© janaka dharmasena dreamstime.com_technical
Technologie |
Najnowsze rozwiązania w diodach LED
Zapraszamy do lektury artykułu technicznego na temat najnowocześniejszych technologii w diodach LED, na przykładzie rozwiązań firmy Seoul Semiconductor.
Seoul Semiconductor to jeden z największych producentów diod LED na świecie. Działa na rynku oświetlenia ogólnego, motoryzacji, urządzeń elektrycznych i elektronicznych (TV, smartfony itp.). Firma współpracuje ze światowej klasy naukowcami, takimi jak laureat nagrody Nobla profesor Shuji Nakamura, by wprowadzać innowacyjne rozwiązania. Soul Semiconductor zamierza pobić swój własny rekord i spełnić oczekiwania amerykańskiego departamentu ds. energii produkując na masową skalę diody LED o wydajności świetlnej prawie 220 lm/W. Zwiększenie wydajności o 10 lm/W, którego próbuje dokonać Seoul Semiconductor, to nie lada wyczyn, wymagający udoskonalenia dwóch najnowszych technologii opracowanych przez koreańskiego producenta: WICOP2 (ang. Wafer Level Integrated Chip On PCB) oraz MJT (ang. Multi Junction Technology). Pierwsza z nich umożliwia całkowitą rezygnację z obudowy diody. W technologii WICOP2, chip graniczy bezpośrednio z warstwą luminescencyjną, co znacząco zmniejsza rozmiary oraz koszty produkcji diod. Uproszczony sposób działania zwiększa także niezawodność i wytrzymałość oświetlenia. Z kolei technologia MJT pozwala na tworzenie wielu złączy p-n w jednej strukturze półprzewodnikowej. Połączenie obu tych technologii sprawia, że produkty są niezwykle ciasno upakowane i wydajne energetycznie.
Jednak wymieniając osiągnięcia południowokoreańskiej firmy w obszarze diod LED należy wymienić także:
ACRICH3
Technologia ACRICH3 pozwala na wyeliminowanie zasilacza z oprawy oraz ułatwia implementację inteligentnych rozwiązań do sterowania jasnością.
Jest to trzecia generacja technologii ACRICH, która charakteryzuje się zasilaniem diod LED bezpośrednio z sieci. Dzięki wyeliminowaniu zasilacza, oprawa staje się mniejsza i lżejsza, co przekłada się na niższy koszt oprawy, oraz na dłuższy czas życia. Wynika to z faktu, że statystycznie to zasilacz jest najsłabszym ogniwem całego systemu oświetleniowego, z uwagi na użyte w nim kondensatory elektrolityczne. Zastosowanie inteligentnych, jak i prostych systemów sterujących jest znacznie łatwiejsze z technologią ACRICH3.
Napięcie rośnie, a przewodzenie spada - ACRICH MJT
Wyższe napięcie przewodzenia diody LED, przy mniejszym niż dotychczas prądzie przewodzenia, jest możliwe dzięki zastosowaniu technologii Multi Junction Technology (MJT), która - w przeciwieństwie do swych poprzedników, zasilanych napięciem przemiennym (AC) - bazuje na napięciu stałym (DC).
Multi Junction Technology można tłumaczyć jako "technologia wielu złączy". W klasycznej obudowie 5,6 x 3,0 mm (5630D, np. dioda STW8Q14D) umieszczono tylko jeden chip wykonany w technologii MJT. Uzyskanie wysokiego napięcia przewodzenia (technologicznie maksymalnie 180 V/chip) jest możliwe poprzez specjalną budowę całej diody.
Dotychczas, na przykład w technologii Chip On Board (COB), uzyskanie wysokich napięć przewodzenia było możliwe poprzez szeregowe łączenie standardowych chipów w jednej strukturze COB. Połączenia te wykonane były mechanicznie za pomocą bardzo cienkich, złotych "włosków" (ang. wire bonds), które zawsze były elementem newralgicznym.
W technologii MJT jeden chip zawiera wiele złączy P-N, połączonych specjalną warstwą metalizacji w jednej z płaszczyzn chipu. W zależności od liczby złączy, można uzyskać niemal dowolne napięcie przewodzenia, począwszy od poziomu 12 VDC, do około 63 VDC, co daje maksymalnie 21 złączy P-N w strukturze jednego chipu, w zastosowaniach komercyjnych.
Technologia MJT pozwala zredukować koszt produkcji diody LED zasilanej wysokim napięciem przy jednoczesnym poprawieniu parametrów jej pracy. Jako przykład niech posłuży wspomniana już popularna obudowa 5,6 x 3,0 mm (5630), która jest podstawą zarówno dla diody STW8Q14D (Vf=3,0 V, If=100 mA, Φv=~55 lm) jak i dla diody SAW8KG0B (Vf=21 V, If=20 mA, Φv=~62 lm).
Do najnowszych należą diody LED z rodziny MJT w obudowach 3030 oraz 5050. Dzięki wysokiemu napięciu i niskiemu prądowi przewodzenia, sterowanie diodami MJT jest łatwiejsze niż dotychczas. Stosowane zasilacze mogą ulec zmniejszeniu lub mogą zostać w ogóle wyeliminowane, co otwiera kompletnie nowy rozdział w technologii LED. Daje to możliwość dodatkowego zmniejszenia kosztów, a także redukcję wymaganej przestrzeni do realizacji projektu.
Kontrola wydajności i ceny - technologia ACRICH
Aby ułatwić implementację diod LED rodziny MJT w nowych projektach, firma Seoul Semiconductor zaprezentowała technologię ACRICH. Obejmuje ona w pełni analogowe układy scalone, umożliwiające zasilanie diod MJT bezpośrednio z sieci elektrycznej 230 VAC.
Moduły z rodziny ACRICH znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie istotna jest redukcja kosztów oraz kompaktowość systemu. Aplikacje takie jak: zamienniki tradycyjnych żarówek (LED Bulbs), oświetlenie użytkowe (LED Downlights), zamienniki świetlówek (LED Tubes) czy oświetlenie uliczne (LED Street Lighting), należą do najczęściej obsługiwanych przez ACRICH.
Tak szeroki zakres aplikacji możliwy jest m.in. dzięki regulacji jasności poprzez standardowe ściemniacze (jak przy tradycyjnych żarówkach, np. w oparciu o triak) oraz za pomocą analogowego sygnału 0...10 V, który umożliwia także sterowanie z użyciem sygnału PWM. Nie jest wymagane żadne dodatkowe urządzenie zasilające, ponieważ całość obsługiwana jest przez układ scalony ACRICH.
Dostępna jest seria standardowych modułów oraz szczegółowe instrukcje, jak samemu zaprojektować moduł w oparciu o elementy firmy Seoul Semiconductor. Zaprezentowana w zeszłym roku trzecia generacja układu scalonego - ACRICH3, znacznie ułatwia sterowanie diod LED dzięki lepszej kompatybilności ze ściemniaczami opartymi o triak, a także ułatwia zastosowanie obecnych na rynku interfejsów sterowania, na przykład DALI.
Implementacja interfejsów komunikacji takich jak Wi-Fi lub Bluetooth, także jest możliwa w znacznym uproszczeniu, w porównaniu do dotychczasowych rozwiązań. Technologia ACRICH jest w pełni analogowa, lecz dodawanie cyfrowych elementów w układzie jest uproszczone poprzez dostępne napięcie stałe z jednego z wyprowadzeń układu Acrich3. Dzięki temu rozbudowa funkcji modułu nie powoduje dramatycznego przyrostu jego objętości.
Oprócz redukcji kosztów i zwiększenia swobody projektowania poprzez eliminację zasilacza, bardzo istotną cechą technologii ACRICH jest znaczne wydłużenie życia modułu LED w stosunku do systemów opartych o tradycyjne zasilacze AC-DC.
Spowodowane jest to brakiem potrzeby użycia wrażliwych elementów, takich jak kondensatory elektrolityczne, używane w zasilaczach. Ma to znaczenie zwłaszcza przy wyższych temperaturach otoczenia oraz wszędzie tam, gdzie odprowadzenie ciepła z oprawy jest dużym wyzwaniem. Czas życia modułów opartych o technologię ACRICH można szacować na ponad 50 tysięcy godzin, co odpowiada czasowi życia L70B50 diod MJT.
Technologia ACRICH daje więcej możliwości przy projektowaniu oświetlenia, jest przyjazna środowisku, a także ukazuje nowy sposób myślenia o diodach LED. Jak podkreśla Seoul Semiconductor, ochrona środowiska nie jest dla niej tylko sloganem, ale świadomość tego problemu towarzyszy inżynierom firmy na każdym kroku.
Diody LED wykonane w technologii MJT, o mocach od 0,5 W (62 lm, MJT5630) do 4,5 W (450 lm, MJT5050) oraz innowacyjny układ scalony ACRICH3 rozpoczynają nowy rozdział w historii oświetlenia LED-owego - rozdział napięcia przemiennego. Jest on szczególnie istotny ze względu na ciągle rosnące ceny energii oraz wymagania dotyczące jej odbiorników.
Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Soyter
- A3 - pierwsze diody LED wykonane w technologii MJT (Multi Junction Technology), zasilane bezpośrednio z sieci prądu przemiennego,
- 5630 - krok wprowadzający diody średniej mocy do oświetlenia ogólnego, służące do tej pory jedynie do podświetlania wyświetlaczy,
- P4 oraz Z5 - diody LED wysokiej mocy, oparte o ceramiczne podłoże, o podobnej wydajności lecz o niższej cenie niż konkurencyjne rozwiązania,
- ACRICH - układ scalony umożliwiający bardziej wydajne zasilanie diod LED bezpośrednio z sieci prądu przemiennego,
- Wicop2 - to nowe rozwiązanie, oparte o technologię FlipChip; obejmuje bardzo małe diody LED wysokiej mocy, nieposiadające obudowy, o wysokiej światłości przy małych wymiarach.
ACRICH3
Technologia ACRICH3 pozwala na wyeliminowanie zasilacza z oprawy oraz ułatwia implementację inteligentnych rozwiązań do sterowania jasnością.
Jest to trzecia generacja technologii ACRICH, która charakteryzuje się zasilaniem diod LED bezpośrednio z sieci. Dzięki wyeliminowaniu zasilacza, oprawa staje się mniejsza i lżejsza, co przekłada się na niższy koszt oprawy, oraz na dłuższy czas życia. Wynika to z faktu, że statystycznie to zasilacz jest najsłabszym ogniwem całego systemu oświetleniowego, z uwagi na użyte w nim kondensatory elektrolityczne. Zastosowanie inteligentnych, jak i prostych systemów sterujących jest znacznie łatwiejsze z technologią ACRICH3.
Napięcie rośnie, a przewodzenie spada - ACRICH MJT
Wyższe napięcie przewodzenia diody LED, przy mniejszym niż dotychczas prądzie przewodzenia, jest możliwe dzięki zastosowaniu technologii Multi Junction Technology (MJT), która - w przeciwieństwie do swych poprzedników, zasilanych napięciem przemiennym (AC) - bazuje na napięciu stałym (DC).
Multi Junction Technology można tłumaczyć jako "technologia wielu złączy". W klasycznej obudowie 5,6 x 3,0 mm (5630D, np. dioda STW8Q14D) umieszczono tylko jeden chip wykonany w technologii MJT. Uzyskanie wysokiego napięcia przewodzenia (technologicznie maksymalnie 180 V/chip) jest możliwe poprzez specjalną budowę całej diody.
Dotychczas, na przykład w technologii Chip On Board (COB), uzyskanie wysokich napięć przewodzenia było możliwe poprzez szeregowe łączenie standardowych chipów w jednej strukturze COB. Połączenia te wykonane były mechanicznie za pomocą bardzo cienkich, złotych "włosków" (ang. wire bonds), które zawsze były elementem newralgicznym.
W technologii MJT jeden chip zawiera wiele złączy P-N, połączonych specjalną warstwą metalizacji w jednej z płaszczyzn chipu. W zależności od liczby złączy, można uzyskać niemal dowolne napięcie przewodzenia, począwszy od poziomu 12 VDC, do około 63 VDC, co daje maksymalnie 21 złączy P-N w strukturze jednego chipu, w zastosowaniach komercyjnych.
Technologia MJT pozwala zredukować koszt produkcji diody LED zasilanej wysokim napięciem przy jednoczesnym poprawieniu parametrów jej pracy. Jako przykład niech posłuży wspomniana już popularna obudowa 5,6 x 3,0 mm (5630), która jest podstawą zarówno dla diody STW8Q14D (Vf=3,0 V, If=100 mA, Φv=~55 lm) jak i dla diody SAW8KG0B (Vf=21 V, If=20 mA, Φv=~62 lm).
Do najnowszych należą diody LED z rodziny MJT w obudowach 3030 oraz 5050. Dzięki wysokiemu napięciu i niskiemu prądowi przewodzenia, sterowanie diodami MJT jest łatwiejsze niż dotychczas. Stosowane zasilacze mogą ulec zmniejszeniu lub mogą zostać w ogóle wyeliminowane, co otwiera kompletnie nowy rozdział w technologii LED. Daje to możliwość dodatkowego zmniejszenia kosztów, a także redukcję wymaganej przestrzeni do realizacji projektu.
Kontrola wydajności i ceny - technologia ACRICH
Aby ułatwić implementację diod LED rodziny MJT w nowych projektach, firma Seoul Semiconductor zaprezentowała technologię ACRICH. Obejmuje ona w pełni analogowe układy scalone, umożliwiające zasilanie diod MJT bezpośrednio z sieci elektrycznej 230 VAC.
Moduły z rodziny ACRICH znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie istotna jest redukcja kosztów oraz kompaktowość systemu. Aplikacje takie jak: zamienniki tradycyjnych żarówek (LED Bulbs), oświetlenie użytkowe (LED Downlights), zamienniki świetlówek (LED Tubes) czy oświetlenie uliczne (LED Street Lighting), należą do najczęściej obsługiwanych przez ACRICH.
Tak szeroki zakres aplikacji możliwy jest m.in. dzięki regulacji jasności poprzez standardowe ściemniacze (jak przy tradycyjnych żarówkach, np. w oparciu o triak) oraz za pomocą analogowego sygnału 0...10 V, który umożliwia także sterowanie z użyciem sygnału PWM. Nie jest wymagane żadne dodatkowe urządzenie zasilające, ponieważ całość obsługiwana jest przez układ scalony ACRICH.
Dostępna jest seria standardowych modułów oraz szczegółowe instrukcje, jak samemu zaprojektować moduł w oparciu o elementy firmy Seoul Semiconductor. Zaprezentowana w zeszłym roku trzecia generacja układu scalonego - ACRICH3, znacznie ułatwia sterowanie diod LED dzięki lepszej kompatybilności ze ściemniaczami opartymi o triak, a także ułatwia zastosowanie obecnych na rynku interfejsów sterowania, na przykład DALI.
Implementacja interfejsów komunikacji takich jak Wi-Fi lub Bluetooth, także jest możliwa w znacznym uproszczeniu, w porównaniu do dotychczasowych rozwiązań. Technologia ACRICH jest w pełni analogowa, lecz dodawanie cyfrowych elementów w układzie jest uproszczone poprzez dostępne napięcie stałe z jednego z wyprowadzeń układu Acrich3. Dzięki temu rozbudowa funkcji modułu nie powoduje dramatycznego przyrostu jego objętości.
Oprócz redukcji kosztów i zwiększenia swobody projektowania poprzez eliminację zasilacza, bardzo istotną cechą technologii ACRICH jest znaczne wydłużenie życia modułu LED w stosunku do systemów opartych o tradycyjne zasilacze AC-DC.
Spowodowane jest to brakiem potrzeby użycia wrażliwych elementów, takich jak kondensatory elektrolityczne, używane w zasilaczach. Ma to znaczenie zwłaszcza przy wyższych temperaturach otoczenia oraz wszędzie tam, gdzie odprowadzenie ciepła z oprawy jest dużym wyzwaniem. Czas życia modułów opartych o technologię ACRICH można szacować na ponad 50 tysięcy godzin, co odpowiada czasowi życia L70B50 diod MJT.
Technologia ACRICH daje więcej możliwości przy projektowaniu oświetlenia, jest przyjazna środowisku, a także ukazuje nowy sposób myślenia o diodach LED. Jak podkreśla Seoul Semiconductor, ochrona środowiska nie jest dla niej tylko sloganem, ale świadomość tego problemu towarzyszy inżynierom firmy na każdym kroku.
Diody LED wykonane w technologii MJT, o mocach od 0,5 W (62 lm, MJT5630) do 4,5 W (450 lm, MJT5050) oraz innowacyjny układ scalony ACRICH3 rozpoczynają nowy rozdział w historii oświetlenia LED-owego - rozdział napięcia przemiennego. Jest on szczególnie istotny ze względu na ciągle rosnące ceny energii oraz wymagania dotyczące jej odbiorników.
Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Soyter
