехника, #2 2011

Потребляемая мощность, Вт 12,3 12,3

применение источников света

Рис. 8. Внешний вид и габаритные размеры светодиода ML-E

применение там, где есть повышенные требования к цветоразличению освещаемых объектов: магазины, помещения для полиграфических работ и т.п. Индекс цветопередачи нормируется не только в рассматриваемой серии XP-E HEW, но и в других популярных сериях светодиодов: XP-E, XP-G, MX-6. Расширяя линейку продукции в области светодиодов мощностью более одного ватта, компания CREE не обходит вниманием и область небольших мощностей: 0,5 Вт и менее. Светодиоды небольшой мощности и с небольшим световым потоком требуются там, где необходимо создание светильников в виде равномерно светящейся поверхности, например светильники, для местного освещения, встраиваемые светильники в подвесной потолок типа «Армстронг». Используя такие светодиоды и устанавливая их с меньшим шагом можно получить равномерно светящуюся поверхность применяя в качестве рассеивающего стекла материал с меньшими потерями. В конечном итоге это позволит снизить или полностью избавиться от таких неприятных эффектов как: множественные полутени и пикселизация. Исходя

из этих требований, в начале осени были запущены в серию 0,5 Вт светодиоды класса XLamp серии ML-E, а с начала текущего года запущены в серию светодиоды ML-B мощностью 0,25Вт.

MLE/B  ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ 0,5/0,25 ВТ СВЕТОДИОДЫ КЛАССА XLAMP ДЛЯ ОСНОВНОГО СВЕТА Светодиоды серий ML-E/B изготавливаются в корпусе для поверхностного монтажа PLCC4 с размерами 3,5×3,5×1,2 мм (рис.8). Как видно из рисунка, светодиоды имеют теплоотводящую электрически изолированную площадку (HeatSink), которую, для отвода тепла, требуется припаивать к печатной плате. Основные параметры светодиодов серий ML-E/B приведены в таблице 5. Отличительной особенностью данных серий светодиодов является высокое значение светоотдачи: до 112 лм/Вт в холодном белом цвете и низкое тепловое сопротивление. В пересчете на 1 Вт это значение эквивалентно тепловому сопротивлению 5,5°С/Вт, что является хорошим показателем для мощных светодиодов. Максимальный ток светодиодов серии ML-E достигает 500 мА, а серии ML-B до 175 мА.

Таблица 5. Основные параметры светодиодов ML-E/B ML-E (0,5 Вт) ML-B (0,25 Вт) Цвет Холодный белый Теплый белый Холодный белый Теплый белый Цветовая температура, K 8300—4300 4300—2600 8300—4300 4300—2600 Тепловое сопротивление, °C/Вт 11 11 25 25 Угол обзора 120° 120° 120° 120° Прямое падение напряжения (тип.), В 3,2 (при 150 мA) 3,2 (при 150 мA) 3,2 (при 80 мA) 3,2 (при 80 мA) Световой поток, лм (при токе 150 мА/80 мА) 54 42 28 22 CRI (тип.) 75 80 75 80

www.lightingmedia.ru

Основное применение светодиоды серий ML-E/B найдут там, где необходимы высокие требования к однородной яркости свечения поверхности: – замена светильников выполненных с использованием люминесцентных ламп Т5 и Т8; – световые короба и панели; – функциональное освещение. На светодиоды серии ML-E имеется график деградации (рис. 9). Используя этот график можно определить ожидаемый срок службы светодиодов при определенных условиях эксплуатации (ток 175 мА, температура окружающей среды и в точке пайки 85°С). В мире есть ряд производителей светодиодов, в номенклатуре которых присутствуют многокристальные сборки с числом кристаллов от нескольких десятков и более. Световой поток, которые обеспечивают эти сборки, весьма велик: от 1000 лм. Для потребителя подобные сборки интересны тем, что их удобно монтировать, как правило, они имеют крепёжные отверстия под винт и контакты под пайку обычной паяльной станцией. Основной недостаток такого конструктивного решения в том, что множество кристаллов, находясь на небольшой площади, нагревают друг друга — в итоге снижается эффективность. Тем не менее подобные решения активно применяются. Компания CREE в ближайшее время (1,5—2мес.) планирует серийное производство подобных многокристальных сборок CXA20.

применение источников света CXA20  МНОГОКРИСТАЛЬНАЯ СБОРКА С БОЛЬШИМ СВЕТОВЫМ ПОТОКОМ и высокой эффективностью. Сборка CXA20 изготавливается на алюминиевом основании размером 22×22 мм (рис. 10). Пример использования приведен на рис.11. Ожидаемые параметры этой сборки при цветовой температуре 3000K: 1050 лм при 11 вт (95 лм/Вт); 2000 лм при 27 вт (74 лм/Вт). Диапазон рабочего тока от 100 мА до 1000 мА. Рассеиваемая мощность до 47 Вт. При потребляемой мощности 27...28 Вт сборка эквивалентна по световому потоку лампе накаливания мощностью 200 Вт. Падение светового потока сборки менее 10% при нагреве до 80°С. Заявленные предварительные параметры по эффективности показывают, что в настоящее время конкурентов у данной сборки не будет. Поскольку кристаллы находятся на алюминиевом основании, то лучше оказывается отвод тепла от кристаллов по сравнению с керамическим основанием. У керамического основания есть еще один недостаток — оно хрупкое. Если при монтаже происходит некоторый перекос, то керамическое основание трескается, алюминиевое основание лишено этого недостатка. За очень короткий промежуток времени компания CREE выпустила на рынок большое количество

Рис. 9. График деградации светодиодов серии ML-E

Рис. 10. Внешний вид CXA20

Рис. 11. Пример использования сборки CXA20

новых серий светодиодов наиболее оптимальных для какогото конкретного применения: от декоративной подсветки внутри помещения до мощных уличных светильников. Со светодиодом серии XM-L на сегодняшний день не может сравнится ни одно изделие других ведущих производителей. Следующий шаг — это

светодиоды с эффективностью до 209 лм/Вт. Подобная эффективность уже достигнута в лабораторных условиях, о чем уже было заявлено в 2010 г. ЛИТЕРАТУРА: 1. Миронов С. Мировой рекорд CREE: 160 люмен на ватт//Новости электроники + светотехника, №0/2010.

Японское цунами пройдет по всей цепочке поставок полупроводниковой отрасли Японское землетрясение, случившееся 11-го марта, и последовавшее за ним цунами отразится на деятельности всех основных участников рынка, хотя его влияние по времени и воздействию будет разным. У компаний Sony (префектуры Фукусима, Мияги), Fujitsu (префектуры Мияги, Фукусима и Ивате) и Renesas (префектура Ямагата) большее количество фабрик находится неподалеку от эпицентра землетрясения. Даже если эти предприятия не пострадали, потребуется некоторое время (возможно, несколько недель) для того, чтобы производство вернулось в прежнее русло. По мнению экспертов

DRAMeXchange, на рынке возникнет дефицит кристаллов, вызванный задержками в работе заводов по изготовлению электроники, а также других предприятий, от поставок продукции которых зависит производство полупроводников. У компании Toshiba недавно открывшиеся фабрики, не занятые производством памяти, расположены в гг. Оита и Нагасаки, которые не подверглись разрушению. Toshiba объявила о возобновлении работы своей главной фабрики в Qrrfbxb близ Токио. Однако ожидаются перебои в поставках кремниевых пластин, которые используются на этих предприятиях.

Журнал LEDinside указывает, что, в отличие от технологии изготовления полупроводников, производство светодиодов, главным образом, основано на химических реакциях и потому ударостойкое. Предприятия двух ведущих японских производителей светодиодов — компаний Nichia и Toyoda Gosei — расположены вдали от зоны бедствия. Согласно опросу LEDinside, эти фабрики подверглись минимальным разрушениям. Производство светодиодов компании SDK находится в Чиба. До сих пор от SDK не была получена информация о состоянии электроснабжения на этом предприятии. Источник: eeherald.com/

Современная светотехника, #2 2011

применение источников света

Высокоэффективные люминесцентные лампы T8 − новый стандарт экономичного освещения в США. Часть 21 ВВЕДЕНИЕ

Новым стандартом экономичного освещения в США в настоящее время являются высокоэффективные люминесцентные лампы Т8 мощностью 32 Вт, работающие с электронными балластами. Некоторые модели этих ламп иногда называют суперлампами Т8, лампами Т8 высокой интенсивности и т.д. Различные данные, предоставляемые производителями ламп, в США проверяются, в частности, в рамках деятельности NLPIP (Национальная информационная программа об осветительных приборах). В первой части данного обзора было представлено сопоставление таких заявляемых производителями (номинальных) и измеренных в рамках программы тестирования NLPIP параметров, как световой поток и световая отдача, реальная мощность и срок службы ламп Т8. Во второй части обзора рассматриваются такие вопросы, как спад светового потока, оптимальный выбор ламп для того или иного приложения и их стоимость. Кроме того, кратко освещаются и такие весьма важные для оценки эффективности работы системы лампа-балласт понятия как балласт-фактор и фактор эффективности балласта. В рамках программы CALiPER Министерства энергетики США (DOE) недавно были протестированы светодиодные лампы Т8, призванные, вообще говоря, заменить люминесцентные лампы Т8. Результаты этих тестов, надеемся, будут интересны также российскому потребителю.

вого потока производители ламп указывают его величину на момент времени в 40% от номинального срока службы. Эта величина близка к среднему значению светового потока в течение всего срока службы лампы и называется средним световым потоком. Рисунок 92 показывает величины среднего светового потока для различных типов люминесцентных ламп Т8. При этом они даются в процентном отношении к номинальному начальному световому потоку ламп. Например, если величина среднего светового потока составляет 90%, то при сроке службы 20 тыс. ч после 8 тыс. ч работы лампы с начальным световым потоком 3000 лм её световой поток равен 2700 лм. Данные представлены для 86-ти моделей люминесцентных ламп Т8 от пяти производителей (величины среднего светового потока тестируемых ламп от еще четырех производителей неизвестны). Как и прежде на рисунке 1 (см. первую часть обзора, раздел «Световой поток»), размер каждой точки на рисунке 9 соответствует коли-

честву доступных моделей ламп; при этом произведена сортировка ламп по величине цветовой температуры. Сортировка ламп произведена также по величине индекса цветопередачи; количество имеющихся моделей указывается рядом с каждой точкой. Как показывает рисунке 9, все модели T8 имеют величину среднего светового потока более 90%, при этом у трех четвертей моделей величина среднего светового потока находится в диапазоне 94,5—95,5%. У тестируемых ламп весьма различные начальные и средние световые потоки. На рисунке 10 для примера дается сравнение номинальных значений начального и среднего светового потоков для моделей ламп с цветовой температурой 4100 К. Края коридоров на данном рисунке показывают максимальную и минимальную величины номинальных значений. За редкими исключениями, средний световой поток всех моделей, представленных на рисунке 10, составлял около 95%.

СПАД СВЕТОВОГО ПОТОКА ЛАМП Т8 Все люминесцентные лампы имеют тенденцию к снижению светового потока с течением времени. Как показатель спада свето1 2

Рис. 9. Спад светового потока ламп T8 со световой отдачей более 80 лм/Вт

Первую часть обзора см. в журнале «Современная светотехника», №1, 2011 г. Мы придерживаемся сквозной (с первой части обзора) нумерации рисунков.

Современная светотехника, #2 2011

применение источников света Тем не менее, как видно из рисунка, ширина коридоров показывает большую вариативность номинальных величин начального и среднего световых потоков. Так, имеются модели со средним световым потоком, большим, чем начальный световой поток у других моделей. Важным при рассмотрении данных по световому потоку ламп T8, представленных на рисунке 10, является группировка их (на горизонтальной оси) по номинальной величине срока службы. Действительно, многие из моделей ламп, представленных на этом рисунке, имеют одинаковые начальный и средний световой потоки, но различные сроки службы. Следовательно, средний световой поток измеряется в разное время. Например, для сроков службы, указанных на рисунке 10, — 20, 24 и 30 тыс. ч — максимальная разница в сроках работы ламп составляет 4 тыс. ч3. Иными словами, лампы одной модели достигают уровня среднего светового потока через 8 тыс. ч (т.е. через 1,8 лет, скажем, при 12-часовой работе в день). Другие же лампы достигнут этого уровня через 12 тыс. ч (т.е. через 2,7 лет, работая также 12 ч в сутки). Другим важным вопросом для анализа является то, что срок службы зависит от типа балласта, используемого для работы лампы (см. раздел «Срок службы ламп T8» первой части обзора). Вообще говоря, неизвестно, как более короткий срок службы лампы влияет на средний световой поток. Итак, если используются

балласты, которые не рекомендованы для конкретной лампы её производителем, то потребителю следует помнить о влиянии на средний световой поток выбора того или иного балласта.

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАМП Т8 Решение о том, какие модели ламп T8 лучше всего подходят для того или иного приложения, могут быть основаны на оценке их технических характеристик и стоимости. Хотя стоимость ламп и является очень важной частью процесса такого отбора, сначала все же тебуется определить, какие именно их технические характеристики важны для конкретного приложения. В зависимости от этого различные параметры ламп будут иметь разную значимость. Некоторые организации, например CEE (Consortium for Energy Efficiency — Консорциум по эффективному использованию энергии4), разработали определенные критерии для содействия в использовании определенных — лучших, по мнению СЕЕ — типов люминесцентных ламп T8. Критерии CEE опубликованы в документе «Спецификация высокоэффективных ламп T8» (CEE 2006). (Следует заметить, что CEE разработаны критерии и для высокоэффективных осветительных систем T8 — см. ниже раздел «Балласт-фактор»). После того как важные для конкретного применения технические характеристики определены, потребители и проектировщики осветительных систем

могут выделить и сравнить те модели, которые отвечают их спросу. Однако провести сравнение моделей ламп T8 весьма нелегко без знания разброса в номинальных значениях их параметров (обычно они производителями не предлагаются). Очевидно, такая неопределенность является достаточно важной при сравнении различных моделей, поскольку значения параметров могут перекрываться, тем самым размывая фактические различия между аналогичными характеристиками ламп. Более того, таковой разброс может быть разным для ламп производителей, скажем А или В, изза различий в выборе исходных материалов, компонентов и производственных технологических процессов. Знание же разброса в номинальных значениях поможет потребителю лучше определить, имеются ли действительно значимые различия между характеристиками рассматриваемых моделей ламп. Такая неопределенность в величинах параметров ламп, в т.ч. их реальной эксплуатационной мощности, мешает в выборе «лучшей» модели ламп для конкретного применения. Таким образом, потребители должны быть осторожны — дополнительная оплата за «улучшенные» характеристики, которые, вообще говоря, не определены детально, не всегда оправдывается. Тем не менее, поскольку затраты на электроэнергию доминируют в общей стоимости системы освещения, несколько более высокие начальные затраты могут окупиться за счет даже небольшого реального уменьшения потребляемой энергии (см. первую часть обзора, раздел «Световая отдача ламп T8»).

СТОИМОСТЬ ЛАМП Т8

Рис. 10. Световой поток ламп Т8 с цветовой температурой 4100 К 3 4

Начальная стоимость ламп T8 зависит в основном от характеристик, которые обсуждались в предыдущих разделах. В общем, самые дешевые, по цене около 2 долл., это 32-Вт лампы RЕ70 Т8 со сроком службы 20 тыс. ч, световой отдачей несколько менее 90 лм/Вт и средним световым потоком 90—95%. Вполне ожидаемо также, что

Напомним, что замеры спада светового потока производятся на момент времени в 40% от номинального срока службы. См. сайт www.cee1.org.

www.lightingmedia.ru

применение источников света стоимость ламп увеличивается по мере улучшения их характеристик, так что лампы, имеющие улучшенные параметры сразу в нескольких категориях, являются и самыми дорогими. Цены на лампы от различных производителей значительно варьируются. Так, таблица 1 дает, во-первых, пример того, как стоимость ламп увеличивается по мере улучшения их характеристик, и, во-вторых, насколько широко могут варьироваться цены поставщиков одной и той же модели. Поставщики А и B в данной таблице являются общенациональными дистрибьюторами, которые поставляют все лампы перечисленных моделей. Например, стоимость ламп RE80 HLO, LL от поставщика А на 64% выше, чем лампы RE80 того же дистрибьютора (5,46 долл. против 3,32). Поскольку стоимость энергии может достигать 95% от общей стоимости освещения, большая световая отдача ламп RE80 HLO, LL дает возможность возместить эту более высокую начальную стоимость. (Как видно из таблицы 1, лампы RE80 HLO, LL имеют световую отдачу 95 лм/Вт, лампы RE80 — 91 лм/Вт.) Однако при этом следует помнить, что и реально потребляемая мощность ламп RE80 HLO, LL несколько выше, чем реальная мощность ламп RE80 (см. первую часть обзора, раздел «Мощность ламп Т8»). Таким образом, снизив уровень освещенности за счет меньшего количества светильников или применив балласт с низким балласт-фактором, можно сэкономить электроэнергию. Таблица 1 также показывает, что разница между ценами поставщиков А и B для этой модели лампы составляет более 290%. Такая существенная разница в цене ламп, вообще говоря, трудно окупаема в разумные сроки. Особый интерес для тех, кто выбирает более дорогие модели, может представлять вопрос о том, какие лампы дешевле в долгосрочной перспективе и как быстро окупаются лишние затраты. От-

вет зависит от многих факторов, включая эффективность системы освещения, стоимости энергии, стоимости установки и замены ламп, расходов на утилизацию, стоимости выбранного балласта, уровня освещения рабочих мест или площадей и рабочего цикла. Метод анализа влияния срока службы на стоимость освещения можно найти в справочнике IESNA5. Однако точный анализ является сложной задачей из-за, как уже говорилось, неопределенностей в реальной мощности и срока службы ламп Т8.

БАЛЛАСТФАКТОР Балласт-фактор — один из достаточно важных параметров для дизайнеров по свету и светотехников6. Знание балластфактора7 является необходимым при определении светового потока для конкретной системы лампа-балласт. Величина его является мерой фактического светового потока для конкретной системы лампа-балласт в отношении к номинальному (т.е. световому потоку при работе данной лампы со стандартным балластом по условиям испытаний ANSI — см. первую часть обзора, раздел «Световой поток ламп Т8»). Если балласт-фактор равен, например, 0,95, а номинальный световой поток лампы — 3000 лм, то при работе с этим балластом световой поток составит 2850 лм. Важно отметить, что величина балласт-фактора является характеристикой не просто балласта, но системы лампа-балласт. Электронные ПРА, которые могут работать более чем с одним типом лампы, как правило, имеют различный балласт-фактор для каждой системы лампа-балласт. Тем не менее балласт-фактор не

является мерой эффективности использования энергии. Хотя низкий балласт-фактор уменьшает потребляемую мощность, при этом также примерно пропорционально уменьшается световой поток лампы. По величине балласт-фактор подразделяется на три категории: низкий — BF< 0,85; нормальный — 0,85 < BF < 1,0; высокий BF > 1,01. Таким образом, тщательный подбор системы лампа-балласт (с некоторым определенным балласт-фактором) позволяет дизайнерам минимизировать потребление энергии, снизив уровень освещенности. Скажем, при освещении вновь строящихся площадей, как правило, выгоден высокий балласт-фактор, т.к. для достижения требуемого уровня освещенности можно использовать меньше светильников. В то же время низкий балласт-фактор более предпочтителен при освещении площадей, где не требуется высокого уровня освещенности (например, проходов и коридоров). Следует отметить, что во избежание сокращения срока службы ламп при их работе с ЭПРА с низким балласт-фактором (<0,7) они должны работать только в схемах быстрого пуска. Это довольно актуально для ламп T8, работающих с высокочастотными ЭПРА. Наряду с балласт-фактором для оценки системы лампабалласт используется и такой важный параметр, как эффективность системы лампа-балласт. Действительно, эффективность балласта меняется в зависимости от нагрузки, т.е. от того, какого типа люминесцентные лампы эксплуатируются. Аналогично, эффективность работы лампы зависит от используемой схемы балласта. Как следствие, дей-

Таблица 1. Цены ламп Т8 разных производителей Лампа RE70 RE70 LL RE80 RE80 LL RE80 HLO, LL

Светоотдача, лм/Вт 86 86 91 91 95

Срок службы, тыс. ч 20 24 20 24 24

Производитель AB AB AB A AB

Цена лампы, долл. 1,95 2,03 2,66 3,07 3,32 3,38 4,79 3,80 5,46 13,24

Rea M.S., ed. 2000, The IESNA lighting handbook, reference $ applications, 9th edition, New York, NY: Illuminating Engineering Society of North America. Eley, C., T.M. Tolen, J.R. Benya, F. Rubinstein, R. Verderber. Advanced Lighting Guidelines: Final Report. Prepared for the U.S. Department of Energy, California Energy Commission, and Electric Power Research Institute, 1993. 7 Иногда словосочетание ballast factor переводится как балласт-коэффициент. Думается, что точнее — по аналогии с уже устоявшимся термином «люмен-фактор» — переводить это словосочетание как балласт-фактор. 6

Современная светотехника, #2 2011

применение источников света мощность составляла в среднем 33,5–33,7 Вт (см. рис. 3 первой части обзора).

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ Т8

Рис. 11. Общий вид светодиодных ламп

Таблица 2. Фактор эффективности балласта Балласт с мгновенным зажиганием Количество ламп

Низкий BF ≤ 0,85

≥3,08

≥3,11

≥3,03

≥1,6

≥1,58

≥1,55

3 4

≥1,04 ≥1,05 ≥0,79 ≥0,8 Балласт с быстрым стартом ≥2,84 ≥2,84 ≥1,48 ≥1,47 ≥0,97 ≥1,0 ≥0,76 ≥0,75

≥1,04 ≥0,77

1 2 3 4

Нормальный 0,85 <BF ≤ 1,0

Высокий BF ≥1,01

≥2,95 ≥1,51 ≥1,0 ≥0,75

Таблица 3. Результаты тестирования CALiPER Характеристики Начальный световой поток ламп, лм Начальная световая отдача двух ламп, лм/Вт Начальный световой поток двухлампового светильника, лм Начальный индекс цветопередачи Эффективность светильника, % Начальная световая отдача светильника, лм/Вт

Светодиодные приборы Диапазон, тест. Среднее 12 ламп значение 345—1579 1111 19—76 50 597—2038

1563

3577

4064

63—76 74—86 17—57

71 83 41

75–80 74 64

82 66 57

ствительно значимое сравнение между лампами или балластами можно провести только сравнением эффективности систем лампа-балласт. Фактор эффективности балласта (Ballast Efficacy Factor, BEF) определяется по формуле BEF = BF·100/Рб, где BF и Рб — величины балластфактора и потребляемой мощности (в ваттах) для данного балласта. Таким образом, фактор эффективности балласта зависит от типа балласта, его балластфактора и числа питаемых им ламп. Например, в уже упоминаемой спецификации СЕЕ для высокоэффективной осветительной системы Т8 рекомендуемые величины фактора эффектив8

Отчет датируется апрелем 2010 г.

www.lightingmedia.ru

Люминесцентные приборы Данн. произ., CALiPER, тест. тест. 75 ламп 2 свет. 2778 3091 87 —

ности балласта должны быть не меньше, чем указанные в таблице 2 значения. В данном случае они даны для двух типов балластов (мгновенного зажигания и быстрого старта) и трех категорий величины балласт-фактора (низкого, нормального и высокого). Стоит заметить, что в таких высокоэффективных осветительных системах, согласно рекомендациям СЕЕ, должны использоваться лампы с начальным световым потоком более 3100 лм. Выше, в разделе «Световой поток ламп Т8» (см. первую часть обзора), отмечалось, что такой поток достижим лишь при использовании ламп RE80 HLO, LL. Напомним, что это достигается увеличением потребляемой мощности — в рамках исследований NLPIP реально потребляемая

В настоящее время разнообразные светильники с лампами T8 являются весьма значительной частью всех люминесцентных светильников. Светодиодные лампы Т8, призванные, вообще говоря, заменить люминесцентные лампы Т8, сегодня получают заметное распространение на рынке осветительных приборов. Общий вид их представлен на рисунке 11. По конструктивному дизайну это десятки мощных или даже сотни маломощных светодиодных излучателей, расположенных на одной плате внутри стеклянной трубки диаметром 2,6 см, как и у ламп Т8. Каковы эти лампы в сравнении с люминесцентными лампами Т8 с точки зрения световой отдачи, распределения света, цветопередачи и, наконец, энергоэффективности? Какого уровня должны достигнуть характеристики этих светодиодных ламп, чтобы покупатели могли использовать их в качестве замены ламп Т8? И, главное, являются ли светодиодные лампы эквивалентными люминесцентным лампам Т8, как это утверждают многие производители? В рамках программы CALiPER Министерства энергетики США (DOE) были проверены 12 различных светодиодных ламп Т8 и сделан вывод, что на сегодняшний8 день их характеристики значительно отстают от аналогичных показателей люминесцентных ламп. Основные результаты тестов CALiPER (отдельно для ламп и светильников) были обобщены и представлены для сравнения с люминесцентными лампами и светильниками в таблице 3. Так, средний начальный световой поток светодиодных ламп T8, как показали испытания, составляет лишь около трети того же показателя для люминесцентных ламп Т8. Начальная световая отдача системы из двух ламп, светового потока двухламповых светильников, световая отдача и индекс цветопередачи светодиодных ламп T8 были существенно

применение источников света ниже, чем для люминесцентных ламп T8. В то же время средняя эффективность светильника была несколько выше для светодиодных ламп, поскольку светодиоды излучают направленно и световые потери внутри светильника меньше. Однако этого явно недостаточно для компенсации значительно меньшего светового потока. Итак, какого же уровня характеристик потребитель вправе ожидать от светодиодных ламп T8 с учетом достигнутых на сегодняшний день возможностей люминесцентных ламп Т8? Первое и важнейшее требование относится к уровню световой отдачи светодиодных ламп. Рекомендованные Министерством энергетики США уровни световой отдачи9 приведены в таблице 4 при условии достижения начального светового потока 2700 лм на одну лампу. Эта величина начального светового потока рассчитывалась10 на основе величин светового потока люминесцентных ламп T8 с учетом балласт-фактора и срока службы и большей (по сравнению с люминесцентными лампами) эффективности светильников со светодиодными лампами. Средняя световая отдача для светодиодных ламп T8, проверенных по программе CALiPER, на сегодняшний день составляет 44 лм/Вт (высшая измеренная световая отдача составляет около 70 лм/Вт). При такой средней световой отдаче для достижения того же светового потока, как и при использовании люминесцентных ламп T8, потребляемая мощность составит 38 Вт, что, очевидно, существенно увеличивает потребление электроэнергии. Таким образом, по заключению Министерства энергетики США, для обеспечения, как минимум, эквивалентного с люминесцентными лампами T8 светового потока и возможности экономить электроэнергию светодиодные лампы Т8 должны повысить световую отдачу в дватри раза. Далее, светодиодные лампы являются слишком новым про-

дуктом, чтобы были доступны достоверные долгосрочные показатели по сроку службы. Поэтому Министерство энергетики США рекомендует просить у производителя данные на 6 тыс. ч работы именно лампы (а не только данные по светодиодным излучателям). Так, на срок в 6 тыс. ч работы световой поток, согласно рекомендации Министерства энергетики, должен быть не менее 94,1% от первоначального значения. Что касается распределения светового излучения, то оно различается для разных светодиодных ламп. Для оценки различий в интенсивности света по сравнению с люминесцентными лампами пользователям настоятельно рекомендуется запрашивать у производителя КСС (кривая силы света) для приобретаемых ламп. По возможности следует запрашивать и КСС для светильников со светодиодными лампами. (Они также могут быть различного типа, например, с линзами или параболическими отражателями и т.д.). Цветовая температура светодиодных ламп Т8 определяется согласно стандартной процедуре, описанной в документе ANSI_ NEMA_ANSLG C78.377-2008. Она должна соответствовать параметрам, заданным в таблице 5, где даны её номинальные величины11 и допуски. Наконец, индекс цветопередачи Ra светодиодных ламп должен быть не менее 80, что соответствует (по индексу Ra) 800-й серии люминесцентных ламп Т8. Гарантийный срок работы ламп должен быть не менее трех лет, а по требованиям электробезопасности они должны от-

Таблица 4. Минимальная световая отдача светодиодных ламп T8, требуемая для достижения светового потока, равного потоку ламп Т8 Световая отдача при наМощность светодиодных чальном световом потоке ламп T8, Вт 2700 лм, лм/Вт 20

135

142

150

159

169

180

вечать требованиям стандарта ANSI/UL 8750.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак, на сегодняшний день доступны модели ламп Т8 с широким спектром рабочих характеристик. В принципе, чтобы помочь потребителям и проектировщикам осветительных систем, модели T8 можно условно разделить на такие оценочные категории как «хорошие», «лучшие», и «наилучшие». Основой для такого деления являются стоимость и эффективность ламп. Один из способов деления моделей T8 на указанные категории — это поиск очевидных «разрывов» в номинальных характеристиках или поиск взаимосвязей, где хорошие показатели в одной категории связаны с хорошими показателями в других категориях. Исходя из этого, NLPIP полагает, что лампы, разделяемые по индексам цветопередачи и попадающие в диапазоны RE70 и RE80, можно отнести к категориям «хорошие» и «лучшие», соответственно. В целом, модели RE70 обладают хорошими показателями в отношении светового потока, световой отдачи, срока службы и имеют самую низкую стоимость среди моделей ламп Т8. В то же время моде-

Таблица 5. Цветовая температура, К Номинал. знач.

Среднее знач.

Допуск

2700

2725

± 145

3000

3045

± 175

3500

3465

± 245

4000

3985

± 275

4500

4503

± 243

5000

5028

± 283

5700

5665

± 355

6500

6530

± 510

Для наиболее распространенных мощностей светодиодных ламп T8. Более детальную информацию по методике расчета см. на сайте www.ssl.energy.gov. 11 Если для люминесцентных источников света стандартами США определено шесть номинальных величин цветовых температур, то для светодиодных — уже восемь. 10

Современная светотехника, #2 2011

применение источников света ли RE80 могут быть отнесены в категорию «лучшие», поскольку они обеспечивают более высокий световой поток и световую отдачу (см. первую часть обзора, разделы «Световой поток ламп Т8» и «Световая отдача ламп Т8»). Скажем, используя ЭПРА с низким балласт-фактором, лампы RE80 могут обеспечить скромную экономию энергии. Начальная стоимость моделей RE80 незначительно выше, чем моделей RE70, а потребляемые ими мощности отличаются несущественно. Четкое разделение моделей RE80 с улучшенными характеристиками на категории «лучшие» и «наилучшие» провести затруднительно. Некоторые из моделей

ламп RE80 с высоким световым потоком могут обеспечить несколько более высокую световую отдачу, однако многие из них вместе с тем потребляют и большую мощность. Более же высокая электрическая мощность ламп приведет к более высоким потерям энергии на подводящих проводах. Таким образом, чтобы воспользоваться имеющимися небольшими различиями в эффективности рассматриваемых ламп, необходимо уменьшать уровень освещенности или применять ЭПРА с низким балласт-фактором. Для моделей с большим сроком службы еще раз отметим неопределенность в его величине, наибольшей среди всех остальных технических характери-

стик. Поэтому существует риск, что эти лампы не будут работать так долго, как ожидалось. Это особенно важно, учитывая, что начальная стоимость таких ламп может быть довольно высока. Что же касается светодиодных ламп Т8, то, согласно исследованиям в рамках программы CALiPER Министерства энергетики США, их характеристики пока значительно отстают от аналогичных показателей люминесцентных ламп. Скажем, для обеспечения, как минимум, эквивалентного с люминесцентными лампами T8 светового потока и обеспечения возможности экономии потребляемой электроэнергии, они, прежде всего, должны иметь в 2—3 раза более высокую светоотдачу.

Улицы Рочестера осветятся светодиодами Коммунальные службы города Рочестер намереваются установить еще 400 уличных светодиодных светильников для освещения улиц. В одном из районов этого английского города несколько месяцев тому назад уже были установлены светодиодные фонари. Почти

все жители этого района довольны новым освещением, которое стало белым и более чистым по сравнению с излучением предыдущих фонарей. Коммунальные службы Рочестера намереваются заменить лампы с ртутными парами на светодиодные светильники стоимостью

около 25 долл. Работы по замене старых ламп оцениваются приблизительно в 325 долл., однако потребление новых светильников составляет 1/7 от прежних расходов электроэнергии, а срок службы — 35 лет. Источник: LEDinside

Сайт OSRAM Opto Semiconductors «заговорил» по-русски Один из крупнейших мировых производителей оптических полупроводниковых компонентов объявил о запуске русскоязычной локализованной версии своего сайта. Развивая в России свое полупроводниковое подразделение, компания OSRAM сделала информацию о своих продуктах доступной русскоязычным пользователям. Все материалы на сайте www.osram-os.com/ru удобно представлены в четырех разделах: «Новости», «Продукты», «Приложения», «Разработчику» и «Где купить?» В разделе «Новости» публикуются прессрелизы компании. Средствам массовой информации, пишущим на тему полупроводникового света, пригодится раздел «Фотобанк», где собраны изображения продуктов в высоком разрешении. Здесь так же можно подписаться на рассылку новостей с сайта. Раздел «Продукты» содержит самое большое количество информации. В нем размещены

www.lightingmedia.ru

данные по многим полупроводниковым продуктам, выпускаемых OSRAM Opto Semiconductors: разнообразные светодиоды, фототранзисторы, инфракрасные приборы, датчики внешней освещенности. Разработчики оборудования и продавцы полупроводниковых приборов могут ознакомиться с различными семействами устройств, прочитать к ним подробное описание, скачать файл с детальной технической информацией. Так же в «Продуктах» в отдельный раздел выделена информация, рассказывающая о преимуществах семейств полупроводниковых устройств OSRAM. В разделе сайта «Приложения» публикуются статьи об использовании продукции OSRAM Semiconductors в различных типах приложений. В настоящее время пользователям доступны материалы об уличном освещении светодиодным приборами и использовании подсветки для телевизионных систем промышленного оборудования и охраны.

Материал о надежности светодиодных источников света опубликован в разделе «Разработчику», а в разделе «Где купить?» даны контакты локальных партнеров OSRAM Opto Semiconductors, телефоны представительства, а так же ответы на часто задаваемые вопросы. Русский стал четвертым языком на котором поддерживается сайт Osram на ряду с английским, немецким и японским. Цель локализации ресурса — стать ближе к пользователям такого стратегически важного региона как Россия и ее ближайшие соседи. Перевод , наполнение и управление корпоративным ресурсом OSRAM Opto Semiconductors поручено медиагруппе «Электроника». В ближайшее время сайт www.osram-os.com/ru пополнится новой информацией по продуктам, регулярно будет обновляться новостной блок, появится больше материалов в других разделы сайта. Источник: ИД "Электроника"