Color, Elementos de alimentación y control,...

Color, Elementos de alimentación y control,Perdidas propias y Datos fotométricosD. Francesc Jordana CasamitjanaDirector Técnico Simon Lighting

Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 2

Índice

En la siguiente presentación analizaremos y definiremos adecuadamente losapartados siguientes :

1 - Sistema Alimentación LED o Driver2 - Color del LED3 - Datos fotométricos luminarias LEDs


1 - Sistema Alimentación LED o Driver

Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla

PolarizaciónDirecta

( Zona trabajo LED )

PolarizaciónInversa

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Sistema Alimentación LEDs o Driver

Los LEDs ( Light Emitting Diode ) como elementos discretos, solamenteemiten luz cuando son polarizados correctamente :

• Tensión de alimentación continua – Asegurar una correctapolarización directa del LED.

• Bajo voltaje de alimentación – Debido a su bajaimpedancia interna, una tensión de alimentaciónelevada provocaría una sobre corriente quedestruiría el LED.

+ -Ánodo

(P)Cátodo

(N)



En polarización directa, los LEDs nos ofrecen una elevada sensibilidad desus parámetros de funcionamiento en función de la tensión de alimentación:

Δ 150mA → Δ 40% ( lm )Δ 0,1 V → Δ 150 mA( Δ 2,8% → Δ 42,8% ) Δ 150mA → Δ 47% ( W ) Pd = If * Vf



Los requerimientos de alimentación de los LEDs, unidos a la elevadasensibilidad de sus parámetros de funcionamiento, nos obliga a la utilizaciónde fuentes de alimentación o drivers :

• Polarización correcta.• Funcionamiento dentro del rango nominal.• Estabilización de los parámetros de funcionamiento :

• Uniformidad flujo lumínico y temperatura color.• Estabilidad de Potencia y temperatura Tj de trabajo de la unión del LED• Optimizar vida de los LEDs



Según su principio de funcionamiento, las fuentes de alimentación o drivers,las podemos dividir en tres grandes grupos :

• Resistencia limitadora.• Fuente de tensión lineal.• Fuente de tensión conmutada.• Fuente de corriente.

( - )

( + )

Nivel tecnológico


Resistencia Limitadora - Driver

• Ventajas :• Bajo coste• Simplicidad del circuito de control.

• Inconvenientes :• Baja eficiencia del sistema.• Regulación de corriente muy pobre. ( Variación ± 10% tensión de red implica

una variación de la corriente de los LEDs del ± 25% o superior )

Características principales :


Fuente Tensión Lineal - Driver

• Ventajas :• Bajo coste• Simplicidad del circuito de control.• Buena regulación de corriente. ( ± 5% )

• Inconvenientes :• Baja eficiencia del sistema.



Fuente Tensión Conmutada - Driver

• Ventajas :• Alta eficiencia.• Buena regulación de corriente.• Posibilidad regulación de potencia - Dimming

• Inconvenientes :• Coste elevado.• Crítico Compatibilidad Electromagnética.



Fuente Corriente - Driver

• Ventajas :• Óptima eficiencia sistema.• Óptima regulación y Estabilización de corriente.• Posibilidad regulación de potencia - Dimming

• Inconvenientes :• Coste elevado.• Crítico Compatibilidad Electromagnética.




Las Fuente de Corriente nos garantizan unas óptimas prestaciones para elcontrol de los sistemas basados en LEDs de potencia :

• Corriente constante frente a variaciones de la tensión de alimentación.• Estabilidad parámetros del LED – Flujo, Potencia, Temperatura, etc . . .• Incremento de la expectativa de vida de los LEDs.• Incremento de la eficacia sistema - Menores perdidas y calentamientos.• Posibilidad de regulación de flujo – Dimming• Factor de potencia elevado – PF 0,95 o superior• Protección frente a defectos de secundario y/o temperaturas de funcionamientoanormales.• Vida 50.000 horas – Si driver trabaja dentro de su rango nominal


Sistema Alimentación LEDs – Driver

Los sistemas de alimentación o drivers, deben cumplir con las Directivacorrespondientes, destacando :• Directiva de Baja Tensión 2006/95/CEE

• Seguridad Eléctrica EN 61347-2-13• Funcionamiento EN 60927

EN 60929

Requisitos para dispositivos de control electrónicos alimentadoscon corriente continua o corriente alterna para módulos LED.

Aparatos auxiliares para lámparas. Aparatos arrancadores(excepto cebadores de efluvios). Requisitos de funcionamientoBalastos electrónicos alimentados en corriente alterna paralámparas fluorescentes tubulares. Requisitos de funcionamiento

• Directiva de Compatibilidad Electromagnética 2004/108/CEE• RFI EN 55015• Armónicos EN 61000-3-2• EMC EN 61547

Límites y métodos de medida de las características relativas a laperturbación radioeléctrica de los equipos de iluminación.Compatibilidad electromagnética. Parte 3-2: Límites. Límites paralas emisiones de corriente armónica.Equipos para alumbrado de uso general. Requisitos deinmunidad


2 - Color del LED


Color del LED

Los LEDs están formados por un semiconductor obtenido mediante la uniónde dos materiales :

• Dopaje tipo N - Electrones libres – Carga negativa.• Dopaje tipo P - Huecos – Carga positiva.

En función de los materiales utilizados para la creación del elementosemiconductor, obtenemos una emisión en distintas longitudes de onda.


Color del LED

La utilización de los LEDs en aplicaciones de alumbrado esta ligada a laposibilidad de obtención de “luz blanca” en potencia suficiente. ( Sin la opciónde “luz blanca”, la aplicación de los LEDs se reduce a aplicaciones de señalizacióny/o decorativas )

La obtención de “luz blanca” es posible, principalmente, mediante uno de lossiguientes métodos indirectos :

• Utilización LEDs RGB• Utilización de LEDs de emisión UV + Encapsulado con recubrimiento fosfórico.• Utilización de LEDs de emisión Azul + Encapsulado con recubrimiento fosfórico.


LEDs RGB - Color del LED

LEDs RGB - Combinación de los tres colores primarios con la finalidad de obtenertodos los colores del espectro visible, incluido el blanco.

• Ventajas :• Posibilidad cambio dinámico del color.• Alta eficiencia.

• Inconvenientes :• Complexidad del driver de control.• Baja estabilidad por envejecimiento desigual de los

LEDs.• Luz blanca obtenida “engañosa” no apta como fuente

de luz.


LEDs UV - Color del LED

LEDs de emisión UV con un encapsulado integrado con recubrimiento fosfórico RGBpara la obtención de “luz blanca” .

• Ventajas :• Utilización driver simple.• Buen índice reproducción cromático – Ra• Uniformidad temperatura color obtenida.

• Inconvenientes :• Baja eficiencia.• Problemas envejecimiento – Radiación UV


LEDs Azul - Color del LED

LEDs de emisión Azul con un encapsulado integrado con recubrimiento fosfóricoamarillo para la obtención de “luz blanca”.

• Ventajas :• Alta eficiencia - 100 lm/W o superior.• Posibilidad de luz blanca calida, neutra o fría con un

índice de reproducción cromático elevado > Ra 70

• Inconvenientes :• Uniformidad temperatura color obtenida.

La obtención de “luz blanca” mediante el LED de potenciaemisión azul, ha supuesto el lanzamiento definitivo de losLEDs en aplicaciones de alumbrado interior y exterior.


LEDs Azul - Color del LED

En este proceso de fabricación es critica la dosificación del recubrimiento fosfórico,ya que de este depende la temperatura de color, eficiencia y índice reproduccióncromática

Led azulPigmento/s de transformación


Binning - Color del LED

Para asegurar la uniformidad de los LEDs, una vez fabricados, estos se verifican yagrupan según su binning.La utilización del binning es necesaria cuando se requieren LEDs de característicasidénticas para conseguir una apariencia uniforme.

En aplicaciones de alumbrado, en las cuales se utilizanmúltiples LEDs por luminaria, es crítico asegurar la uniformidadde estos mediante una correcta selección o binning.


3 - Datos fotométricos luminarias LEDs


Datos Fotométricos

En las aplicaciones de alumbrado, es necesario realizar simulaciones lumínicas de losvalores que obtendremos con la luminaria seleccionada.Para la realización de estas simulaciones, es necesario disponer de la informaciónfotométrica de la luminaria o matriz fotométrica.La matriz fotométrica se obtiene mediante la utilización de fotogoniometros, los cuales,nos permiten mapear la emisión lumínica de la luminaria en el espacio.

Estudio lumínicoMatriz FotométricaEnsayo Fotométrico


Luminaria estándar - Datos Fotométricos

Proceso obtención matriz fotométrica :• Sala ensayos estabilizada a una temperatura ambiente de 25ºC ± 1ºC• Medida flujo lumínico ( lm ) del conjunto lámpara + equipo - ” ΦLAMP”• Montaje luminaria con lámpara + equipo medidos en goniometro.• Iniciar ensayo con luminaria estabilizada a temperatura de trabajo.• Obtención matriz fotométrica en valor absoluto – “ cd “

• Integración sólido fotométrico – Cálculo flujo ( lm ) luminaria - “ ΦLUM”• Cálculo matriz fotométrica referencia a 1.000 lm – “ cd/klm “• Calculo rendimiento del sistema óptico :


Luminarias LEDs - Datos Fotométricos

Para las luminarias de LEDs, este proceso ya no es viable debido :• Flujo emitido por los LEDs depende de su aplicación final o temperatura de

funcionamiento real. ( En ningún caso puede utilizarse el valor indicado por el fabricante del LED, ya que

este se obtiene mediante un ensayo pulsado en el cual se considera que no secalienta )

• Luminaria equipa un numero elevado de LEDs. ( No es viable medir individualmente todos los LEDs que forman la luminaria y

sumar los valores para determinar el flujo total )

NO es posible aplicar los conceptos de rendimiento y eficiencia aplicadoshasta la fecha.


Luminaria LEDs - Datos Fotométricos

Proceso obtención matriz fotométrica – Sigue el mismo procedimiento que lasluminarias estándar pero modificando :

• No se mide el flujo lumínico de los LEDs – No es posible.• Ensaya directamente el conjunto luminaria formado por el grupo óptico de

LEDs correctamente ensamblado en la luminara + Driver de control.• Medida del consumo energético ( W ) del sistema – “ Pot “• Obtención matriz fotométrica en valor absoluto – “ cd “

• Integración sólido fotométrico – Cálculo flujo ( lm ) luminaria - “ ΦLUM”• Cálculo matriz fotométrica referencia a 1.000 lm – “ cd/klm “• Calculo eficacia de la luminaria :


Luminaria LEDs - Datos Fotométricos

Datos esenciales en la información fotométrica :

En las luminarias de LEDs, la eficacia pasa a ser un parámetro fundamental para laelección de estas así como para la comparativa entre ella.


Gracias por su atención

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