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Potenti array di LED nell'illuminazione: dispositivo e funzionalità dell'applicazione
Dallo sviluppo del primo LED praticamente applicabile da parte del professor Nick Holonyak dell'Università dell'Illinois nel 1962, è passato più di mezzo secolo, tuttavia, l'invenzione rivoluzionaria fino ad oggi subisce cambiamenti progressivi, diventando sempre più perfetta e sempre più tecnologica e utile.
L'elettroluminescenza di una transizione a semiconduttore, con la ricombinazione di elettroni e lacune, è ora la base per fonti di luce supereconomiche. Lampade a LED, spesso chiamate LED (abbreviazione di diodi emettitori di luce inglesi), le lampade stanno gradualmente guadagnando una posizione stabile nel mercato delle moderne tecnologie di illuminazione a risparmio energetico, sia per le esigenze domestiche, sia per le imprese e persino per i sistemi di illuminazione stradale.
Le lampadine a LED superano la sicurezza tubi fluorescenti compatti, che contengono mercurio, e le lampadine a incandescenza diventano ora una reliquia di un lontano passato.
Il motivo principale per cui le lampade a incandescenza sono sostituite da sorgenti luminose a LED è perché la lampada a incandescenza emette in uno spettro molto ampio, una parte significativa della quale semplicemente non funziona per l'illuminazione. Solo il 5 percento della potenza totale consumata da una lampada a incandescenza è destinata all'illuminazione e il resto al riscaldamento.
Questo è il motivo per cui LED e array di LED (assemblaggi monolitici) molto potenti sono stati recentemente così ampiamente rappresentati sul mercato in sostituzione di apparecchi di illuminazione industriali. Un LED emette in un intervallo abbastanza ristretto dello spettro, ad esempio un LED arancione ha una lunghezza d'onda nell'intervallo da 590 nm a 610 nm.
I vantaggi delle sorgenti luminose a LED includono:
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elevata emissione luminosa paragonabile alle lampade al sodio (si ottiene un valore di 160 lumen per watt),
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resistenza e resistenza alle vibrazioni, lunga durata (fino a 100000 ore),
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ampia gamma per la scelta della temperatura della luce (da 2700 K caldi a 6500 K freddi),
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purezza spettrale fornita dal dispositivo stesso.
A causa della bassa inerzia, le luci si accendono immediatamente a piena luminosità, indipendentemente dalla temperatura ambiente, e l'accensione / spegnimento non influisce in modo significativo sulla durata dei LED. L'angolo di radiazione può variare da 15 a 180 gradi.
L'uso di tali prodotti è completamente sicuro per l'uomo a causa della bassa tensione di alimentazione, della bassa temperatura operativa e, naturalmente, del rispetto dell'ambiente fornito dall'assenza di mercurio e fosforo, nonché dalla parte ultravioletta della radiazione nello spettro. Tuttavia, va ricordato che le alte temperature sono dannose per qualsiasi semiconduttore, quindi non si dovrebbe consentire il riscaldamento oltre i 60-70 gradi Celsius.
Potenti array di LED sono gruppi di più cristalli in un blocco. I cristalli radianti rivestiti con un fosforo sono collegati in serie parallela per ottimizzare il consumo di corrente.
La superficie piatta del blocco è un rivestimento in plastica trasparente, che consente di installare ulteriori ottiche per creare il modello necessario di diffusione della luce. Le matrici sono fornite con un substrato di rame o alluminio piuttosto spesso con fori di montaggio per il montaggio dell'unità su un dissipatore di calore.
La superficie liscia del substrato garantisce un contatto affidabile dell'unità con il dissipatore di calore. L'installazione deve essere eseguita con cura per non deformare o danneggiare l'alloggiamento. La pasta termoconduttiva deve essere applicata su tutta la superficie del substrato.
La sezione dei fili di collegamento non deve essere inferiore a 0,5 millimetri quadrati e l'area di rimozione del calore per watt dovrebbe essere di circa 20-30 centimetri quadrati a una temperatura degli oggetti circostanti di 25-35 gradi Celsius. Tali matrici sono disponibili con potenze nominali diverse, fino a 300 watt o più. Fondamentalmente non ci sono restrizioni sulla dimensione delle matrici.
Il valore medio della tensione operativa per un cristallo è di circa 3,4 volt e la resistenza attuale è di circa 350 milliampere. Questi valori possono variare leggermente, ma non si deve superare la tensione consentita per un particolare gruppo, poiché i LED hanno una caratteristica di tensione di corrente in forte aumento e si esauriranno rapidamente se la corrente supera il valore critico per il cristallo.
L'uso di un radiatore con un margine nell'area è la migliore assicurazione per il funzionamento lungo, affidabile e senza problemi della matrice LED. Se si limita la corrente attraverso il cristallo a 320 milliampere, il flusso luminoso diminuirà del 3-5%, ma allo stesso tempo, la durata del cristallo LED aumenterà di un ordine di grandezza e le condizioni per il suo alimentatore saranno ideali.
La fonte di alimentazione per i LED può essere qualsiasi sorgente con stabilizzazione della corrente di carico e, in assenza di stabilizzazione della corrente, è necessario prevedere un margine significativo per il superamento della corrente massima consentita. La modifica della tensione di alimentazione di 1 volt può comportare un aumento dell'intensità della corrente di un fattore da due a tre e il risultato sarà una degradazione del cristallo (il cristallo verrà danneggiato - il flusso luminoso diminuirà) o l'oscuramento del fosforo.
Quando si progettano combinazioni di gruppi di LED in connessioni serie-parallele, preferibilmente una connessione in serie, evitando correnti operative elevate.
Se la temperatura operativa del cristallo per un lungo periodo di tempo supera il valore ottimale, il fosforo si scurisce e perde la sua funzione sotto l'influenza della temperatura. L'oscuramento e la distruzione del fosforo possono causare la luce solare diretta se continuano a influire sulla superficie del LED.
È auspicabile includere un relè termico nella progettazione della fonte di alimentazione, posizionando il suo sensore sul radiatore della lampada.
Se si prevede di utilizzare una matrice LED in inverno per strada, è necessario considerare che i condensatori elettrolitici nell'alimentatore hanno una limitazione sull'uso a basse temperature, quindi la soluzione migliore sarebbe quella di posizionare l'alimentatore nella stanza.
Quando si utilizzano matrici LED per strada a basse temperature, è necessario ricordare che l'efficienza aumenterà in modo significativo e che l'emissione di luce aumenterà del 10-20 percento del valore nominale. E dopo 500-1000 ore di funzionamento, l'emissione luminosa in ogni caso sarà del 5-10 percento in più, questa caratteristica dei cristalli è chiamata “effetto allenamento”.
Anche la scelta di un radiatore per l'illuminazione stradale richiede un'attenzione particolare, non dovrebbe contenere sporgenze, rientranze e curve non necessarie, in modo che la convezione naturale sia massima e che detriti e sporco non possano accumularsi sulla sua superficie.
È auspicabile disporre l'alimentatore della lampada in modo tale che tutta l'umidità che si accumula all'interno della lampada non influisca minimamente sugli elementi del circuito.
Ogni anno viene migliorata la tecnologia per la produzione di array di LED ad alta potenza, i produttori sono alla ricerca delle migliori opzioni per il fosforo. Al momento, la maggior parte dei produttori utilizza fosfori gialli, sono versioni modificate di granato ittrio-alluminio drogate con cerio trivalente.
Le tecnologie di illuminazione a LED sono efficaci e il loro design è abbastanza semplice. Sono ampiamente utilizzati in proiettori, lampade, strisce LED, illuminazione decorativa e semplici torce elettriche. La loro potenza luminosa raggiunge i 5000 lm.
Oggi, i moduli LED vengono utilizzati per illuminare edifici, strade, strutture pubblicitarie, tunnel e ponti, fontane, vengono utilizzati per illuminare uffici e locali industriali, interni domestici ed elementi di arredamento, nonché in vari progetti di design moderno.
Durante le vacanze, potenti sistemi di illuminazione a LED adornano le facciate di edifici, alberi e altri oggetti. L'affidabilità delle sorgenti luminose a LED consente di utilizzarle in luoghi di difficile accesso per sostituzioni frequenti.
Attualmente, in molti paesi del mondo, l'illuminazione a LED ha rapidamente sostituito altri. Molte città prevedono di passare presto all'illuminazione stradale a LED.
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