LED alkalmazások a világítástechnikában Előadó: Vass László Percept Kft. ügyvezető
www.percept.hu
1
Tartalom • Hatékony fénykeltés LED-el (Oleddel) – Fénytechnikai tulajdonságok
• LED elektromos, és hőtechnikai tulajdonságai – Érzékeny szerkezet, műszaki kihívások – Meghajtás, tápegységek – Mechanikus rögzítés, befoglalás
• Készülékek – Minőség: Élettartam, költségek
• Fehér fény: út az általános világítás felé: várható eredmények a közeli jövőben – –
Jelzéstechnika Világítástechnika
• Megoldások az általános világítás számára www.percept.hu
2
Hatékony fénykeltés LED-el
www.percept.hu
3
Hatékony fénykeltés LED-el LED fényhasznosításának fejlődése
év
Fehér LED Fényhaszn. [lm/W]
1998
1
2000
5
2002
10
2004
25
2006
40
2008
115
2009
140
www.percept.hu
4
Fényhasznosítás fejlődése Fényhasznosítás
Élettartam
Fényforrás költség
[lm/W]
[h]
[¢/lm]
Izzó
10-15
1 000
0,02
Halogén
15-25
2 000
0,21
Fénycső
60-80
15 000-20 000
0,11
Fémhalogén
70-90
10 000
0,16
70-130
20 000-30 000
0,08
20-40
>40 000
6,82
40-140
>40 000
2,8
Nátriumlámpa LED 5mm LED 1W
www.percept.hu
5
LED elektromos, és hőtechnikai tulajdonságai • A LED elektromos szempontból dióda • Minden alkalmazásban külső soros áramkorlátozó impedanciát igényel! • Maximális zárófeszültség 5V! • A fény arányos az árammal kb 5 nagyságrendben és a szín szinte egyáltalán nem változik www.percept.hu
6
Tápegységek • Törpefeszültségű – Ellenállás (akár gombelem belső ellenállása) – Aktív áramkorlátozó • Analóg áramgenerátor (áteresztő tranzisztoros) • Kapcsolóüzemű áramgenerátor (LM2574) www.percept.hu
7
Munkapont beállítás
LED helyettesítő képe
www.percept.hu
8
www.percept.hu
9
LED-es vasúti fényjelző kapcsolási rajza www.percept.hu
10
Áteresztő tranzisztoros kapcsolás, LSzR-40-4 24V 80mA www.percept.hu
11
LSzR-120 Zárvéglámpa, kapcsolóüzemű LM2574 felhasználásával
www.percept.hu
12
Tápegységek • Középfeszültségű – Soros ellenállás (teljesítményre méretezve) – Analóg áramkorlátozó (IXCP10M) – Kapcsolóüzemű áramszabályozás • Tirisztoros kapcsolás nem igazán jó • PWM (lnk304) www.percept.hu
13
Analóg áramkorlátozó
www.percept.hu
14
Kapcsolóüzemű LED meghajtó Lnk304 integrált áramkörrel Takács Gábor LED alapú világítás 2007 www.percept.hu
15
Acriche
www.percept.hu
16
Acriche 8W 230V AC www.percept.hu
17
Mechanikus rögzítés, befoglalás
Percept Kft.-nél folyó fejlesztés
Ez már jó megoldás www.percept.hu
18
LED hőtechnikai tulajdonságai • A maximális kristályhőmérsélet fontos – Kisteljesítményű ledeknél 85—100 °C – Nagyteljesítményű ledeknél 90—120 °C – Lumiled K2 típusnál 140 °C ( 2006 )
• A hőellenállás alapvetően a tokozástól függ – Kisteljesítményű ledeknél ~220 °C/W – Fluxledeknél ~80 °C/W – Nagyteljesítményű ledeknél 6—20 °C/W
www.percept.hu
19
LED tokozás fejlődése
www.percept.hu
20
Különböző célú tokozások
Közvetlenül ~230V-ra kapcsolható 8W
10W 14V 380lm 100W 35V 5000lm www.percept.hu
21
LED hőtechnikai tulajdonságai
www.percept.hu
22
Kristály: 1W Hőellenállás: 10°/W ΔTj=10°C
Hő kicsatolása a LED-ből Fény: 0,2W 77°C
LED-tok Hőellenállás a hűtőbordához 2°C/W ΔTc=2°C
67°C
Hűtőborda - környezet: 40°/W ΔTb=40°C ΔTΣ=52°C
Hő: 1W
65°C
25°C 25°C környezeti hőmérséklet esetén a réteghőmérséklet 25+52=77°C www.percept.hu
23
Utcai világítás kísérlet LED-del
www.percept.hu
24
Nevetséges adatok
www.percept.hu
25
Tévhitek és hamis információk
• Élettartam – Nehezen mérhető. – Fő paraméter a hőmérséklet! – Megfelelő meghajtás és hőelvezetés esetén 40’000—80’000 óra. ( 5—10 év ) – A mi terepi tapasztalataink nem mindenben igazolják a laboratóriumi öregítési méréseket.
www.percept.hu
26
www.percept.hu
27
Mechanikus rögzítés, befoglalás
Jellegzetes zsákutca
Ennek van valamennyi értelme www.percept.hu
28
Készülékek
Percept Kft.-nél folyó fejlesztés Rengeteg helyen folyik intenzív fejlesztés www.percept.hu
29
Utcai világítás Cree
Luxeon
www.percept.hu
30
www.percept.hu
31
Ami nagyon fontos: költség
Hamarosan a készülékgyártás költsége lesz a döntő, a LED ára ehhez képest kicsi lesz. Most még ez nem igaz! www.percept.hu
32
A költségek folyamatosan csökkennek
1998 2000 2005 2007 2008 2008 2008
fényerő fényáram név [cd] ár [$] [lm] $/lm Nichia fehér 5mm 0,4 2 0,5 4 taiwani 5mm 4 1 1 1 kínai 5mm 20 0,7 4 0,175 Lumiled 1W 35 8 100 0,08 taiwani (100W modul) 1500 200 5000 0,04 Cree 1W 35 4 110 0,036 SSC 9W 300 33 900 0,037
www.percept.hu
33
Fajlagos költségek a különböző fényforrásoknál Fényhasznosítás
Élettartam
Fényforrás költség
[lm/W]
[h]
[¢/lm]
Izzó
10-15
1 000
0,02
Halogén
15-25
2 000
0,21
Fénycső
60-80
15 000-20 000
0,11
Fémhalogén
70-90
10 000
0,16
70-130
20 000-30 000
0,08
20-40
>40 000
6,82
40-115
>40 000
2,8
Nátriumlámpa LED 5mm LED 1W
www.percept.hu
34
Élettartam, öregedés
www.percept.hu
35
Világítástechnika Percept fejlesztések
•
100 W 5000 lm (modul)
•
24 W 800 lm (1W Star)
•
25 W 620 lm (Flux)
13 W/m 320 lm/m 18W 630lm (1W Star)
www.percept.hu
36
Percept lámpák 230V-os lámpák: ACRICHE-ből
Flux ledből
www.percept.hu
37
Utcai világítás
180db teljesítményledből áll 45 modulban IP67es, 3000K színhőmérsékletű világító egységek
www.percept.hu
38
• Jelzéstechnika – A jelzések tiszta színeket kívánnak – A legtöbb LED kb 20 nm sáv-szélességű, amit a szem eléggé monokromatikusnak lát. – Nagy távolságból sem változik a szín, mert diszperzió ( a levegő fény-elnyelése igen erősen függ a hullámhossztól ) nem tudja színárnyalatot megváltoztatni.
www.percept.hu
39
Jellegzetes LED spektrumok www.percept.hu
40
CIE 1931 színdiagram
www.percept.hu
41
www.percept.hu
42
Dekorációs világítás
Díszvilágítás
• 230V 7W / 14W www.percept.hu
43
Megoldások a világítás számára • A LED jól vezérelhető, illeszkedik a félvezetős rendszerekhez – DALI épületvillamossági vezérlőrendszer – EIB épületvillamossági vezérlőrendszer – DMX színháztechnikai vezérlőrendszer
RGB LED modul
www.percept.hu
44
Távlati cél: OLED Organikus LED fejlesztése Osram 46lm/W fényhasznosítás 5000 óra élettartam 1000 cd/m2 fénysűrűség
www.percept.hu
45
Összefoglalás • Új szemlélet – Nincs izzó vagy fénycső csere. – Nemcsak az armatúra, a LED is kialakíthatja a fényeloszlást. – Szinte korlátlan fényerő és szín állítási lehetőség. Beleértve az időosztást is. ( 5—10 Mhz )
• Hőelvezetés – Profi tervezésnél, alkalmazásnál az egyik legfontosabb szempont.
• Folyamatos fejlődés – Jelenleg nem látszik a vége, talán az elméleti határok.
www.percept.hu
46
Irodalomjegyzék •
ELTE TTK Szilárdtestfizikai tanszék, Világítódióda lámpatestek fejlesztése 2002-2004 •
Kutatói jelentések
•
Varga Károly - Mérési módszer kifejlesztése LED-ek ellenörző vizsgálatához 2003
•
Takács Gábor - LED alapú világítás szakdolgozat 2007
•
Poppe Kornélné - Világítástechnikai eszközök, és rendszerek I.
• • •
•
jegyzet jegyzet
Arató András - Dr. Borsányi János – Dr. Kovács Károly – Dr. Majoros András –Molnár Károly: Világítástechnika II. •
• • • •
jegyzet
Poppe Kornélné - Dr. Borsányi János : Világítástechnika I. •
•
szakdolgozat
Dr. Borsányi János – Várkonyi László : Világítástechnikai eszközök, és rendszerek II. •
•
szakdolgozat
jegyzet
Szabó Gergely – LED-es közvilágítás szakdolgozat 2008 www.zled.com www.luxeon.com www.cree.com
www.percept.hu
47
Köszönöm figyelmüket LED alkalmazások a világítástechnikában Előadó: Vass László Percept Kft. ügyvezető
www.percept.hu
48
www.percept.hu
49
www.percept.hu
50
www.percept.hu
51
www.percept.hu
52
www.percept.hu
53
www.percept.hu
54
www.percept.hu
55
