რეგულირებადი LED მოდულები CSP-COB-ზე დაფუძნებული
Აბსტრაქტული: კვლევამ აჩვენა კორელაცია სინათლის წყაროების ფერსა და ადამიანის ცირკადულ ციკლს შორის. ფერების მორგება გარემოს საჭიროებებთან უფრო და უფრო მნიშვნელოვანი ხდება მაღალი ხარისხის განათების აპლიკაციებში. სინათლის სრულყოფილი სპექტრი უნდა ავლენდეს მზის სინათლესთან ახლოს მყოფ თვისებებს მაღალი CRI, მაგრამ იდეალურია. ადამიანის მგრძნობელობასთან შეგუებული.ადამიანის ცენტრალური განათება (HCL) უნდა იყოს დაპროექტებული ისეთი გარემოს შესაბამისად, როგორიცაა მრავალფუნქციური ობიექტები, საკლასო ოთახები, ჯანმრთელობის დაცვა და ატმოსფეროსა და ესთეტიკის შესაქმნელად.რეგულირებადი LED მოდულები შეიქმნა ჩიპის მასშტაბის პაკეტების (CSP) და ბორტზე ჩიპის (COB) ტექნოლოგიის კომბინაციით.CSP-ები ინტეგრირებულია COB დაფაზე მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივისა და ფერის ერთგვაროვნების მისაღწევად, ამავდროულად, ამატებს ფერის რეგულირების ახალ ფუნქციას. შედეგად მიღებული სინათლის წყარო შეიძლება მუდმივად დარეგულირდეს ნათელი, ცივი ფერის განათებიდან დღის განმავლობაში დაბნელებამდე, საღამოს უფრო თბილ განათებამდე. ეს ნაშრომი დეტალურად ასახავს LED მოდულების დიზაინს, პროცესს და შესრულებას და მის გამოყენებას თბილ ჩამქრალ შუქზე და გულსაკიდი განათებაში.
საკვანძო სიტყვები:HCL, ცირკადული რითმები, რეგულირებადი LED, ორმაგი CCT, თბილი დაბინდვა, CRI
შესავალი
LED, როგორც ვიცით, 50 წელზე მეტია არსებობს.თეთრი LED-ების ბოლოდროინდელმა განვითარებამ ის გამოიტანა საზოგადოების თვალში, როგორც სხვა თეთრი სინათლის წყაროების შემცვლელი. სინათლის ტრადიციულ წყაროებთან შედარებით, LED არა მხოლოდ წარმოადგენს ენერგიის დაზოგვის და ხანგრძლივობის უპირატესობებს, არამედ ხსნის კარს. ახალი დიზაინის მოქნილობა დიგიტალიზაციისა და ფერების რეგულირებისთვის. არსებობს თეთრი სინათლის გამოსხივების დიოდების (WLED) წარმოების ორი ძირითადი გზა, რომლებიც გამოიმუშავებენ მაღალი ინტენსივობის თეთრ შუქს. ერთი არის ცალკეული LED-ების გამოყენება, რომლებიც ასხივებენ სამ ძირითად ფერს - წითელს, მწვანეს და ლურჯს. - და შემდეგ შეურიეთ სამი ფერი თეთრი სინათლის შესაქმნელად. მეორე არის ფოსფორის მასალების გამოყენება მონოქრომატული ლურჯი ან იისფერი LED შუქის ფართო სპექტრის თეთრ შუქზე გადასაყვანად, ისევე, როგორც მუშაობს ფლუორესცენტური ნათურა. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს. რომ წარმოქმნილი სინათლის „სითეთრე“ არსებითად შექმნილია ადამიანის თვალისთვის და, სიტუაციიდან გამომდინარე, ყოველთვის არ არის მიზანშეწონილი მისი თეთრ შუქად წარმოდგენა.
ჭკვიანი განათება დღესდღეობით ჭკვიან შენობასა და ჭკვიან ქალაქში საკვანძო სფეროა. მწარმოებლების მზარდი რაოდენობა მონაწილეობს ახალ კონსტრუქციებში ჭკვიანი განათების დიზაინსა და მონტაჟში. შედეგი არის ის, რომ დიდი რაოდენობით კომუნიკაციის ნიმუშები დანერგილია სხვადასხვა ბრენდის პროდუქტებში. (როგორიცაა KNx) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks და ა.შ. ყველა ამ პროდუქტის ერთ-ერთი კრიტიკული პრობლემა არის ის, რომ ისინი ვერ მოქმედებენ ერთმანეთთან (ანუ დაბალი თავსებადობა და გაფართოება).
LED ნათურები სხვადასხვა სინათლის ფერის მიწოდების უნარით არსებობდა არქიტექტურული განათების ბაზარზე მყარი მდგომარეობის განათების (SSL) ადრეული დღეებიდან. თუმცა, ფერად რეგულირებადი განათება რჩება სამუშაოდ და მოითხოვს გარკვეული საშინაო დავალების შესრულებას. მიუთითეთ თუ ინსტალაცია წარმატებული იქნება.LED ნათურებში არსებობს ფერების დარეგულირების სამი ძირითადი კატეგორია: თეთრი რეგულირება, დაბნელებული თბილად და სრული ფერის რეგულირება. სამივე კატეგორიის მართვა შესაძლებელია უკაბელო გადამცემით Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth ან. სხვა პროტოკოლები და აკავშირებს ელექტროენერგიის ასაშენებლად. ამ ვარიანტების გამო, LED იძლევა შესაძლო გადაწყვეტილებებს ფერის ან CCT-ის შესაცვლელად, რათა დააკმაყოფილოს ადამიანის ცირკადული რიტმები.
ცირკადული რითმები
მცენარეები და ცხოველები აჩვენებენ ქცევითი და ფიზიოლოგიური ცვლილებების ნიმუშებს დაახლოებით 24-საათიანი ციკლის განმავლობაში, რომლებიც მეორდება თანმიმდევრულ დღეებში - ეს არის ცირკადული რიტმები. ცირკადულ რიტმებზე გავლენას ახდენს ეგზოგენური და ენდოგენური რითმები.
ცირკადულ რიტმს აკონტროლებს მელატონინი, რომელიც ტვინში წარმოქმნილი ერთ-ერთი მთავარი ჰორმონია.ასევე იწვევს ძილიანობას. მელანოფსინის რეცეპტორები ცირკადულ ფაზას ცისფერი შუქით აყალიბებენ მელატონინის გამომუშავების შეწყვეტით. საღამოს სინათლის იმავე ლურჯი ტალღის სიგრძის ზემოქმედება ხელს უშლის ძილს და არღვევს ცირკადულ რიტმს. ცირკადული დესინქრონიზაცია ხელს უშლის ორგანიზმს. სრულად შესვლა ძილის სხვადასხვა ფაზაში, რაც ადამიანის ორგანიზმისთვის კრიტიკული აღდგენის დროა. გარდა ამისა, ცირკადული მოშლის გავლენა სცილდება დღის განმავლობაში გონების და ღამის ძილის დროს.
ადამიანებში ბიოლოგიური რიტმების გაზომვა შეიძლება რამდენიმე გზით, ჩვეულებრივ, ძილის/ღვიძილის ციკლი, სხეულის ძირითადი ტემპერატურა, მელატონინის კონცენტრაცია, კორტიზოლის კონცენტრაცია და ალფა ამილაზას კონცენტრაცია8. მაგრამ სინათლე არის ცირკადული რითმების ძირითადი სინქრონიზატორი დედამიწაზე ლოკალური პოზიციის მიმართ, რადგან სინათლის ინტენსივობა, სპექტრის განაწილება, დრო და ხანგრძლივობა შეიძლება გავლენა იქონიოს ადამიანის ცირკადულ სისტემაზე. ეს ასევე მოქმედებს ყოველდღიურ შიდა საათზე.სინათლის ზემოქმედების დრო შეიძლება აწიოს ან დააყოვნებს შიდა საათს". ცირკადული რიტმები გავლენას მოახდენს ადამიანის მუშაობასა და კომფორტზე და ა.შ. ადამიანის ცირკადული სისტემა ყველაზე მგრძნობიარეა შუქის მიმართ 460 ნმ (ხილული სპექტრის ლურჯი რეგიონი), ხოლო ვიზუალური სისტემა ყველაზე მგრძნობიარეა. 555 ნმ-მდე (მწვანე რეგიონი). ასე რომ, როგორ გამოვიყენოთ რეგულირებადი CCT და ინტენსივობა ცხოვრების ხარისხის გასაუმჯობესებლად სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება. ფერადი რეგულირებადი LED-ები ინტეგრირებული სენსორული და კონტროლის სისტემით შეიძლება შეიქმნას ისეთი მაღალი წარმადობის, ჯანსაღი განათების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. .
სურ.1 სინათლეს აქვს ორმაგი ეფექტი მელატონინის 24-საათიან პროფილზე, მწვავე ეფექტზე და ფაზის გადანაცვლების ეფექტზე.
პაკეტის დიზაინი
როდესაც არეგულირებთ ჩვეულებრივი ჰალოგენის სიკაშკაშეს
ნათურა, ფერი შეიცვლება.თუმცა, ჩვეულებრივ LED-ს არ შეუძლია ფერის ტემპერატურის რეგულირება სიკაშკაშის შეცვლისას, ზოგიერთი ჩვეულებრივი განათების იგივე ცვლილების მიბაძვით.ადრინდელ დღეებში, ბევრი ნათურა გამოიყენებდა LED-ს სხვადასხვა CCT LED-ებით, რომლებიც გაერთიანებულია PCB დაფაზე.
შეცვალეთ განათების ფერი მამოძრავებელი დენის შეცვლით.მას სჭირდება კომპლექსური მიკროსქემის განათების მოდულის დიზაინი CCT-ის გასაკონტროლებლად, რაც არ არის ადვილი ამოცანა ნათურების მწარმოებლისთვის. განათების დიზაინის წინსვლისას, კომპაქტური განათების მოწყობილობა, როგორიცაა წერტილოვანი ნათურები და ნათურები, მოითხოვს მცირე ზომის, მაღალი სიმკვრივის LED მოდულებს, რათა დააკმაყოფილებს როგორც ფერის რეგულირების, ასევე კომპაქტური სინათლის წყაროს მოთხოვნებს, რეგულირებადი ფერის COBs გამოჩნდება ბაზარზე.
ფერების რეგულირების ტიპების სამი ძირითადი სტრუქტურაა, პირველი, ის იყენებს თბილ CCT CSP და მაგარი CCT CsP შემაკავშირებელ PCB დაფაზე პირდაპირ, როგორც ილუსტრირებულია სურათზე 2. მეორე ტიპის რეგულირებადი COB LES-ით სავსე სხვადასხვა CCT ფოსფორის მრავალი ზოლით. სილიკონები ნაჩვენებია სურათზე
3. ამ ნამუშევარში, მესამე მიდგომა მიიღება თბილი CCT CSP LED-ების შერევით ლურჯ ჩიპებთან და მჭიდროდ შედუღებით, რომელიც მიმაგრებულია სუბსტრატზე. შემდეგ თეთრი ამრეკლავი სილიკონის კაშხალი იშლება თბილ-თეთრი CSP-ების და ლურჯი ჩიპების გარშემო. ის ივსება ფოსფორის შემცველი სილიკონით, რათა დაასრულოს ორმაგი ფერის COB მოდული, როგორც ნაჩვენებია ნახ.4-ში.
ნახ.4 თბილი ფერის CSP და ლურჯი ჩიპი COB (სტრუქტურა 3- ShineOn განვითარება)
სტრუქტურა 3-თან შედარებით, სტრუქტურა 1-ს აქვს სამი მინუსი:
(ა) ფერების შერევა სხვადასხვა CSP სინათლის წყაროებს შორის სხვადასხვა CCT-ში არ არის ერთგვაროვანი ფოსფორის სილიკონის სეგრეგაციის გამო, რომელიც გამოწვეულია CSP სინათლის წყაროების ჩიპებით;
(ბ) CSP სინათლის წყარო ადვილად ზიანდება ფიზიკური შეხებით;
(c) თითოეული CSP სინათლის წყაროს უფსკრული ადვილად იჭერს მტვერს, რათა გამოიწვიოს COB სანათურის შემცირება;
Structure2-ს ასევე აქვს თავისი ნაკლოვანებები:
(ა) წარმოების პროცესის კონტროლისა და CIE კონტროლის სირთულე;
(ბ) ფერების შერევა სხვადასხვა CCT სექციებს შორის არ არის ერთგვაროვანი, განსაკუთრებით ახლო ველის ნიმუშისთვის.
სურათი 5 ადარებს MR 16 ნათურებს, რომლებიც აგებულია სტრუქტურის 3 (მარცხნივ) და სტრუქტურის 1-ის (მარჯვნივ) სინათლის წყაროსთან.სურათიდან შეგვიძლია ვიპოვოთ, რომ სტრუქტურა 1-ს აქვს ღია ჩრდილი გამოსხივების არეალის ცენტრში, ხოლო სტრუქტურის 3-ის მანათობელი ინტენსივობის განაწილება უფრო ერთგვაროვანია.
აპლიკაციები
ჩვენს მიდგომაში სტრუქტურის 3-ის გამოყენებით, არსებობს ორი განსხვავებული მიკროსქემის დიზაინი ღია ფერისა და სიკაშკაშის დასარეგულირებლად.ერთარხიან წრეში, რომელსაც აქვს მარტივი დრაივერის მოთხოვნა, თეთრი CSP სტრიქონი და ლურჯი ფლიპ-ჩიპის სტრიქონი დაკავშირებულია პარალელურად. CSP სტრიქონს აქვს ფიქსირებული რეზისტორი.რეზისტორთან ერთად მამოძრავებელი დენი იყოფა CSP-ებსა და ლურჯ ჩიპებს შორის, რაც იწვევს ფერისა და სიკაშკაშის ცვლილებას. დალაგების დეტალური შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში 1 და სურათზე 6. ერთარხიანი სქემების ფერის რეგულირების მრუდი ნაჩვენებია სურათზე7.CCT ზრდის მამოძრავებელ დენს.ჩვენ მივიღეთ ორი ტუნინგის ქცევა ერთი ჩვეულებრივი ჰალოგენური ნათურის ემულაციით, მეორე უფრო წრფივი ტუნინგით.რეგულირებადი CCT დიაპაზონი არის 1800K-დან 3000K-მდე.
ცხრილი 1.ნაკადი და CCT იცვლება ShineOn-ის ერთარხიანი COB Model 12SA მამოძრავებელი დენით
ნახ.7CCT რეგულირება შავი სხეულის მრუდთან ერთად მამოძრავებელი დენით ერთარხიან ჩართვაზე კონტროლირებად COB(7a) და ორ
ქცევის დარეგულირება ფარდობითი განათებით ჰალოგენური ნათურის მიმართ (7b)
სხვა დიზაინი იყენებს ორარხიან წრეს, სადაც CCT რეგულირებადი მოწყობა უფრო ფართოა, ვიდრე ერთარხიანი წრე. ორი წრედის მართვა სასურველ დენის დონეზე და თანაფარდობაზე.მისი დარეგულირება შესაძლებელია 3000k-დან 5700Kas-მდე, რომელიც ნაჩვენებია ShineOn ორარხიანი COB მოდელის მე-8 სურათზე 20DA. ცხრილში 2 ჩამოთვლილია რეგულირების დეტალური შედეგი, რომელსაც შეუძლია მჭიდროდ მოახდინოს დღის სინათლის ცვლილების სიმულაცია დილიდან საღამომდე. დაკავების სენსორისა და კონტროლის გამოყენების კომბინაციით. სქემები, ეს რეგულირებადი სინათლის წყარო ეხმარება გაზარდოს ცისფერი შუქის ზემოქმედება დღის განმავლობაში და შეამციროს ლურჯი შუქის ზემოქმედება ღამის განმავლობაში, რაც ხელს უწყობს ადამიანების კეთილდღეობას და ადამიანურ მუშაობას, ასევე ჭკვიანი განათების ფუნქციებს.
Შემაჯამებელი
რეგულირებადი LED მოდულები შეიქმნა კომბინაციით
ჩიპის მასშტაბის პაკეტები (CSP) და ჩიპი ბორტზე (COB) ტექნოლოგია.CSP და ლურჯი მობრუნებული ჩიპი ინტეგრირებულია COB დაფაზე მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივისა და ფერის ერთგვაროვნების მისაღწევად, ორარხიანი სტრუქტურა გამოიყენება უფრო ფართო CCT რეგულირების მისაღწევად ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა კომერციული განათება.ერთარხიანი სტრუქტურა გამოიყენება ჰალოგენური ნათურის ემულაციური ფუნქციის შესასრულებლად, როგორიცაა სახლი და სტუმართმოყვარეობა.
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
აღიარება
ავტორებს სურთ აღიარონ ეროვნული გასაღების კვლევისა და განვითარების დაფინანსება
ჩინეთის პროგრამა (No. 2016YFB0403900).გარდა ამისა, კოლეგების მხარდაჭერა ShineOn-ში (პეკინი)
Technology Co, ასევე მადლიერებით არის აღიარებული.
ცნობები
[1] Han, N., Wu, Y.-H.და Tang, Y, KNX მოწყობილობის კვლევა
კვანძი და განვითარება ავტობუსის ინტერფეისის მოდულზე დაყრდნობით“, 29-ე ჩინეთის საკონტროლო კონფერენცია (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. and Hong, SH ,“ქსელის მართვის სისტემის ახალი წინადადება BACnet-ისთვის და მისი საცნობარო მოდელისთვის”, მე-8 IEEE საერთაშორისო კონფერენცია სამრეწველო ინფორმატიკის შესახებ (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. და Klau GW, “DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment”, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4]დომინგესი, ფ, ტუჰაფი, ა., ტიტე, ჯ. და სტინ ჰაუტი, კ.,
„WiFi-თან თანაარსებობა სახლის ავტომატიზაციის ZigBee პროდუქტისთვის“; IEEE მე-19 სიმპოზიუმი კომუნიკაციებისა და ავტომობილების ტექნოლოგიების შესახებ ბენელუქსში (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX და Huang, YW, ავტომატური მრიცხველის წაკითხვის სისტემა LonWorks-ის ელექტროგადამცემი ხაზის კომუნიკაციაზე დაფუძნებული, საერთაშორისო კონფერენცია ტექნოლოგიებისა და ინოვაციების შესახებ (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, „ავტომატური რეგულირება დღის სინათლის LED-ებით: მდგრადი განათება ჯანმრთელობისა და კეთილდღეობისთვის“, 2013 წლის ARCC საგაზაფხულო კვლევის კონფერენციის მასალები, მარტი, 2013 წ.
[7] Lighting Science Group White Paper "Lighting: The Way to Health & Productivity", 2016 წლის 25 აპრილი.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "წინასწარი მტკიცებულება ცირკადული სისტემის სპექტრული მგრძნობელობის ცვლილების შესახებ ღამით", Journal of Circadian Rhythms 3:14.2005 წლის თებერვალი.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E,"Spectral Daylighting
სიმულაციები: გამოთვლითი ცირკადული შუქი", შენობების შესრულების სიმულაციის საერთაშორისო ასოციაციის მე-14 კონფერენცია, ჰაიდერაბადი, ინდოეთი, 2015 წლის დეკემბერი.