Proyectores LED de alta potencia (100W, 200W, 300W, 400W, 500W)
Aplicaciones
Proyectores LED de alta potencia(100 W a 500 W) están diseñados para ofrecer una cantidad sustancial de lúmenes para iluminación de áreas, carreteras, tareas o acentos. Esta versátil familia de luminarias para exteriores encuentra una variedad de aplicaciones que requieren iluminación direccional sobre una zona definida, ya sea para resaltar un punto de interés con un haz de luz fuertemente enfocado o para iluminar uniformemente grandes áreas o superficies verticales con luz blanca intensa. Estas luminarias se pueden utilizar como fuente de luz elevada para iluminar áreas geométricas específicas, como estacionamientos, aeropuertos, terminales de carga, cruces de autopistas, campos deportivos, campos de golf, plazas de peaje, sitios industriales y áreas de almacenamiento al aire libre. Los reflectores LED de alta potencia también se utilizan para acentuar y resaltar elementos arquitectónicos como fachadas, monumentos, columnas y estructuras icónicas. Los reflectores son orientables, lo que, junto con el diseño del haz, las ubicaciones y las alturas de montaje adecuadas, contribuye a una solución de iluminación exterior muy efectiva pero flexible.
Los contras de las luces de halogenuros metálicos
reflectores LEDestán creados para superar a los accesorios convencionales que consumen mucha energía y requieren mucho mantenimiento. En el pasado, las aplicaciones de iluminación con proyectores de alto rendimiento lumínico estaban dominadas por lámparas de halogenuros metálicos. Si bien las lámparas de halogenuros metálicos ofrecen hasta 20 veces más vida útil y cuatro veces más eficiencia que las lámparas incandescentes y están disponibles en potencias muy altas (hasta 2000 vatios), pueden presentar una serie de preocupaciones.
Estas lámparas funcionan a temperaturas más altas (900 a 1100 grados) y presiones altas (520 a 3100 kPa). Al final de su vida útil, están sujetos a fallas no-pasivas que pueden presentar riesgos de incendio.
Mientras que las bombillas de menor potencia pueden durar hasta 20.000 horas, las bombillas de mayor potencia, como las bombillas de 1.500 W que se encuentran comúnmente en las luminarias de los estadios, suelen tener una vida útil drásticamente reducida, de 3.000 horas.
El largo tiempo de arranque-y reinicio en caliente, así como la vida útil más corta bajo operaciones de encendido y apagado frecuentes, hacen imposible aprovechar el potencial de ahorro de energía de los controles de iluminación con sistemas de halogenuros metálicos.
Otra preocupación con el uso de reflectores de halogenuros metálicos son las altas pérdidas ópticas. Una lámpara de halogenuros metálicos proyecta su salida de lúmenes en todas direcciones, lo que resulta en una baja eficiencia de extracción de luz.
Las lámparas de alta potencia a menudo requieren dispositivos ópticos grandes y complejos para capturar y distribuir la luz, lo que no sólo añade costo y tamaño a la luminaria sino que también aumenta la carga de viento y el peso.
iluminación LEDabre un mundo de oportunidades
Durante la última década, la tecnología de iluminación con focos ha experimentado un cambio monumental de HID a LED. La transformación radical está impulsada por un conjunto de atractivos beneficios que ofrece la iluminación LED. La eficacia luminosa de los LED ha superado las tecnologías de iluminación anteriores hasta superar los 200 lm/W y todavía tiene un importante margen de mejora. La notable mejora en la eficiencia de la fuente de luz no es la única ventaja mortal de la iluminación LED. La oportunidad de generar mayores ahorros de energía más allá de las simples mejoras en la eficiencia de las fuentes de luz es más impresionante. Con la iluminación LED, se pueden considerar y co-cooptimizar diferentes aspectos de la eficiencia de las aplicaciones de iluminación (LAE), que incluyen la eficiencia de entrega óptica, la eficiencia espectral y la efectividad de la intensidad, para diferentes aplicaciones.
Las características físicas y ópticas únicas de los LED permiten una entrega más efectiva de la luz al objetivo. Con una óptica diseñada con precisión, más del 90% de la luz emitida por los LED se puede extraer de la luminaria y distribuir con precisión a un objetivo definido. En comparación, más del 30% de la luz producida por una lámpara de halogenuros metálicos se pierde dentro de la lámpara y no toda la luz que escapa de la lámpara se entrega en una dirección que sea útil para la aplicación prevista.
Se puede disponer una serie de LED para formar un dispositivo de emisión de superficie que, en combinación con un control óptico a escala de paquete, ofrece distribuciones controlables con precisión con una alta uniformidad de iluminancia para mejorar la calidad de la iluminación y minimizar las instalaciones de luminarias. Con una regulación total e instantánea y la capacidad de soportar frecuentes operaciones de encendido/apagado, los reflectores LED se pueden controlar para entregar la cantidad adecuada de luz según la demanda, reduciendo así el uso de energía.iluminación LEDofrece la nueva capacidad de controlar con precisión la distribución de potencia espectral (SPD), lo que permite prescribir una calidad de color que maximiza el LER y el rendimiento visual.
Si bien el ahorro de energía ofrece un beneficio inmediato, una parte importante del ROI (retorno de la inversión) procedente del uso dereflectores LEDse debe a la reducción de los costes de mantenimiento. Los costos de mantenimiento de la iluminación HID pueden acumularse rápidamente si se tienen en cuenta los gastos de reemplazo de lámparas, mano de obra y equipos, mientras que la tecnología LED ofrece la oportunidad de crear sistemas de iluminación que prácticamente no requieren mantenimiento-durante una vida útil nominal de numerosos años o decenas de miles de horas.
Diseño y configuración
Proyectores LED de alta potenciaSon sistemas complejos porque sus operaciones térmicas, ópticas y eléctricas son interdependientes. Un conjunto de componentes del sistema debe trabajar al unísono para formar un todo integrado que garantice que los LED funcionen a su máxima capacidad en las condiciones óptimamente controladas del entorno operativo. El sistema en el que se ensamblan los paquetes de LED para proporcionar resistencia mecánica, gestión térmica, control óptico, suministro de energía y protección ambiental tiene un impacto significativo en desbloquear todo el potencial de rendimiento de los LED y el valor de la luminaria para una aplicación particular.
Un reflector LED de alta potencia es un sistema totalmente integrado o un conjunto modular. Un reflector LED totalmente integrado tiene un único motor de luz y el diseño de otros componentes está dedicado a satisfacer las necesidades del motor de luz. un modularreflector LEDSe compone de múltiples módulos LED. Estos módulos son motores de luz autónomos-que incorporan todos los componentes funcionales excepto el circuito controlador. El diseño integrado se utiliza normalmente en sistemas con una potencia nominal inferior a 300 W. El diseño modular proporciona una gran flexibilidad en las configuraciones de luminarias, así como escalabilidad del sistema para la construcción de reflectores LED de mayor potencia.
fuente de luz
En la tecnología LED actual empleada para aplicaciones de iluminación con reflectores, la luz blanca se genera mediante LED convertidos en fósforo que combinan un LED azul basado en InGaN-con un convertidor reductor- de fósforo. Los LED convertidos en fósforo se empaquetan utilizando diferentes plataformas tecnológicas, lo que conduce a características de rendimiento variadas basadas en los materiales de construcción, la arquitectura del paquete y los procesos de fabricación. Las características de rendimiento más afectadas de los LED relacionadas con el uso de diferentes plataformas de paquete son la eficacia luminosa, la depreciación del lumen y la estabilidad del punto de cromaticidad.
Si bien los LED de potencia media-tienen una mejor eficacia luminosa que otros tipos de LED, tienen la menor resistencia a la depreciación del lúmenes y al cambio de color. La resina plástica que se utiliza para construir la carcasa reflectante es propensa a sufrir degradación térmica y fotográfica. Si bien los LED de chip-on-placa (COB) tienen una estabilidad térmica mejorada como resultado del ensamblaje de chips de LED sobre un sustrato cerámico o una placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB), la matriz de alta densidad de chips de LED puede producir una cantidad excesiva de calor que puede abrumar la ruta térmica e introducir una alta tensión térmica a los fósforos.
La filosofía de empaque fundamental de los LED de alta potencia basados en cerámica y los LED de paquete de escala de chip (CSP) proporciona una ruta térmica de alta eficiencia para extraer calor de la región activa del LED. Estos LED exhiben un excelente mantenimiento del lúmenes incluso a altas temperaturas de funcionamiento y corrientes de accionamiento.
Un LED se puede caracterizar por tener un SPD particular, que define su rendimiento de reproducción cromática y su temperatura de color correlacionada (CCT). El comportamiento espectral de un LED depende de la composición del convertidor reductor- de fósforo. La compensación-entre la calidad del color y la eficacia luminosa se mantiene. La selección del paquete de LED a este respecto variará en diferentes direcciones según los requisitos de la aplicación.
Gestión térmica
La gestión térmica sigue siendo un desafío omnipresente para los sistemas de iluminación LED de alta potencia. En general, los LED disipan más del 50% de la potencia eléctrica de entrada en forma de calor en el chip semiconductor. Los LED blancos basados en InGaN-muestran una caída de eficiencia con corrientes de accionamiento elevadas. Cuanto mayor es la corriente de accionamiento, mayor es el porcentaje de energía eléctrica que se convierte en calor. Además, la conversión descendente-de fósforo para transformar una longitud de onda más corta (azul) en una longitud de onda más larga (amarillo) dentro del paquete LED de alta densidad de flujo produce una cantidad significativa de calor Stokes.
El calor debe alejarse del paquete de LED a una velocidad que exceda la velocidad a la que se generan los desechos. La acumulación de calor sobrecalentará el paquete de LED, lo que eventualmente provocará una depreciación del lumen y fallas del dispositivo debido a la degradación del fósforo y del material del paquete, así como un aumento de la formación de defectos en los cristales y el crecimiento de dislocaciones de roscas en la región activa del diodo.
El objetivo de la gestión térmica es garantizar que la temperatura de los LED y otros componentes-sensibles a la temperatura se mantenga dentro de los límites máximos funcionales y absolutos. Para enfriar eficazmente los -dispositivos semiconductores autocalentables, se debe minimizar la resistencia térmica de todos los componentes a lo largo del camino térmico entre la unión del LED y el aire ambiente y el disipador de calor debe proporcionar una capacidad adecuada para absorber el calor y luego expulsarlo al aire ambiente. La transferencia eficiente de calor residual por conducción térmica desde la unión del LED al disipador de calor implica la formación de uniones de soldadura de mayor confiabilidad y alta capacidad de conducción térmica (o interconexiones sin soldadura-) y el uso de MCPCB y materiales de interfaz térmica de baja resistencia térmica.
Para facilitar la disipación de calor, el disipador de calor y la carcasa de unreflector LEDPor lo general, se forman como una sola pieza y se construyen a partir de una aleación de aluminio con bajo contenido de cobre mediante el proceso de extrusión, forja en frío o fundición a presión. Un disipador de calor pasivo comúnmente comprende una estructura diseñada aerodinámicamente de mayor volumen físico, que maximiza simultáneamente el área de superficie efectiva y el coeficiente de transferencia de calor por convección.
Circuitos de control y controlador
La parte crítica que define la vida útil y el rendimiento de unreflector LED de alta potenciaes el conductor. Si bien las fuentes de alimentación lineales aportan una atractiva reducción de costes y complejidad, la mayoría de los controladores LED que se utilizan para operar sistemas LED de alta potencia están diseñados como fuentes de alimentación conmutadas. Los costos asociados para dichos controladores LED son relativamente altos, pero esta desventaja se ve significativamente compensada por la capacidad de los controladores para proporcionar una conversión de energía de mayor eficiencia, una mejor calidad de salida y una protección más sólida de los LED contra condiciones operativas anormales. Además de la conversión principal de energía CA-CC, un controlador LED SMPS realiza muchas sub-tareas de forma secuencial o en paralelo. Estas sub-tareas incluyen reducción de armónicos y corrección del factor de potencia, detección y filtrado de interferencias electromagnéticas (EMI), aislamiento galvánico entre primario y secundario, regulación de corriente de accionamiento, control de atenuación, protección contra sobretensión, cortocircuito, sobrecarga y fallas de sobretemperatura.
Normalmente, los controladores LED implementan una topología de dos-etapas. Un controlador de LED que incluye una etapa PFC activa seguida de una etapa convertidora de CC-CC proporciona una corriente sustancialmente constante a la carga con una alta eficiencia del circuito, al tiempo que permite una operación de alto voltaje y rangos de voltaje de entrada ultra-amplios (p. ej., 120–277 VCA, 347-480 VCA, 120-480 VCA, 90-528 VCA) y proporciona alta inmunidad para el LED conectado. módulos. (En áreas con una alta densidad de rayos, aún es necesario agregar un dispositivo externo de protección contra sobretensiones). Por el contrario, los controladores LED de una sola etapa enfrentan muchas limitaciones en aplicaciones de alta potencia, que incluyen baja eficiencia del convertidor, voltajes de operación estrechos, una firma EMI alta, mayor tamaño y costo de los componentes de protección contra sobretensiones, rango de atenuación estrecho y características altas de ondulación (parpadeo) de la corriente de salida.
Cuando se requiera atenuación como parte de cualquier estrategia de control, el controlador se puede configurar para admitir la regulación de la corriente de salida mediante una reducción de corriente constante (CCR) y/o una modulación de ancho de pulso (PWM). Puede aceptar entrada de control a través de una interfaz analógica (1-10VDC) o una interfaz digital (DALI, ZigBee, Z-Wave, etc.).
Distribución de luz
Proyectores LED de alta potenciaGeneralmente son sistemas de iluminación directa que distribuyen toda la luz emitida en la dirección general de la superficie a iluminar. Estas luminarias están disponibles en patrones de haz simétricos y asimétricos, con distribuciones luminosas que van desde zonas estrechas hasta inundaciones amplias. La distribución de la luz de una luminaria orientable normalmente se describe con una dispersión del haz basada en los grados del ángulo de campo de la luminaria. Las extensiones de haz a menudo se clasifican en tipos de haz NEMA del 1 al 7, donde los haces más estrechos tienen números de tipo de haz más bajos y los haces más anchos tienen números más altos.
La naturaleza direccional de los LED les permite eliminar el uso de ópticas secundarias en algunas áreas y aplicaciones de iluminación por inundación. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones requieren el uso de ópticas especializadas para regular el flujo luminoso de la fuente de luz a un haz controlado. Control óptico parareflectores LEDGeneralmente se logra con reflectores o lentes. Dado que los LED brindan la oportunidad de extraer su flujo luminoso directamente de la fuente, la óptica secundaria generalmente se diseña como sistemas ópticos a escala de paquete-. Un diseño muy común de óptica de reflector utiliza la reflexión interna total (TIR).
La óptica TIR puede producir haces circulares suaves con ancho total a la mitad del máximo (FWHM), anchos angulares de hasta 10 grados y una eficiencia óptica de hasta el 92%. Sin embargo, las ópticas TIR suelen estar moldeadas a partir de plásticos que tienen una estabilidad térmica limitada. Pueden sufrir estrés térmico por los LED de alta potencia autocalentables, cuyas temperaturas del convertidor de fósforo reductor- pueden acercarse a los 150 grados C. Cuando un sistema de iluminación impone altas exigencias a la estabilidad térmica de su óptica, un sistema reflector de aluminio diseñado con precisión podría ser una opción más apropiada.
Luchar contra los fallos-inducidos por el medio ambiente
Las luminarias de exterior están continuamente expuestas a entornos hostiles y condiciones climáticas extremas. Ejercer un estricto control de las condiciones ambientales para una alta potencia.reflector LEDes tan importante como la gestión térmica, la ingeniería óptica y la regulación de la corriente del variador. Es una práctica requerida sellar holísticamente las luminarias en todos los puntos de entrada y transición de materiales para proteger el sistema de iluminación del ingreso de polvo y la invasión de lluvia/agua desde cualquier dirección. El cuerpo óptico debe estar protegido por una lente de vidrio templado que también facilite la eliminación del polvo. Durante las condiciones ambientales cambiantes o los cambios de temperatura dentro del sistema de iluminación, se puede acumular presión (que ejerce presión sobre los sellos) y condensación (que nubla las lentes) dentro de una carcasa óptica sellada. La instalación de una ventilación de membrana en el gabinete sellado permite igualar la presión y eliminar la condensación. Una capa de conversión química y un acabado de capa protectora en polvo confieren resistencia a la corrosión a la carcasa de aluminio.
Las luminarias deben construirse con una excelente resistencia a impactos mecánicos como golpes y vibraciones. Se debe prestar especial atención a la confiabilidad de la unión de soldadura entre el paquete de LED y MCPCB bajo la influencia de impactos mecánicos.
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