Ваш заказ пустой!
В феврале 2010 года был учрежден консорциум Zhaga - zhagastandard.org.
Это объединение компаний, занимающихся светодиодным освещением. Сейчас в консорциум входит около 200 членов, в том числе мировые лидеры - Osram; Panasonic; Philips; Toshiba; Samsung. Консорциум открыт для любой компании, из любой страны мира, членство платное. Возможны два варианта участия - с правом голосования и без него.
Основная задача Zhaga - сделать взаимозаменяемыми LED светильники, и их составляющие (блоки питания, радиаторы, оптика и т.д.) различных производителей, что приведет к гибкости выбора, снижению стоимости владения, и к меньшим рискам при выводе на рынок новых моделей. На недавно прошедшей выставке Light+Building 2012 более 30 фирм уже представляли светильники, разработанные в соответствии с рекомендациями Zhaga. Эти рекомендации описывают не только физические размеры сменяемых светодиодных элементов, но также их световые, электрические и тепловые характеристики.
Сейчас подготовлены 7 так называемых Zhaga Book.
В первую очередь Zhaga намерена унифицировать геометрические размеры источников света, описание способов их механических сочленений с теплоотводом, и требования к световому потоку. В итоге мы получим возможность применять изделия различных производителей (рис. 1) в однотипных светильниках, с унифицированными блоками питания, гарантированным теплоотводом, и унифицированными способами диммирования.
Рисунок 1. Споты различных производителей.
Инженеры американской фирмы CREE, тоже вошедшей в консорциум Zhaga, разработали программу LED Selector Tool, с помощью которой можно упростить инженерные расчеты, и подобрать нужные светодиоды из серии XLamps для использования в Zhaga-совместимых модулях. Ниже приводится пример расчета элемента светильника в соответствии с Zhaga Book 3.
Задача: разработать светодиодный модуль для замены металлогалогеновой лампы (МГЛ) мощностью 39 вт.
Выходной световой поток согласно C040 Zhaga должен быть на уровне 3600-4500 люмен при цветовой температуре 3000 К.
Были произведены измерения трех МГЛ, обычно содержащих от 3 до 50 мг ртути, и криптон-85 (радиоизотоп криптона), установленных в типовых светильниках. Данные измерений приведены в табл. 2.
Чтобы добиться безусловного преимущества разрабатываемого светодиодного модуля по сравнению с МГЛ 39 Ватт, было принято решение учитывать и требования Zhaga Book 3 раздела 7, и реальные параметры МГЛ. Желаемые требования к будущему светодиодному модулю приведены в табл. 3.
Для получения доступа к LED Selector Tool необходимо обратиться в ООО "НЕОН-ЭК"- официальному дистрибьютору CREE в России.
Начнем расчет с введения исходных параметров в LED Selector Tool (рис 2.)
Рисунок 2. Внешний вид интерфейса LED Selector Tool
Выбор светодиодов
Для начала возьмем температуру точки пайки светодиода равной 25 °C, и электрическую эффективность на уровне 100 %, т.к. Zhaga Book 3 не выдвигает требования по блокам питания. Но позже мы вернемся к рассмотрению и этих характеристик. По первым результатам анализа можно видеть, что лучшую эффективность дает применение 35-и светодиодов XBD ранка Q3 (мин 94 лм). Возьмем эту рекомендацию за основу, и продолжим расчет далее.
Вторичная оптика
Хотя применение вторичной оптики не описывается в Zhaga, без ее применения можно обойтись нечасто. Zhaga Book3 описывает СПОТы (spot application), как светильники, имеющие угол излучения не более 40°. Использование вторичной оптики в источниках с применением светодиодов большой мощности, и высокой плотностью расположения, может привести к необычным потерям в оптике, показанным на рисунке 3.
Рисунок 3 . Потери светового потока
Рисунок 4. Радиатор для отвода тепла
Было принято решение обойтись без линзы и сформировать угол излучения с помощью рефлектора. Тут, как правило, потери небольшие, и можно принять их на уровне 2% от общего уровня выхода светового потока рассчитываемого модуля.
Отведение тепла
LED Selector Tool рассчитал, что сборка из 35-и светодиодов серии XB-D, работающих при токе 350 мА, будет рассеивать электрическую мощность примерно 37 Вт. Около 65-75% этой энергии уходит в тепло, поэтому мы должны рассчитать теплоотвод для рассеивания 28 ватт. Для сохранения температуры точки пайки Tsp на уровне 75 °C, при температуре окружающей среды 25 °C, тепловое сопротивление радиатора должно быть на уровне 1.8 °C/W.
В лаборатории CREE был протестирован радиатор Fischer Elektronik SK584,показанный на рис. 4. Проверка тепловых режимов этого радиатора в программе Autodesk Simulation CFD показала, что при отводе тепла от источника мощностью 28 Вт и диаметром 23 мм температура центральной части радиатора (т.е. точки пайки) находится на уровне 73 °C. Возвращаясь к LED Selector Tool, рассчитываем уменьшение светового потока светодиодов XB-D при температуре точки пайки уже 73 ° (рис.5).
Рисунок 5. Внесение корректив по температуре точки пайки
Можно видеть, что для получения желаемых параметров нам потребуется использовать уже 39 штук светодиодов XB-D , работающих при токе 350 мА.
Изготовление прототипа
Теперь приступим к расчету компоновки платы, механической конструкции, изготовлению прототипа и тестированию.
Для того, чтобы прямое напряжение на диодах было не больше 40 В, было принято решение собрать 39 диодов в три параллельные цепочки по 13 шт. Соответственно, совокупный ток будет 0,35 А Х 3= 1,05 А. Необходимо подобрать источник питания, работающий при таком токе в диапазоне напряжений 30-50 В, что не представляет трудностей.
Разводка печатной платы была проведена в соответствии с требованиями LES 23 создать зону со светодиодами 23 мм, при этом пришлось устанавливать светодиоды с зазором 0,5 мм друг от друга- см рис. 6.
Рисунок 6. Внешний вид печатной платы
Безусловно, в качестве материала для печатной платы необходимо выбрать материал на металлическом основании, с высокой теплопроводностью. Гербер-файл именно этой платы доступен на сайте www.cree.com/Zhaga
Крышка - рефлектор
Пластмассовая крышка разработана в соответствии с требованиями Section 3.3 Zhaga Book 3 по нужным геометрическим размерам ( рис.7).
Рисунок 7. Крышка - рефлектор
Рисунок 8. Фотография в инфракрасном спектре
Расчет количества светодиодов в соответствии с требованиями Zhaga , размерами LES, и требованиями Zhaga по световому потоку и цветовой температуре- это основные функции, которые помогает рассчитать инструмент LED Selector Tool.
Измерение полученных параметров
После сборки прототипа, который был установлен на радиатор, была сделана фотография в инфракрасном диапазоне, и проведены измерения температуры. Хорошо видно, что температура в центре сборки светодиодов находится на уровне 85 °C, а на краю платы 78 °C (рис 8).
На основании тестирования светодиодов XB-D по методике LM80 и TM-21 можно уверенно утверждать, что в данном случае предполагаемый срок службы (L70) сборки из 39 диодов XBD будет не менее 50 тысяч часов.
Далее тестируемый модуль был помещена в фотометрическую сферу, где были проведены измерения светового потока. При тестировании был использован источник питания с КПД 86 %. Результаты измерений сведены в таблице 4, где для наглядности показаны еще и данные предварительного расчета, ранее полученные с помощью LED Selector Tool.
Разницу между предполагаемым световым потоком, и полученным в результате измерения, можно отнести за счет потерь в крышке модуля- см. рисунок 9.
Рисунок 9. Потери на отражателе.
Для минимизации этих потерь рекомендуется использовать пластмассу с высокими рефлективными характеристиками. Но, тем не менее, хочется отметить высокий уровень совпадения расчетных характеристик с полученными.
В конце мы свели данные по светильникам с МГЛ и светодиодным модулем в таблицу 5. Можно видеть, что наш модуль существенно выигрывает по температуре эксплуатации - 80 °C вместо 500 °C, по эффективности светильника в сборе, по сроку службы, и конечно - по отсутствию вредных веществ.
Сейчас все разработки Zhaga являются рекомендуемыми, не обязательными для всей светодиодной отрасли. Но уже в ближайшем будущем эти рекомендации могут стать стандартами. Безусловно, российским разработчикам следует изучить эти материалы, чтобы Россия начала развиваться в ногу со всем мировым сообществом, а не шла, как бывает частенько, путем создания изолированных от мировых тенденций собственных российских стандартов.
НЕОН-ЭК является членом международного консорциума Zhaga, и инженеры светотехнического отдела готовы оказать помощь при расчете светодиодных светильников, соответствующих международным стандартам, что поможет быстрее вывести готовые продукты не только на Российский, но и на мировые рынки.