Powerled
Wikipedia
 |
Den här artikeln eller det här avsnittet behöver språkvård. |
| Du kan hjälpa Wikipedia genom att förbättra texten. Se även Kategori:Språkvård för fler artiklar som behöver uppmärksamhet. |
Power-LED är en typ av lysdiod (Light Emitting Diode) som är väldigt ljusintensiv i förhållande till sin förbrukade effekt. Detta kan leda till att Power-LED i framtiden kommer att ersätta de traditionella ljuskällorna (halogen- och glödlampor). De första kommersiella varianterna förväntas avge 100 lm per watt vilket teoretiskt kan att innebära att en 40 watts glödlampa kan ersättas av en 3 watts diod.
År 2007 förutspås att mer än 50% av alla nya typer av ljuskällor som levereras vara av typen LED. Anledningen till detta är framförallt intressanta faktorer så som lägre effektförbrukning än andra ljuskällor och den mindre storleken. På en yta om 1,5 mm emitteras lika stor ljuseffekt som en kraftfull glödlampa. Ljuset som flödar ut från en lysdiod innehåller ingen värme. Lysdioderna innehåller inte bly, kvicksilver eller andra miljöpåverkande ämnen som strider mot RoHS-direktiven.
Innehåll |
[redigera] Övergripande PowerLED
Denna typ av lysdioder emitterar mycket ljus med hjälp av högeffektschip om 350mA eller 700mA. Ljuset som kommer ut ur lysdioden innehåller ingen värme men däremot så finns en direktinkopplad värmeavledare på baksidan av lysdioden där värmen som bildas i dioden leds undan för att möjliggöra att ljuset intensifieras ytterligare. Ett exempel för att förtydliga detta är att vid -20 grader så emitterar dioden 20% mer ljus än vid +20 grader C (AlInGaP). Lysdioder i allmänhet är känsliga för värme delvis också beroende på dopning och strukturuppbyggnad på chippet, i de kraftfulla PowerLED som utvecklar mycket värme måste detta hanteras noggrant.
Genom att ha kontroll på lysdiodens värmeutveckling har man också kontroll på dess degradering och livslängd. För att lysdioden skall lysa jämnt och fint behöver konstruktionen göras sådan att att temperaturfördelningen hålls under kontroll (Heat Management). Ljusdegraderingen kan fastställas i förväg genom att beräkna temperaturförändringen och åldringen av ljusdioden.
[redigera] Historia
Omkring 1999 introducerades kommersiella lysdioder som hade förmågan att använda 1 watt sammanhängande inmatningseffekt. Dessa lysdioder använde mycket större halvledarsocklar för att hantera den större effekten. Halvledaresocklarna monterades även till metallklumpar för att avleda värmen från sockeln. År 2002 introducerades 5-watts lysdioder med effektiviteten på 18-22 lumen per watt. Den hade dock en hel del värmeproblem så den drogs tillbaka helt av tillverkaren. Man räknar med att år 2005 kommer 10 watts lysdioder bli tillgängliga med effektiviteten 60-100 lumen per watt. Dessa enheter kommer att producera mer ljus än en 60-watts glödlampa och kommer att främja användningen av lysdioder för vanliga belysningsbehov. I slutet av 2004 var det mest extrema mellan 60-70 lumen per Watt.
Ett nytt patent har lämnats in på växelströmslysdioder som ska börja produceras av en koreansk tillverkare.
[redigera] Karakteristik
[redigera] Styrka
Power-LED har karakteristiken ljusstark. Den ger ett koncentrerat ljus på mer än 200 lumen beroende på färg och variant samt tillförlitlighet i mer än 70-200 000 timmar beroende version. Färgåtergivningen ligger på 65-96 Ra. Ljusutbytet styrs till stor del av hur högt Ra värde som behövs precis som verkliga data på ett lysrör.
Styrkan ger den också dess nackdel då det krävs aluminium eller koppar substratkretskort för att kyla dom. Trots effekten på 35 Watt så kan kretskortet leverera iväg överskottsvärmen som bildas ur powerled'en. Denna typ av applikation har sitt ursprung in den Europeiska flygindustrin och samma typ av lösningar börjar användas inom fordonsindustrin. År 2007 tar fordonsindustrin beslut huruvida lysdioder ska få användas som huvudstrålkastare då beräknas denna typ av konstruktion ha nått upp till behovet runt 3000lm. Storleken kommer ha krympt ner till 25 mm i diameter och kan då enklare appliceras var behovet av ljus finns.
[redigera] Färg
Standardfärgerna som används är gul, grön, röd, orange (amber), blå, cyan och vit. Den vita versionen finns i varmvit (2650 K) till kallvit (10 000 K). Vilken typ som ska användas är givetvis beroende av användningsområde. Ska man sätta samman flera stycken i en enhet så kan det vara en fördel om en röd används på var 6-7 st då de vita har väldigt lite rött i sina dioder. Varmvita innehåller mer rött ljus än kallvita och varmvita har bättre RA värde (färgåtergivning) än kallvita.
Vad det gäller RA (färgåtergivning) så finns det vita lysdioder på RA30 upp till RA96 men det vanligaste är att vita mellan 5-10 000K håller ca RA70 och mellan 2500-4500 håller de RA80. Det finns dock undantag men då minskar verkningsgraden men upp till RA95 finns kommersiellt.
[redigera] RGB PowerLED
Den finns även som RGB-variant för tillämpningar med fullfärg. Den används bland annat i miljöer där enheter lyses upp och speciell känsla eller dynamik ska skapas. RGB står som tidigar nämnts för Röd, Grön och Blå, tre primärfärger. De kan kombineras till nästintill vilken synlig färg som helst.
RGB-lysdioder är överlägsna CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp = Kall Katods Lampor) lösningar i till exempel TV apparater, då man kan överstyra färgerna i en bild.
[redigera] Energiförbrukning
De bästa lysdioderna har idag ett ljusutbyte om ca 20% av inmatad effekt resterande effekt blir tyvärr värme men i jämförelse med glödlampans 95-96% värme så står den sig väl i energisynpunkt.
I jämförelse med lysrör och halogen ljus kan vi se följande. Det som lysröret har som fördel är att de kan bära en mycket större energimängd ur samma ljusenhet jämfört med en lysdiod. En lysdiod kan däremot hantera ljuset bättre med hjälp av linser eller liknande jämfört med lysrör.
Lysrör har mellan 70och 120 lm i ljusutbyte per W och en lysdiod har mellan 40 och 135 lm i ljusutbyte per W.
Energiförbrukning som jämförelse är också intressant för den enda ljuskällan utan tilläggskomponenter som slukar energi är glödlampan. Att hitta energiförbrukning på de extra HF donen eller transformatorerna är en näst intill omöjlighet hos de stora tillverkarna av lysdioder och halogen tillverkarna.
[redigera] Lysdiod vs. Lysrör:
Lysdiodens 100lm/W degraderas med 10-20% av elektronikstyrningen och sedan används linser för bästa verkningsgrad som också degraderar ljusflödet med ytterligare 10%. Detta ger en verklig verkningsgrad på 72-81 lm/W. Jämför vi med de bästa varmvita (3000K) som har 70 lm/W ger det ett verkligt ljusutbyte om 50-56lm/W.
Lysrörets 100lm/W degraderas också med 10-20% av HF don och liknande sedan använder de reflektorer till att rikta ljuset vilka har en verkningsgrad på 50-70%. Till detta kommer att många tillverkare/ljuskonsulter sätter raster och "mjuklysande" filter framför som har en verkningsgrad på 30%. Detta ger en verklig verkningsgrad på 24-63lm/W.
Temperaturjämförelse, här vet vi att lysdiodens verkningsgrad på vitt ljus ligger stabilt upp till ca 90°C för att sedan degradera. Vid 90° har lysdioden tappat ca 5% verkningsgrad medan lysröret teoretiskt har höjt sin verkningsgrad däremot i kylutrymmen har vi omvänt förhållande. Lysrören nästan halverat sitt ljusutbyte vid 4-8°C och lysdiodens verkningsgrad har ökat med 2-4% vilket gör att en normal butik eller bensinstation kan spara åtskilliga kilowattimmar på att byta till lysdiodsteknik i sina kyldiskar, läskautomater och utomhus ljussättning.
[redigera] Livslängd
Livslängden är en jämförelse som haltar då belysningsindustrins sätt att mäta livslängden i form av medellivslängd, vilket är samma sak som att 50% av lysrören eller halogen- och glödlamporna har slocknat. Lysdioderna fungerar under dess hela livslängd och de flesta lysdioderna kommer att fungera långt över 200 000 timmar dock med reducerat ljusflöde. En normal livslängd är beroende på flera olika faktorer tillsammans men rent generellt är förpackningen (utformningen av det som håller chippet på plats) och dess termiska resistans som är de två viktigaste faktorerna. Det är en ganska enkel kontroll att göra då alla tillverkare har livslängsberäkningar och termiskresistans i sina datablad.
[redigera] Montering
Vid montering av ljusintensiva Power-LEDs måste lysdiodens värmeavledning beaktas mycket noga. Att transportera bort stora mängder av värme är ett reellt problem i lysdiodsarrayer och dess utformning måste alltid optimeras. Det blir kritiskt med att ingående effekt ökar i lysdioderna vilket innebär att mer värme alstras i lysdioden. Ju snabbare värmen kan transporteras undan från lysdioden, desto mer ljus kan lysdioden alstra utan komplikationer. Mönsterkorten och värmepadden ska monteras och sammanfogas genom lödning i den normala processen med pick & place utrustning (omsmältningslödning).
[redigera] Värmeavledning
De kommersiellt mest effektiva materialen för värmeavledning av elektronik är koppar och aluminium. Lysdioderna kan monteras på aluminiumsubstratmönsterkort med kopparlegering för att möjliggöra en direkt inlödning av värmepaden (heat sink slug) på lysdioden. Med detta monteringssätt leds värmen ned i mönsterkortet för att sedan kunna överföras till bakomliggande kylstruktur. På detta sätt kommer också lysdioden lysa starkare då ljusintensiteten reagerar negativt på värme, desto kallar lysdiod ju mer ljus!
