Аргос: комплексное решение для внутреннего освещения

7 декабря 2012

В период быстроразвивающегося рынка светодиодных светильников производителю важно столь же быстро выйти на него. Если заниматься разработкой светильника с самого начала, не имея при этом достаточного опыта подобных разработок, есть вероятность опоздать и уступить свое место конкурентам.

При разработке и производстве светодиодных светильников производителю приходится решать ряд важных технических и технологических задач, связанных с подбором комплектующих (светодиоды, источники питания), режимом их работы, разработкой печатной платы, монтажом светодиодов на печатную плату и т.п.

Представленные в настоящее время на рынке светодиоды мощностью от 0,2 Вт и выше, имеют под корпусом специальную теплоотводящую площадку, и очень важно эту площадку качественно припаять к медному слою на поверхности печатной платы для эффективного теплоотвода от кристалла светодиода. Пайку теплоотводящей площадки, а также пайку выводов многих светодиодов можно выполнить только на специальном технологическом оборудовании, — в инфракрасной печи, — с соблюдением требуемого температурного профиля. Кроме того, при крупносерийном производстве светильников требуется монтировать такое количество светодиодов, что это становится экономически оправданным только при автоматизированном производстве.

Не секрет, что многие производители светильников, ввиду достаточно высокой стоимости, не имеют в своем распоряжении технологического оборудования, позволяющего в автоматизированном режиме устанавливать и осуществлять пайку светодиодов, и вынуждены для этого обращаться к контрактным производителям.

Для того, чтобы быть независимым от контрактных производителей, снять с себя часть задач и быстро выйти на рынок светодиодных светильников, выгодным решением оказывается использование готовых светодиодных модулей, изготовленных на соответствующем оборудовании с соблюдением всех технологических требований.

Для внутреннего освещения, в частности, для освещения в системе ЖКХ, используется большое разнообразие различных светильников с очень широким диапазоном светового потока. Например, в указанных областях используются люминесцентные светильники с диапазоном светового потока от 570 лм (1х15 Вт) до 4100 лм (2х36 Вт). Для того, чтобы светодиодные светильники смогли заменить светильники с классическими источниками света, необходимо иметь возможность широкого выбора светодиодных модулей по световому потоку и/или возможному режиму их работы.

При разработке светодиодного светильника необходимо учитывать требования действующей нормативной документации. В частности, требования по электромагнитной совместимости ([1]; [2]; [3]), безопасности ([4]; [5]) и требования, предъявляемые к внутреннему освещению ([6]; [7]). Особое внимание следует обратить на эмиссию гармонических составляющих [1] и коэффициент пульсаций освещенности [7]. Выполнение требований по указанным параметрам в светодиодном светильнике целиком и полностью определяется характеристиками используемого источника питания.

Всем вышеперечисленным требованиям отвечает продукция известного российского производителя светотехнических компонентов Аргос. Используя в комплексе продукцию указанного производителя, можно практически с нуля наладить производство светодиодных светильников по конкурентной стоимости.

Линейка продукции для светодиодных светильников указанного производителя включает в себя:

• светодиодные модули (линейки и матрица) (рис.1);

Рис. 1. Светодиодные модули

• источники питания 40Вт, 50Вт, 60Вт (рис.2);

Рис. 2. Источник питания ИПС50-350Т

• светоакустический датчик LST СЗВО-02 (рис.3).

Рис. 3. Светоакустический датчик LST СЗВО-02

Как видно из имеющегося ассортимента, используя продукцию данного производителя и изготовив соответствующий корпус, можно уже собирать различные светодиодные светильники для внутреннего освещения.

Во всех модулях используются светодиоды только компании CREE, являющейся одним из лидеров на рынке осветительных светодиодов. Линейки выполнены на алюминиевых печатных платах, в которых установлены светодиоды известных и хорошо зарекомендовавших себя серий ML-B, ML-E и новой эффективной серии XB-D. В матрице используются маломощные светодиоды новой серии SP-301. Светодиоды этой серии относятся к классу 0,1 Вт-светодиодов и обладают световым потоком 10…12 лм. Небольшая мощность светодиодов позволяет использовать стеклотекстолитовую печатную плату, а невысокий световой поток требует установки достаточно большого их количества. В модуле, о котором идет речь, установлено 160 штук. Повышенная плотность установки светодиодов позволяет получить от светильника наиболее равномерный свет, и светильник в этом случае смотрится весьма эффектно.

Длина всех модулей одинакова и составляет 460 мм. Данный размер позволяет использовать модули для замены практически всех выпускаемых линейных люминесцентных ламп мощностью от 10 до 58 Вт. В некоторых случаях это длина, равная одному модулю, а в других случаях необходимо устанавливать несколько модулей в длину и/или ширину. Ширина матрицы составляет 230 мм и разработана таким образом, что, например, в наиболее популярный светильник для подвесного потолка типа «Армстронг 600х600» требуется установить два подобных модуля — размер при этом составит 460х460 мм.

Особенность модулей заключается в том, что их можно использовать на различных токах от 240 до 700 мА (модуль на SP301 — до 350 мА), получая при этом различный световой поток. Каждый модуль имеет собственную топологию соединения светодиодов, которая оптимальным образом согласована с выходными токами выпускаемых источников питания. Топология соединения светодиодов в модуле и основные параметры модулей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры светодиодныхмодулей 

Изменять режим работы светодиодов в модулях, а, соответственно, и световой поток, можно путем изменения схемы подключения модулей к источнику питания, или изменяя показетель выходного тока источника. Например, при использовании источника питания ИПС50-350Т (50 Вт, 350 мА) модули нужно подключать последовательно, при этом режим работы светодиодов по току будет близок к режиму их биннинга. При использовании источника ИПС40-700Т (40 Вт, 700 мА) или ИПС60-700Т (60 Вт, 700 мА) все модули, кроме SP301, можно подключать последовательно, в этом случае светодиоды будут работать на удвоенном значении тока по сравнению с режимом биннинга. Для всех осветительных светодиодов CREE это совершенно нормально и безопасно, поскольку максимальный рабочий ток используемых светодиодов превышает ток биннинга более чем в 2 раза. Необходимо только принимать во внимание, что с повышением рабочего тока у светодиодов понижается светоотдача. Во многих случаях на это можно пойти, поскольку линейки на светодиодах ML-E, XB-D и SP301 изначально обладают достаточно высокой светоотдачей.

При использовании источников питания с выходным током 700 мА, можно также подключать модули попарно последовательно-параллельно, в этом случае ток через светодиоды будет близким к току в режиме их биннинга.

Для того, чтобы светодиоды могли работать при промежуточном значении тока (от тока в режиме биннинга до удвоенного значения), нужно использовать источники питания с возможностью ручной установки тока (регулируемые). Подобные источники также присутствуют в номенклатуре продукции указанного производителя. Регулируемые источники питания имеют в обозначении суффикс «Р» и диапазон устанавливаемого тока, например — ИПС50-350ТР[240-360]. Основные параметры регулируемых и нерегулируемых источников приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные параметры источников питания 

Все выпускаемые источники питания имеют активную схему коррекции коэффициента мощности (ККМ) с l>0,98 и крайне низкие пульсации выходного тока (0,2…1%). Источники обладают высоким значением КПД (90…91%) и работоспособны в диапазоне температуры окружающей среды -20…55°С. Источники изготавливаются в белом металлическом корпусе, как у стандартного электронного балласта для люминесцентных ламп, имеют степень защиты от внешних воздействий IP20.

Выбирая регулируемый источник питания, можно перекрыть диапазон выходного тока от 240 до 700 мА.

Структура обозначения светодиодных модулей и источников питания приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Структура обозначения светодиодных модулей и источников питания

В разных режимах работы модули будут обладать различным световым потоком, потребляемой мощностью и светоотдачей. Для того, чтобы достаточно быстро и легко подобрать требуемый набор модулей под проектируемый светильник, можно воспользоваться специально разработанной программой. Программа находится на сайте http://www.compel.ru/ в разделе: Разработчику ® Калькуляторы  ® LED-калькулятор CREE ® Калькулятор выбора модулей АРГОС на базе LED CREE. Интерфейс программы интуитивно понятен, и для ее использования не требуется каких-либо специальных знаний (рис. 5). Можно выбирать тип модулей, бин по световому потоку используемых в модуле светодиодов, количество модулей, указать их стоимость.

Рис. 5. Интерфейс программы-калькулятора

Программа позволяет рассчитать все основные технические и экономические параметры модулей в зависимости от начального светового потока установленных светодиодов, температуры в «точке пайки»/температуры кристалла, с учетом протекающего тока, КПД источника питания и эффективности оптической системы.

Чтобы выполнить расчет и выбрать нужный набор модулей, необходимо в программу ввести исходные (входные) данные и выбрать требуемые выходные параметры.

Одна часть исходных данных вводится в программу с использованием цифровой клавиатуры, а другая часть выбирается из выпадающих списков.

Исходными данными, которые пользователь может задавать, используя цифровую клавиатуру, являются:

• рабочая температура кристалла или температура в «точке пайки» светодиода (Tк/Tп), °С;
• стоимость модуля (Цена), $;
• требуемый световой поток светильника (Целевой световой поток), лм;
• КПД источника питания (КПД системы питания), %;
• эффективность оптической системы (Эффективность оптики светильника), %.

Исходными данными, которые выбираются из выпадающих списков, являются:

• тип модуля (окно Модель Светодиод 1/2/3);
• бин по световому потоку установленных светодиодов (Бинлм).

Программа позволяет одновременно рассчитать до трех типов модулей. Модули можно сравнивать одновременно по четырем рассчитанным параметрам. Параметры, выбираются пользователем из выпадающих списков в верхней части экрана (строка Параметры сравнения). Имеются четыре окна, которые соответствуют четырем столбцам основного поля программы.

Выходные параметры, которые выбираются, можно разделить на три группы.

• Первая группа выходных параметров (Uсд, Pсд, Фсд, Слм/Вт) позволяет рассчитать технические характеристики единичного модуля.

Вторая группа выходных параметров (PS, ФS, Ф’сд, СS, Кол-во) позволяет рассчитать технические характеристики нескольких модулей в составе светильника.

Третья группа параметров (лм/$, $/лм, c/лм, $) позволяет рассчитать стоимостные характеристики одного модуля или группы модулей. При выборе стоимостных характеристик в окне Цена необходимо ввести цену модуля.

Расшифровка перечисленных параметров указана в самой программе на вкладке «Расшифровка параметров».

В окне Диапазон отображаемых токов выбирается диапазон тока, в котором будет осуществляться расчет. Диапазон выбранного тока отображается в левом столбце интерфейса программы.

Для примера выполним подбор модулей для светильника типа «Армстронг». Зададимся начальными условиями:

• желаемый световой поток светильника: 3000лм
• полная эффективность светильника: около 70лм/Вт
• КПД источника питания 90%
• потери в светорассеивающем стекле 12%
• цветовая температура: нейтральный белый (4700…5700К)
• предполагаемая температура в «точке пайки» 55°С (при 25°С окружающей среды)

Критерий выбора — общая стоимость модулей должна быть минимальной.

Стоимость рассматриваемых модулей, при поставке до 4 тыс. штук составляет:

• LINE 460×10 AL 12 CREE MLE- 134 руб;
• LINE 460×10 AL 24 CREE MLB- 165 руб;
• LINE 460×10 AL 6 CREE XBD- 200 руб;
• SQUARE 460×230 FR 160 CREE SP301- 806 руб.

Для выбора модулей воспользуемся указанной выше программой. Результат расчета представлен на рисунках 6 и 7.

Рис. 6. Результат расчета для модулей на ML-B, ML-E, SP301

Рис. 7. Результат расчета для модулей на XB-D

Из полученных результатов видно, что для рассматриваемого варианта выбор следует сделать между модулями LINE 460×10 AL 6 CREE XBD и LINE 460×10 AL 12 CREE MLE. Минимальная стоимость ($15,51) будет получена на модулях со светодиодами XB-D при токе 700 мА, но таких модулей потребуется всего три штуки, что может неэстетично смотреться в светильнике 600х600. Лучший, но немного более дорогой, вариант — светодиоды ML-E ($16,72). В этом случае потребуются четыре линейки, и вид светодиодного светильника будет более привычным. Ток, на котором должны работать модули, по расчету равен 500 мА, а подводимая к модулям мощность составляет 44,4 Вт. Поэтому выбираем источник питания с регулировкой выходного тока LST ИПС60-700Т (400-700) стоимостью 405 руб. (при поставке от 1000 шт.). Общая стоимость модулей и источника питания составляет 940 руб. Конечно, сюда следует еще включить, как минимум, стоимость корпуса, рассеивателя и различные расходные материалы. На сегодняшний день стоимость корпуса для подобного светильника составляет 200-250 руб, а призматический рассеиватель обойдется в 180-270 рублей (в зависимости от типа стекла). Конечная стоимость комплектующих будет составлять 1320-1460 рублей. Полностью собранный светодиодный светильник рассматриваемого типа на сегодняшний день на рынке стоит более 2500 руб.

В рассмотренном светильнике можно применить для автоматического включения-выключения светоакустический датчик LST СЗВО-02 (рис. 3), и повысить тем самым энергосберегающую функцию светильника за счет того, что он будет включаться только в необходимые промежутки времени. Подобные датчики активно начинают использоваться, например, в системе ЖКХ.

Датчик контролирует уровень внешней освещенности и шумовую обстановку. При возникновении некоторого шума (шаги человека, звук открывающейся двери и т.п.) и недостаточного уровня освещенности в помещении, датчик включит светильник, а затем, по истечении определенного времени, если звук будет отсутствовать, выключит его. Если в помещении достаточно светло, то светильник включаться не будет, вне зависимости от наличия шума. Датчик имеет раздельные регулировки чувствительности по освещенности, звуку и времени задержки. Стоимость датчика составляет 155 руб (от 1000 шт).

На показанном примере видно, что сборка светильника из готовых компонентов на данном этапе — достаточно выгодное решение. В этом случае производитель сможет быстро организовать производство и выйти на рынок с конкурентным изделием. Учитывая, что имеется простой сервис по подбору модулей (рассмотренная выше программа) и комплект компонентов, изготавливаемых на одном предприятии и согласованных между собой по параметрам, выбор компонентов под требуемую задачу оказывается весьма простым, а решение — недорогим.

Литература

1. ГОСТ Р 51317.3.2-2006 Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний.

2. ГОСТ Р 51318.15-99 Радиопомехи индустриальные от электрического светового и аналогичного оборудования. Нормы и методы испытаний.

3. ГОСТ Р 51514-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоустойчивость светового оборудования общего назначения. Требования и методы испытаний.

4. ГОСТ Р МЭК 60598-1-2003 «Светильники. Часть 1. Общие требования и методы испытаний».

5. ГОСТ Р МЭК 60598-2-2-99 «Светильники. Часть 2. Раздел 2. Частные требования. Светильники встраиваемые».

6. СП 52.13330.2011 Свод правил. Естественное и искусственное освещение.

7. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: lighting.vesti@compel.ru