Módulos LED ajustáveis baseados em CSP-COB
Abstrato: A pesquisa indicou a correlação entre a cor das fontes de luz e o ciclo circadiano humano. O ajuste da cor às necessidades ambientais tornou-se cada vez mais importante em aplicações de iluminação de alta qualidade. sintonizado com a sensibilidade humana.Uma luz centrada no ser humano (HCL) precisa ser projetada de acordo com as mudanças no ambiente, como instalações multiuso, salas de aula, cuidados de saúde, e para criar ambiente e estética.Os módulos LED ajustáveis foram desenvolvidos combinando pacotes de escala de chip (CSP) e tecnologia chip on board (COB).Os CSPs são integrados em uma placa COB para obter alta densidade de potência e uniformidade de cores, ao mesmo tempo em que adicionam uma nova função de ajuste de cores. Este artigo detalha o design, o processo e o desempenho dos módulos de LED e sua aplicação em luminárias embutidas e pendentes LED com dimerização quente.
Palavras-chave:HCL, ritmos circadianos, LED ajustável, Dual CCT, escurecimento quente, CRI
Introdução
O LED como o conhecemos existe há mais de 50 anos.O recente desenvolvimento de LEDs brancos é o que os trouxe aos olhos do público como um substituto para outras fontes de luz branca. Em comparação com as fontes de luz tradicionais, o LED não apenas apresenta as vantagens de economia de energia e longa vida útil, mas também abre a porta para nova flexibilidade de design para digitalização e ajuste de cores. Existem duas maneiras principais de produzir diodos emissores de luz branca (WLEDs) que geram luz branca de alta intensidade. -e, em seguida, misture três cores para formar luz branca. A outra é usar materiais de fósforo para converter luz LED monocromática azul ou violeta em luz branca de amplo espectro, da mesma forma que uma lâmpada fluorescente funciona. que a 'brancura' da luz produzida é essencialmente projetada para se adequar ao olho humano e, dependendo da situação, pode nem sempre ser apropriado pensar nela como luz branca.
A iluminação inteligente é uma área chave no edifício inteligente e na cidade inteligente hoje em dia. Um número crescente de fabricantes participa na concepção e instalação de iluminação inteligente em novas construções. , como KNx) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks, etc. Um problema crítico em todos esses produtos é que eles não podem interoperar entre si (ou seja, baixa compatibilidade e extensibilidade).
As luminárias LED com a capacidade de fornecer cores de luz variadas estão no mercado de iluminação arquitetônica desde os primórdios da iluminação de estado sólido (SSL). Embora a iluminação com ajuste de cor continue sendo um trabalho em andamento e exija uma certa quantidade de trabalho de casa por parte do especificador se a instalação for bem-sucedida.Existem três categorias básicas de tipos de ajuste de cores em luminárias LED: ajuste de branco, ajuste escuro para quente e ajuste de cores. Todas as três categorias podem ser controladas por um transmissor sem fio usando Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth ou outros protocolos e são conectados à energia do edifício. Por causa dessas opções, o LED fornece soluções possíveis para mudar de cor ou CCT para atender aos ritmos circadianos humanos.
Ritmos Circadianos
Plantas e animais exibem padrões de mudanças comportamentais e fisiológicas ao longo de um ciclo de aproximadamente 24 horas que se repetem em dias sucessivos - estes são ritmos circadianos. Os ritmos circadianos são influenciados por ritmos exógenos e endógenos.
O ritmo circadiano é controlado pela melatonina, um dos principais hormônios produzidos no cérebro.E também induz sonolência. Os receptores de melanopsina definem a fase circadiana com luz azul ao acordar, interrompendo a produção de melatonina. A exposição aos mesmos comprimentos de onda azuis de luz à noite interferirá no sono e interromperá o ritmo circadiano. entrar plenamente nas várias fases do sono, que é um momento restaurador crítico para o corpo humano. Além disso, o impacto da interrupção circadiana se estende além da atenção plena durante o dia e do sono à noite.
Os ritmos biológicos em humanos podem ser medidos de várias maneiras, geralmente, ciclo sono/vigília, temperatura corporal central, concentração de melatonina, concentração de cortisol e concentração de alfa amilase8. Mas a luz é o principal sincronizador dos ritmos circadianos para a posição local na Terra, porque o a intensidade da luz, a distribuição do espectro, o tempo e a duração podem influenciar o sistema circadiano humano. Isso também afeta o relógio interno diário.O tempo de exposição à luz pode adiantar ou atrasar o relógio interno ". Os ritmos circadianos influenciarão o desempenho e o conforto do ser humano, etc. O sistema circadiano humano é mais sensível à luz em 460 nm (região azul do espectro visível), enquanto o sistema visual é mais sensível para 555nm (região verde).Então, como usar o CCT ajustável e a intensidade para melhorar a qualidade de vida está se tornando cada vez mais importante.LEDs ajustáveis em cores com sistema integrado de detecção e controle podem ser desenvolvidos para atender a esses requisitos de iluminação saudável e de alto desempenho .
Fig.1 A luz tem um efeito duplo no perfil de melatonina de 24 horas, efeito agudo e efeito de mudança de fase.
Design de pacote
Quando você ajusta o brilho do halogênio convencional
lâmpada, a cor será alterada.No entanto, o LED convencional não é capaz de ajustar a temperatura da cor enquanto altera o brilho, emulando a mesma alteração de alguma iluminação convencional.Antigamente, muitas lâmpadas usavam LEDs com diferentes LEDs CCT combinados na placa PCB para
mude a cor da iluminação alterando a corrente de condução.Ele precisa de um design de módulo de luz de circuito complexo para controlar o CCT, o que não é uma tarefa fácil para o fabricante de luminárias. À medida que o design de iluminação avança, o dispositivo de iluminação compacto, como holofotes e luzes embutidas, exige módulos LED de tamanho pequeno e alta densidade, para satisfazendo os requisitos de ajuste de cores e fonte de luz compacta, COBs de cores ajustáveis aparecem no mercado.
Existem três estruturas básicas de tipos de ajuste de cores, a primeira, usa o CCT CSP quente e a ligação CCT CsP fria na placa PCB diretamente, conforme ilustrado na Figura 2. O segundo tipo COB ajustável com LES preenchido com múltiplas faixas de fósforo CCT diferente siliconescomo mostrado na figura
3. Neste trabalho, uma terceira abordagem é a mistura de LEDs CCT CSP quentes com flip-chips azuis e solda estreitamente fixada em um substrato. , ele é preenchido com silicone contendo fósforo para completar o módulo COB de duas cores, conforme mostrado na Fig.4.
Fig.4 CSP de cor quente e COB de chip azul (Estrutura 3 - Desenvolvimento ShineOn)
Comparando com a Estrutura 3, a Estrutura 1 tem três desvantagens:
(a) A mistura de cores entre as diferentes fontes de luz CSP em diferentes CCTs não é uniforme devido à segregação do silicone fosforoso causada pelos chips das fontes de luz CSP;
(b) A fonte de luz CSP é facilmente danificada com um toque físico;
(c) A lacuna de cada fonte de luz CSP é fácil de reter a poeira e causar redução do lúmen do COB;
Structure2 também tem suas desvantagens:
(a) Dificuldade no controle do processo de fabricação e controle do CIE;
(b) A mistura de cores entre as diferentes seções CCT não é uniforme, especialmente para o padrão de campo próximo.
A Figura 5 compara lâmpadas MR 16 construídas com fonte de luz de Estrutura 3 (esquerda) e Estrutura 1 (direita).Pela imagem, podemos constatar que a Estrutura 1 possui uma tonalidade clara no centro da área emissora, enquanto a distribuição da intensidade luminosa da Estrutura 3 é mais uniforme.
Formulários
Em nossa abordagem usando a Estrutura 3, existem dois projetos de circuito diferentes para ajuste de cor e brilho da luz.Em um circuito de canal único que possui um requisito de driver simples, a string CSP branca e a string flip-chip azul são conectadas em paralelo. Há um resistor fixo na string CSP.Com o resistor, a corrente de acionamento é dividida entre CSPs e chips azuis, resultando na mudança de cor e brilho. Os resultados detalhados do ajuste são mostrados na Tabela 1 e na Figura 6. A curva de ajuste de cores do circuito de canal único é mostrada na Figura 7.O CCT aumenta conforme a corrente motriz.Realizamos dois comportamentos de sintonia com um emulando lâmpada halógena convencional e o outro com sintonia mais linear.A faixa CCT ajustável é de 1800K a 3000K.
Tabela 1.Mudança de fluxo e CCT com corrente de acionamento do COB de canal único ShineOn Modelo 12SA
Fig.7Sintonia CCT junto com curva de corpo negro com corrente de acionamento no COB controlado por circuito de canal único (7a) e os dois
comportamentos de ajuste com luminância relativa em referência à lâmpada halógena (7b)
O outro projeto usa um circuito de canal duplo onde o arranjo ajustável CCT é mais amplo do que o circuito de canal único. A cadeia CSP e a cadeia flip-chip azul são eletricamente separadas no substrato e, portanto, requerem fonte de alimentação especial. conduzindo os dois circuitos no nível e proporção de corrente desejados.Ele pode ser ajustado de 3000k a 5700K conforme mostrado na Figura 8 do modelo 20DA COB de canal duplo ShineOn. A Tabela 2 listou o resultado de ajuste detalhado que pode simular de perto a mudança da luz do dia de manhã para a noite. circuitos, esta fonte de luz ajustável ajuda a aumentar a exposição à luz azul durante o dia e reduzir a exposição à luz azul durante a noite, promovendo o bem-estar e o desempenho humano das pessoas, bem como funções de iluminação inteligentes.
Resumo
Módulos LED ajustáveis foram desenvolvidos combinando
pacotes em escala de chip (CSP) e tecnologia chip on board (COB).CSPs e blue flip chip são integrados em uma placa COB para obter alta densidade de potência e uniformidade de cores. A estrutura de canal duplo é usada para obter um ajuste CCT mais amplo em aplicações como iluminação comercial.A estrutura de canal único é usada para obter a função dim-to-warm emulando a lâmpada halógena em aplicações como residência e hospitalidade.
978-1-5386-4851-3/17/$31,00 02017 IEEE
Reconhecimento
Os autores gostariam de agradecer o financiamento do The National Key Research and Development
Programa da China (nº 2016YFB0403900).Além disso, o apoio dos colegas da ShineOn (Pequim)
Technology Co, também é reconhecida com gratidão.
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