電力效率的驅動力現在已經轉移到將照明作為主要增長領域。 LED作為固態照明(SSL)的核心是這個新市場的關鍵,適用于大多數產品。 LED市場包括傳統的指示器設備,多年來一直是汽車儀表板指示器和二次照明應用的支柱。 “白色”LED的出現現已將這些設備帶入普通照明和顯示器背光市場。除了LED本身之外,SSL生態系統還包括連接器,專用布線,驅動器,電源調節器,無線連接和熱管理產品。關于SSL在商業,工業和汽車市場中的應用的討論如下。
點亮的指示器解決方案
人們提到LED時想到的典型圖像是點亮開關附近的紅色電源指示燈。如果您進一步詢問,這可能包括指示功能中黃色或綠色單個LED的異國情況。現實情況是,將LED用作顯示應用的光源正在成為主流。此外,幾乎所有使用白熾燈或熒光燈(包括CCFL)的應用都可以更新為使用LED照明。 LED的優點很多。它們功率更低,產生更少的熱量,可用于多種形狀因子,具有非常長的使用壽命,并且對運動和振動不敏感。另一個生態優勢是照明控制電路不含任何有害物質,如汞,并且可以制成無鉛。
為了支持LED,有兩條不同的路徑:標準路徑,日光可讀和紅外指示燈LED,以及用于照明應用的LED。第一組是在光電子學的主題下組織的。此類別包括點陣顯示,字符顯示和單個/分組LED。它們設計用于穩壓電源系統,用于功能指示和狀態。它們有多種形狀和安裝方式,如圖1和圖2所示。
圖1:七段字符顯示LED。
圖2:點陣LED顯示屏。
有時將各個LED元件分組為模塊。這些模塊有兩種形式:僅有多個LED,LED和其他電子元件。附加電子元件包括上拉或下拉電阻,驅動器邏輯和解碼邏輯。大多數多段顯示模塊可以直接訪問共用陰極或共陽極配置中的LED。對于條形指示器顯示,LED按照每個LED配置的兩針直接連接。原理圖如圖3所示。
圖3:指示條LED模塊示意圖。
高端模塊,如OSRAM PD243X,PD353X和PD443X,同時具有多字符顯示和LED排列顯示。這些顯示器設計用于與標準CMOS邏輯和CPU集成。它們具有內置內存,解碼器,多路復用器和驅動程序。該設備還包括設備的軟件控制(SDK),支持閃爍,內存清除,燈泡測試,顯示空白,單/多字符閃爍和多個亮度級別。指示器模塊的使用簡化了系統設計,因為這些功能所需的所有時序都包含在器件中,而應用板導致顯示器的單個器件占位面積。
單個LED由于其安裝和連接要求,元件可能無法立即在最終外殼中看到。為了解決這個問題,Digi-Key帶有全系列光學元件??梢詮囊恍┡cLED相同的供應商提供,包括Avago Technologies,Inc.,Chicago Miniature Lighting LLC,Dialight,Lumex Inc.,Molex,Panasonic和TE Connectivity。光學器件包括反射器,側面發射器,透鏡,燈座,遠程熒光粉和光管。標準光學器件將LED燈本地重定向,以延伸到產品設計的外殼。光學器件還為顯示器提供了替代安裝解決方案。
照明產品分為低,中,高亮度。 LED還可根據目標應用以特定顏色頻率提供。結果,沒有“紅色”LED這樣的東西。相反,存在從LED輸出的特定波長的紅色,并且透鏡允許該頻率被放大。亮度等級與使用模型有很大關系 - 室內,室外,汽車,系統控制,日光可讀等。與設備相關的功率也隨著亮度而變化,因此選擇正確的亮度非常重要。除了功率之外,視覺外觀還受亮度,頻率和光學系統的影響。設計師必須了解其用途和應用。例如,汽車空調按鈕的燈應該是小的,明亮的和藍色的,這樣你就可以在白天看到它,相反,你不會使用大的高亮度綠色LED作為報警鍵盤,如它將有效地照亮房間,并為鍵盤操作員提供大量的眩光。
照明和HB LED解決方案
遠離指標,這已經是自20世紀70年代以來,LED產業的主要產品,我們轉向固態照明。這個市場由高亮度(HB)LED和白色LED主導??ǖ戏虼髮W實驗室的Alberto Barbieri研究了高亮度LED的效率和可靠性,并通過在(AlGaInP/GaAs)LED上使用由氧化銦錫(ITO)制成的透明觸點,展示了非常令人印象深刻的結果。藍色LED和高效LED的出現迅速促成了第一個白色LED的發展,它采用了Y3Al5O12:Ce或“YAG”熒光粉涂層,將黃色(下轉換)光與藍色混合,產生出現的光白色。這很快被Cree等公司商業化。 Cree的XLamp?XM-L白光LED今年上市,在10瓦的全功率下可產生每瓦100流明,在2瓦輸入功率下每瓦可產生高達160流明的光。
這些高亮度和白光LED已經進入主流照明應用,交通照明和一般低功率照明。功率的優勢源于光發電技術。對于典型的60至100瓦應用,白熾燈每瓦輸出15流明。熒光燈在35至40瓦的功率水平下輸出大約100流明/瓦。 LED工作在毫安范圍內,為20 mA功耗提供65流明。由于這些設備用于普通照明,因此功率可提升至約350 mA。
汽車照明一直是LED照明的早期采用者之一。長壽命周期,固態結構,不受振動,低功率和輕量化的影響,使它們自然適合。對于這些應用,LED位于一個點上,并且使用光管將光線繞過以適合輪廓。 Digi-Key在其照明解決方案部分下提供光管。光管通常與所有顏色的LED一起使用,以提供在商業建筑,工業,家用電器,鐵路,機動車輛和商用飛機應用中發現的重點/裝飾照明。它們是線性光源,例如使用TE Connectivity專有的大芯光纖棒,使用一個或多個LED沿光管的整個長度投射光帶。 TE Connectivity Light Pipe如圖4所示。
圖4:TE連接光管(TE Connectivity提供)。
光管和反射器是LCD和顯示器新型低功率背光的基礎。 Digi-Key光管套件允許通過標準部件水平,垂直和沿柔性路徑引導光線來創建新的工業設計。這些套件可從Dialight和Lumex Inc.等處獲得。大多數光學元件都是“卡入式”,因此它們與表面貼裝LED上的后組裝兼容,即符合ROHS和波峰焊。
對于普通照明,不僅僅是光輸出和光線相對于工業設計的位置。通用照明具有熱管理和動力驅動(即,調光和控制)方面。 Cree Inc.,賽普拉斯半導體,英飛凌科技,凌力爾特,Lumex Inc.,美國國家半導體和恩智浦半導體都提供產品培訓手冊,概述了他們的開發套件。典型的評估套件,如Cree LED模塊LMR4評估套件,如圖5所示。開發套件包括基于Cree LED的光模塊,兩個用于燈保持運行的散熱器,一個帶控制邏輯的調光開關,手冊,以及將模塊連接到標準交流電壓所需的所有插頭和接線。來自其他制造商的其他套件包括類似的部件,其中一些套件基于低壓供電操作與標準線電壓。
圖5:Cree LED模塊LMR4評估套件(Courtesy CREE,Inc。)。
該套件允許圍繞照明模塊創建產品設計,制造商負責所有電子設備。產品設計任務僅限于光學設計和創意工業設計。示例如圖6所示。為了幫助設計實現,有許多直接來自制造商的應用筆記。它們解決了現實問題,例如熱響應和退化特性,處理波峰焊的問題,確定LED的DC和AC性能的效率,調光控制以及LED的功率控制。
圖6:LMR4的Cree照明設計實例(Courtesy CREE,Inc。)。
使用LED進行設計,為工程師提供了能力的優勢選擇淺色。例如,Cree CXA2011照明套件具有溫暖的白光,色溫范圍為2700K至5000K。其他幾個系列的顏色更白,更冷。這些特定的燈不隨時間漂移,并且它們的焦點和視角/投影角度可以用光學器件定制。 Digi-Key提供的另一種系統為建筑物提供室內照明。 TE Connectivity的NEVALO?照明系列包括培訓視頻和白皮書,提供電源,接線,照明插座,LED板,光學器件和散熱器的完整開發環境。這些組件由鉆取模板,基于Web的配置工具,SSL預算系統和帶測試板的熱測試儀器提供支持。
由于節省電力和人力,降低了更換成本,并減少了維護人員的人力。照明,室內照明市場正在推動使用交鑰匙開發系統和高度自動化兼容的照明解決方案。大多數單獨的LED都有高速帶和卷軸,切割帶和Digi-Reel?形式,以簡化高容量表面貼裝組裝。
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