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Superare le sfide progettuali utilizzando i LED HB

Superare le sfide progettuali utilizzando i LED HB.

Criteri per la progettazione di dispositivi che utilizzano i LED ad alta luminosità come flash. Corrente, batteria, temperatura e intensità luminosa. Fattori da prendere in considerazione nella scelta del LED per il flash dei dispositivi mobili.

Il Flash di illuminazione a LED nei telefoni moderni è diventato un aspetto importante dell'esperienza finale dell'utente, consentendo la cattura di immagini in condizioni di scarsa illuminazione. La necessità di assistere l'illuminazione è aumentata anche a causa del maggiore utilizzo di megapixel in ogni fotocamera, le nuove macchine fotografiche infatti che tendono ad avere prestazioni maggiori in condizioni di scarsa illuminazione grazie alla loro densità di pixel garantendo una risoluzione più elevata. Al fine di fornire un'immagine di alta qualità con il flash LED è importante tener conto di alcuni parametri di sistema che possono influire sulle prestazioni del LED. In questo articolo, parleremo di alcuni parametri importanti che devono essere considerati quando si progetta utilizzando i LED ad alta luminosità in sistemi portatili quali: specifiche del LED, le correnti della batteria, il layout e le considerazioni termiche.

Luce di uscita dal LED HB

Nella scelta del LED, il progettista deve prendere in considerazione diversi parametri. Uno dei primi requisiti che devono essere soddisfatti è l'emissione di luce (misurata in lux) a distanza di 1 metro e la tempistica del flash. I fornitori di sensori immagine spesso forniscono le specifiche per quanto riguarda i requisiti minimi per i loro sensori in condizioni di scarsa luminosità. Questo requisito può essere utilizzato come primo passo per determinare quale LED scegliere e per calcolare la corrente richiesta, cercando l'intensità luminosa con il LED ad 1 metro e la specifica corrente, in genere fornita dal produttore dei LED.

I LED di nuova generazione possono raggiungere fino a 300 lux a 1 m di distanza con 1.5A di corrente. Questo livello di prestazioni in genere fornisce sufficiente potenza luminosa con un unico LED per le telecamere di fascia alta comunemente utilizzate nei telefoni cellulari moderni senza richiedere un costo aggiuntivo per due sistemi a LED.

Un ulteriore vantaggio dell'illuminazione a LED HB su questo tipo di dispositivi contrariamente a quella allo xeno è la capacità di fornire assistenza in condizioni di scarsa illuminazione anche per la cattura di video, autofocus, mirino e la luce prima per scattare una foto. Mentre lo xeno può essere utilizzato solo per il flash. I LED di nuova generazione sono in grado di gestire fino 500-mA di corrente per l'illuminazione, anche se in genere i livelli utilizzati da cellulari e fotocamere sono molto più bassi e si aggirano intorno ai 100, 200 mA.

Il colore del LED è un altro parametro che deve essere considerato nella scelta dei LED stessi. Il colore del flash può infatti influenzare i colori dell'immagine catturata, quindi è importante scegliere una cromaticità nella gamma di puro nero per ottenere i migliori risultati di cattura delle immagini. Alcuni fornitori di LED forniscono le opzioni binning per ridurre le variazioni cromatiche del colore.

Batteria e corrente sul LED

La batteria durante condizioni di esercizio deve assolutamente essere presa in considerazione nella scelta della corrente di uscita del LED e della luce. Inoltre, le batterie portatili al litio di solito contengono una protezione dai corto circuiti per proteggere la batteria stessa in condizioni di scarichi di grandi correnti. La protezione da corto circuito può variare a seconda del fornitore della batteria e dalle esigenze del progettista. Lo scenario di maggior preoccupazione si verifica quando la batteria funziona con tensioni di esercizio inferiori. Dato che il VF LED può essere superiore alla batteria in condizioni di bassa tensione, il driver LED deve aumentare la tensione fornita al LED per attivare il corso programmato.

Poiché la tensione è aumentata la corrente di alimentazione per il driver sarà superiore alla corrente che attraversa il LED. L'aumento della corrente sarà basato su fattori di rafforzamento e sull'efficienza del conducente. Ad esempio, una corrente LED di 1 A può richiedere fino a 1,5 A in uscita della batteria in condizioni nominali della batteria di 3,5 V.

Un'altra specifica critica in questo caso è la tolleranza della potenza del flash in corso. La variazione della corrente in uscita, non solo ha un potenziale impatto sulla qualità dell'immagine, ma anche sulla variazione di carico nella corrente della batteria. Pertanto, avendo un led ad alta efficienza con tolleranze ristrette sull'uscita necessita meno corrente dalla batteria in casi particolari di corrente di uscita e di intensità luminosa.

Batterie ESR

In combinazione con il sistema attuale la batteria ESR (resistenza serie equivalente) svolge un ruolo critico nel determinare la minima tensione per la batteria. Alcune specifiche della batteria ESR possono variare da 100 A 200 mΩ per tutta la durata della batteria. A 1.5A la corrente di uscita dalla batteria sarebbe equivalente da 150 a 300-mV di caduta di tensione attraverso la VES della batteria. Ciò potrebbe portare la tensione di funzionamento del dispositivo al di sotto delle condizioni minime di funzionamento in condizioni di batteria scarica.

Operare al di sotto della tensione minima di funzionamento può influenzare i circuiti critici nel dispositivo. Una riduzione delle correnti per il flash potrebbe rendere necessario estendere il raggio di azione del flash stesso, programmando il driver LED. Quindi le tolleranze possono svolgere un ruolo critico nella flessibilità offerta dal progettista.

Temperature e LED HB

Le considerazioni termiche nei progetti di LED HB ad alta corrente sono importanti per la vita del LED e per le performance. Le alte temperature sui LED possono portare ad errori e i LED possono perdere tra il 15% e il 20% dell'intensità luminosa durante il funzionamento se surriscaldati. E 'molto importante quindi prendere in considerazione una corretta dissipazione di calore del proprio LED. Questo è un settore dove la tecnologia dei materiali conducenti può venire in soccorso offrendo un grande aiuto migliorando il layout del PCB.

L'utilizzo di un LED driver con un driver di origine per l'anodo del LED permette al catodo del LED di essere messo a terra. Tale architettura di driver offre una protezione intrinseca contro i corto circuiti sul led e una connessione al piano di terra per la dissipazione del calore. Il collegamento al piano terra offre una migliore protezione e un ritorno diretto delle correnti della batteria a terra.

Altre caratteristiche di protezione termica necessarie per i flash LED driver sono il time out massimo del flash, per evitare il surriscaldamento del LED stesso.

In conclusione, una volta che i requisiti di progettazione e i vincoli come l'uscita della luce, la capacità di corrente e la tensione minima di funzionamento del sistema sono stati analizzati il progettista può scegliere un driver LED che soddisfi tutti i criteri di progettazione.

I LED HB sono disponibili da Farnell

 

 

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ritratto di electropower

Interessante come articolo...

Interessante come articolo...

ritratto di Emanuele

Non posso dire la stessa cosa

Non posso dire la stessa cosa del commento....

ritratto di Ionela

Dov'è il tasto "Mi piace"?

Se eravamo su Facebook avrei fatto subito "I like" al tuo commento ;)

ritratto di linus

Led HB

Interessante soluzione e spiegazione, ma tra gli aspetti della richiesta di corrente da parte di questi dispositivi, andrebbe introdotta oltre che il sistema di protezione della batteria, un sistema che porti l'attivazione del Led HB con una tensione di soglia minima in modo tale da permettere l'autonomia per diverse ore del cellulare, considerato che non è solo una dispositivo fotografico, ma principalmente un dispositivo di comunicazione. Inoltre, avendo avuto dei cellulari, ho notato che alcuni, incidentalmente e casualmente attivavano il flash, che ovviamente portavano allo scaricamento repentino della batteria, cosa che non era stata prevista dal progettista, soprattutto quando il cellulare oltre che funzioni fotografiche, ha insite delle funzioni di ripresa di filmati.

ritratto di Parideru

mi pare che sia già disponibile

Mi pare che ciò di cui parli sia già disponibile.
Mi ricordo di un vecchio telefono (mi pare fosse il Nokia 6230) che già all'epoca, quando la batteria si avvicinava a livelli bassi, ti impediva di utilizzare la fotocamera.
Penso che implementare una soluzione HW per una cosa del genere richiederebbe altri componenti (seppur pochi siamo sempre all'interno di un device portatile e lo spazio è prezioso) e poi sarebbe poco simpatico dal punto di vista utente bloccare una parte del telefono.
Via firmware invece è una feature che si ottiene molto più facilmente, visto che il sistema monitora già la tensione della batteria e si tratterebbe quindi di una manciata di righe di codice.
Magari si potrebbe solamente lanciare un avviso all'utente invece di bloccare l'uso di una feature del telefono, in modo da essere un pò più morbidi del vecchio 6230.

ritratto di Ser_gio

Anche io ricordo

Anche io ricordo di aver visto da qualche parte, su qualche smartphone una cosa del genere... Il flash veniva automaticamente disabilitato ai bassi livelli della batteria, in alcuni casi anche la fotocamere veniva esclusa.

ritratto di Parideru

era inevitabile

Il mercato dei led va avanti e nei device portatili le cose si complicano come sempre, ma penso sia solo un discorso temporaneo.
Se pensate che l'oggetto che abbiamo in mano per telefonare serve sempre a più cose differenti e contemporaneamente...bisogna centellinare l'utilizzo dell'energia disponibile.
Ricordando poi che i led devono essere pilotati a corrente costante, e intoltre in questo caso non lo si può fare con una soluzione lineare a causa delle correnti in gioco (> 200 mA) e della vf del led maggiore della batteria, si è allora costretti ad utilizzare soluzioni switching.
Un'ottima strada, se non fosse che stiamo ragionando di device portatili, dove gli spazi su pcb sono strettissimi, dalla batteria vengono assorbiti picchi di corrente per il pilotaggio in switching e si immettono altre interferenze nel sistema.
Per massimizzare il rendimento si cercano frequenze di lavoro sempre più alte, ma le perdite di commutazione e il rumore dovuto allo switching iniziano sempre di più a farsi sentire nei vari "sottositemi" vicini...e così è tutto un bilanciare i vari parametri fino a trovare il giusto equilibrio e il giusto layout su pcb.

Personalmente penso che la situazione si avvia verso un lento miglioramento, questo perchè se per un lampione stradale o per un faro posso cercare sempre una luminosità maggiore con i led, la quantità di luce che invece cerco per una fotocamera di un telefonino è sempre quella che mi permette una buona illuminazione del soggetto a circa 1.5-2 metri.
Quindi bisognerà attendere ancora un pò di tempo in modo che i livelli di illuminazione richiesti dalla fotocamera possano essere ottenuti con correnti sempre più basse e quindi con un driver switching che sia meno problematico da dimensionare.

Per farvi un esempio, da meta dell'anno scorso sto lavorando sul progetto di un sistema a led per stimolare la crescita algale; quando siamo partiti abbiamo scelto un led con un particolare spettro che emette circa 800 lumen a circa 18 Watt.

Al momento della scelta era l'unico oggetto ad avere caratteristiche vincenti, ma ora a distanza di meno di un anno Cree propone già un prototipo di led da 800 lumen in meno di 10 Watt, peccato che non ha lo spettro che cerco.

La tecnologia va avanti ed è sempre un piacere inseguirla e riprogettare per "stargli dietro" :-)

ritratto di matrobriva

Molto interessante, non mi

Molto interessante, non mi sarei mai immaginato uno sviluppo simile per il flash dei cellulari... infatti, visto che non possiedo un cellulare con fotocamera, (ho un Nokia 3410!) non ci avevo mai fatto caso e, stupidamente, dentro di me pensavo che ci fosse il classico flash a 300 e passa Volt delle macchine fotografiche classiche! Ovviamente non sarebbe possibile inserirlo in un cellulare!

è interessante seguire lo sviluppo della tecnologia dei LED, probabilmente è quello il futuro dell'illuminazione...

ritratto di Fabrizio87

Non è vero il mio cellulare

Non è vero il mio cellulare della Sony Ericsson Il K800i integra un vero flash.
Come quello di una macchina fotografica,
e da un migliore risultatodi qualsiasi LED .

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Vi giuro che vorrei essere in

Vi giuro che vorrei essere in torto (può darsi anche che lo sia), ma questo articolo mi sembra una traduzione un pò maldestra di qualche altro articolo
(correggo: lo è, prima non avevo visto il link)
Concettualmente tutto ok, non mi pare che ci siano ragionamenti sbagliati, ma ci sono un paio di cose che non mi sono piaciute molto. È stato usato il termine conducente. Il conducente è quello dell'automobile. in inglese si dice driver, ma driver nel settore elettronico di solito non viene tradotto, oppure viene tradotto come "pilota", es. "lo stadio che pilota il finale..."

ESR. Qua lo dico da subito che un pò pecco di ignoranza anche io perchè di batterie esr non ne ho mai sentito parlare, e il problema potrebbe essere quindi il mio, ma ESR, che giustamente significa resistenza serie equivalente, è un'astrazione per creare un modello di batteria che si comporti il più possibile come una batteria reale. Chi ha fatto un pò di elettrotecnica conosce bene i generatori di Thevenin, bene, la esr, è la resistenza che sta in serie al generatore di tensione. Una batteria infatti si comporta molto bene da generatore di tensione, E gli sforzi dei produttori sono mirati proprio a fare in modo da avere una batteria che mantenga la sua tensione più costante possibile durante la fase di scarica. Il problema però è che se la batteria fosse davvero un generatore ideale di Thevenin, se la mettessi in corto avrei in uscita una corrente idealmente infinita, ma in pratica è solo molto alta. Allora con i metodi dell'elettrotecnica, si può riuscire a stimare la resistenza serie equivalente dividendo la tensione nominale della batteria (es.3,6V) per l'intensità della corrente che scorre attraverso il filo in corto (qualche ampere). Si ha così un modello di batteria che permette di calcolare con buona approssimazione la tensione effettiva all'uscita della batteria, a seconda della corrente che sta assorbendo il carico istante per istante.
Nella pratica esistono modelli equivalenti di batteria molto molto complessi, che permettono di evidenziare anche gli effetti della scarica, infatti cortocircuitando una batteria quasi scarica la corrente sarà di sicuro di meno, anche se la tensione sarà abbastanza simile a quella di una batteria carica.
In definitiva quel Battery ESR dell'articolo originale non sta per Batteria ESR, ma per ESR della batteria.

Interessante nell'articolo la questione della corrente assorbita dal LED. È una tecnica molto diffusa l'uso di circuiti di innalzamento o stabilizzatori della tensione per alimentare dei led. Il led infatti per dare il meglio di sé, deve stare a una tensione ben precisa, sono ammesse basse tolleranze, soprattutto quando il componente va spinto al limite, come in un flash. Dato che il convertitore step up o simile, a livello ideale serve ad adattare la tensione di uscita variando la tensione di ingresso, _conservando la potenza_, Sappiamo che Vin*Iin =Vout*Iout. Se mettiamo che la tensione di uscita è uguale a quella di ingresso per un certo fattore N, in questo caso maggiore di uno, e consideriamo il led come una resistenza di valore R per semplicità, viene che
Vin*Iin=N²*Vin²/R
Esplicito Iin --> Iin=N²*Vin/R (praticamente la stessa cosa del trasformatore ideale!)
ricordo che Vin =Vout/N
Iin=N*Vout/R
Ora il ragionamento conclusivo: se Vout è costante, e cala Vin, aumenta il fattore N=Vout/Vin e aumenta in maniera iperbolica, quindi aumentando N, aumenta anche Iin, al limite per N che tende a infinit, Iin tende a infinito. Questo però è un caso impossibile nella realtà, fatto sta che occorre tenere la tensione della batteria sopra una certa soglia perchè altrimenti scattano le protezioni contro il corto circuito che vengono impiegate in tutti i sistemi con batterie Li-ion

ritratto di Francesco12-92

I cosiddetti LED ad alta

I cosiddetti LED ad alta luminosità (LED HB) sono led che hanno valori di corrente diversi dai led standard; in alcuni casi utilizzati anche per illuminare gli ambienti, come ad esempio quelli prodotti dalla Philips, i LED RGBA, costituiti da un blocco con quatrro diversi colori, che hanno una propria interfaccia ed un proprio alimentatore.

Possiamo ancora citare i Led P7 della Seoul utilizzati nei proiettori di auto e moto. Con un solo led si può realizzare un anabbagliante. Per quest’ultimi fondamentale è la dissipazione del calore (che è elevata) e l’alimentazione magari di tipo switching, visti i suoi 2800 mA di assorbimento che producono 900 lumen con un angolo di 130°.

Attualmente si lavora verso la tecnologia OLED (Organic Light Emitting Diodes) diodi a emissione di luce organica. Sono dei sottilissimi fogli che emettono luce bianca ad alta luminosità (100 cd / m2) con una durata di circa 10 000 ore ed un efficienza di 50 lm/w, tecnologia che potrebbe sostiuire le lampade ad incandescenza e alogene.

è una tecnologia che permette di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria: a differenza dei display a cristalli liquidi, i display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati (i display a cristalli liquidi vengono illuminati da una fonte di luce esterna), ma producono luce propria; questo permette di realizzare display molto più sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e che richiedono minori quantità di energia per funzionare.
A causa della natura monopolare degli strati di materiale organico, i display OLED conducono corrente solo in una direzione, comportandosi quindi in modo analogo a un diodo; di qui il nome di O-LED, per similitudine coi LED.

e con questi si possono fare degli schermi sottilissimi, come i televisori del momento che supportano anche la tecnologia 3D.

ritratto di Antonio Mangiardi

scusa se ti correggo, forse è

scusa se ti correggo, forse è una svista, OLED è acronimo di organic led ossia diodo organico a emissione di luce (non di luce organica) ;)

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Baffo, dovresti mandare la

Baffo, dovresti mandare la segnalazione a questo sito
http://www.electroyou.it/mir/wiki/led

ritratto di Antonio Mangiardi

pensavo che i campioni del

pensavo che i campioni del copia incolla si fossero adeguati... le fu.

 

 

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