Наладжвальныя святлодыёдныя модулі на аснове CSP-COB
Анатацыя: Даследаванне паказала карэляцыю паміж колерам крыніц святла і цыркадным цыклам чалавека. Настройка колеру ў адпаведнасці з патрэбамі навакольнага асяроддзя становіцца ўсё больш важнай у высакаякасным асвятленні. Ідэальны спектр святла павінен праяўляць якасці, найбольш блізкія да сонечнага святла з высокім CRI, але ў ідэале настроены на чалавечую адчувальнасць.Чалавекаарыентаванае святло (HCL) павінна быць распрацавана ў адпаведнасці са зменамі асяроддзя, такімі як шматфункцыянальныя памяшканні, класы, медыцынскія паслугі, а таксама для стварэння атмасферы і эстэтыкі.Наладжвальныя святлодыёдныя модулі былі распрацаваны шляхам спалучэння пакетаў маштабавання чыпаў (CSP) і тэхналогіі чып на плаце (COB).CSP інтэграваны на плату COB для дасягнення высокай шчыльнасці магутнасці і аднастайнасці колеру, адначасова дадаючы новую функцыю наладжвання колеру. Атрыманую крыніцу святла можна бесперапынна наладжваць ад яркага, больш халоднага асвятлення ўдзень да больш цьмянага, больш цёплага асвятлення ўвечары, У гэтым дакуменце падрабязна апісаны дызайн, працэс і характарыстыкі святлодыёдных модуляў і іх прымяненне ў святлодыёдных і падвесных свяцільнях з цёплым зацямненнем.
Ключавыя словы:HCL, цыркадныя рытмы, наладжвальны святлодыёд, двайны CCT, цёплае зацямненне, CRI
Уводзіны
Святлодыёд, які мы ведаем, існуе ўжо больш за 50 гадоў.Нядаўняе развіццё белых святлодыёдаў - гэта тое, што прывяло іх у поле зроку грамадскасці ў якасці замены іншым крыніцам белага святла. У параўнанні з традыцыйнымі крыніцамі святла, святлодыёды не толькі прадстаўляюць перавагі энергазберажэння і працяглага тэрміну службы, але і адкрываюць дзверы для новая гібкасць канструкцыі для аблічбоўкі і налады колеру. Ёсць два асноўных спосабу вытворчасці белых святлодыёдаў (WLED), якія генеруюць белае святло высокай інтэнсіўнасці. Адзін заключаецца ў выкарыстанні асобных святлодыёдаў, якія выпраменьваюць тры асноўныя колеры — чырвоны, зялёны і сіні -а затым змяшайце тры колеры для атрымання белага святла. Іншы - выкарыстанне люмінафорных матэрыялаў для пераўтварэння манахраматычнага сіняга або фіялетавага святлодыёднага святла ў белае святло шырокага спектру，, прыкладна так жа, як працуе люмінесцэнтная лямпа. Важна адзначыць што «беласць» вырабленага святла па сутнасці створана для задавальнення чалавечага вока, і ў залежнасці ад сітуацыі не заўсёды мэтазгодна лічыць яго белым святлом.
Разумнае асвятленне ў наш час з'яўляецца ключавой сферай разумных будынкаў і разумных гарадоў. Усё большая колькасць вытворцаў прымае ўдзел у распрацоўцы і ўсталяванні разумных асвятленняў новых канструкцыях. У выніку ў прадуктах розных марак рэалізавана вялікая колькасць шаблонаў сувязі ，напрыклад KNx ) BACnetP',DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks і г.д. Адной з крытычных праблем ва ўсіх гэтых прадуктах з'яўляецца тое, што яны не могуць узаемадзейнічаць адзін з адным (г.зн. нізкая сумяшчальнасць і пашыральнасць).
Святлодыёдныя свяцільні са здольнасцю забяспечваць розныя колеры святла былі на рынку архітэктурнага асвятлення з першых дзён цвёрдацельнага асвятлення (SSL). Аднак асвятленне з рэгуляваннем колеру застаецца ў стадыі распрацоўкі і патрабуе пэўнай хатняй працы з боку спецыфікатар, калі ўстаноўка павінна быць паспяховай.Ёсць тры асноўныя катэгорыі тыпаў налады колеру ў святлодыёдных свяцільнях: налада белага, налада ад цьмянага да цёплага і поўнакаляровая налада. Усімі трыма катэгорыямі можна кіраваць з дапамогай бесправаднога перадатчыка з дапамогай Zigbee，Wi-Fi,Bluetooth або іншыя пратаколы，і жорстка звязаны з пабудовай электраэнергіі. Дзякуючы гэтым опцыям святлодыёд дае магчымыя рашэнні для змены колеру або CCT у адпаведнасці з цыркаднымі рытмамі чалавека.
Сутачныя рытмы
Расліны і жывёлы дэманструюць патэрны паводніцкіх і фізіялагічных змен на працягу прыблізна 24-гадзіннага цыклу, якія паўтараюцца на працягу наступных дзён - гэта цыркадныя рытмы. На цыркадныя рытмы ўплываюць экзагенныя і эндагенныя рытмы.
Сутачны рытм кантралюецца мелатонінам, адным з асноўных гармонаў, якія выпрацоўваюцца ў мозгу.І гэта таксама выклікае дрымотнасць. Рэцэптары меланопсіну ўсталёўваюць сутачную фазу сінім святлом пасля прачынання, спыняючы выпрацоўку мелатоніна». Уздзеянне святла з той жа самай даўжынёй сініх хваль увечары будзе перашкаджаць сну і парушаць сутачны рытм. Сутачная дэсінхранізацыя перашкаджае арганізму поўнае ўступленне ў розныя фазы сну, што з'яўляецца найважнейшым перыядам аднаўлення для чалавечага цела. Акрамя таго, уплыў сутачных парушэнняў выходзіць за рамкі ўважлівасці днём і сну ўначы.
Біялагічныя рытмы ў чалавека звычайна можна вымераць некалькімі спосабамі: цыкл сну/няспання, тэмпература цела, канцэнтрацыя мелатоніна, канцэнтрацыя кортізола і канцэнтрацыя альфа-амілазы8. Але святло з'яўляецца асноўным сінхранізатарам цыркадных рытмаў з мясцовым становішчам на зямлі, таму што інтэнсіўнасць святла, размеркаванне спектру, час і працягласць могуць уплываць на сутачную сістэму чалавека. Гэта таксама ўплывае на штодзённы ўнутраны гадзіннік.Час уздзеяння святла можа як апярэджваць, так і затрымліваць унутраны гадзіннік". Сутачныя рытмы будуць уплываць на працаздольнасць і камфорт чалавека і г. д. Сутачная сістэма чалавека найбольш адчувальная да святла пры 460 нм (блакітная вобласць бачнага спектру), у той час як глядзельная сістэма найбольш адчувальная да 555 нм (зялёная вобласць). Такім чынам, як выкарыстоўваць наладжвальны CCT і інтэнсіўнасць для паляпшэння якасці жыцця, становіцца ўсё больш і больш важным. Каляровыя наладжвальныя святлодыёды з інтэграванай сістэмай адчування і кіравання могуць быць распрацаваны, каб адпавядаць патрабаванням такой высокай прадукцыйнасці і здаровага асвятлення .
Мал.1 Святло аказвае двайны эфект на 24-гадзінны профіль мелатоніна: востры эфект і эфект зруху фазы.
Дызайн упакоўкі
Пры рэгуляванні яркасці звычайныя галагенавыя
лямпа, колер будзе зменены.Аднак звычайны святлодыёд не можа наладзіць каляровую тэмпературу пры змене яркасці, эмулюючы тое ж самае змяненне звычайнага асвятлення.Раней у многіх лямпах выкарыстоўваліся святлодыёды з рознымі святлодыёдамі CCT, аб'яднанымі на плату друкаванай платы
змяніць колер асвятлення шляхам змены току кіравання.Каб кантраляваць CCT, патрэбна складаная ланцуговая канструкцыя асвятляльнага модуля, што з'яўляецца нялёгкай задачай для вытворцы свяцільнікаў. Па меры развіцця дызайну асвятлення кампактныя асвятляльныя прыборы, такія як пражэктары і свяцільні, патрабуюць святлодыёдных модуляў малога памеру высокай шчыльнасці, каб задавальняюць патрабаванням як да налады колеру, так і да патрабаванняў да кампактнай крыніцы святла, на рынку з'яўляюцца наладжвальныя каляровыя COB.
Існуюць тры асноўныя структуры тыпаў налады колеру: па-першае, ён выкарыстоўвае цёплую CCT CSP і халодную CCT CsP звязку непасрэдна на плаце друкаванай платы, як паказана на малюнку 2. Другі тып наладжвальнай COB з LES, запоўненым некалькімі палосамі рознага люмінафора CCT siliconesas паказана на малюнку
3. У гэтай працы выкарыстоўваецца трэці падыход, які змешвае цёплыя святлодыёды CCT CSP з сінімі перакіднымі чыпамі і шчыльна прымацоўвае іх да падкладкі. Затым накладваецца белая святлоадбівальная сіліконавая плаціна, каб акружыць цёпла-белыя CSP і сінія перакідныя чыпы. ,ён запоўнены сіліконам, які змяшчае люмінафор, каб завяршыць двухколерны модуль COB, як паказана на мал.4.
Малюнак 4 CSP цёплага колеру і блакітны фліп-чып COB (структура 3 - распрацоўка ShineOn)
У параўнанні са Структурай 3, Структура 1 мае тры недахопы:
(a) Змешванне колераў паміж рознымі крыніцамі святла CSP у розных CCT нераўнамернае з-за аддзялення фосфарнага сілікону, выкліканага чыпамі крыніц святла CSP;
(b) Крыніца святла CSP лёгка пашкоджваецца фізічным дакрананнем;
(c) Зазор кожнай крыніцы святла CSP лёгка захапіць пыл, каб выклікаць памяншэнне прасвету COB;
Structure2 таксама мае свае недахопы:
(a) Цяжкасці ў кіраванні вытворчым працэсам і кантролі CIE;
(b) Змешванне колераў паміж рознымі ўчасткамі CCT нераўнамернае, асабліва для ўзору блізкага поля.
На малюнку 5 параўноўваюцца лямпы MR 16, створаныя з крыніцай святла структуры 3 (злева) і структуры 1 (справа).На малюнку мы бачым, што Структура 1 мае светлае адценне ў цэнтры выпраменьвальнай вобласці, у той час як размеркаванне інтэнсіўнасці святла Структуры 3 больш раўнамернае.
Прыкладанні
У нашым падыходзе з выкарыстаннем Structure 3 ёсць дзве розныя схемы для налады колеру святла і яркасці.У аднаканальнай схеме, якая патрабуе простага драйвера, белая струна CSP і сіняя струна перакіднага чыпа злучаны паралельна. У радку CSP ёсць фіксаваны супраціў.З дапамогай рэзістара кіруючы ток размяркоўваецца паміж CSP і блакітнымі мікрасхемамі, што прыводзіць да змены колеру і яркасці. Падрабязныя вынікі налады паказаны ў табліцы 1 і на малюнку 6. Крывая налады колеру аднаканальнай схемы паказана на малюнку 7.CCT павялічваецца як рухаючы ток.Мы рэалізавалі два варыянты наладкі: адна імітуе звычайную галагенавую лямпу, а другая - больш лінейную.Наладжвальны дыяпазон CCT складае ад 1800K да 3000K.
Табліца1.Паток і CCT змяняюцца з рухаючым токам аднаканальнай мадэлі ShineOn COB 12SA
Мал. 7 Настройка CCT разам з крывой чорнага цела з рухаючым токам у аднаканальным ланцугу COB (7a) і двух
паводзіны налады з адноснай яркасцю адносна галагенавай лямпы (7b)
Іншая канструкцыя выкарыстоўвае двухканальную схему, у якой наладжвальны дыяпазон CCT шырэйшы, чым аднаканальная. Струна CSP і сіняя струна з перакідным чыпам электрычна падзеленыя на падкладцы, таму для іх патрабуецца спецыяльнае сілкаванне. Колер і яркасць наладжваюцца з дапамогай кіраванне двума ланцугамі на жаданым узроўні і суадносінах току.Яе можна наладзіць ад 3000k да 5700Kas, паказанага на малюнку 8 двухканальнай мадэлі ShineOn COB 20DA. У табліцы 2 пералічаны падрабязныя вынікі наладкі, якія могуць дакладна імітаваць змену дзённага святла ад раніцы да вечара. Камбінуючы выкарыстанне датчыка прысутнасці і кіравання схемы，гэта наладжвальная крыніца святла дапамагае павялічыць уздзеянне сіняга святла днём і паменшыць уздзеянне сіняга святла ўначы， спрыяючы дабрабыту людзей і працаздольнасці чалавека, а таксама функцыі разумнага асвятлення.
Рэзюмэ
Наладжвальныя святлодыёдныя модулі былі распрацаваны шляхам камбінавання
пакеты маштабу мікрасхем (CSP) і тэхналогіі чып на борце (COB).CSP і сіні перакідны чып інтэграваны на плату COB для дасягнення высокай шчыльнасці магутнасці і аднастайнасці колеру, двухканальная структура выкарыстоўваецца для дасягнення больш шырокай налады CCT у такіх прыкладаннях, як камерцыйнае асвятленне.Аднаканальная структура выкарыстоўваецца для дасягнення функцыі ад цьмянага да цёплага, якая імітуе галагенавыя лямпы ў такіх прымяненнях, як дом і гасціннасць.
978-1-5386-4851-3/17/$31,00 02017 IEEE
Падзяка
Аўтары выказваюць падзяку за фінансаванне ад The National Key Research and Development
Праграма Кітая (No 2016YFB0403900).Акрамя таго, падтрымка з боку калег з ShineOn (Пекін)
Тэхналогія Co, таксама ўдзячны.
Спасылкі
[1] Хан, Н., Ву, Ю.-Х.і Тан, Y, "Даследаванне прылад KNX
Вузел і распрацоўка на аснове модуля інтэрфейсу шыны", 29-я Кітайская канферэнцыя па кіраванні (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Парк, Т. і Хонг, Ш., «Новая прапанова сістэмы кіравання сеткай для BACnet і яе эталоннай мадэлі», 8-я Міжнародная канферэнцыя IEEE па прамысловай інфарматыцы (INDIN), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. і Klau GW, «DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment», IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4] Дамінгес, Ф., Тухафі, А., Ціеце, Дж. і Стын Хаўт, К.,
«Суіснаванне з Wi-Fi для прадукту хатняй аўтаматызацыі ZigBee», 19-ы сімпозіум IEEE па камунікацыйных і аўтамабільных тэхналогіях у Бенілюксе (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Лін, В.Дж., Ву, К.Х. і Хуан, Ю.В., "Аўтаматычная сістэма счытвання лічыльнікаў, заснаваная на сувязі па лініі электраперадачы LonWorks", Міжнародная канферэнцыя па тэхналогіях і інавацыях (ITIC 2009), 2009, 1-5.
[6] Эліс, Э. В., Гансалес, Э. У. і інш., «Аўтаматычная настройка дзённага святла са святлодыёдамі: устойлівае асвятленне для здароўя і дабрабыту», матэрыялы вясновай даследчай канферэнцыі ARCC 2013 г., сакавік 2013 г.
[7] Белая кніга Lighting Science Group, «Асвятленне: шлях да здароўя і прадукцыйнасці», 25 красавіка 2016 г.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, і інш, "Папярэднія доказы змены спектральнай адчувальнасці сутачнай сістэмы ўначы", Journal of Circadian Rhythms 3:14.Люты 2005 года.
[9] Інанічы, М, Брэнан, М, Кларк, Э, "Спектральнае дзённае асвятленне"
Simulations: Computing Circadian Light", 14-я канферэнцыя Міжнароднай асацыяцыі мадэлявання характарыстык будынкаў, Хайдарабад, Індыя, снежань 2015 г.