Các loại đèn LED High Bay

Nguồn sáng

Kiến trúc pc-LED (đèn LED chuyển đổi phosphor) cho đến nay vẫn là kiến ​​trúc ánh sáng trắng chủ đạo được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng nói chung. Trong loại đèn LED này, ánh sáng trắng được tạo ra bằng cách bơm bộ chuyển đổi quang xuống bước sóng màu vàng và đỏ với chip LED InGaN màu xanh lam. Trong quá trình tạo ra ánh sáng, một lượng đáng kể năng lượng điện bị lãng phí và chuyển thành nhiệt năng cần được tiêu tán khỏi chip LED. Các chip LED trần dễ bị suy giảm hiệu suất hoặc lão hóa nếu tiếp xúc lâu dài trong môi trường không thân thiện. Do đó, một chip LED phải được bao bọc trong một gói có khả năng cung cấp khả năng chuyển đổi phosphor và khai thác ánh sáng, bảo vệ khỏi các hư hỏng bên ngoài và giao tiếp nhiệt, điện và cơ học của đèn LED với môi trường hoạt động của nó. Thiết kế và vật liệu của gói mà chip LED được lắp ráp thiết lập hiệu suất, hiệu quả và độ tin cậy của nguồn sáng. Việc lựa chọn các gói đèn LED cũng quan trọng như thiết kế và kỹ thuật của hệ thống chiếu sáng. Đèn LED có sẵn trong bốn nền tảng gói chính: gói công suất trung bình, gói công suất cao, gói chip trên bo mạch (COB) và gói quy mô chip (CSP).

Gói công suất trung bìnhtuân theo danh pháp tiêu chuẩn cho các gói SMT như 2835, 5630, 3030, 3535, 3014, 4014, v.v. được xây dựng trên nền tảng mang chip dẫn nhựa (PLCC). Những gói đèn LED nhựa này có sự hiện diện rộng rãi nhưng gây tranh cãi trong lĩnh vực chiếu sáng vùng cao. Các nhà sản xuất đèn chiếu sáng High Bay rất quan tâm đến các gói LED nhựa vì những sản phẩm này có lợi thế về chi phí và hiệu quả không thể so sánh được. Các gói PLCC có hệ sinh thái sản xuất phát triển đầy đủ, thị phần dẫn đầu và chi phí nguyên vật liệu thấp. Những thuộc tính này làm cho các gói PLCC trở thành đèn LED giá cả phải chăng nhất và ở mức độ lớn, đã thúc đẩy sự chuyển đổi lớn của công nghệ chiếu sáng từ HID và đèn huỳnh quang sang LED. Việc xây dựng các gói công suất trung bình được hỗ trợ bởi một vỏ nhựa đúc và khung chì mạ bạc. Vỏ nhựa phản chiếu cao và lớp mạ khung chì góp phần vào hiệu suất phát sáng cao của đèn LED công suất trung bình. Tuy nhiên, nhựa dẻo dễ bị phân hủy dưới nhiệt độ cao và lớp mạ khung chì có nguy cơ bị ăn mòn cao khi tiếp xúc với môi trường có chứa các chất hoạt tính hóa học như các hợp chất lưu huỳnh. Trong các ứng dụng chiếu sáng vịnh cao, nguồn sáng thường hoạt động dưới áp suất nhiệt và điện cao. Mặc dù lumen / watt ban đầu của đèn LED công suất trung bình có thể trông hấp dẫn, nhưng sự suy giảm quang thông nhanh và sự thay đổi màu sắc thường xảy ra trên đèn LED công suất trung bình do khả năng chống nhiệt độ cao và dòng truyền động thấp của chúng. Mặc dù sử dụng hợp chất đúc epoxy (EMC) ổn định nhiệt hơn làm vật liệu vỏ và các miếng đệm cực dương / cực âm không chì Quad phẳng (QFN) hiệu quả hơn về nhiệt,chiếu sáng công nghiệp .

Đèn LED công suất cao được chế tạo trên nền gốm tráng kim loại cho phép thiết kế đèn LED lumen cao mà đèn LED công suất trung bình không thể thực hiện được. Các gói đèn LED gốm loại bỏ việc sử dụng nhựa dẻo và khung chì là những yếu tố gây hỏng hóc chính của đèn LED công suất trung bình. Độ ổn định nhiệt và hóa học cao của gốm cho phép các gói đèn LED công suất cao phát triển mạnh trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt. Bên cạnh việc sử dụng vật liệu điện môi có độ dẫn nhiệt cao, đèn LED công suất cao thường đi kèm với thiết kế 3 lớp đệm (một miếng đệm cực dương, một miếng đệm cực âm và một miếng đệm nhiệt cách điện) và một loạt các vias nhiệt. Các yếu tố thiết kế này kết hợp để tạo ra một đường dẫn nhiệt công suất cao, độ tin cậy cao cho phép đèn LED hoạt động tối ưu ở nhiệt độ tiếp giáp cao lên đến 150 ° C mà không giảm đáng kể tuổi thọ danh định. Trong khi đèn LED công suất trung bình giá rẻ đang lấn sân mạnh mẽ vào thị trường chiếu sáng công suất cao, thì đèn LED công suất cao thường cung cấp ROI tốt hơn đáng kể so với các gói nhựa trong các ứng dụng chiếu sáng lumen cao vì khả năng duy trì quang thông tuyệt vời và độ ổn định màu cao. Trong các môi trường công nghiệp có nhiệt độ xung quanh cao như nhà máy thép và xưởng đúc, đèn LED công suất cao là lựa chọn khả thi duy nhất.

Đèn LED chip trên bo mạch (COB) là các mảng LED tích hợp có khả năng tạo ra lượng lumen lớn từ một gói duy nhất. Đặc điểm này làm cho nó trở thành nguồn sáng phổ biến cho đèn LED tròn kiểu dáng truyền thống có không gian hạn chế để chứa nguồn sáng. Thiết kế nhiều khuôn cho phép đèn LED COB tạo ra ánh sáng đồng nhất, giúp loại bỏ nhu cầu về quang học thứ cấp đắt tiền. Tuy nhiên, cần phải có một bộ phản xạ cồng kềnh hoặc một hệ thống quang học chi phí cao để định hình sự lan truyền chùm tia của đèn LED COB công suất cao khi hệ thống chiếu sáng vùng cao đòi hỏi sự phân bố ánh sáng được kiểm soát chính xác. Trong khi các điốt trong một gói COB được liên kết chết trên MCPCB hoặc chất nền gốm để tản nhiệt từ từng gói đến bo mạch hiệu quả cao, thì đường dẫn điện tới từng điốt được tạo ra bằng cách sử dụng liên kết dây có thể là một điểm hỏng trong điện overstress (EOS). Đèn LED COB không có lợi thế về chi phí và hiệu suất phát sáng khi so sánh với đèn LED công suất trung bình, cũng không thể so sánh với đèn LED công suất cao về khả năng chống áp suất quá mức về nhiệt và điện. Điều hợp lý là loại gói đèn LED này đang thu hẹp thị phần trong thị trường chiếu sáng vùng cao.

Công nghệ gói quy mô chip (CSP) làm giảm đáng kể các yếu tố hỏng hóc trong các gói đèn LED và giảm chi phí đóng gói bằng cách loại bỏ các yếu tố đóng gói thừa như tiểu phần nhựa, nền gốm, khung chì và dây liên kết. Phần lớn các gói CSP hiện tại được xây dựng trên khuôn chip lật, trên đó sử dụng phốt pho và chất đóng gói. Các tiếp điểm P và N được kim loại hóa trực tiếp trên đáy của khuôn trần. Mang lại hiệu suất và độ tin cậy tương đương với đèn LED công suất cao với chi phí thấp hơn đáng kể so với đèn LED công suất trung bình, đèn LED CSP được coi là trở thành nhà sản xuất hàng đầu trên thị trường và định nghĩa lại ánh sáng LED.

Thiết kế quang học

Các cơ sở ở vịnh cao có các yêu cầu đa dạng về phân bố ánh sáng. Trong một số ứng dụng, đèn chiếu sáng cao với đèn LED tiếp xúc có thể phục vụ rất tốt nhiệm vụ chiếu sáng, tuy nhiên trong một số ứng dụng, quang học thứ cấp được thiết kế chính xác được sử dụng để điều chỉnh quang thông từ nguồn sáng và cung cấp ánh sáng đồng đều đến một khu vực mục tiêu xác định. Việc sử dụng các tấm phản xạ bằng nhôm, từng là thành phần quang học tiêu chuẩn cho HID và đèn chiếu sáng LED phong cách truyền thống, đã dần giảm bớt. Đã có rất ít ứng dụng của chóa phản xạ trong các hệ thống đèn LED hiện đại, vai trò của chúng chỉ là để che chắn đèn LED khỏi tầm nhìn trực tiếp, giảm độ chói và tránh ánh sáng tràn. Hệ thống đèn LED high bay hiện đại thường được thiết kế với một mô-đun ánh sáng có một dãy đèn LED được phân bổ trên một bảng mạch lớn. Một tấm phản xạ hình parabol lớn sẽ chỉ kiểm soát ánh sáng tới trên bề mặt phản xạ, một phần lớn ánh sáng phát ra từ đèn LED không tương tác với tấm phản xạ. Các bóng phản xạ vẫn là một thiết bị điều khiển ánh sáng tùy chọn cho các hệ thống vịnh cao hiện đại. Được làm bằng acrylic hoặc polycarbonate, vật liệu khúc xạ tận dụng lăng kính hai hoặc ba chiều để điều khiển các hướng mà ánh sáng rời khỏi đèn chiếu sáng. Khúc xạ có thể được sử dụng để che khuất các hình ảnh nguồn để có được ánh sáng dịu hơn, mở rộng chùm tia tạo ra bởi bộ đèn và tăng cường phân bố độ rọi theo phương thẳng đứng. Bộ khuếch tán chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng cao tuyến tính theo phong cách truyền thống để khuếch tán quang thông từ đèn LED đồng đều đến tất cả các hướng để phân bố ánh sáng đồng đều và nâng cao tiện nghi thị giác. một phần lớn ánh sáng phát ra từ đèn LED không tương tác với gương phản xạ. Các bóng phản xạ vẫn là một thiết bị điều khiển ánh sáng tùy chọn cho các hệ thống vịnh cao hiện đại. Được làm bằng acrylic hoặc polycarbonate, vật liệu khúc xạ tận dụng lăng kính hai hoặc ba chiều để điều khiển các hướng mà ánh sáng rời khỏi đèn chiếu sáng. Khúc xạ có thể được sử dụng để che khuất các hình ảnh nguồn để có được ánh sáng dịu hơn, mở rộng chùm tia tạo ra bởi bộ đèn và tăng cường phân bố độ rọi theo phương thẳng đứng. Bộ khuếch tán chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng cao tuyến tính theo phong cách truyền thống để khuếch tán quang thông từ đèn LED đồng đều đến tất cả các hướng để phân bố ánh sáng đồng đều và nâng cao tiện nghi thị giác. một phần lớn ánh sáng phát ra từ đèn LED không tương tác với gương phản xạ. Các bóng phản xạ vẫn là một thiết bị điều khiển ánh sáng tùy chọn cho các hệ thống vịnh cao hiện đại. Được làm bằng acrylic hoặc polycarbonate, vật liệu khúc xạ tận dụng lăng kính hai hoặc ba chiều để điều khiển các hướng mà ánh sáng rời khỏi đèn chiếu sáng. Khúc xạ có thể được sử dụng để che khuất các hình ảnh nguồn để có được ánh sáng dịu hơn, mở rộng chùm tia tạo ra bởi bộ đèn và tăng cường phân bố độ rọi theo phương thẳng đứng. Bộ khuếch tán chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng cao tuyến tính theo phong cách truyền thống để khuếch tán quang thông từ đèn LED đồng đều đến tất cả các hướng để phân bố ánh sáng đồng đều và nâng cao tiện nghi thị giác. Được làm bằng acrylic hoặc polycarbonate, vật liệu khúc xạ tận dụng lăng kính hai hoặc ba chiều để điều khiển các hướng mà ánh sáng chiếu ra đèn. Các khúc xạ có thể được sử dụng để che khuất các hình ảnh nguồn để có được ánh sáng dịu hơn, mở rộng chùm tia tạo ra bởi bộ đèn và tăng cường phân bố độ rọi theo phương thẳng đứng. Bộ khuếch tán chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng cao tuyến tính theo phong cách truyền thống để khuếch tán quang thông từ đèn LED đồng đều đến tất cả các hướng để phân bố ánh sáng đồng đều và nâng cao tiện nghi thị giác. Được làm bằng acrylic hoặc polycarbonate, vật liệu khúc xạ tận dụng lăng kính hai hoặc ba chiều để điều khiển các hướng mà ánh sáng rời khỏi đèn chiếu sáng. Khúc xạ có thể được sử dụng để che khuất các hình ảnh nguồn để có được ánh sáng dịu hơn, mở rộng chùm tia tạo ra bởi bộ đèn và tăng cường phân bố độ rọi theo phương thẳng đứng. Bộ khuếch tán chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng cao tuyến tính theo phong cách truyền thống để khuếch tán quang thông từ đèn LED đồng đều đến tất cả các hướng để phân bố ánh sáng đồng đều và nâng cao tiện nghi thị giác.

Đèn LED high bay thường được trang bị mảng thấu kính đúc phun một mảnh để điều khiển ánh sáng với độ chính xác mà trước đây không thể có với các gương phản xạ cồng kềnh. Mảng thấu kính LED có thể được đúc tùy chỉnh để vừa khít với đèn LED và sử dụng một hoặc nhiều phần tử quang học để trích xuất và kiểm soát hầu như tất cả ánh sáng do nguồn sáng tạo ra. Quang học TIR là một loại thấu kính hợp chất tận dụng các đặc điểm chỉ có ở đèn LED. Loại quang học này kết hợp giữa khúc xạ và phản xạ để tối đa hóa khả năng định hình chùm tia và giảm thiểu suy hao quang học. Mảng thấu kính đúc chính xác cho phép chùm tia được tạo ra bởi mọi đèn LED phát ra theo bất kỳ góc chùm mong muốn nào và tạo ra sự phân bố không đối xứng hoặc kép không đối xứng để chiếu sáng định hướng cho các bề mặt thẳng đứng như giá đỡ cao và kệ hàng. Hầu hết các mảng thấu kính LED được sản xuất bằng PMMA (acrylic) có tính kinh tế cao và có các đặc tính quang học vượt trội. PC (polycarbonate) là vật liệu thấu kính được sử dụng nhiều thứ hai.

Bởi vì thấu kính LED thường đặt gần đèn LED, nên tính ổn định nhiệt của quang học nên được đưa vào cân nhắc thiết kế thấu kính khi dòng điện truyền động cao và các hoạt động mật độ thông lượng cao có liên quan. Nhiệt độ ở lớp phosphor cao hơn nhiệt độ tiếp giáp vì quá trình quang phát quang tạo ra một lượng nhiệt Stokes đáng kể. Nhựa polycarbonate có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 120°C mang lại độ ổn định nhiệt cao hơn so với acrylic được đánh giá là hoạt động dưới 90°C. Tuy nhiên, trong một số hệ thống công suất cao, nhiệt độ của bộ chuyển đổi xuống phosphor có thể đạt tới 150°C. Điều này có thể yêu cầu ống kính có độ ổn định nhiệt cao hơn. Thấu kính silicon có nhiệt độ hoạt động lâu dài tối đa 150°C có thể được sử dụng để xử lý các điều kiện nhiệt độ cao.