ماژول های LED قابل تنظیم بر اساس CSP-COB
خلاصه: تحقیقات ارتباط بین رنگ منابع نور و چرخه شبانه روزی انسان را نشان داده است. تنظیم رنگ با نیازهای محیطی در کاربردهای روشنایی با کیفیت بالا اهمیت بیشتری پیدا کرده است. یک طیف کامل از نور باید نزدیک ترین کیفیت به نور خورشید با CRI بالا را نشان دهد، اما در حالت ایده آل است. هماهنگ با حساسیت انسانیک چراغ انسان محور (HCL) باید بر اساس تغییرات محیطی مانند امکانات چند منظوره، کلاس های درس، مراقبت های بهداشتی و ایجاد محیط و زیبایی شناسی مهندسی شود.ماژول های LED قابل تنظیم با ترکیب بسته های مقیاس تراشه (CSP) و فناوری چیپ روی برد (COB) توسعه داده شدند.CSPها بر روی یک برد COB برای دستیابی به چگالی توان بالا و یکنواختی رنگ یکپارچه شده اند، در حالی که عملکرد جدیدی را در تنظیم رنگ اضافه می کنند. منبع نور حاصل را می توان به طور مداوم از نورهای رنگی روشن و خنک در طول روز تا نورهای کم نور و گرمتر در عصر تنظیم کرد. این مقاله جزئیات طراحی، فرآیند، و عملکرد ماژول های LED و کاربرد آن در نور کم نور LED و نور آویز را نشان می دهد.
کلید واژه ها:HCL، ریتم شبانه روزی، LED قابل تنظیم، CCT دوگانه، کم نور گرم، CRI
معرفی
LED همانطور که می دانیم بیش از 50 سال است که وجود دارد.توسعه اخیر LED های سفید همان چیزی است که آن را به عنوان جایگزینی برای سایر منابع نور سفید در معرض دید عموم قرار داده است. در مقایسه با منابع نور سنتی، LED نه تنها مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی و طول عمر طولانی را ارائه می دهد، بلکه درها را نیز باز می کند. انعطاف‌پذیری طراحی جدید برای دیجیتالی کردن و تنظیم رنگ. دو راه اصلی برای تولید دیودهای ساطع نور سفید (WLED) وجود دارد که نور سفید با شدت بالا تولید می‌کنند. یکی استفاده از LEDهای مجزا که سه رنگ اصلی ساطع می‌کنند - قرمز، سبز و آبی - و سپس سه رنگ را با هم مخلوط کنید تا نور سفید ایجاد شود. دیگری استفاده از مواد فسفری برای تبدیل نور LED تک رنگ آبی یا بنفش به نور سفید با طیف وسیع است. که "سفیدی" نور تولید شده اساساً برای چشم انسان طراحی شده است و بسته به موقعیت ممکن است همیشه مناسب نباشد که آن را به عنوان نور سفید در نظر بگیریم.
امروزه روشنایی هوشمند یکی از حوزه‌های کلیدی در ساختمان‌های هوشمند و شهر هوشمند است. تعداد فزاینده‌ای از تولیدکنندگان در طراحی و نصب چراغ‌های هوشمند در ساخت‌وسازهای جدید مشارکت می‌کنند. پیامد آن این است که حجم عظیمی از الگوهای ارتباطی در برندهای مختلف محصولات پیاده‌سازی می‌شود. (مانند KNx) BACnetP'، DALI، ZigBee-ZHAZBA'، PLC-Lonworks، و غیره. یک مشکل مهم در همه این محصولات این است که آنها نمی توانند با یکدیگر کار کنند (یعنی سازگاری و توسعه پذیری کم).
لامپ های ال ای دی با قابلیت ارائه رنگ های مختلف نور از روزهای اولیه روشنایی حالت جامد (SSL) در بازار نورپردازی معماری قرار داشته اند. اگرچه، نورپردازی با قابلیت تنظیم رنگ همچنان در حال پیشرفت است و به مقدار مشخصی از تکالیف خانه نیاز دارد. مشخص می کند که آیا نصب با موفقیت انجام می شود.سه دسته اصلی از نوع تنظیم رنگ در لامپ های LED وجود دارد: تنظیم سفید، کم نور به گرم و تنظیم تمام رنگ. هر سه دسته را می توان توسط یک فرستنده بی سیم با استفاده از Zigbee، Wi-Fi، بلوتوث یا پروتکل‌های دیگر، و به سختی برای ساخت نیرو متصل شده‌اند. به دلیل این گزینه‌ها، LED راه‌حل‌های ممکن را برای تغییر رنگ یا CCT برای مطابقت با ریتم‌های شبانه‌روزی انسان ارائه می‌کند.
ریتم های شبانه روزی
گیاهان و جانوران الگوهای تغییرات رفتاری و فیزیولوژیکی را در یک چرخه تقریباً 24 ساعته نشان می‌دهند که در روزهای متوالی تکرار می‌شوند - این‌ها ریتم‌های شبانه‌روزی هستند. ریتم‌های شبانه‌روزی تحت تأثیر ریتم‌های برون‌زا و درون‌زا هستند.
ریتم شبانه روزی توسط ملاتونین که یکی از هورمون های اصلی تولید شده در مغز است، کنترل می شود.و همچنین باعث خواب آلودگی می شود. گیرنده های ملانوپسین با خاموش کردن تولید ملاتونین فاز شبانه روزی را با نور آبی تنظیم می کنند. قرار گرفتن در معرض همان طول موج های آبی نور در عصر با خواب تداخل می کند و ریتم شبانه روزی را مختل می کند. عدم همزمانی شبانه روزی از بدن جلوگیری می کند. ورود کامل به مراحل مختلف خواب، که یک زمان حیاتی برای بازسازی بدن انسان است.
در مورد ریتم‌های بیولوژیکی در انسان معمولاً می‌توان به روش‌های مختلفی اندازه‌گیری کرد، چرخه خواب/بیداری، دمای بدن، غلظت ملاتونین، غلظت کورتیزول و غلظت آلفا آمیلاز. شدت نور، توزیع طیف، زمان و مدت زمان می تواند بر سیستم شبانه روزی انسان تأثیر بگذارد. این بر ساعت داخلی روزانه نیز تأثیر می گذارد.زمان قرار گرفتن در معرض نور می تواند ساعت داخلی را افزایش دهد یا به تاخیر بیاندازد. ریتم های شبانه روزی بر عملکرد و راحتی انسان تاثیر می گذارد. تا 555 نانومتر (منطقه سبز).بنابراین نحوه استفاده از CCT قابل تنظیم و شدت برای بهبود کیفیت زندگی روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. LEDهای قابل تنظیم رنگی با سیستم حسگر و کنترل یکپارچه را می‌توان برای برآورده کردن نیازهای روشنایی سالم و عملکرد بالا توسعه داد. .
شکل 1 نور دارای اثر دوگانه بر پروفایل ملاتونین 24 ساعته، اثر حاد و اثر تغییر فاز است.
طراحی بسته
وقتی روشنایی هالوژن معمولی را تنظیم می کنید
لامپ رنگ عوض میشهبا این حال، LED معمولی قادر به تنظیم دمای رنگ در حین تغییر روشنایی نیست، همان تغییر برخی از نورهای معمولی را تقلید می کند.در روزهای قبل، بسیاری از لامپ ها از LED با LED های مختلف CCT که روی برد PCB ترکیب شده اند استفاده می کردند.
با تغییر جریان رانندگی، رنگ روشنایی را تغییر دهید.برای کنترل CCT به طراحی ماژول نور مدار پیچیده نیاز دارد، که برای تولید کننده چراغ کار آسانی نیست. همانطور که طراحی روشنایی پیشرفت می کند، وسایل روشنایی فشرده مانند چراغ های نقطه ای و چراغ های پایین، برای اندازه کوچک، ماژول های LED با چگالی بالا، به منظور نیازهای تنظیم رنگ و منبع نور فشرده را برآورده می کند، COB های رنگی قابل تنظیم در بازار ظاهر می شوند.
سه ساختار اصلی از نوع تنظیم رنگ وجود دارد، اولی، از اتصال CCT CSP گرم و CCT CsP سرد بر روی برد PCB به طور مستقیم همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است استفاده می کند. نوع دوم COB قابل تنظیم با LES پر شده با نوارهای متعدد از فسفر CCT مختلف. سیلیکون های نشان داده شده در شکل
3. در این کار، رویکرد سوم با مخلوط کردن CCT CSP LED های گرم با فلیپ تراشه های آبی و لحیم کاری نزدیک روی یک زیرلایه انجام می شود. سپس یک سد سیلیکونی بازتابنده سفید برای احاطه CSP های سفید گرم و تراشه های فلیپ آبی توزیع می شود. با سیلیکون حاوی فسفر پر شده است تا ماژول COB دو رنگ را همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است تکمیل کند.
شکل 4 CSP رنگ گرم و تراشه فلیپ آبی COB (ساختار 3- توسعه ShineOn)
در مقایسه با ساختار 3، ساختار 1 دارای سه نقطه ضعف است:
(الف) اختلاط رنگ در بین منابع مختلف نور CSP در CCT های مختلف به دلیل تفکیک سیلیکون فسفر ناشی از تراشه های منابع نور CSP یکنواخت نیست.
(ب) منبع نور CSP به راحتی با لمس فیزیکی آسیب می بیند.
(ج) شکاف هر منبع نور CSP به راحتی گرد و غبار را به دام می اندازد و باعث کاهش لومن COB می شود.
Structure2 همچنین دارای معایبی است:
(الف) مشکل در کنترل فرآیند تولید و کنترل CIE.
(ب) اختلاط رنگ در میان مقاطع مختلف CCT یکنواخت نیست، به خصوص برای الگوی میدان نزدیک.
شکل 5 لامپ های MR 16 ساخته شده با منبع نور سازه 3 (چپ) و ساختار 1 (راست) را مقایسه می کند.از تصویر، می‌توان دریافت که ساختار 1 دارای سایه روشن در مرکز ناحیه تابشی است، در حالی که توزیع شدت نوری ساختار 3 یکنواخت‌تر است.
برنامه های کاربردی
در رویکرد ما با استفاده از ساختار 3، دو طرح مدار مختلف برای تنظیم رنگ روشن و روشنایی وجود دارد.در یک مدار تک کانالی که نیاز به درایور ساده دارد، رشته CSP سفید و رشته فلیپ چیپ آبی به صورت موازی به هم متصل می شوند. یک مقاومت ثابت در رشته CSP وجود دارد.با مقاومت، جریان محرک بین CSPها و تراشه های آبی که منجر به تغییر رنگ و روشنایی می شود، تقسیم می شود. نتایج تنظیم دقیق در جدول 1 و شکل 6 نشان داده شده است. منحنی تنظیم رنگ مدارهای تک کانال در شکل 7 نشان داده شده است.CCT جریان رانندگی را افزایش می دهد.ما دو رفتار تنظیم را با یکی شبیه سازی لامپ هالوژن معمولی و دیگری تنظیم خطی تر متوجه شده ایم.محدوده CCT قابل تنظیم از 1800K تا 3000K است.
میز 1.تغییر شار و CCT با جریان رانندگی ShineOn تک کانال COB مدل 12SA
شکل 7 تنظیم CCT همراه با منحنی جسم سیاه با جریان محرک در مدار تک کاناله کنترل شده COB(7a) و دو
رفتارهای تنظیم با درخشندگی نسبی با توجه به لامپ هالوژن (7b)
طرح دیگر از یک مدار دو کاناله استفاده می کند که در آن چیدمان قابل تنظیم CCT گسترده تر از مدار تک کاناله است. حرکت دو مدار در سطح و نسبت جریان مطلوب.می توان آن را از 3000k تا 5700Kas تنظیم کرد که در شکل 8 از ShineOn مدل COB دو کاناله 20DA نشان داده شده است. جدول 2 نتیجه تنظیم دقیق را نشان می دهد که می تواند تغییر نور روز را از صبح تا عصر به دقت شبیه سازی کند. با ترکیب استفاده از سنسور اشغال و کنترل مدارها، این منبع نور قابل تنظیم به افزایش قرار گرفتن در معرض نور آبی در طول روز و کاهش قرار گرفتن در معرض نور آبی در طول شب کمک می کند، رفاه افراد و عملکرد انسانی و همچنین عملکردهای روشنایی هوشمند را ارتقا می دهد.
خلاصه
ماژول‌های LED قابل تنظیم با ترکیب ایجاد شدند
بسته های مقیاس تراشه (CSP) و فناوری تراشه روی برد (COB).CSP و تراشه فلیپ آبی روی یک برد COB برای دستیابی به چگالی توان بالا و یکنواختی رنگ یکپارچه شده اند، ساختار دو کاناله برای دستیابی به تنظیم CCT گسترده تر در کاربردهایی مانند روشنایی تجاری استفاده می شود.ساختار تک کاناله برای دستیابی به لامپ هالوژن شبیه ساز عملکرد کم نور به گرم در کاربردهایی مانند خانه و مهمان نوازی استفاده می شود.
978-1-5386-4851-3/17/31.00 دلار 02017 IEEE
تصدیق
نویسندگان مایلند از بودجه تحقیقات و توسعه کلید ملی قدردانی کنند
برنامه چین (شماره 2016YFB0403900).علاوه بر این، پشتیبانی از همکاران در ShineOn (پکن)
شرکت فناوری نیز با سپاس قدردانی می شود.
منابع
[1] Han, N., Wu, Y.-H.و تانگ، Y، "تحقیق دستگاه KNX".
گره و توسعه بر اساس ماژول رابط اتوبوس، بیست و نهمین کنفرانس کنترل چینی (CCC)، 2010، 4346 -4350.
[2] پارک، تی و هانگ، SH، "پیشنهاد جدید سیستم مدیریت شبکه برای BACnet و مدل مرجع آن"، هشتمین کنفرانس بین المللی IEEE در انفورماتیک صنعتی (INDIN)، 2010، 28-33.
[3] Wohlers I، Andonov R. و Klau GW، "DALIX: بهینه ساختار پروتئین DALI"، IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics، 10، 26-36.
[4] دومینگز، اف، توحفی، ا.، تیته، جی و استین هاوت، ک.،
"همزیستی با WiFi برای یک محصول ZigBee اتوماسیون خانگی"، نوزدهمین سمپوزیوم IEEE در زمینه ارتباطات و فناوری خودرو در بنلوکس (SCVT)، 2012، 1-6.
[5]Lin، WJ، Wu، QX و Huang، YW، "سیستم خواندن خودکار متر بر اساس ارتباطات خط برق LonWorks"، کنفرانس بین‌المللی فناوری و نوآوری (ITIC 2009)، 2009، 1-5.
[6] Ellis، EV، Gonzalez، EW، و همکاران، "تنظیم خودکار نور روز با LED: روشنایی پایدار برای سلامت و رفاه"، مجموعه مقالات کنفرانس تحقیقاتی بهار ARCC 2013، مارس، 2013
[7] کتاب سفید گروه علوم روشنایی، "نورپردازی: راه سلامت و بهره وری"، 25 آوریل 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al. "شواهد اولیه برای تغییر حساسیت طیفی سیستم شبانه روزی در شب" مجله ریتم های شبانه روزی 3:14.فوریه 2005.
[9] اینانیچی، ام، برنان، ام، کلارک، ای، نور روز طیفی
شبیه سازی ها: محاسبه نور شبانه روزی، چهاردهمین کنفرانس انجمن بین المللی شبیه سازی عملکرد ساختمان، حیدرآباد، هند، دسامبر 2015.