Zásilky doručujeme také

prostřednictvím


Partnerské stránky

Systémy plošného ozvučení

Evakuační zvukové systémy


» Co je technologie LED AC COB
AC COB LED čipy dobývají své místo na trhu

Ještě nedávno se zdálo, že překotný rozvoj LED technologií v osvětlení narazil na jen velmi těžko překonatelnou hranici, a to je malá účinnost a maximální doba života LED světelných zdrojů. Ale jak se ukazuje, ani tato hranice není pro průmysl s těmito technologiemi problém. Odpovědí na limitující měniče napětí AC/DC (díky své konstrukci obsahující elektrolytické kondenzátory, jsou nejslabším článkem ve snaze stále většího zvětšování životnosti), je prosté vynechání těchto elektronických prvků. Tato pro laika naprostá samozřejmost, není z technologického a konstrukčního hlediska zdaleka tak jednoduchá, ale jak se zdá i zde se podařilo najít východisko jak neduhy měniče napětí AC/DC nebo-li také "driveru" eliminovat. Výsledkem výzkumu na tomto poli jsou tedy čipy s označením "AC COB LED". A co to tedy vlastně je?

Koncepce AC COB LED je naprosto elegantní. Pokud můžeme vynechat AC/DC měnič a několik dalších elektronických součástek, které jsou nutné pro provoz DC LED, velmi výrazně se tím zjednoduší vlastní napájení LED čipů. Opravdu, koncepce AC COB LED, která umožňuje provoz přímo ze síťového napětí nebo nízkého střídavého napětí transformátorů, je stejně jednoduchá jako řetězec běžných DC LED se zatěžovacími odpory pro některé aplikace.

Co koncepce AC COB LED znamená?

Jedná se o dvě rozdílné věci zlepšující výkon LED světelných zdrojů. Jednak je to technologie COB (chip on board), kde jak již z názvu vyplývá, je větší množství LED diod implementováno na společném základu (destičce) a jednak technologie AC, tedy přímé napájení LED čipů ze síťového napětí 230V. Nejprve se tedy podíváme na technologii COB LED.

 COB LED - historie se opakuje

Nejedná se o nic převratně nového a vlastně je to věc, která se opakuje v elektrotechnickém průmyslu stále dokola - snaha o miniaturizaci. Co ale vedlo výzkumníky k tomuto kroku v technologii LED osvětlení? V zásadě tři věci. Jednak příliš rozptýlené světlo, emitované jednotlivými LED čipy, dále pak také další zvyšování účinnosti LED čipů a v neposlední řadě také snížení nákladů při výrobě světelných zdrojů.

Pokud si představíme typického zástupce konvenčního LED světelného zdroje a to je tzv. „žárovka ropucha“, kdy v baňce nebo reflektoru jsou umístěny konvenční LED SMD čipy dostáváme cosi co se opravdu s trochou nadsázky podobá kůži ropuchy, ale hlavně světelný zdroj, který je poměrně velký. Vzdálenosti jednotlivých LED SMD jsou viditelně daleko od sebe a vyzařované světlo poměrně mdlé a takový světelný zdroj obsahuje kromě nezbytné elektroniky i několik desítek samostatných SMD LED čipů. To , že vyzařovaný světelný tok je rozptýlen do poměrně širokého kužele světla, způsobuje jen velmi těžko zpracovatelnou vlastnost při konstrukci některých svítidel – hlavně reflektorů, nehledě na rozměry takového světelného zdroje. Navíc další zvyšování světelného toku je možné pouze zvyšováním svítivosti jednotlivých LED SMD čipů nebo jejich počtem, s čímž pak již může být spojen problém úspěšného chlazení celého světelného zdroje a samozřejmě i velikostí finálního výrobku. Dalším a ne neposledním aspektem je poměrně velká pracnost výroby, kdy každý jednotlivý LED čip musí být připájen na podložku a navíc tyto spoje mohou být zdrojem potencionálních závad.

Výzkumníci se tedy inspirovali v minulosti, kdy mnozí si ještě pamatují, jak výrobci přenosných rádiových přijímačů inzerovali že jejich výrobek obsahuje 7 tranzistorů. To je pro dnešní generaci lidí již úsměvné, protože dnes přenosná rádia nebo pak hlavně počítače obsahují tisíce těchto součástek soustředěných do obecně známých integrovaných obvodů, procesorů apod. A to je přesně ta myšlenka. Vyrobit pouze jeden čip větších rozměrů (např. 12x12mm) a na něm implementovat několik desítek, či stovek LED diod. Čeho jsme tím dosáhli? Jednak máme pouze jeden relativně malý čip, ale hlavně veškerý vyzařovaný světelný tok se koncertoval na relativně malou plochu.

Bohužel však efektivita takovýchto LED diod implementovaných na jednom čipu by byla poměrně malá a dosažený světelný tok by nebyl dostatečný pro aplikaci k běžných světelných zdrojích jako je žárovka nebo reflektorová žárovka. Ale tady se výzkumníci opět obrátili do minulosti. Celý čip je překryt vrstvou pryskyřice, fungující jako luminofor. Ale to je přesně princip funkce tradiční fluorescenční zářivky. Kdy výboj uvnitř trubice aktivuje luminofor umístěný na vnitřní stěně trubice a ten pak emituje dostatečný světelný tok. Navíc vhodným tvarováním tohoto krytu do tvaru vrchlíku je pak dosaženo i vhodného vyzařovacího úhlu. Celý čip (typicky používaný ve zdrojích GreenLEDex) pak může vypadat dle následujícího obrázku :

 

AC LED - třešnička na dortu

Než se podíváme podrobněji na tuto část, je důležité si uvědomit, že AC LED je opravdu nesprávné pojmenování, protože LED diody jsou součástky kde proud teče pouze v jednom směru (stejnosměrný proud) a pouze v tomto stavu emitují světlo. . Nicméně s tzv. AC LED řešením lze řetězec LED diod připojit přímo k elektrické síti (typicky 110V/60 Hz nebo 230V/50 Hz), a vytvořit světlo bez použití typického měniče napětí AC/DC. LED diody jsou v řetězci zapojeny tak, že pro každou polovinu cyklu sinusového průběhu střídavého proudu, polovina LED vyzařuje světlo a druhá polovina je tmavá, a opět obráceně během příští poloviny cyklu. V této konfiguraci, někdy označované jako "skutečné" AC nebo antiparalelní přístup, velký počet LED diod v sérii může pracovat přímo ze síťového napětí, tak jak schematicky ukazuje následující obrázek :

 

 Nicméně, jenom tato samotná metoda přináší omezenou účinnost. Je třeba si uvědomit, že běžná LED dioda začne emitovat světlo pouze při určitém nominálním napětí, s relativně malou tolerancí . Takže při sinusovém průběhu střídavého napětí by vlastně LED dioda emitovala světlo pouze po určitou malou část celé půlvlny, což je energeticky zcela neefektivní řešení. Proto několik předních dodavatelů LED čipů vyvinulo LED diody, které pracují (tedy emitují světlo v konstantní velikosti) přímo od nízkých až po vysoká napětí, jinými slovy umožňují díky jednoduchému ovládacímu obvodu připojení nízkého střídavého napětí na LED diody pracující na vysoké napětí. Takové LED diody dnes obvykle akceptují napětí mezi 12V až 240V. Navíc využitím jedné z obvyklých konstrukčních metod , totiž symetrického napájení, se používá např. pro linkové napětí 230 V AC řetězec několika LED diod s napětím ve špičce 115V pro náběžnou hranu a stejně tak pro sestupnou hraně střídavého napětí, čímž je dosaženo snížení energetické náročnosti a tím i vetší účinnosti.Pro srovnání, DC LED diody vyžadují měnič napětí pro uzpůsobení napájecího napětí sítě na stejnosměrné nízké a regulované napětí napájející LED světelný zdroj. Takový AC/DC měnič napětí obsahuje typicky velké elektrolytické kondenzátory, jakož i další elektronické komponenty, které mohou dosáhnout počtu až 20ks na desce pro zdroj cca 7W. A v aplikacích s větším výkonem je součástek ještě více. Nicméně přes jednodušší schéma elektroniky takového měniče napětí je nutné ještě odstranit překážky, jako je celkové harmonické zkreslení, zvýšení výkonu vzhledem k účiníku a možnost poskytnutí stmívání. Žádný z těchto tří kroků není triviální, zvláště pak, když se je snažíte udělat všechny najednou. Navíc elektrolytický kondenzátor má velmi podstatný vliv na životnost měniče s tím i světelného zdroje. Životnost elektrolytického kondenzátoru je závislá na provozní teplotě a čím nižší tato bude (tedy čím lepší chlazení), tím větší životnost lze očekávat.

Je skutečností, že některá omezení a nižší účinnost ve srovnání s DC řešením, způsobovaly v minulosti odmítavý postoj k AC LED řešení. Nicméně aktuální typy AC LED čipů s vysokonapěťovými LED z velké části tyto obavy zmírňují. Mnoho lidí říká, že AC LED blikají. Ale blikání je opravdu záležitostí prostorového rozložení LED čipů, které vzniká, když jsou LED diody rozmístěny příliš daleko od sebe a oko může rozlišit kmitání napětí na 50 nebo 60 Hz. Spojením s technologií COB LED (viz předcházející kapitola) tak dochází k završení synergie mezi těmito technologiemi, což staví AC LED technologie do postavení třešničky na dortu. Výsledkem pak jsou nejnovější AC COB LED čipy s lepší kompatibilitou s existující infrastrukturou, zvyšující spolehlivost svítidel díky menšímu počtu součástek.

Dnes na trhu s LED čipy existují v podstatě tři varianty AC LED čipů. Jednak jsou to čipy pracující s nízkým napětím AC, typicky 12 – 24 V AC a v rozvodech jsou používány s klasickým nebo elektronickým transformátorem. Takovéto čipy se používají všude tam, kde by mohlo dojít k dotyku s nebezpečným napětím – typicky zahradní či bazénové osvětlení, osvětlení prodejních vitrín v maloobchodě apod. Druhým typem jsou vysokonapěťové čipy, typicky 25 – 115 V AC pracující v topologii můstkového zapojení, kde LED diody jsou pracují v pulsním režimu pro každého půl cyklu, jak již o tom bylo hovořeno dříve. A pak existuje ještě kategorie čipů pracující s vysokým napětím, kde se používá regulace proudu tak, aby došlo k limitaci během špičky napětí a nedocházelo k poškození diod.

Stmívání

Jednou z hlavních výhod AC LED řešení je kompatibilita s fázovým (triakovým) stmívačem. Je možné ztlumit až na 2%, což je velkou výhodou. Navíc již existuje technologie požívající AC LED s limitací proudu, která mění (jako by ohřívá) barvu světla během stmívání z 4000K až do 2000K .

 Náhrada současných světelných zdrojů – realita dnešních dnů

Situace na současném trhu je opravdu taková, že již existují plnohodnotné náhrady klasických či halogenových světelných zdrojů včetně takovým malých typů jako jsou žárovky s paticí G4, G8, GU10 a MR 16. A v blízké budoucnosti lze očekávat i délkové moduly, použitelné v žárovkách typu PL a LED trubicích (zářivkách). Technologie výroby již dnes umožnila snížit výrobní náklady na takovou úroveň, že že tyto zdroje světla s AC COB LED čipy jsou plně konkurenční se světelnými zdroji používajíc DC LED s měniči pro změnu typu a velikosti napětí. A pro budoucnost lze očekávat další snižování výrobních nákladů a tím i ceny finálních produktů.

 Závěry

AC COB LED čipy poskytují přesvědčivou platformu zejména pro náhradu stávajících světelných zdrojů popř. svítidel a představují momentálně nový směr ve vývoji LED světelných zdrojů.

 

© Ing. Aleš Drábek – shop.greenledex.com