Методические рекомендации "Проектирование светильников"

Все права на данные методические рекомендации принадлежат компании ООО «ВЕЛЕД».

Методические рекомендации «Проектирование светильника»

Очень много возникает вопросов к нам, как к производителю комплектующих для светильников. Поэтому мы решили обобщить самые главные ошибки и рассказать, как правильно спроектировать светодиодный светильник, на что обратить внимание, а также научимся читать техническую документацию на светодиод, светодиодный источник питания и многое другое.

Многие компании производители светодиодных светильников, проектированию уделяют очень ограниченное время, довольствуясь закупкой светодиодного модуля, драйвера, понравившегося корпуса светильника и остальных недорогих комплектующих в виде провода, метизов, стекла и герметика. И затратив 30 минут времени получают результат, в виде ярко светящегося светодиодного светильника. Вот оно! Готово! Светильник на своем месте, светит, заказчик доволен. Проходит время и заказчик уже не доволен, то светильник моргает при отрицательных температурах, то стал светить тускло или перегорел.

Начнем.

Спроектируем (разработаем) уличный светодиодный светильник, работающий при температуре окружающей среды -40…+50⁰С., мощностью 40-50Вт.

Выбираем светодиодный модуль.

Для примера возьмем светодиодный модуль VLD-Prom ЭКО, произведенный в производственной компании ООО «ВЕЛЕД» http://xn--b1aeca3a.xn--p1ai/products/svetodiodnye-moduli/vldpromeko/

Очень важно, что бы производитель светодиодных модулей указывал марку установленного светодиода, а в идеальном случае и предоставлял Data Sheet (Техническая документация) на установленный светодиод.

Смотрим характеристики, которые нам дает производитель, а именно установлено 84 диода, 2 параллели по 42 диода. Типичное падение напряжения на светодиодном модуле 135В при токе 150мА на светодиод, 300мА на модуль, что соответствует типичному падению напряжению ≈3,2В при токе 150мА на одном диоде. Хорошо бы уточнить у производителя какое минимальное и максимальное падение напряжения на диоде. Это так называемая биновка светодиода по напряжению. Обычно это ±0,1В от типичного. Этот параметр можно посмотреть в Data Sheet на светодиод. Что это означает? А это означает, что к Вам может приехать светодиодный модуль с падением напряжением от 3,1В*42шт.= 130,2В до 3,3В*42шт.= 138,6В и это все при рабочем токе 150мА. Здесь остановимся поподробнее. Мы получили промежуточный рабочий диапазон падения напряжения модуля 130,2…138,6В при рабочем токе на светодиод 150мА. Многие зададут вопрос, почему упоминается 150мА? Ответ очень прост. При другом рабочем токе светодиода типичное падение напряжения на светодиоде будет другим, а следовательно, необходимо пересчитать падение напряжения на светодиодном модуле. Для этого обращаемся к Data Sheet светодиода и находим там график Forward Voltage VS. Forward Current, форма графика примерно у всех светодиодов одинакова, но значения разные. Пример графика приведен ниже.

Отойдем немного от нашего расчета и пересчитаем наш модуль с тем же самым светодиодом для рабочего тока на светодиод 60мА. Из графика мы получаем типичное падение напряжения 2,9В. И с учетом биновки светодиода по напряжению получаем падение напряжения на модуле от 2,8В*42шт. = 117,6В до 3,0*42шт. = 126В при рабочем токе 60мА на светодиод.

Но вернемся к нашему расчету. Мы получили падение напряжения 130,2…138,6В при рабочем токе 150мА на светодиоде.

Опять 150мА, кто то спросит почему на модуле рабочий ток 300мА. Вот здесь совет простой, вам не надо заниматься разработкой и изготовлением светильников или начать свое обучение с изучения законов Ома и Кирхгофа, то есть основ электротехники.

Не спешим подбирать драйвер, а вернемся к еще одному важному моменту, а именно рабочей температуре светильника -40…+50⁰С. Здесь светодиод преподносит нам еще одну зависимость. Чем ниже температура, тем больше падение напряжения на светодиоде или обращаемся к Data Sheet светодиода и ищем график Forward Voltage vs. Temperature. Пример график зависимости рабочей температуры для светодиода с типичным падением напряжения 6,4В при рабочем токе 150мА приведен ниже.

Для нашего случая и вообще для диода с типичным падением напряжения 3,2В при 150мА увеличение падения напряжения при -40⁰С составит примерно 0,27В, а при +70⁰С уменьшение падения напряжения составит примерно 0,15В. И так с учетом нашей биновки по напряжению при -40⁰С падение напряжения на модуле составит (3,1-0,15)В*42шт.= 123,9В до (3,3+0,27)В*42шт.= 150В.

Почему мы использовали +70⁰С, пусть будет вам для самостоятельного изучения. Связано это с точкой измерения данной температуры.

Мы получили расчетное минимальное и максимальное падение напряжения с учетом биновки по напряжению светодиода и зависимости падения напряжения на светодиоде от температуры.

123,9…150 Вольт при 150мА на светодиод!!! И это при заявленном типичном падении напряжении производителя в 135В!

Что это означает физически? А это означает то, что для запуска нашего модуля при -40⁰С необходимо 150В, при +50⁰С 123,9В.

Мы долго думали, указывать ли этот диапазон в технических характеристиках изготавливаемых нами модулей и решили, что вопросов по этому параметру будет еще больше. Поэтому этот момент оставили для разработчиков светодиодных светильников.

На что еще обратить внимание при выборе модуля? Да в первую очередь на качество (имя) светодиода и изучить все его характеристики. Все это необходимо для понимания, а насколько он долго прослужит у потребителя в заданных условиях. Производитель светодиода обычно в технической документации или отдельно выделяет определенные

Например испытание на тепловой удар (-40⁰С…105⁰С)

Из этой таблицы мы видим сравнение разных технологий и использование в диоде золотой и медной проволоки. Понимаем, что последний диод долго не проживет при тепловых ударах (морозах). Другие примеры тестов можно посмотреть здесь http://xn--b1aeca3a.xn--p1ai/info/news/novaya-tekhnologiya-ot-honglitronic/ или на последних страницах технической документации на светодиод.

Дальше выбираем драйвер для рассматриваемого модуля.

Здесь попроще, нам надо выбрать необходимый рабочий ток 300мА и диапазон выходного напряжения драйвера с учетом нашего расчетного диапазона падения напряжения на модуле.

Выбираем http://xn--b1aeca3a.xn--p1ai/products/svetodiodnye-drayvery/vld50300/

Обязательно смотрим рабочую температуру драйвера!!!

Незабываем что при производстве драйвера используются электронные компоненты, у которых есть процентный разброс в номинальных значениях и выходные параметры могут отличаться у двух одинаковых источников. Но это очень маленький процент и производители драйверов обычно увеличивают граничные значения, чтобы гарантировать номинальные.

Что еще важно при выборе драйвера? Да очень много. Это и гальваническая развязка, и защита от холостого хода, и защита от короткого замыкания, и электромагнитная совместимость, и имя производителя.

Собираем наш комплект, кратковременно подключаем, все работает. Как нам проверить этот комплект при отрицательных температурах? Очень просто. Почти в каждом городе есть компании, предлагающие к продаже «Сухой лед». Покупаем подходящий контейнер под комплект, теплоизолируем его от внешней среды, засыпаем сухой лед и конечно укладываем наш комплект, снабжая его датчиками температуры. Через достаточное время, достаточное для установки необходимого температурного режима, включаем наш комплект.

Теперь нам необходимо разобраться с отводом тепла от нашего комплекта.

На рынке очень много предложений по разнообразным корпусам для светодиодных светильников. Так же можно самостоятельно разработать свой профиль и запустить его производство.

Производители светодиодного профиля рекомендуют мощность модуля на метр профиля. Не надо пренебрегать данными рекомендациями! Но производители светодиодных светильников этого не слышат.

Устанавливаем в понравившийся нам профиль светодиодный модуль и драйвер с учетом рекомендуемой мощности на метр профиля и это еще не все. Нам необходимо проконтролировать в установившемся режиме температуру. А именно температуру на светодиодном модуле и температуру на светодиодном драйвере.

Самый точный способ измерить температуру модуля – это припаять термопару к месту пайки светодиода или рядом. Если температура у нас не превышает 65-75⁰С, то мы все сделали правильно! Чем ниже мы получим температуру в этой точке, тем дольше наши светодиоды прослужат в изделии.

Но есть более простой способ проверки температуры на модуле – это измерение температуры корпуса светильника после прогрева. Если температура корпуса не превысила значение в 55-56⁰С, то можно с большой вероятностью сказать, что модуль находиться в необходимом тепловом режиме.

И самый простой способ - это использование тепловизора.

Надо отдельно сказать, что применение всевозможных скотчей и клеящих составов недопустимо

Способы уменьшения температуры на светодиодном модуле: увеличение площади радиатора, уменьшение рабочего тока на светодиодном модуле, использование термопасты между модулем и радиатором (корпусом). Не забываем правильно использовать термопасту, девиз чем больше, тем лучше здесь не работает, все как раз наоборот.

Измеряем температурный режим работы драйвера в светильнике. Для этого на драйвере ищем точку измерений температуры «Тс» (рисунок ниже), рядом с этой точкой указывается предельная температура драйвера в этой точке и прикладываем к этой точке термопару. Измеряем температуру в установившемся рабочем режиме светильника. Если у нас измеренная температура превышает предельно допустимую, то смотрим пункты по уменьшению температуры на светодиодном модуле.

Если мы все сделали правильно, то мы не получим через несколько месяцев, вот такой результат:

Осталось только окончательно собрать светильник, но и здесь могут быть подводные камни. Эффект бромирования – это обесцвечивание люминофора и оксидирования «внутренностей» светодиода.

Возникает этот эффект при использование различных герметиков и силиконовых резин, содержащих фтор, хлор, бром и йод.

 

Ниже приведен перечень химических веществ, которые следует избегать при производстве светильников.

соляная кислота

серная кислота

азотная кислота

уксусная кислота

гидроксид натрия

гидроксид калия

аммиак

метилэтилкетон

метилизобутилкетон

толуол

ксилол

бензол

бензин

дихлорметан

тетрахлорметан

касторка

льняное масло

керосин

силиконовое масло

Вот теперь мы уверены в своем разработанном и произведенном светильнике. Но встает еще один часто задаваемый нам вопрос, какой указать световой поток (Люмены) произведенного светильника? Самое правильное это отдать собранный светильник в светотехническую лабораторию. Или опять берем калькулятор, обращаемся к Data Sheet светодиода и смотрим максимальный поток светодиодного модуля у производителя. Производитель нам дает максимальный световой поток 5600Лм с модуля. Проверяем, максимальный поток светодиода 67Лм при 150мА и при 25⁰С, 67*84шт.=5628Лм. Далее ищем в Data Sheet светодиода график Ambient Temperature VS. Relative Intensity (представлен ниже).

И здесь ищем температуру, значение которой мы измерили, когда проверяли температуру в точке пайки светодиода. При 70⁰С из графика мы находим коэффициент 0,9. Эта первая поправка, которую нам необходимо сделать от максимального потока модуля. Получаем 5600Лм *0,9=5040Лм. Теперь нам необходимо учесть потери светового потока в рассеивателе. Светопропускание стекла узнаем у производителя обычно это 0,88-0,92 и получаем 5040Лм*0,9=4536Лм. Теперь мы получили реальный расчетный световой поток светильника и сможем занести его в паспорт изделия.

Необходимо понимать чем ниже будет температура на модуле тем выше будет световой поток и наоборот.

Хотелось бы отметить что производители светодиодов пытаются решить эти проблемы и некоторые проблемы уже решены. http://xn--b1aeca3a.xn--p1ai/info/news/novaya-tekhnologiya-ot-honglitronic/

  

Все права на данные методические рекомендации принадлежат компании ООО «ВЕЛЕД». Использование данных методических материалов разрешено только при разработке и производстве светильников.

Распространение в сети интернет возможно только с разрешения ООО «ВЕЛЕД»