Modulet LED të akordueshme të bazuara në CSP-COB
Abstrakt: Hulumtimet kanë treguar lidhjen midis ngjyrës së burimeve të dritës dhe ciklit cirkadian njerëzor. Rregullimi i ngjyrave me nevojat mjedisore është bërë gjithnjë e më i rëndësishëm në aplikimet e ndriçimit me cilësi të lartë. Një spektër i përsosur drite duhet të shfaqë cilësitë më afër dritës së diellit me CRI të lartë, por është në mënyrë ideale përshtatur me ndjeshmërinë njerëzore.Një dritë në qendër njerëzore (HCL) duhet të projektohet në përputhje me mjedisin e ndryshimit, siç janë objektet me shumë përdorime, klasat, kujdesi shëndetësor dhe për të krijuar ambient dhe estetikë.Modulet LED të akordueshme u zhvilluan duke kombinuar paketat e shkallës së çipit (CSP) dhe teknologjinë e çipit në bord (COB).CSP-të janë të integruara në një tabelë COB për të arritur densitet të lartë të fuqisë dhe uniformitet ngjyrash, ndërkohë që shtohet funksioni i ri i rregullimit të ngjyrave. Burimi i dritës që rezulton mund të akordohet vazhdimisht nga ndriçimi me ngjyra më të ftohta gjatë ditës në ndriçim më të zbehtë, më të ngrohtë në mbrëmje, Ky dokument detajon dizajnin, procesin dhe performancën e moduleve LED dhe aplikimin e tij në dritën e zbehtë LED dhe dritën varëse.
Fjalët kyçe:HCL, Ritmet cirkadiane, LED e akordueshme, CCT e dyfishtë, Zbehja e ngrohtë, CRI
Prezantimi
LED siç e njohim ka ekzistuar për më shumë se 50 vjet.Zhvillimi i fundit i LED-ve të bardha është ajo që e ka sjellë atë në sy të publikut si një zëvendësim për burimet e tjera të dritës së bardhë. Krahasuar me burimet tradicionale të dritës, LED jo vetëm që paraqet avantazhet e kursimit të energjisë dhe jetëgjatësisë së gjatë, por gjithashtu hap derën për fleksibilitet i ri i dizajnit për dixhitalizimin dhe akordimin e ngjyrave. Ekzistojnë dy mënyra kryesore të prodhimit të diodave të bardha që lëshojnë dritë (WLED) që gjenerojnë dritë të bardhë me intensitet të lartë. Njëra është përdorimi i LED-ve individualë që lëshojnë tre ngjyra kryesore: e kuqe, jeshile dhe blu - dhe më pas përzieni tre ngjyra për të formuar dritë të bardhë. Tjetra është përdorimi i materialeve fosforike për të kthyer dritën LED monokromatike blu ose vjollce në dritë të bardhë me spektër të gjerë, në të njëjtën mënyrë funksionon një llambë fluoreshente. Është e rëndësishme të theksohet se 'bardhësia' e dritës së prodhuar është krijuar në thelb për t'iu përshtatur syrit të njeriut dhe në varësi të situatës mund të mos jetë gjithmonë e përshtatshme ta mendojmë atë si dritë të bardhë.
Ndriçimi inteligjent është një fushë kyçe në ndërtesat inteligjente dhe qytetin inteligjent në ditët e sotme. Një numër në rritje i prodhuesve marrin pjesë në projektimin dhe instalimin e ndriçimeve inteligjente në ndërtimet e reja. Pasoja është se një sasi e madhe e modeleve të komunikimit zbatohet në marka të ndryshme të produkteve , të tilla si KNx ) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks, etj. Një problem kritik në të gjitha këto produkte është se ato nuk mund të ndërveprojnë me njëri-tjetrin (d.m.th., përputhshmëri dhe shtrirje e ulët).
Ndriçuesit LED me aftësinë për të dhënë ngjyra të ndryshme të dritës kanë qenë në tregun e ndriçimit arkitektonik që në ditët e para të ndriçimit në gjendje të ngurtë (SSL). Megjithatë, ndriçimi i rregullueshëm me ngjyra mbetet një punë në progres dhe kërkon një sasi të caktuar detyrash shtëpie nga specifikoni nëse instalimi do të jetë i suksesshëm.Ekzistojnë tre kategori themelore të llojeve të akordimit të ngjyrave në ndriçuesit LED: akordimi i bardhë, i zbehtë në të ngrohtë dhe akordimi me ngjyra të plota. Të tre kategoritë mund të kontrollohen nga një transmetues me valë duke përdorur Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth ose protokolle të tjera dhe janë të lidhura për të ndërtuar fuqi. Për shkak të këtyre opsioneve, LED ofron zgjidhje të mundshme për të ndryshuar ngjyrën ose CCT për të përmbushur ritmet cirkadiane njerëzore.
Ritmet cirkadiane
Bimët dhe kafshët shfaqin modele të ndryshimeve të sjelljes dhe fiziologjike gjatë një cikli afërsisht 24-orësh që përsëriten gjatë ditëve të njëpasnjëshme - këto janë ritme cirkadiane. Ritmet cirkadiane ndikohen nga ritmet ekzogjene dhe endogjene.
Ritmi cirkadian kontrollohet nga Melatonin i cili është një nga hormonet kryesore të prodhuara në tru.Dhe gjithashtu shkakton përgjumje. Receptorët e melanopsinës vendosin fazën cirkadiane me dritën blu pas zgjimit duke mbyllur prodhimin e melatoninës". Ekspozimi ndaj të njëjtave gjatësi vale blu të dritës në mbrëmje do të ndërhyjë me gjumin dhe do të prishë ritmin cirkadian. Desinkronizimi cirkadian parandalon trupin nga duke hyrë plotësisht në fazat e ndryshme të gjumit, që është një kohë kritike restauruese për trupin e njeriut. Për më tepër, ndikimi i ndërprerjes cirkadiane shtrihet përtej vëmendjes gjatë ditës dhe gjumit gjatë natës.
Rreth ritmeve biologjike te njerëzit mund të maten në disa mënyra zakonisht, cikli i gjumit/zgjimit, temperatura e trupit, përqendrimi i melatoninës, përqendrimi i kortizolit dhe përqendrimi i alfa amilazës8. Por drita është sinkronizuesi kryesor i ritmeve cirkadiane me pozicionin lokal në tokë, sepse intensiteti i dritës, shpërndarja e spektrit, koha dhe kohëzgjatja mund të ndikojnë në sistemin cirkadian të njeriut. Kjo ndikon edhe në orën e brendshme ditore.Koha e ekspozimit ndaj dritës mund të avancojë ose të vonojë orën e brendshme". Ritmet cirkadiane do të ndikojnë në performancën dhe komoditetin e njeriut etj. Sistemi cirkadian i njeriut është më i ndjeshëm ndaj dritës në 460 nm (rajoni blu i spektrit të dukshëm), ndërsa sistemi vizual është më i ndjeshëm. në 555 nm (rajon i gjelbër). Pra, mënyra se si të përdoret CCT e sintonizueshme dhe intensiteti për të përmirësuar cilësinë e jetës po bëhet gjithnjë e më e rëndësishme. LED-të e sintonizueshme me ngjyra me sensorë dhe sistem të integruar kontrolli mund të zhvillohen për të përmbushur kërkesat e performancës së lartë, të ndriçimit të shëndetshëm .
Fig.1 Drita ka një efekt të dyfishtë në profilin 24-orësh të melatoninës, efektin akut dhe efektin e zhvendosjes së fazës.
Dizajni i paketës
Kur rregulloni ndriçimin e halogjenit konvencional
llamba, ngjyra do te ndryshohet.Megjithatë, LED konvencionale nuk është në gjendje të akordojë temperaturën e ngjyrës ndërsa ndryshon ndriçimin, duke imituar të njëjtin ndryshim të disa ndriçimit konvencional.Në ditët e mëparshme, shumë llamba do të përdorin LED me LED të ndryshëm CCT të kombinuara në tabelën PCB në
ndryshoni ngjyrën e ndriçimit duke ndryshuar rrymën e drejtimit.Ai ka nevojë për dizajn kompleks të modulit të dritës qarkore për të kontrolluar CCT, gjë që nuk është detyrë e lehtë për prodhuesin e ndriçuesve. Ndërsa dizajni i ndriçimit përparon, pajisjet kompakte të ndriçimit si dritat e pikave dhe dritat e ulëta, thërrasin për madhësi të vogla, module LED me densitet të lartë, në mënyrë që të plotësojnë kërkesat si për akordimin e ngjyrave ashtu edhe për burimin kompakt të dritës, COB me ngjyra të sintonizueshme shfaqen në treg.
Ekzistojnë tre struktura bazë të llojeve të akordimit të ngjyrave, e para, përdor lidhjen e ngrohtë CCT CSP dhe lidhjen e ftohtë CCT CsP në tabelën PCB, siç ilustrohet në figurën 2. Lloji i dytë COB i sintonizueshëm me LES i mbushur me vija të shumta të fosforit CCT të ndryshëm silikonezat e paraqitura në figurë
3.Në këtë punë, një qasje e tretë po merret duke përzierë CCT CSP LED të ngrohta me patate të skuqura blu dhe ngjitur ngushtë të ngjitur në një nënshtresë. Më pas shpërndahet një digë silikoni reflektuese e bardhë për të rrethuar CSP-të e bardha të ngrohta dhe çipat blu. ,është e mbushur me silikon të përmbajtur fosfor për të kompletuar modulin COB me dy ngjyra siç tregohet në Fig.4.
Fig. 4 CSP me ngjyrë të ngrohtë dhe çip bluzë me rrokullisje COB (Struktura 3- Zhvillimi ShineOn)
Krahasuar me Strukturën 3, Struktura 1 ka tre disavantazhe:
(a) Përzierja e ngjyrave midis burimeve të ndryshme të dritës CSP në CCT të ndryshme nuk është uniforme për shkak të ndarjes së silikonit të fosforit të shkaktuar nga çipat e burimeve të dritës CSP;
(b) Burimi i dritës CSP dëmtohet lehtësisht me një prekje fizike;
(c) Hendeku i çdo burimi drite CSP është i lehtë për të kapur pluhurin për të shkaktuar zvogëlimin e lumenit COB;
Struktura 2 gjithashtu ka disavantazhet e saj:
(a) Vështirësi në kontrollin e procesit të prodhimit dhe kontrollin CIE;
(b) Përzierja e ngjyrave midis seksioneve të ndryshme CCT nuk është uniforme, veçanërisht për modelin e fushës afër.
Figura 5 krahason llambat MR 16 të ndërtuara me burim drite të Strukturës 3 (majtas) dhe Strukturës 1 (djathtas).Nga fotografia, mund të gjejmë se Struktura 1 ka një hije të lehtë në qendër të zonës së emetimit, ndërsa shpërndarja e intensitetit të ndriçimit të Strukturës 3 është më uniforme.
Aplikacionet
Në qasjen tonë duke përdorur Strukturën 3, ekzistojnë dy modele të ndryshme të qarkut për akordimin e ngjyrës së dritës dhe shkëlqimit.Në një qark me një kanal i cili ka një kërkesë të thjeshtë drejtuese, vargu i bardhë CSP dhe vargu blu i rrokullisjes së çipit janë të lidhur paralelisht. Ekziston një rezistencë fikse në vargun CSP.Me rezistencën, rryma lëvizëse ndahet midis CSP-ve dhe çipave blu, duke rezultuar në ndryshimin e ngjyrës dhe shkëlqimit. Rezultatet e detajuara të akordimit tregohen në tabelën 1 dhe figurën 6. Kurba e akordimit të ngjyrave të qarqeve me një kanal është paraqitur në Figurën 7.CCT rrit rrymën e drejtimit.Kemi realizuar dy sjellje akordimi me një llambë konvencionale halogjene emuluese, tjetra akordim më linear.Gama e CCT e akordueshme është nga 1800K në 3000K.
Tabela 1.Fluksi dhe CCT ndryshojnë me rrymën e drejtimit të ShineOn me një kanal COB Model 12SA
Fig.7 Akordimi CCT së bashku me kurbën e trupit të zi me rrymë lëvizëse në COB (7a) të kontrolluar me një kanal të vetëm dhe të dy
akordimi i sjelljeve me ndriçim relativ në lidhje me llambën halogjene (7b)
Dizajni tjetër përdor një qark me dy kanale ku rregullimi i sintonizueshëm CCT është më i gjerë se qarku me një kanal. Fija CSP dhe fija e çipit blu janë të ndara elektrikisht në nënshtresë dhe kështu kërkon furnizim të veçantë me energji elektrike. Ngjyra dhe shkëlqimi akordohen nga drejtimi i dy qarqeve në nivelin dhe raportin e dëshiruar të rrymës.Mund të sintonizohet nga 3000k në 5700Kas të treguar në Figurën 8 të ShineOn modeli COB me dy kanale 20DA. Tabela 2 rendit rezultatin e detajuar të akordimit që mund të simulojë nga afër ndryshimin e dritës së ditës nga mëngjesi në mbrëmje. Duke kombinuar përdorimin e sensorit të zënies dhe kontrollit qarqeve, ky burim drite i sintonizueshëm ndihmon në rritjen e ekspozimit ndaj dritës blu gjatë ditës dhe zvogëlimin e ekspozimit ndaj dritës blu gjatë natës, duke promovuar mirëqenien e njerëzve dhe performancën njerëzore, si dhe funksionet e ndriçimit inteligjent.
Përmbledhje
Modulet LED të akordueshme u zhvilluan duke kombinuar
paketat e shkallës së çipit (CSP) dhe teknologjinë e çipit në bord (COB).CSP dhe çipi i rrokullisjes blu janë të integruara në një tabelë COB për të arritur densitet të lartë të fuqisë dhe uniformitet ngjyrash, struktura me dy kanale përdoret për të arritur akordim më të gjerë CCT në aplikacione si ndriçimi komercial.Struktura me një kanal përdoret për të arritur llambën halogjene që emulon funksionin e zbehtë në të ngrohtë në aplikacione si shtëpia dhe mikpritja.
978-1-5386-4851-3/17/31,00$ 02017 IEEE
Mirënjohje
Autorët dëshirojnë të pranojnë financimin nga Kërkimi dhe Zhvillimi i Kyçit Kombëtar
Programi i Kinës (Nr. 2016YFB0403900).Për më tepër, mbështetje nga kolegët në ShineOn (Pekin)
Technology Co, është gjithashtu e njohur me mirënjohje.
Referencat
[1] Han, N., Wu, Y.-H.dhe Tang, Y,"Kërkimi i pajisjes KNX
Nyja dhe zhvillimi bazuar në modulin e ndërfaqes së autobusit", Konferenca e 29-të e Kontrollit Kinez (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. dhe Hong, SH, "Një Propozim i Ri i Sistemit të Menaxhimit të Rrjetit për BACnet dhe Modeli i Referencës së tij", Konferenca e 8-të Ndërkombëtare e IEEE për Informatikën Industriale (INDIN), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. dhe Klau GW, "DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment", Transaksionet IEEE/ACM mbi Biologjinë Llogaritëse dhe Bioinformatikën, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. dhe Steen Haut, K.,
"Bashkëjetesa me WiFi për një produkt ZigBee të Automatizimit në Shtëpi"， Simpoziumi i 19-të i IEEE mbi Komunikimet dhe Teknologjinë e Automjeteve në Beneluks (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX dhe Huang, YW,"Sistemi automatik i leximit të njehsorëve bazuar në komunikimin e linjës elektrike të LonWorks", Konferenca Ndërkombëtare për Teknologjinë dhe Inovacionin (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, "Auto-akordim i dritës së ditës me LED: Ndriçimi i qëndrueshëm për shëndetin dhe mirëqenien", Punimet e Konferencës Kërkimore Pranverë të ARCC 2013, Mars, 2013
[7] Letër e Bardhë e Grupit të Shkencës së Ndriçimit "Ndriçimi: Rruga drejt shëndetit dhe produktivitetit", 25 prill 2016.
[8] Figueiro,MG,Bullough, JD,et al, "Prova paraprake për një ndryshim në ndjeshmërinë spektrale të sistemit cirkadian gjatë natës",Journal of Circadian Rhythms 3:14.shkurt 2005.
[9]Inanici, M,Brennan,M, Clark, E,"Spectral Daylighting
Simulimet: Llogaritja e Dritës Circadian", Konferenca e 14-të e Shoqatës Ndërkombëtare të Simulimit të Performancës së Ndërtimit, Hyderabad, Indi, dhjetor 2015.