CSP-COB'a Dayalı Ayarlanabilir LED Modülleri
Soyut: Araştırma, ışık kaynaklarının rengi ile insan sirkadiyen döngüsü arasındaki ilişkiyi göstermiştir. Yüksek kaliteli aydınlatma uygulamalarında çevresel ihtiyaçlara göre renk ayarı giderek daha önemli hale gelmiştir. Mükemmel bir ışık spektrumu, yüksek CRI ile güneş ışığına en yakın nitelikleri sergilemelidir, ancak ideal olarak İnsan duyarlılığına uygun.İnsan merkezli bir ışığın (HCL), çoklu kullanım tesisleri, sınıflar, sağlık hizmetleri gibi değişim ortamına göre tasarlanması ve ambiyans ve estetik yaratılması gerekir.Ayarlanabilir LED Modülleri, çip ölçek paketleri (CSP) ile çip üzerinde kart (COB) teknolojisinin birleştirilmesiyle geliştirilmiştir.CSP'ler, yüksek güç yoğunluğu ve renk bütünlüğü elde etmek için bir COB panosuna entegre edilirken, yeni renk ayarlanabilirliği işlevi de eklenir. Ortaya çıkan ışık kaynağı, gündüzleri parlak, daha soğuk renkli aydınlatmadan, akşamları daha kısık, daha sıcak aydınlatmaya kadar sürekli olarak ayarlanabilir. Bu belge, LED modüllerinin tasarımını, sürecini ve performansını ve bunun sıcak karartmalı LED aşağı ışık ve sarkıt ışıktaki uygulamasını ayrıntılarıyla anlatmaktadır.
Anahtar kelimeler:HCL, Sirkadiyen ritimler, Ayarlanabilir LED, Çift CCT, Sıcak Karartma, CRI
giriiş
Bildiğimiz şekliyle LED 50 yılı aşkın bir süredir varlığını sürdürüyor.Beyaz LED'lerin son zamanlardaki gelişimi, onu diğer beyaz ışık kaynaklarının yerini alarak halkın gözüne sokan şeydir. Geleneksel ışık kaynaklarıyla karşılaştırıldığında LED, yalnızca enerji tasarrufu ve uzun ömür avantajlarını sunmakla kalmaz, aynı zamanda dijitalleştirme ve renk ayarı için yeni tasarım esnekliği. Yüksek yoğunluklu beyaz ışık üreten beyaz ışık yayan diyotlar (WLED'ler) üretmenin iki temel yolu vardır. Bunlardan biri, üç ana rengi (kırmızı, yeşil ve mavi) yayan ayrı LED'ler kullanmaktır. — ve ardından beyaz ışık oluşturmak için üç rengi karıştırın. Diğeri, monokromatik mavi veya mor LED ışığını geniş spektrumlu beyaz ışığa dönüştürmek için fosfor malzemeleri kullanmaktır; tıpkı floresan ampulün çalışmasına benzer şekilde. Şunu belirtmek önemlidir: üretilen ışığın 'beyazlığının' esas olarak insan gözüne uyacak şekilde tasarlandığını ve duruma bağlı olarak onu beyaz ışık olarak düşünmek her zaman uygun olmayabilir.
Akıllı aydınlatma, günümüzde akıllı binalarda ve akıllı şehirlerde önemli bir alandır. Giderek artan sayıda üretici, yeni inşaatlarda akıllı aydınlatmaların tasarımı ve kurulumunda yer almaktadır. Sonuç olarak, farklı markalardaki ürünlerde çok büyük miktarda iletişim modeli uygulanmaktadır. ，KNx ) BACnetP', DALI ，ZigBee-ZHAZBA' ，PLC-Lonworks, vb. gibi. Tüm bu ürünlerdeki kritik sorunlardan biri, birbirleriyle birlikte çalışamamalarıdır (yani düşük uyumluluk ve genişletilebilirlik).
Değişken ışık renkleri sunma yeteneğine sahip LED armatürler, katı hal aydınlatmanın (SSL) ilk günlerinden beri mimari aydınlatma pazarında yer almaktadır. Bununla birlikte, renk ayarlı aydınlatma, devam eden bir çalışma olmaya devam etmektedir ve geliştirici tarafından belirli miktarda ev ödevi gerektirir. kurulumun başarılı olup olmayacağını belirten belirtici.LED armatürlerde üç temel renk ayarı türü kategorisi vardır: beyaz ayarı, loştan sıcaka ve tam renk ayarı. Üç kategorinin tümü Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth veya Bluetooth kullanan bir kablosuz verici tarafından kontrol edilebilir. diğer protokoller ve bina gücüyle bağlantılıdır. Bu seçenekler nedeniyle LED, insanın sirkadiyen ritimlerine uyacak şekilde renk veya CCT değiştirmeye yönelik olası çözümler sunar.
Sirkadiyen ritimler
Bitkiler ve hayvanlar, birbirini takip eden günlerde tekrarlanan yaklaşık 24 saatlik bir döngü boyunca davranışsal ve fizyolojik değişiklik kalıpları sergilerler; bunlar sirkadiyen ritimlerdir. Sirkadiyen ritimler, eksojen ve endojen ritimlerden etkilenir.
Sirkadiyen ritim, beyinde üretilen ana hormonlardan biri olan Melatonin tarafından kontrol edilir.Ve aynı zamanda uykululuğu da tetikliyor. Melanopsin reseptörleri, melatonin üretimini kapatarak uyanma sırasında mavi ışıkla sirkadiyen fazı ayarlar." Akşamları aynı mavi dalga boylarındaki ışığa maruz kalmak uykuyu etkileyecek ve sirkadiyen ritmi bozacaktır. Sirkadiyen senkronizasyonun bozulması vücudun İnsan vücudu için kritik bir onarıcı zaman olan uykunun çeşitli evrelerine tam olarak girmek. Dahası, sirkadiyen bozulmanın etkisi gündüz farkındalığın ve gece uykunun ötesine uzanır.
İnsanlardaki biyolojik ritimler genellikle uyku/uyanıklık döngüsü, çekirdek vücut sıcaklığı, melato konsantrasyonu, kortizol konsantrasyonu ve Alfa amilaz konsantrasyonu gibi çeşitli yollarla ölçülebilir. Ancak ışık, sirkadiyen ritimlerin dünyadaki yerel konumla birincil senkronize edicileridir; ışık yoğunluğu, spektrum dağılımı, zamanlaması ve süresi insanın sirkadiyen sistemini etkileyebilir. Bu aynı zamanda günlük iç saati de etkiler.Işığa maruz kalma süresi dahili saati ilerletebilir veya geciktirebilir." Sirkadiyen ritimler insanın performansını ve konforunu vb. etkileyecektir. İnsan sirkadiyen sistemi en çok 460 nm'deki ışığa (görünür spektrumun mavi bölgesi) duyarlıyken, görsel sistem en hassastır. 555nm'ye (yeşil bölge) Peki yaşam kalitesini artırmak için ayarlanabilir CCT ve yoğunluğun nasıl kullanılacağı giderek daha önemli hale geliyor.Böyle yüksek performanslı, sağlıklı aydınlatma gereksinimlerini karşılamak için entegre algılama ve kontrol sistemine sahip renk ayarlı LED'ler geliştirilebilir .
Şekil 1 Işığın 24 saatlik melatonin profili üzerinde ikili etkisi vardır; akut etki ve Faz Kaydırma etkisi.
Paket dizaynı
Geleneksel halojenin parlaklığını ayarladığınızda
lambanın rengi değişecektir.Ancak geleneksel LED, bazı geleneksel aydınlatmalardaki aynı değişimi taklit ederek parlaklığı değiştirirken renk sıcaklığını ayarlayamaz.Daha önceki günlerde birçok ampul, PCB kartı üzerinde birleştirilmiş farklı CCT LED'leri olan ledleri kullanacaktı.
Sürüş akımını değiştirerek aydınlatma rengini değiştirin.Armatür üreticisi için kolay bir iş olmayan CCT'yi kontrol etmek için karmaşık devre ışık modülü tasarımına ihtiyaç vardır. Aydınlatma tasarımı ilerledikçe, spot ışıklar ve aşağı ışıklar gibi kompakt aydınlatma armatürleri, küçük boyutlu, yüksek yoğunluklu LED modüllerini gerektirir. Hem renk ayarı hem de kompakt ışık kaynağı gereksinimlerini karşılayan ayarlanabilir renkli COB'ler piyasada görünmektedir.
Renk ayarlama türlerinin üç temel yapısı vardır; birincisi, Şekil 2'de gösterildiği gibi doğrudan PCB kartı üzerinde sıcak CCT CSP ve soğuk CCT CsP bağlanmasını kullanır. İkinci tip ayarlanabilir COB, farklı CCT fosforunun çoklu şeritleriyle doldurulmuş LES'lidir. silikonlar Şekilde gösterildiği gibi
3. Bu çalışmada, üçüncü bir yaklaşım, sıcak CCT CSP LED'lerini mavi flip-chip'lerle ve bir alt tabakaya yakından bağlanmış lehimle karıştırmaktır. Daha sonra, sıcak beyaz CSP'leri ve mavi flip-chip'leri çevrelemek için beyaz bir yansıtıcı silikon baraj dağıtılır. Şekil 4'te gösterildiği gibi çift renkli COB modülünü tamamlamak için fosfor içerikli silikon ile doldurulur.
Şekil 4 Sıcak renkli CSP ve mavi flip chip COB (Yapı 3- ShineOn geliştirme)
Yapı 3 ile karşılaştırıldığında Yapı 1'in üç dezavantajı vardır:
(a) Farklı CCT'lerdeki farklı CSP ışık kaynakları arasındaki renk karışımı, CSP ışık kaynaklarının çiplerinin neden olduğu fosfor silikonunun ayrılması nedeniyle tekdüze değildir;
(b) CSP ışık kaynağı fiziksel bir dokunuşla kolayca zarar görebilir;
(c) Her bir CSP ışık kaynağının boşluğu, COB lümeninin azalmasına neden olacak şekilde tozu yakalamak kolaydır;
Yapı2'nin dezavantajları da vardır:
(a) Üretim süreci kontrolü ve CIE kontrolünde zorluk;
(b) Farklı CCT bölümleri arasındaki renk karışımı, özellikle yakın alan deseni için tekdüze değildir.
Şekil 5, Yapı 3 (solda) ve Yapı 1'in (sağda) ışık kaynağıyla oluşturulmuş MR 16 lambalarını karşılaştırmaktadır.Resimden, Yapı 1'in yayma alanının merkezinde hafif bir gölgeye sahip olduğunu, Yapı 3'ün ışık yoğunluğu dağılımının ise daha düzgün olduğunu görebiliriz.
Uygulamalar
Yapı 3'ü kullanan yaklaşımımızda ışık rengi ve parlaklık ayarı için iki farklı devre tasarımı bulunmaktadır.Basit sürücü gereksinimi olan tek kanallı bir devrede beyaz CSP dizisi ve mavi flip-chip dizisi paralel olarak bağlanır. CSP dizisinde sabit bir direnç vardır.Direnç ile sürüş akımı CSP'ler ve mavi çipler arasında bölünerek renk ve parlaklıkta değişiklik meydana gelir. Ayrıntılı ayarlama sonuçları Tablo 1 ve Şekil 6'da gösterilmektedir. Tek kanallı devrenin renk ayarlama eğrisi Şekil 7'de gösterilmektedir.CCT sürüş akımı arttıkça artar.Biri geleneksel halojen ampulü taklit eden, diğeri ise daha doğrusal olan iki ayar davranışı gerçekleştirdik.Ayarlanabilir CCT aralığı 1800K ila 3000K arasındadır.
Tablo 1.ShineOn tek kanallı COB Model 12SA'nın sürüş akımıyla akı ve CCT değişimi
Şekil 7 Tek kanallı devre kontrollü COB(7a) ve ikisinde sürüş akımı ile kara cisim eğrisi ile birlikte CCT ayarı
Halojen lambaya göre göreceli parlaklıkla davranışları ayarlama(7b)
Diğer tasarım, CCT ayarlanabilir düzenlemesinin tek kanallı devreden daha geniş olduğu çift kanallı bir devre kullanır. CSP dizisi ve mavi flip-chip dizisi, alt tabaka üzerinde elektriksel olarak ayrıdır ve bu nedenle özel güç kaynağı gerektirir. Renk ve parlaklık, iki devreyi istenilen akım seviyesinde ve oranda sürmek.ShineOn çift kanallı COB modeli 20DA'nın Şekil 8'inde gösterilen 3000k'den 5700Kas'a kadar ayarlanabilir.Tablo 2'de sabahtan akşama gün ışığı değişimini yakından simüle edebilen ayrıntılı ayarlama sonucu listelenmiştir.Doluluk sensörü ve kontrolün kullanımını birleştirerek Bu ayarlanabilir ışık kaynağı, gündüzleri mavi ışığa maruz kalmayı artırmaya ve gece boyunca mavi ışığa maruz kalmayı azaltmaya yardımcı olarak akıllı aydınlatma işlevlerinin yanı sıra insanların refahını ve insan performansını da destekler.
Özet
Ayarlanabilir LED Modüller bir araya getirilerek geliştirildi
çip ölçek paketleri (CSP) ve çip üzerinde kart (COB) teknolojisi.Yüksek güç yoğunluğu ve renk bütünlüğü elde etmek için CSP'ler ve mavi flip çip bir COB kartına entegre edilmiştir; ticari aydınlatma gibi uygulamalarda daha geniş CCT ayarı elde etmek için çift kanallı yapı kullanılır.Tek kanallı yapı, ev ve konaklama gibi uygulamalarda halojen lambayı taklit eden kısıktan sıcaka işlevi elde etmek için kullanılır.
978-1-5386-4851-3/17/$31,00 02017 IEEE
Teşekkür
Yazarlar, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme'den sağlanan finansmanı kabul etmek isterler.
Çin Programı (No. 2016YFB0403900).Ayrıca ShineOn'daki (Pekin) meslektaşlarımızın desteği
Technology Co.'ya da minnetle teşekkür ederiz.
Referanslar
[1] Han, N., Wu, Y.-H.ve Tang, Y,"KNX Cihazı Araştırması
Veri Yolu Arayüzü Modülüne Dayalı Düğüm ve Geliştirme", 29. Çin Kontrol Konferansı (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. ve Hong, SH ,“BACnet için Yeni Bir Ağ Yönetim Sistemi Önerisi ve Referans Modeli", 8. IEEE Uluslararası Endüstriyel Bilişim Konferansı (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. ve Klau GW,“DALIX: Optimal DALI Protein Yapısı Hizalaması", Hesaplamalı Biyoloji ve Biyoinformatik üzerine IEEE/ACM İşlemleri, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. ve Steen haut, K.,
“Ev Otomasyonu ZigBee Ürünü için WiFi ile Bir Arada Varoluş”, Benelüks'te IEEE 19. İletişim ve Araç Teknolojisi Sempozyumu (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX ve Huang, YW,"LonWorks'ün Güç Hattı İletişimine Dayalı Otomatik Sayaç Okuma Sistemi", Uluslararası Teknoloji ve Yenilik Konferansı (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW ve diğerleri, "LED'lerle Gün Işığını Otomatik Ayarlama: Sağlık ve Refah için Sürdürülebilir Aydınlatma", 2013 ARCC Bahar Araştırma Konferansı Bildirileri, Mart, 2013
[7] Aydınlatma Bilimi Grubu Teknik Raporu,"Aydınlatma: Sağlık ve Üretkenliğe Giden Yol", 25 Nisan 2016.
[8] Figueiro,MG,Bullough, JD,ve diğerleri, "Geceleri sirkadiyen sistemin spektral hassasiyetinde bir değişiklik olduğuna dair ön kanıt",Journal of Circadian Rhythms 3:14.Şubat 2005.
[9]İnanıcı, M,Brennan,M, Clark, E,"Spectral Daylighting
Simülasyonlar: Sirkadiyen Işığın Hesaplanması", Uluslararası Bina Performansı Simülasyon Derneği'nin 14. Konferansı, Haydarabad, Hindistan, Aralık 2015.