LED e il loro controllo 2010 - itiscorni.modena.it · 11/04/2010 x I.T.I.S. F.Corni -Modena...

11/04/2010 x I.T.I.S. F.Corni - Modena - ing.G.Vicenzi 1

“L’illuminazione del futuro:

i LED e il loro controllo”


Classificazione delle sorgenti luminose

LED


Rendimento delle lampade

Ogni tipo lampada ha un suo rendimento

Lampade a incandecenza: SCARSO

Lampade ALOGENE: MEDIO

Lampade al NEON o risparmio energetico: ALTO


Rendimento delle lampade

Rendimento nei LED

LED OTTIMO


Luce e Sorgenti luminose

� Il flusso luminoso rappresenta l'energia totale irradiata in ogni secondo dalla sorgente di luce,riferita alla sensibilità spettrale relativa dell'occhio umano. Il simbolo del flusso luminoso è ΦΦΦΦ. L'unità di misura è il lumen (simbolo lm).

Flusso luminoso tipico di alcuni tipi di lampade:incandescenza 100W/220V 1250 lmfluorescente 40W/220V 3200 lmalogena 300W 6600 lmal sodio ad alta pressione 100W 10000 lmad alta pressione a ioduri metallici 2000W 190000 lm



Relazione tra watt e lumen

� Per convenzione si assume che ad una radiazione monocromatica alla lunghezza d’onda λmax=555 nmcorrispondano 683 lm per ogni watt

Efficienza luminosa

Si definisce: efficienza luminosa di una lampada il rapporto tra la il flusso luminoso da essa emesso (espresso in lumen) ed il valore della potenza elettrica (espresso in watt) da essa assorbita. L’ unita’ di misura è [lm/W]

Essa varia da 14 lm/W per le lampade ad incandescenza tradizionali da 100 WA circa 100lm/W per LED più efficienti, fino a 200 lm/W per quelle a vapore di sodio a bassa pressione di colore giallo.


Lampade a incandescenza

OSRAM CLAS A CL 100W

1330/100 =13,3 Lumen/W


Lampade fluorescenti

Tubo OSRAM 58 W

4900/58 =84 Lumen/W


LED ad alta efficienza

Power FLux

22 lumen a 250mW88 Lumen/W


LED ad alta efficienza,altri vantaggi

Power FLux

22 lumen a 250mW88 Lumen/W

•Disponibilità di diversi colori(anche nello stesso contenitore!)

•Funzionamento a bassa tensione

•Durata elevatissimatipica 50000 ore= 136 anni se tenuti accesi 24h/24



� Il nostro occhio è sensibile solo ad alcune lunghezza d'onda consentendoci di percepire un colore diverso per ogni diversa lunghezza d'onda.



� La sensibilità dell’occhio umano dipende anche dalla intensità globale della luce percepita. (condizioni giorno/notte)

Occhio in “luce diurna”

Visione fotopica(coni)

Occhio adattatoall’ oscurita`

visione scotopica(bastoncelli)



Si ricorda che la superficie della sfera è pari a 4⋅π⋅r2 , con r=raggio della sfera

� Il intensità luminosa I è il flusso irradiato in una determinata direzione, per unità di angolo solido. L'unità di misura è la candela (cd)

C



� Considerando una sorgente luminosa ideale che distribuisca in modo uniforme il proprio flusso luminoso, l'intensità luminosa è:

Itot=

Φ

4π

con 4⋅π steradiantiangolo solido della sfera

1 steradiante (sr) corrisponde

ad un’area delimitata dal cono

di centro C, pari a r2

Esempio:una lampada 100W ad incandescenza con flusso uniforme di 1250 lm presenta in tutte le direzioni una intensità luminosa di

cdI 100566.12

1250

4

1250≅==

π

N.B. Da qui si deduce come in passato si indicasse (erroneamente) unalampada da 100W come lampada da 100 candele

L’ unità di misura dell’ intensità luminosa èla candela (cd) � 1 cd =lm / sr



� ogni lampada reale distribuisce il proprio flusso luminoso in modo non uniforme, la distribuzione della luce di una lampada è indicata dalla cosiddetta: curva fotometrica:

N.B. La lampada ideale con distribuzione uniforme della luce, avrebbe come curva fotometrica una sfera che, vista in pianta o prospetto, sarebbe una circonferenza



� L’ illuminamento è il valore del flusso luminoso che incide sull'unità di area. Il simbolo è E; l'unità di misura è il lux.

Il valore dell'illuminamento medio (Em) in corrispondenza di un piano di area A su cui incida, distribuendosi in modo uniforme, un flusso luminoso F è dato

Area

denteFlussoinciEm =

Se il flusso è espresso in lumen e l'Area in m2, Emrisulta espresso in lux.

Aree sup. sferiche:

3.14 m2 � 100lux12.56 m2 �100/4 = 25 lux28.27 m2 �100/9 = 11.1 lux


Diodo al silicio

V(V)

I(mA)

V

Vbr Io

1 2 3 4(50V)

( A)µ

Curve caratteristica Complessiva

Vbr = tensione di Breakdown


Illuminazione a LED

Caratteristiche dei LED

Ogni colore ha la sua tensione

I.R. = 1,5 VRed, Green, Yellow ≈ 2 VBlue , WhiteWhite = 3,5 V

Max tensione inversa ≈ 6V GND

R500 ohm

0

V112Vdc

DL1


Illuminazione a LED

Calcolo della resistenza serie del LED:

GND

R500 ohm

0

V112Vdc

DL1

Supponendo la caduta sul LED di 2 V circa, e volendo dimensionare la resistenza per Iled=25mA:

R = Vr / ILed = (V1-Vled)/Iled= (12 -2 ) /0,025 = 500 ohm


Illuminazione a LED

Calcolo delle potenze:

GND

R500 ohm

0

V112Vdc

DL1

Supponendo la caduta sul LED di 2 V circa, e volendo dimensionare la resistenza per Iled=25mA:

PR = VR � I = (12-2)�0,025 =0,25 W

PBatt= V � I = 12 � 0,025 = 0,30 W

PLED= VLED � I = 2 � 0,025 = 0,05 W

RENDIMENTO :%6,16

3,0

05,0===

Passorbita

Putileη


Illuminazione a LED

4 Led rossi in serie

DL1

DL2

0

GND

R

160 ohm

V112Vdc

DL4

DL3

Calcolo della resistenza serie del LED:

Supponendo la caduta sui LED sia di 2 V per ciascuno , e volendo dimensionare la resistenza per Iled=25mA:

R = Vr / ILed = (V1-Vled)/Iled= (12 -2 �4 ) /0,025 = 4/0,025= 160ohm

%6,663,0

2,0===

Passorbita

Putileη


Illuminazione a LED

È necessaria la resistenza?

DL1

DL2

0

GND

R

160 ohm

V112Vdc

DL4

DL3

Si, in questo tipo di circuito con tensione costante serve a limitare la corrente sui led.

Per aumentare l’efficienza, del sistema complessivo è possibile sostituirla con un regolatore a corrente costante

%6,663,0

2,0===

Passorbita

Putileη Regolatore

I= 25 mA


Illuminazione a LED

Quale funzione svolge il regolatore?

DL1

DL2

0

GND

R

160 ohm

V112Vdc

DL4

DL3

Mantiene la corrente fissata i=25 mA per qualsiasi valore di tensione di alimentazione entro ampi limiti.

V1 >(N � VLED) + 2 V

Se utilizzo 22 Led e V1= 48 V

RegolatoreI=25 mA

PR = VREg � I = (4)�0,025 =0,1 W

PBatt= V � I = 48 � 0,025 = 1,20 W

PLED= VLED � I = 44 � 0,025 = 1,1 W

Rendimento : %6,912,1

1,1===

Passorbita

Putileη


Illuminazione a LED

Quale funzione svolge il regolatore?

DL1

DL2

0

GND

R

160 ohm

V112Vdc

DL4

DL3

Protegge i diodi da eventuali sbalzi di tensione

Se V1 cresce di 10 V, cresce la d.d.p. ai capi del regolatore ma NON la corrente su tutti i diodi

(Ovviamente il regolatore deve essere predisposto per sopportare l’eccesso di potenza)

Se V1 scende al di sotto della tensione ‘minima’ la corrente fornita dal regolatore non sarà adeguata, ed i diodi si accenderanno con minor luminosità

RegolatoreI=25 mA


DL1

DL2

0

GND

R

160 ohm

V112Vdc

DL4

DL3

Illuminazione a LED

D1 LED

D6 LED

D7 LED

D4 LED

D6 LED

D1 LED

D7 LED

D5 LED

D3 LED

D4 LED

D6 LED

D7 LED

D3 LED

D1 LED

D4 LED

D3 LED

D2 LED D2 LED D2 LED

D4 LED

D5 LED D5 LED

D6 LED

D7 LED

D1 LED

D2 LED

D5 LED

D3 LED

Regolatore 100mADiodi in parallelo

Per evitare disparità di illuminazione tra le varie file di LED occorre che

•siano “selezionati”•in numero abbastanza elevato

È possibile inserire un piccola resistenza serie in coda ad ogni fila di led


Variazione di luce nei LED

Tecnica PWM = Pulse Width Modulation

20 % dell’energia sul LED20% della luce

50% dell’energia sul LED50% della luce

80% dell’energia sul LED80% della luce

100% dell’energia sul LED100% della luce: luce Max

Corrente continua

T

Quanto deve valere T ? Oppure F=1/T ?



Tecnica PWM = Pulse Width Modulation

T

Quanto deve valere T ? Oppure f=1/T ?

Per evitare fastidiosi sfarfallii f>25

Meglio se, almeno 100Hzcome nei nuovi TV LCD!!



Durano meno i LED se accesi e spenti così spesso?

NO !

Non avendo un filamento come nelle lampade a incandescenza, la loro durata rimane invariata purchè si rispettino i valori massimi di

• Corrente, • Tensione,• Dissipazione termica

Nei LED più potenti (da 1W in su) è infatti necessario aggiungere un dissipatore di calore


Illuminazione a LED

%908592,0)( −===Passrobita

Putile

Passorbita

PutilereConvertitoηη

D1 LED

D6 LED

D7 LED

D4 LED

D6 LED

D1 LED

D7 LED

D5 LED

D3 LED

D4 LED

D6 LED

D7 LED

D3 LED

D1 LED

D4 LEDDC

D3 LED

AC

D2 LED D2 LED D2 LED

Convertitore AC/DCstabilizzato

Regolatore correnteoppure R

D4 LED

D5 LED

VAC

D5 LED

J1

12

D6 LED

D7 LED

D1 LED

Vin 100.. 240 VacVout 15V +/- 0,2V

D2 LED

D5 LED

D3 LED

Regolatore elettronico PWM“In alternata”


Fine….

Per restare aggiornati sulle prossime conferenze consultare il sito

www.itiscorni.it

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