LED ultra-lumineuses: caractéristiques d'installation, d'alimentation, de conception

Les dispositifs d'éclairage, dans lesquels des LED ultra-lumineuses sont utilisées comme sources de lumière, ne surprendront personne. La demande pour de tels appareils est en constante augmentation, ceci est directement lié à la faible consommation d'énergie de ces appareils. Étant donné qu'environ 25 à 35% de l'électricité consommée est consacrée à l'éclairage, les économies réalisées seront considérables.

Cependant, étant donné le coût relativement élevé des LED très brillantes, en raison de leurs caractéristiques de conception, il n'est pas encore temps de parler d'une transition complète vers ce type d'éclairage. Selon les experts, ce processus durera de 5 à 10 ans et sera donc indispensable pour le débogage et la mise en œuvre de nouvelles technologies.

Dossier de performance

L'efficacité du dispositif d'éclairage est considérée comme étant le rapport entre le flux lumineux généré (mesuré en lumens) et l'électricité consommée (watts). Une lampe à incandescence de qualité a une efficacité d’environ 16 lumens par watt, fluorescente (économie d'énergie) - quatre fois plus (64 lm / W), pour les lampes de jour longues, cet indicateur est dans la région 80 lm / w.

L'efficacité des LED ultra-lumineuses, fabriquées en série pour le moment, est à peu près la même que celle des lampes fluorescentes. Veuillez noter que nous parlons de production en série. Quant à la limite théorique pour les sources LED très brillantes, elle est définie par un seuil de 320 lm / W.

Comme le promettent de nombreux fabricants, l’efficacité pourrait augmenter à 213 lm / W au cours des prochaines années.

L'influence des caractéristiques de conception sur les coûts

Pour la fabrication de sources lumineuses à LED super brillantes, l’une des deux méthodes suivantes peut être utilisée:

• Pour obtenir une lumière proche du spectre dans le blanc, trois cristaux sont utilisés installés dans un boîtier. L'un est rouge, le second est bleu et le troisième est vert;
• un cristal émettant dans le spectre bleu ou ultraviolet est utilisé, il éclaire la lentille recouverte d’un luminophore, ce qui permet de convertir le rayonnement en une lumière proche du spectre de la lumière naturelle.

Bien que la première option soit plus efficace, sa mise en œuvre est un peu plus coûteuse, ce qui affecte négativement la prévalence. De plus, le spectre de la lumière émise par une telle source est différent de celui de la nature.

Les appareils fabriqués par la deuxième technologie ont une efficacité moindre. Il faut également garder à l’esprit que le luminophore contient un composite de cérium et d’yttrium basé sur la composition, qui ne sont pas bon marché en soi. En fait, cela explique le coût relativement élevé des LED blanches super-lumineuses. La conception d'un tel dispositif est illustrée à la figure.

Désignations:

• A - conducteur imprimé;
• Base B à conductivité thermique accrue;
• C - boîtier de protection de l'appareil;
• D - pâte à souder;
• Cristal E - LED émettant de la lumière ultraviolette ou bleue;
• F - revêtement de phosphore;
• G - colle (peut être remplacé par un alliage eutectique);
• H est le fil reliant le cristal et la sortie;
• K est le réflecteur;
• J est la base du dissipateur thermique;
• L - puissance de sortie;
• M est la couche diélectrique.

Caractéristiques de montage

Le fonctionnement des LED ultra-lumineuses est affecté par le degré de chauffage du cristal et par la jonction pn elle-même. La durée de vie de l'appareil dépend directement du premier et du niveau de flux lumineux du second. Par conséquent, pour la longue durée de vie des LEDs ultra-lumineuses, il est nécessaire d’organiser un dissipateur thermique fiable, à l’aide d’un radiateur.

Il convient de noter que les bases thermoconductrices de ces semi-conducteurs conduisent généralement à l'électricité. Par conséquent, lorsque plusieurs éléments sont installés sur un même radiateur, il convient de veiller à une isolation électrique fiable des bases.

Le reste des règles d'installation est presque identique à celui des diodes conventionnelles, c'est-à-dire que la polarité doit être respectée, à la fois lors de l'installation de la pièce et lors du branchement de l'alimentation.

Caractéristiques de puissance

Compte tenu du coût relativement élevé des LED ultra-lumineuses, il est très important de les utiliser pour leur travail. des alimentations fiables et de haute qualité, car ces éléments semi-conducteurs sont essentiels au courant surcharge.

Après un mode anormal, le dispositif peut rester opérationnel, mais la puissance du flux lumineux émis sera considérablement réduite. De plus, un tel élément est susceptible de causer des dommages à d'autres LED connectées conjointement.

Avant de parler des pilotes pour les LED ultra-brillantes, nous allons brièvement parler des caractéristiques de leur alimentation. Tout d'abord, il est nécessaire de prendre en compte les facteurs suivants:

• la puissance du flux lumineux émis par ces éléments dépend directement de la magnitude du courant électrique qui les traverse;
• Les LED ultra-lumineuses sont caractérisées par une caractéristique I-V non linéaire (caractéristique volt-ampère);
• la température a une forte influence sur les caractéristiques I - V de ces dispositifs à semi-conducteurs.

La variation de la caractéristique I - V à la température de l'élément semi-conducteur (LED SMD superbright) de 20 ° C et 70 ° C est indiquée ci-dessous.

Comme on peut le voir sur le graphique, lorsqu'une tension stable de 2 V est appliquée au semi-conducteur, le courant électrique le traversant varie en fonction de la température. Lorsque le cristal est chauffé à 20 ° C, il sera égal à 14 mA, lorsque la température atteindra 70 ° C, ce paramètre correspondra à 35 mA.

Le résultat d'une telle différence sera une modification de la puissance du flux lumineux à la même tension d'alimentation. Sur cette base, il est nécessaire de stabiliser non pas la tension, mais le courant électrique traversant le semi-conducteur.

De telles alimentations s'appellent des drivers de LED, ce sont des stabilisateurs de courant ordinaires. Cet appareil peut être acheté prêt à l'emploi ou assemblé vous-même. Dans la section suivante, nous vous fournirons quelques schémas de pilotes typiques.

Driver LED fait maison

Nous apportons à votre attention plusieurs options pour les pilotes basés sur des puces spécialisées de la société Monolithic Power System, dont l'utilisation simplifie grandement la conception. Les schémas sont donnés à titre d'exemple, une description complète de l'inclusion typique peut être trouvée dans la fiche technique sur le microcircuit.

Option 1 basée sur le convertisseur abaisseur MP4688.

Ce pilote peut fonctionner avec des tensions comprises entre 4,5 et 80 V, le seuil de courant de sortie maximal étant de 2 A, ce qui permet d'alimenter le luminaire avec des LED haute puissance ultra-lumineuses. Le niveau de courant électrique traversant les LED est régulé par la résistance R_Fb. La mise en œuvre de la gradation PWM avec une fréquence de 20 kHz vous permet de modifier en douceur le courant électrique circulant dans la LED.

La deuxième version du pilote est basée sur la puce MP2489. Son boîtier compact (QFN8 ou TSOT23-5) permet de placer le driver dans la base MR16 utilisée par les lampes halogènes, ce qui permet de remplacer ce dernier par des lampes à LED. Un schéma de connexion typique du MP2489 est présenté dans la figure.

Le circuit ci-dessus vous permet d'allumer deux DEL parallèles, chacune ayant un courant de fonctionnement de 350 mA.

Le dernier pilote basé sur la puce MP3412, qui peut être utilisé dans les lampes de poche portables. Une caractéristique distinctive d'un tel système est la possibilité de travailler avec une pile AA AA.