Կարգավորելի LED մոդուլներ՝ հիմնված CSP-COB-ի վրա
Վերացական: Հետազոտությունները ցույց են տվել կապը լույսի աղբյուրների գույնի և մարդու ցիրկադային ցիկլի միջև: Գույնի կարգավորումը շրջակա միջավայրի կարիքներին ավելի ու ավելի կարևոր է դառնում բարձրորակ լուսավորության կիրառություններում: Լույսի կատարյալ սպեկտրը պետք է դրսևորի արևի լույսին ամենամոտիկ հատկությունները բարձր CRI-ով, բայց իդեալական է: հարմարեցված է մարդկային զգայունությանը:Մարդակենտրոն լույսը (HCL) պետք է նախագծված լինի փոփոխվող միջավայրի համաձայն, ինչպիսիք են բազմակի օգտագործման հարմարությունները, դասասենյակները, առողջապահական խնամքը և մթնոլորտ և գեղագիտություն ստեղծելու համար:Կարգավորվող LED մոդուլները մշակվել են չիպային մասշտաբային փաթեթների (CSP) և չիպերի վրա (COB) տեխնոլոգիայի համատեղմամբ:CSP-ները ինտեգրված են COB տախտակի վրա՝ հասնելու բարձր հզորության խտության և գունային միատեսակության, միաժամանակ ավելացնելով գույների կարգավորելիության նոր գործառույթ: Ստացված լույսի աղբյուրը կարող է շարունակաբար կարգավորվել վառ, ավելի սառը գունավոր լուսավորությունից ցերեկային ժամերին մինչև մռայլ, ավելի տաք լուսավորություն երեկոյան: Այս փաստաթուղթը մանրամասնում է LED մոդուլների դիզայնը, գործընթացը և կատարումը և դրանց կիրառումը ջերմացնող լուսադիոդային լույսի և կախազարդ լույսի մեջ:
Բանալի բառեր:HCL, ցիրկադային ռիթմեր, կարգավորվող LED, կրկնակի CCT, տաք մթնեցում, CRI
Ներածություն
LED-ն, ինչպես մենք գիտենք, այն գոյություն ունի ավելի քան 50 տարի:Սպիտակ LED-ների վերջին զարգացումն այն է, ինչ այն բերել է հանրության ուշադրությանը որպես սպիտակ լույսի այլ աղբյուրների փոխարինում: Համեմատելով ավանդական լույսի աղբյուրների հետ՝ LED-ը ոչ միայն ներկայացնում է էներգիայի խնայողության և երկարատև կյանքի առավելությունները, այլև բացում է դուռը նոր դիզայնի ճկունություն թվայնացման և գունային թյունինգի համար: Գոյություն ունեն սպիտակ լուսարձակող դիոդներ (WLED) արտադրելու երկու հիմնական եղանակ, որոնք առաջացնում են բարձր ինտենսիվության սպիտակ լույս: Մեկը առանձին LED-ների օգտագործումն է, որոնք արձակում են երեք հիմնական գույներ՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ: - և այնուհետև խառնեք երեք գույները՝ ձևավորելով սպիտակ լույս: Մյուսը ֆոսֆորային նյութերի օգտագործումն է՝ միագույն կապույտ կամ մանուշակագույն LED լույսը լայն սպեկտրի սպիտակ լույսի վերածելու համար, նույն կերպ, ինչպես աշխատում է լյումինեսցենտային լամպը: Կարևոր է նշել. որ արտադրվող լույսի «սպիտակությունը» ըստ էության նախագծված է մարդկային աչքին համապատասխանելու համար, և կախված իրավիճակից, միշտ չէ, որ տեղին է այն պատկերացնել որպես սպիտակ լույս:
Խելացի լուսավորությունը մեր օրերում խելացի շենքի և խելացի քաղաքի առանցքային ոլորտն է: Արտադրողների աճող թվով մասնակցում են նոր շինություններում խելացի լուսավորության նախագծմանը և տեղադրմանը: Հետևանքն այն է, որ կապի օրինաչափությունների հսկայական քանակն իրականացվում է տարբեր ապրանքանիշերի արտադրանքներում: (ինչպես, օրինակ, KNx) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks և այլն: Այս բոլոր արտադրանքների կարևորագույն խնդիրն այն է, որ նրանք չեն կարող փոխգործակցել միմյանց հետ (այսինքն՝ ցածր համատեղելիություն և ընդարձակելիություն):
Լուսադիոդային լուսատուները՝ տարբեր բաց գույներ հաղորդելու ունակությամբ, ճարտարապետական լուսավորության շուկայում են եղել պինդ վիճակի լուսավորության (SSL) վաղ օրերից: Չնայած, գունավոր կարգավորվող լուսավորությունը մնում է ընթացքի մեջ և պահանջում է որոշակի քանակությամբ տնային աշխատանք: նշեք, թե արդյոք տեղադրումը պետք է հաջող լինի:LED լուսատուներում կան գունային թյունինգի երեք հիմնական կատեգորիաներ՝ սպիտակ թյունինգ, մուգ-տաք և ամբողջական գույնի թյունինգ: Բոլոր երեք կատեգորիաները կարող են կառավարվել անլար հաղորդիչի միջոցով՝ օգտագործելով Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth կամ այլ արձանագրություններ, և դրանք կապված են էներգիայի կառուցման համար: Այս տարբերակների շնորհիվ LED-ը հնարավոր լուծումներ է տալիս գույնը կամ CCT-ն փոխելու համար՝ մարդու ցիրկադային ռիթմերին համապատասխանելու համար:
Circadian ռիթմեր
Բույսերն ու կենդանիները մոտ 24-ժամյա ցիկլի ընթացքում ցուցադրում են վարքագծային և ֆիզիոլոգիական փոփոխությունների օրինաչափություններ, որոնք կրկնվում են հաջորդական օրերի ընթացքում. դրանք ցիրկադային ռիթմեր են: Շերտավարժական ռիթմերի վրա ազդում են էկզոգեն և էնդոգեն ռիթմերը:
Շրջանակային ռիթմը վերահսկվում է մելատոնինի կողմից, որը ուղեղում արտադրվող հիմնական հորմոններից մեկն է:Եվ դա նաև քնկոտություն է առաջացնում: Մելանոպսինի ընկալիչները սահմանում են ցիրկադային փուլը կապույտ լույսով արթնանալուց հետո՝ դադարեցնելով մելատոնինի արտադրությունը: Երեկոյան լույսի նույն կապույտ ալիքի երկարություններին ազդեցությունը կխանգարի քունը և կխախտի ցիրկադային ռիթմը: Շերտավարժական ապասինխրոնիզացիան խանգարում է մարմնին լիովին մտնելով քնի տարբեր փուլեր, ինչը վերականգնող կարևոր ժամանակ է մարդու մարմնի համար: Ավելին, ցիրկադային խանգարումների ազդեցությունը դուրս է գալիս ցերեկային ժամերին և գիշերային քնից ուշադիր լինելուց:
Մարդկանց կենսաբանական ռիթմերի մասին սովորաբար կարելի է չափել մի քանի եղանակով՝ քնի/արթնության ցիկլը, մարմնի հիմնական ջերմաստիճանը, մելատոնինի կոնցենտրացիան, կորտիզոլի կոնցենտրացիան և ալֆա ամիլազի կոնցենտրացիան8: Բայց լույսը ցիրկադային ռիթմերի առաջնային սինխրոնիզատորն է երկրի վրա տեղական դիրքի հետ, քանի որ լույսի ինտենսիվությունը, սպեկտրի բաշխումը, ժամանակը և տևողությունը կարող են ազդել մարդու ցիրկադային համակարգի վրա: Դա նույնպես ազդում է ամենօրյա ներքին ժամացույցի վրա:Լույսի ազդեցության ժամանակը կարող է կա՛մ առաջացնել, կա՛մ հետաձգել ներքին ժամացույցը: Ցերկադային ռիթմերը կազդեն մարդու աշխատանքի և հարմարավետության վրա և այլն: Մարդու ցիրկադային համակարգը առավել զգայուն է լույսի նկատմամբ 460 նմ (տեսանելի սպեկտրի կապույտ շրջան), մինչդեռ տեսողական համակարգը առավել զգայուն է: մինչև 555 նմ (կանաչ շրջան): Այսպիսով, ինչպես օգտագործել կարգավորվող CCT-ը և ինտենսիվությունը կյանքի որակը բարելավելու համար գնալով ավելի կարևոր է դառնում: Գունավոր կարգավորվող LED-ները՝ ինտեգրված զգայական և կառավարման համակարգով, կարող են մշակվել՝ բավարարելու նման բարձր արդյունավետության, առողջ լուսավորության պահանջները: .
Նկ.1 Լույսը կրկնակի ազդեցություն ունի 24-ժամյա մելատոնինի պրոֆիլի, սուր և փուլային փոփոխության էֆեկտի վրա:
Փաթեթի դիզայն
Երբ դուք կարգավորում եք սովորական հալոգենի պայծառությունը
լամպ, գույնը կփոխվի։Այնուամենայնիվ, սովորական LED-ն ի վիճակի չէ կարգավորել գունային ջերմաստիճանը պայծառությունը փոխելիս՝ ընդօրինակելով որոշ սովորական լուսավորության նույն փոփոխությունը:Նախկինում շատ լամպեր կօգտագործեն LED տարբեր CCT LED-ներով, որոնք համակցված են PCB տախտակի վրա
փոխել լուսավորության գույնը՝ փոխելով շարժման հոսանքը:CCT-ին կառավարելու համար անհրաժեշտ է միացման լուսային մոդուլի բարդ դիզայն, ինչը հեշտ խնդիր չէ լուսատուների արտադրողի համար: Լուսավորման դիզայնի առաջընթացի հետ մեկտեղ, կոմպակտ լուսատուները, ինչպիսիք են տեղում լույսերը և լույսերը, կոչված են փոքր չափսերի, բարձր խտության LED մոդուլներ, որպեսզի բավարարում են ինչպես գունային թյունինգի, այնպես էլ կոմպակտ լույսի աղբյուրի պահանջները, շուկայում հայտնվում են կարգավորելի գունավոր COB-ներ:
Գոյություն ունեն գույնի կարգավորող տեսակների երեք հիմնական կառուցվածք, առաջինը՝ այն օգտագործում է տաք CCT CSP և սառը CCT CsP կապը PCB տախտակի վրա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում: Երկրորդ տեսակի կարգավորվող COB-ը LES-ով լցված է տարբեր CCT ֆոսֆորի բազմաթիվ շերտերով: սիլիկոնեներ, որոնք ներկայացված են Նկարում
3. Այս աշխատանքում երրորդ մոտեցումն է ընդունվում՝ տաք CCT CSP LED-ները խառնելով կապույտ մատով չիպերի հետ և սերտորեն զոդել ենթաշերտի վրա: Այնուհետև տարածվում է սպիտակ ռեֆլեկտիվ սիլիկոնե պատնեշը, որը շրջապատում է տաք-սպիտակ CSP-ները և կապույտ չիպերը: Վերջապես: Այն լցված է ֆոսֆորով պարունակվող սիլիկոնով, որպեսզի լրացնի երկգույն COB մոդուլը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում:
Նկ.4 Ջերմ գույնի CSP և կապույտ շրջադարձային չիպ COB (կառուցվածք 3- ShineOn մշակում)
Համեմատելով 3-րդ կառուցվածքի հետ՝ 1-ին կառուցվածքն ունի երեք թերություն.
(ա) Գունավոր խառնուրդը տարբեր CSP լույսի աղբյուրների միջև տարբեր CCT-ներում միատեսակ չէ ֆոսֆորի սիլիկոնի տարանջատման պատճառով, որը առաջանում է CSP լույսի աղբյուրների չիպերի պատճառով.
(բ) CSP լույսի աղբյուրը հեշտությամբ վնասվում է ֆիզիկական հպումից.
(գ) CSP-ի յուրաքանչյուր լույսի աղբյուրի բացը հեշտ է փակել փոշին՝ առաջացնելով COB լույսի կրճատում.
Structure2-ն ունի նաև իր թերությունները.
ա) Արտադրության գործընթացի վերահսկման և CIE վերահսկման դժվարություն.
(բ) Գույնի խառնումը տարբեր CCT հատվածների միջև միատեսակ չէ, հատկապես մոտ դաշտի ձևավորման համար:
Նկար 5-ը համեմատում է MR 16 լամպերը, որոնք կառուցված են կառուցվածք 3 (ձախ) և կառուցվածք 1 (աջ) լույսի աղբյուրով:Նկարից մենք կարող ենք պարզել, որ կառուցվածքը 1-ն ունի բաց երանգ արտանետվող տարածքի կենտրոնում, մինչդեռ 3-րդ կառուցվածքի լուսային ինտենսիվության բաշխումն ավելի միատեսակ է:
Դիմումներ
Կառուցվածք 3-ի օգտագործմամբ մեր մոտեցման մեջ կան երկու տարբեր սխեմաներ՝ բաց գույնի և պայծառության թյունինգի համար:Մեկ ալիքով շղթայում, որն ունի վարորդի պարզ պահանջ, սպիտակ CSP լարը և կապույտ մատով չիպի տողը միացված են զուգահեռ: Կա ֆիքսված դիմադրություն CSP տողի վրա:Ռեզիստորի միջոցով շարժիչ հոսանքը բաժանվում է CSP-ների և կապույտ չիպերի միջև, ինչը հանգեցնում է գույնի և պայծառության փոփոխության: Մանրամասն թյունինգի արդյունքները ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում և Նկար 6-ում: Մեկ ալիքի սխեմաների գունային թյունինգի կորը ներկայացված է Նկար 7-ում:CCT-ն մեծացնում է շարժիչ հոսանքը:Մենք հասկացել ենք երկու թյունինգի վարքագիծ՝ մեկը նմանակող սովորական հալոգեն լամպով, մյուսը՝ ավելի գծային թյունինգով:Կարգավորվող CCT միջակայքը 1800K-ից մինչև 3000K է:
Աղյուսակ 1.Flux-ը և CCT-ը փոխվում են ShineOn-ի մեկ ալիք COB Model 12SA-ի շարժիչ հոսանքով
Նկար.7CCT թյունինգ սև մարմնի կորի հետ մեկտեղ կառավարվող COB(7a) մի ալիքով կառավարվող հոսանքով և երկու
կարգավորող վարքագիծը հարաբերական լուսավորությամբ՝ կապված հալոգեն լամպի (7b) հետ
Մյուս դիզայնը օգտագործում է երկալիք շղթա, որտեղ CCT կարգավորվող դասավորությունը ավելի լայն է, քան մեկ ալիքով շղթան: CSP լարը և կապույտ չիպային շարանը էլեկտրականորեն առանձնացված են ենթաշերտի վրա և, հետևաբար, պահանջում է հատուկ էներգիայի մատակարարում: Գույնը և պայծառությունը կարգավորվում են երկու սխեմաները վարելով ցանկալի ընթացիկ մակարդակով և հարաբերակցությամբ:Այն կարող է կարգավորվել 3000k-ից մինչև 5700Kas, որը ցույց է տրված ShineOn երկալիք COB մոդելի 20DA-ի Նկար 8-ում: Աղյուսակ 2-ում թվարկված է թյունինգի մանրամասն արդյունքը, որը կարող է մոտիկից նմանեցնել ցերեկային լույսի փոփոխությունն առավոտից երեկո: Համատեղելով զբաղվածության ցուցիչի և կառավարման օգտագործումը: սխեմաներ, այս կարգավորվող լույսի աղբյուրը օգնում է մեծացնել կապույտ լույսի ազդեցությունը ցերեկային ժամերին և նվազեցնել կապույտ լույսի ազդեցությունը գիշերվա ընթացքում՝ նպաստելով մարդկանց բարեկեցությանը և մարդկային աշխատանքին, ինչպես նաև խելացի լուսավորության գործառույթներին:
Ամփոփում
Կարգավորվող LED մոդուլները մշակվել են համատեղելով
չիպային մասշտաբների փաթեթներ (CSP) և չիպերի վրա (COB) տեխնոլոգիա:CSPs-ը և կապույտ շրջադարձային չիպը ինտեգրված են COB տախտակի վրա՝ բարձր էներգիայի խտության և գունային միատեսակության հասնելու համար, երկալիքային կառուցվածքն օգտագործվում է ավելի լայն CCT թյունինգի հասնելու համար այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են առևտրային լուսավորությունը:Մեկ ալիքի կառուցվածքն օգտագործվում է հալոգեն լամպի նմանակող մթնից տաք ֆունկցիան հասնելու համար այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են տան և հյուրասիրությունը:
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
Ճանաչում
Հեղինակները ցանկանում են շնորհակալություն հայտնել The National Key Research and Development-ի ֆինանսավորմանը
Չինաստանի ծրագիր (թիվ 2016YFB0403900):Բացի այդ, աջակցություն ShineOn-ի գործընկերների կողմից (Պեկին)
Technology Co-ն նույնպես երախտագիտությամբ է ընդունվում:
Հղումներ
[1] Han, N., Wu, Y.-H.և Tang, Y, KNX սարքի հետազոտություն
Node and Development Based on the Bus Interface Module», 29th Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350:
[2] Park, T. and Hong, SH, “A New Proposal of Network Management System for BACnet and its Reference Model”, 8th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2010, 28-33:
[3]Wohlers I, Andonov R. և Klau GW, «DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment», IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36:
[4]Դոմինգես, Ֆ, Թուհաֆի, Ա., Տիետե, Ջ. և Սթին Հաութ, Կ.
«WiFi-ի հետ համակեցությունը տնային ավտոմատացման ZigBee արտադրանքի համար», IEEE 19-րդ սիմպոզիում հաղորդակցությունների և տրանսպորտային միջոցների տեխնոլոգիաների վերաբերյալ Բենելյուքսում (SCVT), 2012, 1-6:
[5]Lin, WJ， Wu, QX և Huang, YW, «Automatic Reading System, Based on Power Line Communication of LonWorks», Միջազգային կոնֆերանս տեխնոլոգիաների և նորարարության վերաբերյալ (ITIC 2009), 2009,1-5:
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, «Ավտո-կարգավորվող ցերեկային լույսը LED-ներով. կայուն լուսավորություն առողջության և բարեկեցության համար», 2013 թվականի ARCC գարնանային հետազոտական կոնֆերանսի նյութեր, Մար, 2013 թ.
[7] Lighting Science Group White Paper «Lighting. The Way to Health and Productivity», ապրիլի 25, 2016 թ.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al., «Նախնական ապացույցներ գիշերային ժամերին ցիրկադային համակարգի սպեկտրային զգայունության փոփոխության համար», «Journal of Circadian Rhythms» 3:14:2005 թվականի փետրվար.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, «Spectral Daylighting»:
Սիմուլացիաներ. հաշվողական ցիրկադային լույս», Շենքերի արդյունավետության սիմուլյացիայի միջազգային ասոցիացիայի 14-րդ կոնֆերանս, Հայդերաբադ, Հնդկաստան, դեկտեմբեր 2015: