Power LED

da: "Sportellate di soluzioni originali"



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Ma di cosa si tratta? Sono l'ultima generazione dei LED, quelli, per intenderci, che non possono funzionare al pieno delle loro caratteristiche senza un sistema di raffreddamento appropriato. Diro` qualcosa solo di quelli a luce "bianca".

La differenza sostanziale tra una lampada alogena ed uno di questi LED (a parita` di lumen) si riassume in questi punti:

- per la lampada
  1. la lampada in funzione non puo` essere toccata perche` scotta
  2. non necessita di radiatore
  3. essa e` collegata direttamente alla fonte di energia
  4. non vi sono polarita` da rispettare, puo` essere alimentata in alternata
  5. la sua tensione e` scelta al momento dell'acquisto
  6. il suo profilo d'irraggiamento arriva uniforme a quasi 360°
  7. si producono radiazioni infrarosse
  8. l'aspettativa di vita e` prevista in circa 2000 ore
  9. il suo dispositivo di concentrazione del fascio e` una parabola specchiata
  10. il suo colore e` intorno ai  4000°K con un CRI di quasi 100
  11. il filamento introduce una grande inerzia all'accensione/spegnimento
  12. se a batteria, con l'esaurirsi dell'energia, perde lumen e cala il suo colore 
- per il LED
  1. la superficie della lente si puo` toccare, non scotta
  2. il radiatore e` indispensabile
  3. la corrente deve essere stabilizzata (o limitata), un regolatore s'interpone tra LED e fonte di energia
  4. dev'essere rispettata la polarita`, no all'alimentazione in alternata
  5. la sua tensione diretta e` fissa, va da 2,79 a 4,23 V
  6. il profilo d'irraggiamento non supera i 170°
  7. non si producono radiazioni infrarosse
  8. l'aspettativa di vita e` prevista tra 50k e 100k ore (a seconda dei modelli)
  9. il dispositivo di concentrazione, di solito, e` una lente speciale
  10. il colore si puo` scegliere tra tre gradazioni di bianco apparente, il CRI non supera il 90
  11. si accende/spegne in meno di 100 ns (100 miliardesimi di secondo)
  12. se a batteria, con l'esaurirsi dell'energia, perde lumen ma non il suo colore
Perche` si parla della lampada? I costruttori dei LED ammettono che alcune alogene hanno una resa energetica migliore del LED.

Il LED bianco e` in realta` un LED blu corretto, nella sua emissione di luce, dalla presenza di un fosforo giallo.

Esempi per la forma:
ll.hy.ji.
Il centro del LED spento (contrariamente all'immagine) appare sempre giallo per la deposizione di uno strato di fosforo, appunto giallo. Sono dotati di un fondello sul lato inferiore che dev'essere termicamente collegato ad un radiatore.
Attenzione! Non tutti i fondelli sono "neutri", e` buona norma prevedere un isolamento galvanico specie se piu` dispositivi giacciono sullo stesso radiatore. Altro rischio: nel manipolare questi dispositivi: bisogna mettere in atto le precauzioni contro le scariche di elettricita` statica (ESD). Inoltre la tensione inversa max e` 5 V.

Tutti sono coperti da un cupolino, in materiale acrilico di qualita` ottica, che svolge la funzione di lente (non deve assolutamente essere danneggiato) per tre tipi di emissione:
  • batwing - radiazione stretta in avanti (110°)
  • df.bb.
  • lambertian - uniformemente larga (140° e piu`)
  • fr.we
  • side emitting - radiazione diretta principalmente verso i lati per l'uso con un riflettore tradizionale
  • df.qa.
Queste sopra sono rappresentazioni spaziali del profilo di irraggiamento; se si usano le rappresentazioni polari, quella del lambertian apparira` cosi`:
dd.

I colori disponibili sono tre:
  • cool white - freddo - CCT 5500K
  • neutral white - neutro - CCT 4100K CRI = 70/75 
  • warm white - caldo - CCT 3200 - 3300K CRI = 80/90
Questa la loro emissione tipica in un grafico della Cree:
ff.
si nota la costante presenza di un'emissione di luce blu intorno ai 450 nm dovuta alla natura della sorgente (LED blu).

Il colore che da` la massima resa in lumen e` il bianco freddo, la minima quello caldo.

La durata, a seconda del tipo e del costruttore, varia da 50.000 a 100.000 ore di funzionamento mantenendo almeno il 70% di flusso luminoso originale. Esempio: Philips Lumileds projects that white LUXEON K2 products will deliver, on average, 70% lumen maintenance at 50,000 hours of operation at a forward current of 1000 mA. This projection is based on constant current operation with junction temperature maintained at or below 120°C.

Le correnti ammesse, per singolo elemento, vanno da 300/350 mA a 700/1000 e 1500 mA (l'esprimere la loro potenza, non mi va).

La luminosita` prodotta, espressa in lumen ad una corrente di 350 mA, va da 20 a 45.

L'ultimo prodotto Lumileds, il Luxeon Rebel, che, a mio modo di vedere, e` un integrato multigiunzione, raggiunge, alla stessa corrente, il valore di 80 lm (ma non puo` essere impiegato che dalle industrie causa l'impossibilita` di saldarlo). La versione per lo sperimentatore e` premontata, dalla LuxDrive, su supporto a stella con anima metallizzata (MCPCB).

sd.
Il Luxeon Rebel e` quello giallo (la stella ne puo` ospitare tre); si vede che e` saldato nella parte inferiore, la saldatura grande realizza l'accoppiamento termico col supporto, quelle due piccole porteranno l'alimentazione. Il profilo di proiezione e` Lambertian.

La luminosita` puo` superare, per singolo elemento, ma a correnti piu` elevate, 180 lm!
 Ogni elemento deve esser corredato dalla lente opportunamente scelta.

A meno che non siate un'industria, dovete aggiungere al LED una lente, scelta nel panorama delle offerte, per raggiungere l'angolo di diffusione che desiderate ottenere dalla luce prodotta dal dispositivo. Ne esistono di tutti i tipi, bisogna fare una selezione in base al tipo di LED ed al fascio che vi serve.

oo.
Questa, della Carclo, e` adatta al Luxeon, qui sopra, per la raccolta della luce di un Lambertian e la sua proiezione in un fascio medio (19°); costo, senza supporto, Euro 1,47. Bisogna aggiungere il supporto per la lente adatto al MCPCB.
Cosa possiamo farne, di questi LED?

Ognuno deve trovare un impiego del dispositivo che si distacchi dalle regole appena citate, poiche`, in commercio, esistono lampade che, da tempo, li utilizzano. Siamo arrivati troppo tardi, il gap che abbiamo, rispetto alle industrie [1] ed agli hobbisti (ricchi) americani [2], e` immenso ed incolmabile. Dovremmo togliere il radiatore o la lente: chi vivra`, vedra` ...
 
iy.
[1] - si trova il ricambio per il "peretto" della lampadina tascabile con LED e regolatore incorporato + protezione contro l'inversione di polarita` (qui sopra, costa 40 $).
[2] - tutti i biker degli USA vanno in giro di notte con un faretto autocostruito sul manubrio che costa loro 175 $ piu` il montaggio;  due mesi dopo scoprono che i cinesi producono la stessa cosa e la vendono a 80 $.
LED - light emitting diode - diodo emettitore di luce
CCT - correlated color temperature - temperatura di colore correlata
CRI - color rendering index  - indice di resa dei colori (100 e` la luce solare)
MCPCB - metal core printed cuircuit board - circuito stampato con anima in metallo (alluminio)

Un buon punto di riferimento per gli hobbisti: http://www.luxeonstar.com/
Altro: http://ledsupply.com/
Da provare!: DealExtreme in China (argomento da ricercare: bike lights)
Della Cree®, lo XLamp® XR-E LED ha delle caratteristiche particolari, ma non e` alla portata dell'hobbista per lo stesso problema del Luxeon Rebel (deve essere saldato sul retro). Lo vediamo:

yy.
Il suo angolo di proiezione e` di 90° (la lente e` diversa dalle precedenti), i suoi lumen sono intorno a 80 @ 350 mA. Anche questi sono forniti su supporto MCPCB a stella (ma io non sto preparando un catalogo!).


Lumileds Lighting, LLC | 370 West Trimble Road | San Jose, CA 95131 | Lumileds Lighting is a joint venture between Agilent Technologies and Philips Lighting. Luxeon is a trademark of Lumileds Lighting, LLC.

Cree, Inc. | 4600 Silicon Drive | Durham, NC 27703 | USA Tel: +1.919.313.5300 | www.cree.com/xlamp

Carclo Technical Plastics 111 Buckingham Ave, Slough, Berkshire, SL1 4PF ENGLAND


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