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Reemplazo de fuentes de luz convencionales por LED
- Jun 08, 2013 -


La última tecnología LED abre amplias áreas para nuevas aplicaciones, nuevas posibilidades técnicas y costos reducidos. Las principales ventajas de las fuentes de luz LED de vanguardia son:

  • El tiempo de vida de un LED llega o con frecuencia excede el tiempo de vida de la aplicación y, a menudo, no se requieren cambios especiales. Si uno define el criterio de falla como fin de vida cuando la intensidad de luz de un LED ha alcanzado el 50% de la intensidad de luz inicial, dependiendo del modelo, se pueden calcular tiempos de vida numéricos superiores a 100.000 horas para chips LED basados en GaAs. En el caso de los chips basados en GaN (azul, verde verdadero, blanco), el tiempo de vida depende en gran medida de la tecnología de envasado y podría estar en el rango entre 7000 hy 100.000 h.

  • En el caso de la luz de color, el consumo de energía está por debajo del consumo de energía de las fuentes de luz blanca con filtro de vidrio (consulte la tabla a continuación). Los LED blancos ahora pueden alcanzar el nivel de tubos fluorescentes trifósforo y los LED blancos estándar muestran una mejor eficiencia que las lámparas incandescentes o halógenas.

  • La intensidad radiante de un LED es controlable en toda la gama sin ningún cambio en las propiedades de la luz (por ejemplo, la atenuación de las lámparas incandescentes provoca un cambio en la temperatura de color) y la pérdida de tiempo (tiempo de conmutación de los LED para un aclarado general <1> El PWM (modulación por ancho de pulso) es el método recomendado para atenuar los LED. La atenuación mediante una corriente de CC reducida puede provocar una apariencia no homogénea de los conjuntos de LED.

  • En comparación con las fuentes de luz de alta eficiencia de tubos fluorescentes, lámparas compactas y lámparas de alta presión de haluro metálico, el tiempo de conmutación de los LED es muy corto. Esto juega un papel importante especialmente para aplicaciones como faros y luces de freno en aplicaciones automotrices y de tráfico.

  • Los LED proporcionan una excelente estabilidad para el estrés mecánico y térmico. La confiabilidad de un LED se describe por los diferentes mecanismos de falla, la falla total espontánea del LED y la intensidad de luz reducida del LED. Para calcular la confiabilidad de un conjunto de LED uno debe usar los datos para la falla espontánea. Deben estar en el rango de 10 ppm / h dentro de la primera hora de operación, incluidos los procesos de soldadura y por debajo de 0,1 ppm después de las primeras horas de uso.

  • La calidad de la luz de las lámparas incandescentes es excelente (CRI 100%). Los LED blancos proporcionan índices de reproducción de color entre 70% y 85%, mejor para la luz diurna (6000 K) que para los LED de color blanco cálido (2900 K).

La siguiente tabla enumera las propiedades de diferentes fuentes de luz, incluidos los costos de propiedad:

Tipo

Potencia

Intensidad del flujo luminoso, promedio

Eficiencia

Relación de índice de reproducción de color

CCT (temperatura de color)

Toda la vida

Costos por 1 lm / h


[W]

[lm]

[lm / W]

[%]

[K]

[h]

[?]

Incandescente

60

865

14.4

100

2790

1000

69

Halógeno de tungsteno

50

590

11.8

100

2700-4000

2000

85

Trifósforo fluorescente

32

2850

84

78

4100

24000

12

Fluorescente compacta

15

900

51

82

6000-2700

10000

20

Sodio de baja presión

90

12750

123

44

n / A

16000

8

Mercurio de alta presión

250

11200

34

50

3900

24000

29

Haluro metálico

400

36000

60

sesenta y cinco

4000

20000

17

Inducción acoplada fluorescente

55

3500

64

80

3000

100000

15

LED blanco (gama alta)

1

70

70

85

6000

50000

14

LED blanco (estándar)

1

40

40

85

6000

50000

25

LED blanco cálido

1

20

20

75

2900

50000

50

LED ámbar

1

50

50

n / A

n / A

100000

20

LED rojo

1

40

40

n / A

n / A

100000

25


El cálculo se basa en un precio de 0,1 € / kWh. Este LED-datos ha sido tomado de diferentes hojas de datos de los principales proveedores. Debido a las diversas aplicaciones, los costos de mantenimiento y propiedad deben calcularse contra la aplicación correspondiente. La pérdida de suministro de energía no ha sido considerada. Un aspecto clave en la aplicación de LED como fuentes de luz es la gestión de la pérdida térmica. Este problema es nuevo para las aplicaciones LED, los lemas típicos anteriores son "Los LED son de bajo costo, bajo nivel de calor y tienen bajas tasas de fallas". Los productores de LED resolvieron el problema de la resistencia térmica entre el chip LED y la almohadilla de conexión con diferentes soluciones como PCB de núcleo metálico, marcos de plomo especialmente diseñados, soluciones basadas y paquetes de cerámica.

Una buena solución puede proporcionar una resistencia térmica entre la unión p / n y las almohadillas de soldadura por debajo de 20 K / W. El exceso de calor se puede eliminar por diferentes formas pasivas y activas. La PCB de núcleo metálico o PCB flexible generalmente montada directamente en un disipador de calor o ventilador de aire o en casos especiales, la refrigeración por agua se utiliza para mantener la temperatura de unión p / n por debajo del límite crítico. Además, uno debe considerar que la intensidad radiante tiene un coeficiente de temperatura negativo. Como ejemplo, los LED rojos tienen un TC en el rango de -0,5% / ° C y un aumento de la temperatura de unión p / n desde la temperatura ambiente (20 ° C) hasta 85 ° C reduce la intensidad radiante en un 32,5% .

La imagen muestra una solución para la gestión térmica de una fuente de luz LED blanca cálida para una farola. Los cálidos y blancos módulos LED para esta farola fueron desarrollados por OSA Opto Light GmbH, Alemania.

  1. 1.En este caso, se ha montado un LED con una resistencia térmica inferior a 10 K / W en una PCB de núcleo metálico. El circuito también incluye protección inteligente de temperatura. La PCB de núcleo metálico se monta directamente en un sistema de enfriamiento pasivo y en la carcasa metálica de la lámpara. En funcionamiento, este sistema proporciona en equilibrio un gradiente de temperatura entre la unión p / ny la carcasa de la lámpara de metal por debajo de 50 ° C.

  2. 1.En el caso de una sustitución directa de una fuente de luz existente por una fuente de luz LED, deben considerarse cuidadosamente algunos aspectos, incluidos los siguientes:

  3. La gestión térmica de un filamento incandescente o lámpara halógena de tungsteno está diseñada en el hecho de que la radiación térmica es la forma de eliminar el calor de la lámpara. Por lo tanto, la conductividad térmica del enchufe es muy baja. Un proceso de reemplazo debe garantizar que el LED esté protegido de altas temperaturas.

  4. Las fuentes de alimentación de la mayoría de las lámparas convencionales son fuentes de tensión constante, típicas entre 6V / 12V y 220V. Los LED requieren fuentes de corriente constantes y tienen un voltaje directo entre 1,5 V (IRED) y una fuente de alimentación de 4 V. Una forma muy común es una resistencia de limitación de corriente o una fuente de corriente constante con transistor bipolar. El consumo de energía en la resistencia determina el consumo total de energía y no el LED en sí. En el caso de un sistema de 24 V, el consumo de energía de un letrero LED rojo (UF = 2 V, I = 30 mA, P = 60 mW) es de 720 mW. Los convertidores de paso de potencia de última generación son una forma de resolver este problema (también térmico).

  5. Las fuentes de luz blanca convencionales se usan para señales e indicadores de colores en combinación con un filtro de vidrio. A menudo se desea el efecto fantasma del vidrio de filtro. El reemplazo debe considerar la absorción de la luz LED emitida con cuidado.

  6. Las fuentes de luz convencionales se comparan con los chips LED blancos, azules y verdes de alta gama insensibles a ESD / altos voltajes cortos. Toda la unidad (a menudo el LED en sí) debe proporcionar la protección adecuada.

  7. Los LED verdes especialmente amarillos y de 565 - 570 nm muestran un desplazamiento visible de la longitud de onda dominante sobre el rango de temperatura requerido. Una forma fácil pero costosa de resolver este problema es combinar un LED blanco con un filtro de color.

Teniendo en cuenta todos los aspectos que se muestran arriba, el reemplazo directo de lámparas convencionales es una forma interesante de aumentar la confiabilidad de los sistemas y reducir los costos reales de propiedad. Los LED de vanguardia muestran claras ventajas para todas las aplicaciones, donde se necesitan fuentes de luz de color. En un futuro próximo, veremos fuentes de luz LED blancas con mayores beneficios de costo y una mayor eficiencia externa, que nuevamente mostrarán claras ventajas sobre las fuentes de luz convencionales.


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