Katı hal aydınlatma ve yüksek parlaklıkta LED'ler, dünyayı tam olarak gördüğümüz gibi değiştiriyor. LED aydınlatmanın çevresel faydaları iki katlıdır. Birincisi, teknolojinin kendisi fotonları üretmenin yüksek enerji verimli bir yoludur, bu da tungsten filaman, akkor ve hatta kompakt fluoresan lambalara karşı ölçüldüğünde işletme maliyetleri açısından çekici hale getirir. Yalnız bu, geleneksel aydınlatmanın katı hal alternatifleriyle değiştirilmesi anlamına geliyor.

İkincisi, yüksek voltajlı AC hattının aksine, düşük voltajlı DC beslemeden çalışan bir teknolojiye geçiş, yalnızca ek verimlilik açısından değil, aynı zamanda aydınlatma yönteminde de ilave olanaklar yaratır.

Bu basit 'battaniye' aydınlatmasının ötesine geçer. Zonlama, sahne veya ortam aydınlatması konseptlerini ve çevreye ve yolcuların ihtiyaçlarına daha duyarlı olabilecek bağlantılı aydınlatmayı tanıtır.

Ekonomik fonksiyon

LED aydınlatmanın etkinliği çok iyi gözüküyor ve devam eden eğilimini öngören bir “yasa” bile var: Haltz Yasası. Bu, LED aydınlatmanın ürettiği lümen başına maliyetin her 10 yılda bir 10 kat azaldığını belirtir.

Bu, LED'lerin 2020 yılına kadar 200 lm / W üretebileceğini kesin olarak tahmin ediyor - ve endüstri bunu başarmak için yolda ilerliyor.

Bununla birlikte, yüksek parlaklıktaki LED'lerin bile, fotonlar olarak diyot bağlantısına sağlanan enerjinin sadece yaklaşık yarısını kullanmaları ve geri kalanların daha sonra dağıtılması gereken bir yan ürün olarak ısı üretmesi dikkat çekicidir. Bu çok önemlidir çünkü bağlantı sıcaklığı yaklaşık 150º'yi geçmemelidir ve bunu korumak, LED teknolojisine dayanan ışık fikstürlerinin önemli bir parçasıdır.

Doğrudan git

Alternatif bir akım tarafından çalıştırıldığında, her yarım devrede tamamen açılıp tamamen kapatıldığında, bir LED ışığı sabit bir akımla beslendiğinde en iyi şekilde çalışan bir AC gücü ile çalışan ışık fikstürünün aksine. Bu parametreyi ayarlayarak ışığın parlaklığını ve rengini değiştirmek mümkündür, ancak hassas kontrol gerektirir ve genel olarak konvansiyonel aydınlatma biçimlerini sürmekten daha talepkardır.

Günümüzde çoğu ışık armatürü, bir LED tarafından gereken düşük voltajlı, düşük akım DC kaynağının aksine bir AC kaynağından hala çalıştırılmaktadır. Bu, geleneksel bir ampulün bir LED ile değiştirilmesi için bir tür dönüşümün gerekli olduğu anlamına gelir.

Geleneksel bir armatürde kullanılması amaçlanan birçok LED ampulde, dönüştürme ampulde gerçekleşir. Bu durum, bir AC kaynağına bağlıyken bir LED veya LED dizisine sabit bir DC kaynağı sağlamak için gereken tüm fonksiyonları entegre eden küçük, düşük maliyetli ürünler için bir talep yarattı.

LED'ler sadece ileriye doğru yönlendirildiklerinden, besleme voltajının pozitif kalması gerektiğinden ve bir tam dalgalı köprü redresörünü bir LED sürücüsüne entegre etmek zor olsa da, bir şönt regülatörünü dahil etmek mümkündür.

Bu, analog veya dijital (PWM) ve faz kesimi de dahil olmak üzere birçok şekilde karartma uygulayabilen yüksek güçlü bir LED sürücüsü olan On Semiconductor'dan gelen FL77944 LED direk AC sürücüsü ile durumdur.

Basitleştirilmiş bir blok şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Her biri kendi sabit akımının 150mA'ya kadar düştüğü LED dizilerine ayrılmış dört pime sahiptir. LED dizilerinden üçü 500V'a kadar bir voltajı kabul edebilir, dördüncü ise 200V'a kadar bir voltajı kabul edebilir.

şekil 2 Cihazın, 90Vac ve 305Vac arasında geniş bir giriş voltaj aralığına sahip olmasına rağmen, herhangi bir bölgeye uygun olmasına rağmen, 120Vac'den çalışan tipik bir uygulamayı gösterir.

On Semi sürücüsü, köprü redresörü dahil değil, iki harici bileşen kadar azıyla çalışabilir. Cihaz akıllıca arıtılmış kaynağı düzenleme ihtiyacını ortadan kaldırır.

Figür 3 doğrultulmuş hat voltajı yükseldikçe, mevcut lavabo pimlerinin her birine eklenmiş bir LED dizisinin ileri voltaj seviyesine ulaştığını gösterir. Akım, tüm LED dizilerinden akım akana kadar sırayla her bir LED dizisinden çekilir. Her dizge tarafından çekilen akım dengelidir; herhangi bir zamanda hangi dizinin önyargılı olduğuna bağlı olarak artar veya azalır. Bu, sorunsuz çalışmayı sağlar ve daha iyi bir güç faktörüne ve daha düşük toplam EMI'ye yol açan frekans harmoniklerini azaltır.

Yarı iletken üzerinde, FL77944'ün tipik bir güç faktörü 0.98 ve toplam% 20'den daha az bir harmonik bozulma elde edebileceği iddia edilmektedir. Bir karartma girişi, LED'ler boyunca akan RMS akımının karartma girişi üzerindeki voltaj seviyesi ile doğrusal olarak değişeceği analog veya PWM karartmayı destekler.

Cihaz ayrıca, AC dalga şeklinin, ön / arka kenarda ya da yarım devrenin arka kısmında / düşen kenarında, faz sırasında kesildiği ön ve arka kenar triyak karartması ile de uyumludur. Bu, bir yüke giden gücü ayarlamak için AC olarak bir biçim olduğundan, tüm LED sürücüleri triyak-dimed bir AC kaynağından çalışamaz ve tersine, tüm triyak dimmerler LED sürücüsü ile çalışmayacaktır, çünkü mevcut değildir. konvansiyonel bir ışık fikstürüyle aynı yük profili.

Bağlı aydınlatma

Önde gelen ve arkadan gelen kenar karartması esasen eski bir teknolojidir ve otomatikleştirmek için basit bir yöntem değildir, PWM karartma doğal olarak dijitaldir ve tamamen elektronik yollarla kontrol edilmesi teorik olarak daha kolaydır. Bu, IoT'nin bir parçasını oluşturmak için uzaktan izlenebilir ve kontrol edilebilen bağlı ve akıllı aydınlatma sistemlerine doğru kaymayı destekler.

Kablosuz iletişim, akıllı aydınlatmanın temel bir parçasıdır ve geleneksel aydınlatma sistemlerine göre açıkça önemli bir avantaj olmasına rağmen, yalnızca müşteri odaklı bir özellik değildir.

Bağlı bir sistem akıllı hale gelir çünkü tek bir tasarımın, sahada bir mühendis sağlamaya gerek kalmadan çok çeşitli kurulum senaryoları için uyarlanmasına izin verir. Bakım yükünün kaldırılması veya azaltılması, genel olarak IoT'nin temel faydasıdır ve özellikle her kurulumun karşılaşabileceği olası farklılıklar nedeniyle akıllı aydınlatma için geçerlidir. Bu varyasyonlar için tasarım yapabilmek veya hava güncellemelerini kullanarak onlara hitap edebilmek, LED merkezli bir aydınlatma ortamının temel bir parçasıdır.

Bunun pratikte nasıl elde edileceğine dair bir örnek, ZigBee ve Thread için EFR32MG Mighty Gecko örgü ağ kablosuz SoC'sine dayanan SUNG Lab'den bağlı aydınlatma kiti tarafından sağlanmaktadır.

Kit, kutunun dışında çalışacak ve bir ZigBee ağına katılmaya hazır olarak yapılandırıldı. Silicon Labs'ın USB sanal ağ geçidi gibi ZigBee Ev Otomasyonu 1.2 uyumlu bir geçit gerektirir. Ürün yazılımı, Silicon Labs web sitesinde kayıtlı geliştiricilere sunulan Ember ZNet Pro yığınına dayanmaktadır.

Kit bir ağa katıldıktan sonra ağ geçidi, kitin özelliklerine kablosuz erişim sağlayacaktır. Bu, LED'lerin yoğunluğunu, rengini ve renk ‑ sıcaklığını ayarlamayı içerir. Bu bir değerlendirme kiti olduğu için, diğer özelliklerin de araştırılmasına izin verir ve harici bir LED sürücüsünü kontrol etmek için kullanılabilecek bir PWM test noktası içerir.

Ürün yazılımı, kodu yeniden derlemeye gerek kalmadan üretim sürecinde bazı değişikliklerin yapılmasını sağlayan bir yapılandırma kümesi sunucusu eklentisi içerir. Bu, bazı LED sürücüler için gerekli olabilecek PWM frekansında ayarlamalar yapmak veya cihazın bölgesel kısıtlamalara göre iletim gücünü değiştirmek dahil olmak üzere.

Bu özelliklerin ürün yazılımındaki değişiklikleri zorlamadan değiştirebilme özelliği, aynı ikili görüntünün birden çok ürün varyantında kullanılmasına olanak tanır.

Ayarlamaları yapmak için kullanılan komutlar, herhangi bir Ev Otomasyonu 1.2 uyumlu ağ geçidi tarafından verilebilir, ancak gerekli olması halinde, sonraki güncellemelerin kabul edilmesini önlemek için ayrılmış bir komut da vardır. PWM çıkışını yapılandırmak için kullanılan komutlar, üreticilerin gereksinimlerine özel bir LED sürücüsü ile birlikte kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

SoC'lerin Mighty Gecko, ZigBee ve Thread ailesi bu tür uygulamalar için özel olarak geliştirilmiştir. Görüldüğü gibi Şekil 4, parçanın ana fonksiyonel blokları Cortex-M4 ve radyo alıcı-vericidir, fakat aynı zamanda bir dizi çevre birimi içerir ve analog kanallara ayrılmış 31 pine kadar desteği destekler, bu da çip üzerinde analoga yönlendirilebilir Karşılaştırıcı, ADC ve bir akım çıkışı DAC.

Alıcı-verici 2,4 GHz'de çalışacak şekilde tasarlandığından, cihaz Bluetooth Smart, Zigbee ve Thread gibi özel protokolleri ve özel protokolleri destekleyebilir.

EFR32MG aynı zamanda, çeşitli periferiklerin, ana CPU'yu uyku modundan çıkarmadan, tetikleyicilere dayanarak bilgi alma ve alma yoluyla bağımsız olarak çalışmasını sağlayan Silikon Labs periferik refleks sistemine (PRS) sahiptir.

Bu, pil gücüyle çalışan uygulamalarda sistem güç gereksinimlerini önemli ölçüde düşürebilir. LED aydınlatmanın düşük güç doğasıyla birleştiğinde, bu, kırsal bölgeler gibi bir AC kaynağının bulunmadığı yerlerde bulunabilecek bataryayla çalışan aydınlatma için olanaklar yaratır. Ayrıca, sürekli RF trafiğinin istenmeyen “gürültü” oluşturabileceği alanlarda kablosuz iletişimi sınırlamak için de kullanılabilir.

Tüm gereksinimleri karşılamak

EFR32MG akıllı aydınlatma çözümünün kalbi olacak şekilde tasarlanmıştır ve LED ışıklarının bir ağ geçidi üzerinden uzaktan kontrol edilmesini ve uzaktan kontrol edilmesini sağlar.

Bu, ışıkların ev sahibi veya işletme müdürü tarafından kablosuz olarak kontrol edilebileceği anlamına gelir ve diğer bir hizmet sağlayıcısına da verilebilir, böylece farklı zaman dilimlerinde birçok binaları yönetmek için dünyanın herhangi bir yerinde bir kontrol merkezi yaratılabilir. veya kıtalar. Bunun yansımaları, herhangi bir boyuttaki ışığın bağlanması ve merkezi olarak kontrol edilebilmesidir. Bu, geniş bir LED sürücüsü için talep yaratır, bunların hepsi yüksek güçlü LED'leri sürdürebilmelidir.

İlgili bir örnek, Diyotlardan AL5802 olacaktır. Bu cihaz, özellikle düşük akım LED'lerini 20mA ile 100mA arası bir akımda mümkün olan en az harici bileşenle sürmek için geliştirilmiştir. Şekil 5, tipik bir uygulama örneğini göstermektedir. Transistör Q1, harici direnç boyunca gerilimi algılayarak LED yükünden akan akımı algılamak için kullanılır. Q1'in temel yayıcı voltajı daha sonra Q2'nin temel akımını kontrol etmek için kullanılır. Lineer modda çalışan Q2, LED (ler) içinden akan akımı düzenler.

Gerekirse daha yüksek LED akımı elde etmek için birden fazla cihaz paralel olarak kullanılabilir (Şekil 6) ve AL5802 ayrıca PWM ‑ tabanlı karartmayı da destekler (Şekil 7).

Sistem seviyesi çözüm

LED aydınlatmanın, geleneksel aydınlatmayı en az 2022'ye kadar değiştirmeye devam etmesi beklenirken, geleneksel "geleneksel" terimi, günümüz teknolojilerinden ziyade LED aydınlatmaya başvurmak için kullanılabilir.

Birçok yarı iletken üretici, bu kategoriye genellikle sürücüler kategorisine giren bir dizi ürün geliştirerek karşılık vermektedir. AC sarf malzemeleri kademeli olarak birleştirildiği ve potansiyel olarak DC düşük voltaj sağlayan çıkış ağları ve kablolama şebekeleriyle değiştirildiği için, ürün karması değişebilir, ancak talebin dağılması mümkün değildir.

Katı hal niteliği geleneksel aydınlatmadan çok daha fazla potansiyel sunar, hatta tek bir substrat veya multichip modülü üzerindeki emitörlerle birlikte istihbaratı entegre etme fırsatı da sunar. Bu paradigma hala bir süre kapalı olsa da, temel teknolojiye yapılan yatırımlar fiyat erozyonunu sürdürecek ve etkinliği artırmaya devam edecektir. Bu trendler LED aydınlatma için çok parlak bir geleceğe işaret ediyor.

Şekil 8'in Tüm bu teknolojileri bir araya getirmenin, az sayıda bileşen kullanılarak gerçekleştirilebildiğini ve yerel veya uzaktan kontrol edilebilen bağlı bir aydınlatma sistemini hızlı bir şekilde oluşturmak için LED'leri mevcut donanımlara kolayca uyarlama potansiyeli yarattığını göstermektedir.

Halka açık yerlerde bağlantılı aydınlatma da daha geniş bir potansiyele sahiptir ve akıllı telefonlar üzerinde akıllı telefonların örnekleri vardır. Bunlar, akıllı telefonlarda uygun uygulamayı çalıştıran yakın çevredeki tüketicilere yayın yapmak için Bluetooth işaretleri olarak görev yapmak üzere bağlı LED sokak lambalarıdır. Bu, herkese hitap etmese de, aynı ilke, bir fabrikada, örneğin, önemli servis mesajlarını yayınlamak için toplam kablosuz kapsama alanı sağlamak için kullanılabilir. Bağlantı herhangi bir uygulamada başlangıç ​​değerini belirlediğinde, üzerine inşa etmek nispeten kolaydır.

İnternet terimlerinde buna “üst düzey hizmetler” denir ve akıllı aydınlatma ile geliştirilmelerini beklemek tamamen mantıklıdır.

Yazar hakkında

Rich Miron, bileşenler distribütörü Digi-Key'de bir uygulama mühendisidir