Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Półprzewodnikowe źródła światła Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia Morska w Gdyni.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Półprzewodnikowe źródła światła Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia Morska w Gdyni."— Zapis prezentacji:

1 Półprzewodnikowe źródła światła Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia Morska w Gdyni

2 2 Plan prezentacji Wprowadzenie Wprowadzenie Diody LED mocy – historia, właściwości Diody LED mocy – historia, właściwości Parametry diod LED mocy Parametry diod LED mocy Chłodzenie i zasilanie diod LED mocy Chłodzenie i zasilanie diod LED mocy Zastosowania diod LED mocy Zastosowania diod LED mocy Tendencje rozwojowe Tendencje rozwojowe Podsumowanie Podsumowanie

3 3 Wprowadzenie Oświetlenie – zużywa ponad 20% produkowanej energii elektrycznej Oświetlenie – zużywa ponad 20% produkowanej energii elektrycznej Parametry źródeł światła Parametry źródeł światła –Strumień świetlny (lm) – całkowite światło wypromieniowane ze źródła światła, –Natężenie światła (cd), –Natężenie oświetlenia (lx), –Luminancja (cd/m 2 ), –Sprawność źródła światła (lm/W) – iloraz emitowanego strumienia świetlnego do mocy elektrycznej pobranej przez to źródło –Widmo emitowanego promieniowania lub temperatura barwy światła białego –Czas życia (h) –Jasność źródła światła

4 4 Wprowadzenie - żarówka W 1879 roku Thomas Alva Edison wynalazł żarówkę, która jest do tej pory dominującym źródłem światła W 1879 roku Thomas Alva Edison wynalazł żarówkę, która jest do tej pory dominującym źródłem światła Podstawowe wady żarówki: Podstawowe wady żarówki: –niska sprawność - tylko kilka procent energii elektrycznej zamienia ona na światło – krótki czas pracy – do 1000 h –niska odporność na udary mechaniczne

5 5 Wprowadzenie (c.d.) Cele konstruktorów źródeł światła Wysoka sprawność (lm/W) Duży strumień świetlny (lm) Niski koszt uzyskania jednostkowego strumienia światła ($/lm)

6 6 Wprowadzenie - klasyczne źródła światła Opracowane takie źródła światła jak: Opracowane takie źródła światła jak: –żarówki halogenowe niskonapięciowe –świetlówki –neonówki, –lampy rtęciowe, –półprzewodnikowe źródła światła (SSL). Wymienione źródła światła różnią się zasadą działania, żywotnością oraz parametrami emitowanego światła Wymienione źródła światła różnią się zasadą działania, żywotnością oraz parametrami emitowanego światła Niektóre klasyczne źródła światła zawierają substancje szkodliwe dla środowiska, np. związki rtęci Niektóre klasyczne źródła światła zawierają substancje szkodliwe dla środowiska, np. związki rtęci

7 7 Diody LED mocy - historia 1930 – odkrycie zjawiska luminescencji węglika krzemu przy przepływie prądu, 1930 – odkrycie zjawiska luminescencji węglika krzemu przy przepływie prądu, 1962 – skonstruowanie pierwszej diody LED (czerwonej) 1962 – skonstruowanie pierwszej diody LED (czerwonej) 1968 – wprowadzenie na rynek zielonej diody LED 1968 – wprowadzenie na rynek zielonej diody LED 1981 – wprowadzenie na rynek niebieskich diod LED o światłości 10 mcd 1981 – wprowadzenie na rynek niebieskich diod LED o światłości 10 mcd 1992 – wprowadzenie na rynek tanich diod niebieskich i ultrafioletowych, 1992 – wprowadzenie na rynek tanich diod niebieskich i ultrafioletowych, 1993 – opracowanie niebieskich diod emitujących światło o natężeniu 1 cd 1993 – opracowanie niebieskich diod emitujących światło o natężeniu 1 cd 1994 – opracowanie pierwszych diod LED emitujących światło białe - oświetlenie 1994 – opracowanie pierwszych diod LED emitujących światło białe - oświetlenie

8 8 Diody LED mocy - metody uzyskiwania białego światła 3 diody (czerwona, zielona, niebieska) + soczewka Ultrafioletowa dioda LED +luminofor RGB Niebieska dioda LED +żółty luminofor

9 9 Półprzewodnikowe źródła światła - zalety Widmo emitowanego światła zbliżone do słonecznego, Widmo emitowanego światła zbliżone do słonecznego, Możliwość łatwego doboru temperatury emitowanego światła, Możliwość łatwego doboru temperatury emitowanego światła, Niskie (bezpieczne) napięcie zasilania, Niskie (bezpieczne) napięcie zasilania, Wysoka odporność na udary mechaniczne, Wysoka odporność na udary mechaniczne, Wysoka sprawność energetyczna (35 – 50%), Wysoka sprawność energetyczna (35 – 50%), Długi czas pracy bezawaryjnej (do h) Długi czas pracy bezawaryjnej (do h) Niewielkie wymiary, Niewielkie wymiary, Łatwość regulacji jasności lub koloru (tylko w diodach RGB) Łatwość regulacji jasności lub koloru (tylko w diodach RGB)

10 10 Półprzewodnikowe źródła światła - wady Mała wartość emitowanego strumienia świetlnego, Mała wartość emitowanego strumienia świetlnego, Mały kąt świecenia – konieczność stosowania soczewek rozpraszających, Mały kąt świecenia – konieczność stosowania soczewek rozpraszających, Niska wartość dopuszczalnego napięcia wstecznego, Niska wartość dopuszczalnego napięcia wstecznego, Silny wpływ temperatury na parametry i niezawodność diod LED, Silny wpływ temperatury na parametry i niezawodność diod LED, Konieczność stosowania specjalnych układów zasilających, Konieczność stosowania specjalnych układów zasilających, Konieczność odprowadzanie ciepła wydzielonego w diodzie. Konieczność odprowadzanie ciepła wydzielonego w diodzie.

11 11 Luminancja diod LED mocy Luminacja jest malejącą funkcją temperatury Luminacja jest malejącą funkcją temperatury Luminancja maleje do 70% wartości nominalnej po kilkudziesięciu tysiącach godzin pracy Luminancja maleje do 70% wartości nominalnej po kilkudziesięciu tysiącach godzin pracy Wzrost temperatury obudowy o 20 o C powoduje sześciokrotne skrócenie czasu bezawaryjnej pracy Wzrost temperatury obudowy o 20 o C powoduje sześciokrotne skrócenie czasu bezawaryjnej pracy

12 12 Niezawodność diod LED mocy Różne typy diod wykazują różną zależność jasności od czasu Różne typy diod wykazują różną zależność jasności od czasu Temperatura wyprowadzeń silnie wpływa na procesy degradacyjne Temperatura wyprowadzeń silnie wpływa na procesy degradacyjne Procesy degradacyjne zachodzą wolniej w diodach LED mocy niż w żarówkach i sygnalizacyjnych diodach LED Procesy degradacyjne zachodzą wolniej w diodach LED mocy niż w żarówkach i sygnalizacyjnych diodach LED Temperatury wyprowadzeń: A – 52 o C B – 38 o C C – 40 o C D – 38 o C E – 44 o C F – 59 o C

13 13 Niezawodność diod LED Obniżenie temperatury diody o 20 o C powoduje 6-krotny wzrost czasu pracy do uszkodzenia Obniżenie temperatury diody o 20 o C powoduje 6-krotny wzrost czasu pracy do uszkodzenia Czas życia jest silnie uzależniony od prądu diody i temperatury jej wnętrza Czas życia jest silnie uzależniony od prądu diody i temperatury jej wnętrza

14 14 Wpływ temperatury (c.d.) Wzrost temperatury wnętrza powoduje: Wzrost temperatury wnętrza powoduje: –Zmianę napięcia przewodzenia diody, –Spadek wartości emitowanego strumienia świetlnego, –Skrócenie czasu bezawaryjnej pracy, –Możliwość zmiany koloru świecenia diody, Istotny problem chłodzenia diod LED mocy Istotny problem chłodzenia diod LED mocy

15 15 Chłodzenie diod LED mocy Struktury diod LED nie emitują promieniowania podczerwonego – całe wydzielone w nich ciepło odprowadzane jest do obudowy na drodze przewodnictwa Struktury diod LED nie emitują promieniowania podczerwonego – całe wydzielone w nich ciepło odprowadzane jest do obudowy na drodze przewodnictwa Specjalne konstrukcje ułatwiające chłodzenie: Specjalne konstrukcje ułatwiające chłodzenie: –Stosowanie laminatów z rdzeniem aluminiowym, –Specjalne radiatory, –Obudowy diod optymalizowane do odprowadzania ciepła,

16 16 Rozwój konstrukcji obudów diod LED Właściwości obudów współczesnych diod LED mocy: Właściwości obudów współczesnych diod LED mocy: –Radiator o dobrym kontakcie termicznym –Soczewka optyczna o małych stratach – wysoka sprawność optyczna (powyżej 95%) –Mała rezystancja termiczna Pierwsza dioda LED (1962) Sygnalizacyjna dioda LED (1970) R th = 200 K/W P max = 0,1 W Pierwsza dioda LED mocy (1994) R th = 50 K/W P max = 0,4 W Współczesna dioda LED mocy (1998) R th = 14 K/W P max = 4 W

17 17 Zasilanie diod LED mocy Konieczne zasilanie prądowe - charakterystyka u(i) diody silnie zależy od temperatury, Konieczne zasilanie prądowe - charakterystyka u(i) diody silnie zależy od temperatury, Zasilacz powinien zapewnić duży prąd zasilający przy małej wartości napięcia wyjściowego Zasilacz powinien zapewnić duży prąd zasilający przy małej wartości napięcia wyjściowego Potrzeba zasilania impulsowego – wysoka sprawność energetyczna, Potrzeba zasilania impulsowego – wysoka sprawność energetyczna, Konieczność stosowania układów PFC – wyższa wartość współczynnika mocy, Konieczność stosowania układów PFC – wyższa wartość współczynnika mocy, Problem odpowiedniego łączenia szeregowo- równoległego diod w celu uzyskania odpowiedniego strumienia świetlnego, Problem odpowiedniego łączenia szeregowo- równoległego diod w celu uzyskania odpowiedniego strumienia świetlnego, Możliwość regulacji luminancji Możliwość regulacji luminancji

18 18 Regulacja luminancji diod LED Regulacja wartości prądu diody Regulacja wartości prądu diody Regulacja współczynnika wypełnienia prądu diody (PWM) Regulacja współczynnika wypełnienia prądu diody (PWM)

19 19 Zasilanie diod LED mocy (c.d.) Układy scalone dedykowane do zasilania diod LED mocy: wielu producentów, np. ONSemiconductor, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Linear Technology Układy scalone dedykowane do zasilania diod LED mocy: wielu producentów, np. ONSemiconductor, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Linear Technology Przykładowe rozwiązania układowe Przykładowe rozwiązania układowe

20 20 Zastosowania diod LED mocy Oświetlenie budynków (wewnętrzne i zewnętrzne), Oświetlenie budynków (wewnętrzne i zewnętrzne), Oświetlenie dekoracyjne, Oświetlenie dekoracyjne, Oświetlenie awaryjne, Oświetlenie awaryjne, Światła samochodowe, Światła samochodowe, Oświetlenie drogowe, Oświetlenie drogowe, Tablice informacyjne, Tablice informacyjne, Tablice informacyjne dla transportu publicznego, Tablice informacyjne dla transportu publicznego, Latarki i zabawki, Latarki i zabawki, Światła dyskotekowe i estradowe, Światła dyskotekowe i estradowe, Lampy błyskowe w aparatach fotograficznych, Lampy błyskowe w aparatach fotograficznych, Oświetlenie ogrodowe z zasilaniem solarnym, Oświetlenie ogrodowe z zasilaniem solarnym, Drogowa sygnalizacja świetlna, Drogowa sygnalizacja świetlna, Reklamy, ekrany i telebimy. Reklamy, ekrany i telebimy.

21 21 Osiągane obecnie parametry diod LED mocy Nazwa konstrukcji Osiągana wartość parametru Światła samochodowe do jazdy dziennej DRL (Philips) efektywności 50 lm/W Białe diody LED (Cree) efektywność 129 lm/W przy chłodnej bieli oraz 99 lm/W przy ciepłej bieli Białe diody LED (Cree) strumień świetlny 1000 lm – odpowiednik żarówki 60 W Białe diody LED (Acriche) zasilane bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej 230 V

22 22 Koszt światła z diody LED

23 23 Strumień świetlny emitowany przez diody LED jest podwajany co 18 – 24 miesiące od ponad 30 lat Prawo Haitza dla diod LED

24 24 Ewolucja źródeł światła

25 25 Podsumowanie Duże nakłady finansowe (10 mld Euro) Unii Europejskiej na badania SSL Duże nakłady finansowe (10 mld Euro) Unii Europejskiej na badania SSL Przewiduje się, że za 10 lat SSL zastąpią żarówki Przewiduje się, że za 10 lat SSL zastąpią żarówki Uzyskano już wysoką niezawodność Uzyskano już wysoką niezawodność Wymagana jest większa wartość sprawności oraz strumienia świetlnego Wymagana jest większa wartość sprawności oraz strumienia świetlnego W tym celu konieczne jest: W tym celu konieczne jest: –Zastosowanie nowych materiałów o wysokiej sprawności przetwarzania energii elektrycznej na świetlną –Wzrost wymiarów struktur diod – większy prąd –Poprawa skuteczności odprowadzania ciepła ze struktury półprzewodnikowej –Zastosowanie półprzewodników wysokotemperaturowych –Nowe konstrukcje obudów zapewniające wysoką sprawność optyczną oraz niską rezystancję termiczną

26 26 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Półprzewodnikowe źródła światła Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia Morska w Gdyni."

Podobne prezentacje


Reklamy Google