Questa nota applicariva mostra un modo di incorporare con notevole semplicità il LED Cree XLamp ® MP-L EasyWhite ™ in un comune lampadario che tradizionalmente utilizzava lampadine a incandescenza. Questi lampadari offrono un bel "Look" e "bagliore piacevole" e godono così di una notevole popolarità, anche se con qualche perdita intrinseca di luce.
Se utilizzato con un vetro smerigliato di tonalità bianca, un ciondolo realizzato con XLamp MP-L può essere un apparecchio conforme ad Energy Star SSL. (Energy Star è un programma congiunto dell’ Agenzia americana per la protezione ambientale e del Ministero per l’energia USA per la certificazione di bassi valori di consumo energetico per una serie di prodotti).
Il progetto di un lampadario con l'MP-L XLamp EasyWhite LED definisce un nuovo standard per la facilità d'uso delle specifiche del LED, per la progettazione e attuazione, per l'efficienza energetica e per il risultato avvincente che si ottiene. Nel presentare questo progetto, il team Cree ha cercato di creare un apparecchio con una vita di 50.000 ore con l'utilizzo di una alimentazione per il LED di bassa potenza e alta efficienza.
Hanno creato questi prototipi di lampadari a ciondolo senza occuparsi all'inizio di analizzare approfonditamente i problemi elettrici e termici. Piuttosto, hanno dato risposta a molte delle problematiche solo dopo aver verificato e analizzato praticamente i parametri in gioco. Con XLamp MP-L EasyWhite è così facile lavorare che questo approccio ha prodotto ottimi risultati in pochi giorni di lavoro.
Indice
Approccio progettazione / Obiettivi
La metodologia in 6 passaggi
1. Definire i requisiti di illuminazione
2. Definire gli Obiettivi di progettazione
3. Stima dell'efficienza del sistema ottico, termico ed elettrico
4. Calcolare il numero di LED
5. Considerare tutte le possibilità di progettazione
6. Completare le fasi finali: applicazione e analisi
Conclusioni
Approccio progettazione / Obiettivi
Nella "Guida alla progettazione degli apparecchi a LED," Cree utilizza un quadro composto di sei fasi per la creazione di Lampadari di illuminazione a LED qui di seguito esposto:
Definire i requisiti di illuminazione
• Gli obiettivi di progettazione si possono basare sia su un dispositivo
esistente ricondizionato con LED o completamente nuovo studiato
in base ai requisiti di illuminazione necessari.
Definire gli obiettivi di progettazione
• Specificare gli obiettivi di progettazione in base ai requisiti
di illuminazione dell'applicazione.
• Specificare eventuali altri obiettivi che influenzeranno la progettazione,
come ad esempio particolari requisiti ottici o ambientali.
Stima dell'efficienza del sistema ottico, termico ed elettrico
• Definire gli obiettivi del progetto con i vincoli sul sistema ottico,
termiche ed elettrici.
• Una buona stima di efficienza del sistema può essere effettuata
sulla base di questi vincoli.
Calcolare il numero di LED
• La combinazione di obiettivi di illuminazione ed effiiciencienza del sistema guiderà
il progettista per calcolare il numero di LED necessari per soddisfare gli obiettivi del progetto.
Considerare tutte le possibilità di progettazione
• Come in qualsiasi progetto, ci sono molti modi per raggiungere gli obiettivi.
• l'illuminazione a LED è un nuovo campo e le ipotesi di lavoro potrebbero non
essere applicabili per una tradizionale fonte di illuminazione.
Completare le fasi finali: applicazione e analisi
• Studiare il layout del circuito stampato.
• Progretto di prova con la costruzione di un lampadario prototipo.
• Assicurarsi che il progetto raggiunge tutti gli obiettivi di progettazione.
• Usare il prototipo per affinare ulteriormente il progetto dell'apparecchio.
• Registrare le osservazioni e le idee di miglioramento.
Metodologia in 6 passaggi
Il requisito principale e obiettivo di questo progetto era di creare una cosa facile da implementare in un lampadario a ciondolo convenzionale mantenendo lo stesso risultato come efficienza di illuminazione, utilizzando le stessi parti in vetro, staffe di montaggio, finiture e componenti di cablaggio presenti negli attuali ciondoli.
1. Definire requisiti di illuminazione
In un quadro generale sono classificati un un insieme di attributi, requisiti e caratteristiche desiderabili.
Nel nostro caso, i test fotometrico di una lampada ad incandescenza di un lampadario ci dà i dati necessari di base.
I dati forniti dal Programma Energy Star per apparecchi di illuminazione Solid State Lighting ci fornisce prestazioni aggiuntive.
Con queste informazioni siamo in grado di impostare alcuni criteri oggettivi: l'implementazione del lampadario a ciondolo 'MP-L XLamp EasyWhite deve soddisfare tutti i parametri di base di cui sopra.
2. Definire gli Obiettivi di progettazione
Gli obiettivi di progettazione per questo progetto:
Abbiamo realizzato il prototipo con lampadari che sono comunemente disponibili a magazzino nelle case costruttrici. Queste unità di un singolo ciondolo tipicamente al dettaglio viene a costare tra 30 e 60 $.
Il nostro obiettivo è quello di aggiungere il LED, dissipatore di calore e alimentatore per circa 45 $ per bassi quantitativi.
3. Stima di efficienza del sistema ottica, termica ed elettrica
Efficienza Ottica
Il ciondolo MP-L EasyWhite può avere diverse tipologie di temperatura K (CCT vedi fig. 3) a seconda del colore.
Sulla base dei dati iniziali, abbiamo scelto di lavorare con LED EasyWhite con temp. a 2700K per dare un effetto (CCT) il più vicino possibile ad una lampadina a incandescenza.
Questo LED a 120 mA, offre un flusso totale circa come una tradizionale lampada incandescenza da 60 W, ma una emissione luminosa con fascio a dispersione di 125 °, il flusso sarebbe orientato di più verso l'apertura del lampadario-ciondolo, rispetto al profilo sferico dell’illuminamento della lampadina ad incandescenza.
Il ciondolo MP-L EasyWhite ha tre gruppi di LED. I dati elettrici di entrata e quelli ottici di uscita sono riportati qui sotto.
Realizzando il ciondolo con MP-L EasyWhite a 150 mA, 70 VDC, saremo capaci di riprodurre lo stesso flusso di una lampadina a incandescenza di 60W, consumando solo 10,5 watt di potenza
Figura 4: Flusso di dati generati con il Tool prodotto dalla Cree per XLamp MP-L
Dopo alcuni esperimenti di realizzazioni del ciondolo XLamp MP-L a 120 mA, abbiamo scelto di mettere tre stringhe in parallelo. Questa scelta è stata guidata dal nostro desiderio di usare meno di 10 watt di potenza pur offrendo lo stesso flusso luminoso equivalente come la versione ad incandescenza.
Requisiti termici
Il ciondolo XLamp MP-L EasyWhite dissipa tra 10-20 watt di energia elettrica, a seconda della corrente, e richiede un dissipatore di calore per dissipare il carico termico prodotto.
In questo progetto del lampadario-ciondolo, il dissipatore di calore ha tre funzioni, principalmente per dissipare il carico termico del LED, ma anche di fornire una cornice estetica, per sostenere direttamente il lampadario ciondolo e fornire supporto di cablaggio e per il LED.
Abbiamo scelto di lavorare con alluminio tornito in modo da fornire una serie di alette circolari su una grande superficie di raffreddamento e di avere una sezione in grado di supportare una flangia in plastica per tenere, in modo sicuro, il lampadario a ciondolo.
Figura 5: Una foto del dissipatore di calore in alluminio tornito
Abbiamo progettato il dissipatore di calore alle sue esigenze multi-funzionale (carico termico, di supporto e di cablaggio per il ciondolo); ed eseguita l'analisi termica, dopo i primi prototipi sono state torniti 4 sezioni circolari di diametro 50 mm in alluminio.
Per verificare l'utilità di questo progetto, abbiamo effettuato simulazioni termiche in Ansys. In Fig. 6 vengono mostrati le simulazione delle sezioni trasversali del dissipatore con LED a 120, 150 e 250 mA in un ambiente operativo di 25 ° C.
La più alta temperatura nella simulazione è sul punto di unione tra led e dissipatore, mai il LED a 120 e 150 mA vicino al dissipatore di calore va sopra a 72 ° C.
Con una dissipazione termica come questa, il progetto non avrà problemi a raggiungere una durata di 50.000 ore .
Figura 6: simulazione termica Ansys. Si noti le diverse temperatura associate ad ogni illustrazione.
I dati raccolti (Fig. 7) da un MP-L alimentato a 120 mA con dissipatore in alluminio tornito, mostrano un gradiente in linea con le simulazioni termiche di cui sopra.
Figura 7: Prestazione termica di XLamp MP-L Ciondolo con driver a 120 mA
Drive Elettronico
Ci sono molti fornitori di elettronica di controllo per LED e molti modi per fornire un alimentazione CC controllata al ciondolo MP-L XLamp EasyWhite, noi abbiamo scelto un driver prontamente disponibile, full-range, off-the-shelf, non regolabili della Magtech (Model LD-CU3536AF).
Abbiamo scelto questo modello perché è già certificato CE / UL e disponibili presso i normali distributori.
Abbiamo misurato in questo modello una efficienza che si mantiene tra 82-90%.
4. Calcolare il numero di LED
Lo scopo di questo progetto è quello di mostrare che un singolo LED è in grado di fornire equivalente illuminazione con un'efficacia superiore rispetto alle lampade tradizionali. Questo si ottiene con l'utilizzo di un MP-L XLamp EasyWhite LED è un multi-chip package LED con il vantaggio di poter avere anche nuovi colori.
5. Considerare tutte le possibilità di progettazione
Il progetto è destinato ad essere una modifica minima di un lampadario esistente.
L'obiettivo è quello di mostrare quanto sia semplice iniziare ad utilizzare i LED nel progeto di un lampadario.
Quindi
• Ridurre al minimo l'uso di ottiche secondarie (in questo caso nessuna);
• Utilizzare un dissipatore di calore che si inserisce nel design estetico e garantisca dissipazione di calore adeguata;
• Utilizzare un alimentatore driver per il cablaggio più semplice possibile.
L'approccio che documentiamo nella sezione successiva è quella in cui abbiamo acquistato, da un importante rivenditore, dei lampadari classici con schermo di vetro decorato e rimosso i raccordi associati con la presa da 26 mm e sostituito quelli con i raccordi e dissipatore di calore richiesto per il prodotto MP-L XLamp EasyWhite.
Infine, abbiamo sistemato l’alimentatore (driver) nel coperchio ornamentale che copre il soffitto.
6. Completare le fasi finali: applicazione e analisi
In questa sezione si illustrano alcune delle tecniche Cree utilizzate per creare lampadari a ciondolo utilizzando il prodotto MP-L XLamp EasyWhite e rivedere i risultati fotometrici rispetto al lampadario-ciondolo con lampada ad incandescenza originale.
Dettagli di Prototipazione
Tutta la "finezza" sta in un opportuno sistema di cablaggio per il ciondolo MP-L XLamp EasyWhite, fissaggio del LED in modo efficace al dissipatore di calore e assemblaggio nel corpo illuminante.
1. Considerazioni meccaniche nella progettazione del dissipatore di calore:
a) Il modo più comodo per far arrivare il cavo dal driver al LED e quello di un buco passante dentro il dissipatore.
b) In aggiunta al foro passante, abbiamo fatto una cavità per accogliere il cablaggio del LED.
c) Sulla parte superiore del dissipatore di calore viene fissato il passacavo che garantirà al dissipatore di calore e al vetro di essere tenuto sospeso dal cavo. Guardate le foto qui sotto:
Fig. 8 Dissipatore di calore è stato sfruttato anche per fissare il passacavo.
Fig. 9 Dissipatore di calore con cavo di alimentazione e cappuccio pressacavo.
2. Una volta che la parte in teflon è montata sul dissipatore di calore, passare il cavo attraverso il pressacavo sul dissipatore di calore e lasciare sporgere i conduttori del cavo di quel tanto che basta per essere spellati e allacciati all'alimentatore.
3. Il LED MP-L è composto da tre chip montati in gruppo.
a) Quindi, dalla parte del LED (parte inferiore del dissipatore di calore) ad ogni filo del cavo gli vanno saldati tre spezzoni di fili
I tre fili arancio sono i positivi e tre fili blu i negativi; sono stati saldati al cavo principale ed isolati con guaina termorestringente.
4. Tre fili andranno ai catodi e tre agli anodi del cip-LED.
Si preaprano i terminali del' MP-L e si saldano i fili arancioni (anodo) e blu (catodo.
Partciolare XLamp MP-L vista dei tre conduttori da saldare
Assicurarsi,prima della saldatura, di aver infilato la guaina termoretraibile su ogni filo.
.
5. Dopo la saldatura dei fili dell' MP-L XLamp LED far scorrere guaina termoretraibile sopra le saldature e scaldare con aria calda per restringere la guaina.
Tirare delicatamente i fili indietro attraverso il dissipatore di calore in modo che il XLamp MP-L LED appoggi sul piedistallo del dissipatore di calore.
Il XLamp MP-L LED, una volta i cavi sono stati tirati indietro attraverso il dissipatore di calore, dovrebbe predisporsi per essere appoggiato sul dissipatore come si vede nella foto qui sopra. Si può a questo punto stringere anche il passacavo per tenere bloccato il cavo.
6. L'ultimo passo è quello di garantire la XLamp MP-L LED al piedistallo del dissipatore di calore con una resina epossidica termicamente conduttivi o nastro termico. Cree raccomanda resina epossidica tipo Artico Silver11 termicamente conduttiva.
a. Ne serve una piccola quantità per garantire all' XLamp MP-L LED di essere saldamente fissato al dissipatore di calore
Figura 12: Uso della resina epossidica per fissare il XLamp MP-L LED al dissipatore di calore
7. Una volta che la resina epossidica o il nastro è stato applicato, fissare il XLamp MP-L LED sul piedistallo.
Sarà opportuno da questo momento proteggere con un pezzetto di nastro isolante la cupola del LED fino a lavori ultimati.
8. Dopo 15 minuti, la resina epossidica sarà essicata e il dispositivo è pronto per essere montato e alimentato.
Figura 13: Elettronica driver a LED sistemato nel coperchio copri soffitto
Figura 14: il dispositivo è acceso e funziona
Risultati
Abbiamo iniziato questo progetto con l'osservazione che la XLamp MP-L LED è stata la prima fonte che potrebbe sostituire una lampadina in una varietà di applicazioni. Mentre stavamo costruendo i primi prototipi, abbiamo inviato i lampadari a sospensione con lampada ad incandescenza, a un laboratorio di analisi per stabilire i parametri di riferimento e le prestazioni.
Alla fine del ciclo di prototipazione, abbiamo inviato i lampadari con il XLamp MP-L Easywhite al laboratorio di analisi per rilevare i nuovi parametri.
I seguenti dati mostrano per ciascuna delle configurazioni (solo con bulbo - vetro non satinato, vetro decorato satinato rosso , vetro satinato tonalità bianco). I dati riportati nella tabella sottostante, mettono in evidenza il legame tra potenza, luminosità ed efficienza mostrando un evidente miglioramento delle prestazioni per i lampadari a LED XLamp MP-L-based.
Figure 16: Intensità di emissione Polar EasyWhite MP-L LED
ROSSO= Pendant MP-L LED, No-L Satinato
BLU= MP LED, Red Glass Art Satinato
VERDE= MPL-LED, White Glass Art Satinato
Figura 17: L'intensità goniometrica polare della lampadina ad incandescenza
e LED MP-L EasyWhite con paralume a vetro satinato bianco
ROSSO = Bulbo ad incandescenza 60W
VERDE = MP-L LED
Figura 18: L'intensità goniometrica polare della lampadina ad incandescenza
e LED MP-L EasyWhite lampadina con vetro rosso-Glass satinato
ROSSO = Bulbo ad incandescenza 60W
VERDE = MP-L LED
Conclusioni
Questo progetto dimostra la facilità con cui si può realizzare un lampadario a ciondolo per illuminazione tradizionale con risultati di alta efficienza mantenendo l'estetica inalterata.
Abbiamo scelto un supporto del lampadario in alluminio per la dissipazione del calore che garantisce basse temperature di giunzione al LED e, pertanto, fornirà una vita del lampadario stesso estremamente lunga.
Queste precauzioni costruttive sono necessarie per il raggiungimento di 50.000 ore di vita.
Se utilizzato con vetro satinato con tonalità di colore chiaro, il lampadario sarà allo stesso tempo estremamente attraente e Energy Star SSL- compatibile.
