Quản lý ánh sáng đèn pha led

Sự phân bố ánh sáng của đèn pha thường được mô tả theo mức độ lan truyền chùm tia và sử dụng loại chùm tia NEMA làm tham chiếu. Hệ thống phân loại đèn điện NEMA dựa trên sự phân bố thông lượng trong chùm tia do đèn điện tạo ra. Bảy phân phối, loại 1 đến 7, được xác định trong hệ thống này. Dầm chặt hơn có số loại chùm thấp và chùm rộng hơn có số cao hơn. Chùm tia của đèn pha được phân loại theo độ góc trường của đèn. Góc trường là góc giữa hai phương mà cường độ là 10% của cường độ lớn nhất.

• Chùm tia loại 1: 10 ° đến 18 ° (Rất hẹp)
• Chùm tia loại 2:> 18 ° đến 29 ° (Hẹp)
• Chùm tia loại 3:> 29 ° đến 46 ° (Hẹp vừa)
• Chùm tia loại 4:> 46 ° đến 70 ° (Trung bình)
• Loại tia 5:> 70 ° đến 100 ° (Rộng trung bình)
• Chùm tia loại 6:> 100 ° đến 130 ° (Rộng)
• Loại tia 7:> 130 ° trở lên (Rất rộng)

Đèn pha có sẵn trong phân phối không đối xứng và đối xứng. Đèn điện đối xứng theo trục có cùng độ lan truyền chùm tia ngang và dọc và được phân loại bằng một số NEMA (tức là Loại 3). Đèn điện không đối xứng có ký hiệu chùm tia ngang và dọc riêng biệt với giá trị nằm ngang luôn được đưa ra trước (nghĩa là Loại 5 x 3 hoặc Loại 5H x 3V). Dưới đây là sáu chùm kế hoạch NEMA tiêu chuẩn.

Đèn pha LED thường chia thành hai loại dựa trên cấu hình của chúng: tích hợp và mô-đun.

Đèn pha LED loại tích hợp tương tự như những người tiền nhiệm HID được thiết kế theo hệ thống khép kín. Loại đèn chiếu sáng LED này được thiết kế để lắp động cơ nhẹ có công suất hệ thống thường dưới 300 watt. Hệ thống điện được đặt chung với cụm đèn LED trong một vỏ nhôm đúc kín. Các thế hệ trước của đèn pha LED tái tạo kiểu dáng của hệ thống HID và thường có khối lượng cồng kềnh và kiểu dáng vụng về. Đèn pha LED hiện đại của loại tích hợp có xu hướng có thiết kế hữu cơ và hình thức đẹp. Sự tích hợp hoàn hảo của tất cả các yếu tố vào cấu trúc đảm bảo những bộ đèn hấp dẫn trực quan này mang lại giá trị thẩm mỹ to lớn cần thiết để nâng cao các thiết kế kiến ​​trúc và cảnh quan.

Hệ thống đèn pha mô-đun cung cấp một lượng lớn các tùy chọn và tùy chỉnh với kiến ​​trúc có thể mở rộng. Khối xây dựng cơ bản của các thiết bị đèn LED này là động cơ LED mô-đun bao gồm tất cả các yếu tố của hệ thống đèn LED ngoại trừ bộ nguồn. Kiến trúc mô-đun cho phép một số lượng thay đổi các động cơ nhẹ được lắp đặt trên giá đỡ hoặc được bảo đảm trên khung để cung cấp gói quang thông và phân phối ánh sáng cần thiết để đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế. Các trình điều khiển LED và các thành phần điện khác thường được gắn vào mặt sau của thiết bị cố định. Các trình điều khiển không thấm nước được phơi ngoài trời hoặc được bao bọc trong một PSU kín để tăng thêm mức độ bảo vệ. Thiết kế mô-đun mang lại những lợi ích của khả năng mở rộng gói quang thông, hướng chùm tia có thể điều chỉnh cho từng mô-đun và bảo dưỡng và thay thế thuận tiện.

 

Đèn pha LED được chế tạo bằng vỏ nhôm chắc chắn cho phép đèn hoạt động an toàn trong các cài đặt khắt khe nhất đồng thời cung cấp khả năng làm mát dẫn điện và đối lưu cho đèn LED. Vỏ nhôm của đèn pha LED thường được chế tạo thông qua quá trình đúc khuôn có thể tạo ra các sản phẩm phức tạp về mặt hình học với dung sai gần hơn và độ ổn định kích thước cao hơn nhiều quy trình sản xuất hàng loạt khác. Khung (khung hoặc giá đỡ) của hệ thống đèn pha mô-đun cũng thường được làm bằng nhôm đúc để đảm bảo độ bền của cấu trúc trong khi vẫn giữ được kiểu dáng đẹp. Tản nhiệt bằng nhôm của động cơ LED mô-đun thường được ép đùn để nâng cao hiệu suất nhiệt. Kết cấu nhôm có độ bền cơ học cao, dẫn nhiệt tốt, chống ăn mòn cao, và khả năng hoàn thiện bề mặt tuyệt vời của vỏ đèn điện. Các bộ đèn chiếu sáng phải được thiết kế để giảm diện tích chiếu hiệu quả (EPA) để giảm thiểu các yêu cầu về tải trọng gió.

Động cơ đèn là sự lắp ráp tích hợp của các gói LED rời hoặc dải LED công suất cao. Các gói LED rời được hàn gắn vào bảng mạch in lõi kim loại (MCPCB). Các mảng LED công suất cao được gắn trên MCPCB hoặc được tích hợp vào đế gốm. Các đèn LED có thể được trang bị quang học thứ cấp tích hợp để điều khiển quang học riêng lẻ hoặc chỉ đơn giản là tiếp xúc với quang thông của chúng được điều chỉnh bởi bộ phản xạ đèn chiếu sáng trên toàn bộ cụm đèn LED. Ngoài điều khiển quang học, một tấm phản xạ như vậy còn phục vụ để hoàn thiện tính thẩm mỹ của đèn pha. Cụm đèn LED được bảo đảm bằng cơ học và được giao tiếp nhiệt với bề mặt tản nhiệt của vỏ nhôm. Vật liệu giao diện nhiệt (TIM) thường được đặt giữa tản nhiệt và bảng LED để tạo điều kiện truyền nhiệt giữa hai bề mặt giao phối. Thấu kính bằng kính cường lực được giữ cố định bằng khung thấu kính bằng nhôm đúc thông qua các vít cố định bằng thép không gỉ để bảo vệ đèn LED và cho phép làm sạch / loại bỏ mảnh vỡ. Cơ chế đóng mở kiểu snap-in cũng được sử dụng trong một số kiểu máy để dễ lắp đặt và bảo trì.

Chip LED là các đế LED trần phải được bao bọc trong các gói trước khi chúng có thể được sử dụng làm nguồn sáng. Bao bì LED được thiết kế để cung cấp khả năng dẫn nhiệt, kết nối điện, hỗ trợ cơ học và bảo vệ môi trường cho diode bán dẫn. Trong khi đèn LED phát ra màu đơn sắc như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh lam thường được kết hợp với đèn pha LED để tạo ra phổ ánh sáng có thể điều khiển chính xác nâng cao cho chiếu sáng cảnh quan hoặc kiến ​​trúc, thì phần lớn đèn pha LED được thiết kế để tạo ra ánh sáng trắng . Trong đèn LED trắng được chuyển đổi phosphor, gói mà chip LED được lắp ráp cũng phải cung cấp khả năng chuyển đổi bước sóng (chuyển đổi một phần ánh sáng xanh bước sóng ngắn) và trộn màu (trộn ánh sáng xanh lam với ánh sáng chuyển đổi xuống để tạo ra ánh sáng trắng mong muốn).

Có vô số lựa chọn về thiết kế bao bì và vật liệu đóng gói. Cuối cùng, hiệu suất quang học, nhiệt và điện của các gói LED có thiết kế khác nhau và các gói LED từ các nhà sản xuất khác nhau có thể khác nhau rất nhiều. Tuy nhiên, chi phí của các gói đèn LED đôi khi có thể cao hơn hiệu suất và ROI của nguồn sáng. Điều này được thể hiện rõ ràng với sự tràn ngập của đèn LED công suất trung bình trên thị trường chiếu sáng ngoài trời. Đèn LED công suất trung bình, hoặc thường được gọi là đèn LED SMD, là các gói sản phẩm chip dẫn bằng nhựa (PLCC) cung cấp chi phí rất cạnh tranh và hiệu quả phát sáng cao. Thật không may, lợi thế của chúng dễ bị tổn thương trong môi trường ngoài trời và hệ thống đèn LED công suất cao. Hiệu quả cao và chi phí đóng gói thấp của đèn LED công suất trung bình đạt được thông qua việc sử dụng vật liệu nhựa và khung chì có độ phản xạ ánh sáng cao. Hiệu quả nguồn ban đầu của những đèn LED này trông rất hấp dẫn. Tuy nhiên, dưới nhiệt độ hoạt động cao, đèn LED công suất trung bình thể hiện sự suy giảm quang thông và chuyển màu nhanh chóng. Sự suy giảm nhiệt không phải là điểm hỏng duy nhất của những gói nhựa này.

 

Đèn LED công suất cao cung cấp khả năng duy trì quang thông tuyệt vời và độ tin cậy của gói hàng cao, biện minh cho chi phí đóng gói cao của chúng. Triết lý đóng gói cơ bản của các gói đèn LED công suất cao là cung cấp một nền tảng mạnh mẽ có thể tồn tại với các áp lực về nhiệt, điện và môi trường cao. Việc loại bỏ vỏ nhựa không ổn định về nhiệt, khung chì dễ bị ăn mòn và liên kết dây dễ bị đứt cho phép đèn LED công suất cao phát triển mạnh trong điều kiện nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt. Nền gốm được tráng kim loại với các lớp đồng và vi nhiệt cho phép truyền nhiệt lượng lớn từ điểm tiếp giáp bán dẫn ra không khí xung quanh thông qua đường dẫn nhiệt của hệ thống. Đèn LED công suất cao có thể được điều khiển ở dòng điện hơn ampe và tạo ra hàng nghìn lumen với tuổi thọ lâu hơn đáng kể so với đèn LED công suất trung bình.

Đèn LED chip trên bo mạch (COB) là các gói LED đa chip trong đó một dãy điốt mật độ cao được liên kết với một MCPCB hoặc một chất nền gốm. Các gói công suất cao này có thể làm giảm số lượng các thành phần rời rạc trong hệ thống. Đèn LED COB có thể được gắn trực tiếp vào bộ tản nhiệt hoặc thông qua đầu nối COB, giúp đơn giản hóa hơn nữa thiết kế hệ thống. Đèn pha LED COB được ưu tiên cho các ứng dụng chiếu sáng nổi bật trong đó đèn chiếu sáng phải cung cấp chùm ánh sáng định hướng phân bố đồng đều. Việc loại bỏ lớp nền trung gian cho phép các chip LED tản nhiệt hiệu quả qua bảng mạch hoặc đế gốm. Tuy nhiên, đường dẫn điện đến các chip LED riêng lẻ trong các gói COB được tạo ra bằng cách sử dụng liên kết dây. Điều này làm cho đèn LED COB ít chịu áp lực điện quá mức (EOS) so với đèn LED công suất cao.

Công nghệ gói quy mô chip (CSP) loại bỏ các yếu tố không cần thiết để giảm chi phí, giảm kích thước và cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của đèn LED. Thiết kế không có gói sử dụng cấu trúc chip lật đồng thời loại bỏ số lượng phụ đi kèm với các gói chip lật. Với độ bền nhiệt và điện tương đương với đèn LED công suất cao cũng như chi phí đóng gói thấp hơn so với đèn LED công suất trung bình truyền thống, đèn LED CSP được coi là sẽ thống trị thị trường khi công nghệ phát triển.

Nhiệt độ là yếu tố tăng tốc hư hỏng quan trọng nhất trong đèn pha LED. Là một sản phẩm phụ của việc chuyển đổi công suất điện thành ánh sáng trong quá trình phát quang điện và phát quang, một lượng nhiệt đáng kể được tạo ra tại điểm tiếp giáp LED và lớp phosphor. Đèn LED chuyển đổi từ 40 đến 60% điện năng mà chúng được cung cấp thành ánh sáng, có nghĩa là từ 60 đến 40% điện năng được thải bỏ dưới dạng nhiệt thải. Vì đèn LED không tỏa nhiệt dưới dạng sóng hồng ngoại giống như nguồn sáng HID, nên tất cả nhiệt sinh ra đều nằm trên các thiết bị bán dẫn. Sự tích tụ nhiệt trong đèn LED có thể dẫn đến dập tắt nhiệt bằng phosphor (giảm hiệu suất phosphor), sự suy thoái của chất đóng gói và nhựa dẻo, đồng thời tăng tốc sự phát triển mầm và lệch vị trí trong khuôn bán dẫn.

Quản lý nhiệt của hệ thống LED là một công việc kỹ thuật đa chiều liên quan đến việc lựa chọn nguồn sáng, điều khiển dòng điện truyền động và truyền nhiệt từ điểm nối LED đến không khí xung quanh. Như đã đề cập trước đây, thiết kế bao bì và vật liệu của đèn LED là một trong những yếu tố thiết kế nhiệt quan trọng. Đèn LED công suất cao dựa trên gốm có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ mối nối cao như 125 ° C mà không có nguy cơ xuống cấp không thể phục hồi. Mặt khác, đèn LED công suất trung bình làm bằng nhựa có tuổi thọ ngắn khi chúng hoạt động ở nhiệt độ đường giao nhau trên 100 ° C. Do đó, đèn LED công suất trung bình phân biệt nhiều hơn về quản lý nhiệt và dòng điện so với đèn LED công suất cao. . Trong kỹ thuật nhiệt của hệ thống đèn LED sử dụng đèn LED công suất trung bình, cần phải xem xét đặc biệt đến hiệu suất và độ tin cậy của các mối nối hàn.

Đèn pha LED thường dựa vào khả năng làm mát thụ động vì sự lưu thông không khí và nhiệt độ xung quanh trong môi trường ngoài trời là đủ để truyền nhiệt đối lưu. Bên cạnh việc sử dụng TIM và MCPCB hiệu suất cao được thiết kế để đảm bảo khả năng chịu nhiệt thấp nhất có thể dọc theo đường dẫn nhiệt, thành phần quản lý nhiệt quan trọng nhất là tản nhiệt. Các sản phẩm Crappy thường được trang bị tản nhiệt nhẹ, bên cạnh đèn LED công suất trung bình giá rẻ và mạch trình điều khiển đơn giản. Một tản nhiệt phục vụ để kéo nhiệt ra khỏi đèn LED thông qua dẫn nhiệt và sau đó truyền nhiệt năng đó vào không khí xung quanh. Bộ tản nhiệt phải cung cấp đủ diện tích bề mặt nhiệt để lan tỏa nhiệt, đủ công suất nhiệt để hấp thụ nhiệt và đủ diện tích bề mặt để tạo điều kiện đối lưu nhiệt hiệu quả cao. Nhiệt dung tiềm ẩn (khả năng hấp thụ nhiệt) của tản nhiệt phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của vật liệu làm tản nhiệt và thể tích vật lý của tản nhiệt. Nhôm được chọn làm vật liệu tản nhiệt được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống đèn LED không chỉ vì khả năng dẫn nhiệt tốt, mà còn có khả năng gia công thành tản nhiệt với hình dạng tối ưu hóa nhiệt động lực học. Hình học là một trong những đặc điểm quan trọng của tản nhiệt.

Đèn pha LED có thể được định cấu hình để thực hiện nhiều cấp độ chiến lược điều khiển nhằm tối đa hóa việc tiết kiệm năng lượng, tối ưu hóa chất lượng ánh sáng hoặc tạo các màn trình diễn ánh sáng được lập trình trước và hiệu ứng động. Trình điều khiển LED có thể được thiết kế để cung cấp khả năng làm mờ cho phép làm mờ điều chế độ rộng xung (PWM) hoặc giảm dòng không đổi (CCR) với các điều khiển 0-10V, DALI hoặc DMX. Các thiết bị này có thể được lập trình để diễn giải các tín hiệu điều khiển từ cảm biến chiếm chỗ, tế bào quang thu ánh sáng ban ngày, mạch logic điện tử hoặc bộ điều khiển từ xa. Các bộ điều khiển hiện đại thường được thiết kế như các hệ thống để quản lý tương tác, nối mạng của toàn bộ bộ đèn, theo khu vực hoặc riêng lẻ. Việc sử dụng mạng lưới không dây (ví dụ: qua Bluetooth hoặc ZigBee) để theo dõi hiệu suất và điều kiện hoạt động cũng như thực hiện quản lý ánh sáng nâng cao đã có đà tăng trưởng nhanh chóng trong những năm gần đây.

Đèn pha LED phải được niêm phong kỹ lưỡng và có vòng đệm ở tất cả các điểm đi vào và chuyển tiếp vật liệu để ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm, khí ăn mòn, bụi, chất gây ô nhiễm và côn trùng. Hấp thụ độ ẩm là một trong những cơ chế hư hỏng phổ biến gây ra hỏng hóc sớm, suy giảm quang thông và chuyển màu trong các gói đèn LED. Chất bao bọc silicone có tính thấm ẩm cao và hấp thụ độ ẩm trong môi trường có độ ẩm cao. Khi chịu tác động của chu kỳ nhiệt độ khắc nghiệt, sự hiện diện của hơi ẩm được biết là nguyên nhân chính gây ra sự tách lớp trong chất bao bọc silicone. Hơn nữa, khí ăn mòn có thể khuếch tán qua chất bao bọc silicone và dẫn đến ăn mòn kim loại được sử dụng trong các gói đèn LED. Để tránh những thất bại bên ngoài này,

Cần có cấp độ bảo vệ chống xâm nhập IP6x (IP65, IP66, IP67 hoặc IP68) để đảm bảo tính toàn vẹn cao của toàn bộ đèn điện bao gồm động cơ đèn và trình điều khiển / khoang điện. Tuy nhiên, mức IP có thể giảm xuống khi con dấu bị căng liên tục do chênh lệch áp suất trong vỏ bọc. Chênh lệch áp suất chủ yếu gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ liên tục trong môi trường ngoài trời và kết hợp với nhiệt độ trường hợp cao của đèn điện LED. Việc giãn nở và co lại nhiều lần do sự luân chuyển của sự tích tụ áp suất dương và âm trong một vỏ bọc kín khí làm cho các vòng đệm cuối cùng bị hỏng. Để duy trì xếp hạng IP ban đầu, đèn LED chiếu sáng ngoài trời thường sử dụng giải pháp màng thở cung cấp một rào cản bền chống lại chất lỏng, bụi, bụi bẩn và các chất bẩn khác trong khi cho phép không khí đi qua màng để cân bằng áp suất liên tục. Bộ cân bằng áp suất hoặc bộ thở màng thường được làm bằng polytetrafluoroethylen mở rộng (ePTFE), là một màng vi xốp độc đáo.

Hệ thống xếp hạng IP

Chữ số đầu tiên	Bảo vệ chống lại các vật thể rắn / lạ	Chữ số thứ 2	Bảo vệ chống lại chất lỏng và độ ẩm
0	Không được chăm sóc	0	Không được chăm sóc
1	Được bảo vệ chống lại các vật thể lớn hơn 50 mm	1	Được bảo vệ khỏi những giọt nước rơi thẳng đứng
2	Được bảo vệ chống lại các vật thể lớn hơn 12 mm	2	Được bảo vệ khỏi tia nước lên đến 15 độ từ phương thẳng đứng
3	Được bảo vệ chống lại các vật thể lớn hơn 2,5 mm	3	Được bảo vệ khỏi tia nước lên đến 60 độ so với phương thẳng đứng
4	Được bảo vệ chống lại các vật thể lớn hơn 1,0 mm	4	Được bảo vệ khỏi nước phun từ mọi hướng
5	Bụi không được loại trừ hoàn toàn, nhưng không thể nhập đủ số lượng để cản trở hoạt động tốt của thiết bị (chống bụi)	5	Được bảo vệ khỏi các tia nước áp suất thấp từ mọi hướng
6	Được bảo vệ hoàn toàn khỏi bụi (kín bụi)	6	Được bảo vệ chống lại các tia nước áp suất cao từ mọi hướng
		7	Được bảo vệ khỏi tác động của việc ngâm nước từ 15 cm đến 1 m
		8	Được bảo vệ chống ngập tới 10 m
		9	Được bảo vệ chống lại áp suất cao, nhiệt độ cao phun xuống tầm gần

Một thực tế phổ biến là niêm phong thấu kính thủy tinh cường lực vào khung thấu kính bằng một miếng đệm silicone một mảnh. Thấu kính thủy tinh có thể gây ra mất mát quang học. Tuy nhiên, đèn pha có quang học polyme lộ ra (chủ yếu là acrylic) dễ bị bám bẩn hơn đèn chiếu sáng được bảo vệ bằng thủy tinh. Tỷ lệ khấu hao bụi bẩn của đèn chiếu sáng (LDD) là 0,9% mỗi năm đối với bóng đèn pha có thấu kính bên ngoài bằng kính phẳng so với 3,0% mỗi năm đối với đèn pha có thấu kính tiếp xúc. Một lần xả vòi đơn giản hoặc một cơn mưa lớn có thể loại bỏ bụi bẩn bám trên thấu kính thủy tinh, trong khi lớp quang học acrylic tiếp xúc có khả năng tự làm sạch tự nhiên kém và dễ bị tích tụ bụi bẩn qua nhiều năm.

Vỏ nhôm của đèn chiếu sáng và các bộ phận và phụ kiện kim loại khác tiếp xúc với không khí được sơn tĩnh điện với một lớp sơn bột polyester bền sau quá trình làm sạch nhiều giai đoạn, tiền xử lý và sơn chuyển đổi hóa học. Bề mặt phủ điện phải được kiểm tra để chịu được khoảng thời gian tiếp xúc với muối phun định mức theo tiêu chuẩn ASTM B117, đáp ứng xếp hạng độ rão của người ghi chép theo tiêu chuẩn ASTM D1654 và chống tiếp xúc với tia cực tím theo tiêu chuẩn ASTM G154.

Đèn pha LED có thể được lắp trên cột điện, trên tường hoặc dưới đất. Các phụ kiện lắp đặt như khớp ngón tay, bộ trượt, ống côn, hoặc nan hoa chỉ cần lắp đặt và cho phép điều chỉnh mục tiêu dễ dàng. Những ngàm này thường được dập nổi với các dấu góc để thuận tiện cho việc ngắm bắn. Ngoài ra, đèn pha có thể được cung cấp cùng với một thiết bị ngắm như ống ngắm laser để đảm bảo rằng kế hoạch trắc quang được thực hiện một cách hoàn hảo.