«Аптечка ИНЖЕНЕРА»: инструменты CREE для разработчиков светодиодных светильников

13 августа 2014

CreeстатьяLED

Основное предназначение инструментов и сервисов, поддерживаемых компанией Cree для разработчиков светодиодных светильников – упростить процесс разработки светильника и сократить время выхода нового продукта на рынок.

Рассмотрим процесс разработки светодиодного светильника. Цикл разработки от стадии концепции или технического задания на светильник до серийного производства представлен в упрощенном виде на рисунке 1. Экосистема инструментов поддержки представлена двумя основными группами:

  • калькуляторы и справочные материалы для подбора компонентов светильника и оценки его параметров на этапе расчета и проектирования;
  • сервисы для тестирования и проверки заложенных технических решений на базе действующего прототипа.

Рис. 1. Цикл разработки светильника от стадии концепции до серийного производства

Рис. 1. Цикл разработки светильника от стадии концепции до серийного производства

CREE Lighting Application Builder (LAB) – недавно анонсированный бесплатный онлайн-сервис, доступный по ссылке cree.com/lab, представляющий собой каталог предварительно рассчитанных инженерами лаборатории Cree конфигураций для типовых осветительных задач.

Основное преимущество сервиса – простота использования за счет необходимости самостоятельно подбирать каждый компонент и проводить расчет рабочих параметров, наличие для каждого конкретного применения и диапазона мощностей нескольких вариантов решений, оптимизированных по различным критериям (“value” – стоимость, “easy” – простота, технологичность сборки, “performance” – лучшая эффективность).

При создании LAB учитывался многолетний опыт, накопленный при работе с партнерами в рамках программы Cree Solution Provider (CSP) [3]. Программа CSP объединяет ведущих мировых производителей драйверов, оптики, химических материалов и других групп компонентов для помощи заказчикам Cree в создании качественных продуктов.

На рисунке 2 показана главная страница инструмента LAB, где представлен список доступных типовых применений

Рис. 2. Главная страница инструмента LAB

Рис. 2. Главная страница инструмента LAB

На примере первой категории светильников для уличного освещения (“street/area”) рассмотрим несколько рекомендуемых конфигураций.

На рисунке 3 показана матрица доступных решений для абстрактного уличного светильника мощностью 70…400 Вт. Зададимся целевой мощностью 150 Вт и рассмотрим решение, оптимизированное по лучшей эффективности

Рис. 3. Матрица доступных решений для уличного светильника

Рис. 3. Матрица доступных решений для уличного светильника

При переходе по ссылке мы получаем доступ к детализации выбранного решения в виде одностраничного протокола (рисунок 4).

Рис. 4. Детализации выбранного решения

Рис. 4. Детализации выбранного решения

На рисунке 4 видно, что в качестве источника света в данном решении предлагается светодиод серии XPGBWT-01-0000-00FC4*, его основные параметры приведены в верхней части страницы.

В дополнение к источнику света для этой задачи приводятся ссылки на другие рекомендуемые компоненты и решения от сторонних производителей: на вторичную оптику, печатные платы, разъемы, тепловой интерфейс (TIM, Thermal Interface Material), драйверы, химические материалы, а также рекомендации со ссылками на партнеров Cree по вопросам технологии SMD-монтажа (Pick&Place).

Еще одним хорошим примером детализации решения конкретной задачи может быть разработка светодиодного аналога галогеновой лампы 50 Вт с цоколем MR16 (рисунок 5)

Рис. 5. Разработка светодиодного аналога галогеновой дампы

Рис. 5. Разработка светодиодного аналога галогеновой дампы

Видно, что помимо конкретного светодиода CXA1304 с рассчитанными рабочими параметрами, под эту задачу предлагается несколько вариантов по каждой функциональной группе сопутствующих компонентов. Нажав на логотип рекомендуемого партнера, можно перейти на страницу с конкретным продуктом/решением для более подробного изучения.

Следует обратить внимание, что для каждого дизайна внизу страницы приводятся ссылки на всю актуальную документацию по предложенному светодиоду. Традиционно, она включает в себя техническое описание продукта, документ “Binning and Labeling”, описывающий все доступные опции для заказа, рекомендации по монтажу и пайке, а также ссылку на регулярно обновляемый документ с результатами тестирования светодиодов на деградацию светового потока в соответствие с индустриальным стандартном LM80 [4].

Фактически, LAB является своеобразной базой знаний, в которой можно быстро получить конкретные рекомендации для различных типовых применений светодиодных светильников.

В некоторых случаях по материалам, полученным из LAB, можно сразу заказывать рекомендуемые комплекты образцов у дистрибьюторов и партнеров Cree.

Целевой аудиторией для LAB являются конструкторы и инженеры, однако такой справочник может быть интересен и другим специалистам – маркетологам, технологам. Используя LAB, можно, например, оперативно оценить стоимость и возможность запуска нового продукта, искать пути оптимизации существующих изделий и тд.

Cree Product Characterization Tool (PCT) – регулярно обновляемый инструмент для детального расчета и сравнения различных параметров нескольких вариантов конфигураций светодиодного светильника.

Основным достоинством PCT является вычислительное ядро, которое включает в себя подробные оцифрованные физические модели светодиодов, что позволяет разработчикам быстро оценить достижимые параметры конечного изделия, не прибегая к анализу многочисленных графиков и таблиц в документации.

На протяжении нескольких лет существования и развития калькулятор PCT получил признание индустрии как незаменимый инструмент с дружественным интерфейсом для оперативной оценки новой разработки.

Рассмотрим две существующие версии PCT:

  • PCT Web – обновленная веб-версия, доступная по ссылке http://pct.Cree.com/
  • PCT Expert – оффлайн-версия, поддерживаемая в виде электронной таблицы для дистрибьюторов и членов CSP.

На рисунке 6 приведен интерфейс веб-версии PCT.

В верхней части окна программы можно выбрать основные параметры для исследования (до четырех одновременно), целевой световой поток, задать конкретные значения КПД вторичной оптики и источника питания, выбрать диапазон рабочих токов, в котором будет проводиться сравнение.

Ядро программы позволяет работать с параметрами светодиодов (LED Parameters), ценовыми (Price Parameters) и системными параметрами решения/светильника (System Design Parameters), которые представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры светодиодов

Параметры Наименование Определение
Параметры светодиодов
(LED Parameters)
LED VF Падение напряжения на светодиоде, В
LED W Мощность, потребляемая светодиодом, Вт
LED LM Световой поток со светодиода, лм
LED LM/W Эффективность светодиода, лм/Вт
Ценовые параметры*
(Price Parameters)
$/LM Удельная стоимость люмена для выбранного источника света в долларах
¢/LM Удельная стоимость люмена в центах
LM/$ Количество люмен на 1 доллар стоимости источника света
Системные параметры решения/светильника (System Design Parameters) SYS LM PER Удельный световой поток со светодиода в решении с учетом заданного КПД вторичной оптики, лм
SYS # LED Количество светодиодов, необходимых для достижения целевого светового потока (System Target Lumens), шт
SYS W Общее потребление мощности для выбранной конфигурации с учетом заданного КПД источника питания, Вт
SYS LM TOT Световой поток решения с учетом КПД вторичной оптики
SYS LM/W Эффективность решения с учетом всех потерь, лм/Вт
SYS $ Общая стоимость рассчитанного/заданного количества светодиодов
* – Для расчета необходимо задать стоимость каждого светодиода. В данном примере используются абстрактные значения, для точной оценки необходимо сделать запрос дистрибьютору

 

Пример на рисунке 6 иллюстрирует один из возможных сценариев применения инструмента для поиска оптимального соотношения эффективности и стоимости решения по заданному целевому уровню светового потока. Программа автоматически оценивает необходимое количество светодиодов и параметры для каждого значения рабочего тока в заданном диапазоне.

Рис. 6. Интерфейс веб-версии PCT

Рис. 6. Интерфейс веб-версии PCT

Важно обратить внимание, что рабочая температура в PCT для каждого варианта может быть установлена вручную, как Tj (Junction Temperature, температура кристалла), или Tsp (Solder Point Temperature, температура точки пайки, которую можно измерить в макете светильника в соответствии с рекомендациями [5]).

На рисунке 7 приведен пример основных функциональных элементов интерфейса версии PCT Expert.

Рис. 7. Интерфейс версии PCT Expert

Рис. 7. Интерфейс версии PCT Expert

Данная версия базируется на оригинальной версии PCT с дополнительными расчетными функциями для более глубокого анализа решений.

Из дополнительных возможностей следует отметить следующее:

  • режим косвенного определения рабочей температуры на кристалле/в точке пайки по заданным тепловым сопротивлениям печатной платы/термоинтерфейса/радиатора и температуре окружающей среды;
  • приближенная оценка теплового сопротивления радиатора по заданной площади поверхности/геометрии;
  • расчет полной стоимости решения для каждого случая с учетом конкретной стоимости всех элементов конструкции (драйвера, оптики, корпуса);
  • обновляемая база моделей светодиодов и модулей всех ведущих мировых производителей.

По запросу в виде технического задания официальные дистрибьюторы и партнеры CREE готовы предоставить протокол расчета целевой конфигурации из версии PCT Expert со списком сопутствующих компонентов для вашего решения. По отдельному запросу можно провести оперативное сравнение решений на базе светодиодов различных производителей.

Среди доступных инструментов для разработчиков, рекомендованных к применению на этапе выбора элементной базы, следует упомянуть Cree TM21 Calculator.

Данный инструмент позволяет, пользуясь регулярно обновляемыми данными LM-80 об испытаниях светодиодов на деградацию светового потока, провести оценку времени работы по выбранному критерию Lxx (деградация светового потока в процентах от начального, например L50, L70, L90). Оценка проводится в соответствии с индустриальным стандартом TM-21.

На рисунке 8 приведен пример отчета, который можно получить у официальных дистрибьюторов Cree, указав целевой светодиод, рабочий ток, температуру и критерий окончания срока службы Lxx.

Рис. 8. Пример отчета официальных дистрибьюторов CREE

Рис. 8. Пример отчета официальных дистрибьюторов CREE

Важно обратить внимание, что стандарт TM21 накладывает ограничение на возможность публикации оценки Lxx, превышающую более чем в шесть раз время тестирования LM80. В данном примере расчетное значение L70 (calculated lifetime) для XPG2 составляет 102000 часов (при токе 700 мА и температуре в точке пайки 105°С). Данное значение превышает время тестирования более чем в шесть раз, и поэтому строгая оценка времени работы по правилам стандарта TM21 приводится в виде констатации значения более чем 51400 часов (Reported Lifetime). Опыт работы тестирования показывает, что модель расчета, используемая в TM-21, достаточно точно оценивает поведение светодиода, однако, чтобы подтвердить расчетное значение в данном примере в полном соответствии со стандартом, потребуется еще около года испытаний.

* На момент написания статьи серийно доступны для заказа светодиоды XPGBWT-01-0000-00HC4, обеспечивающие на 15% лучшую эффективность.

Cree Driver Compatibility Program Tool (DCP Tool)

В рамках программы Driver Compatibility Program (DCP) [6] компания Cree проводит специальное тестирование модульных драйверов сторонних производителей на надежность и совместимость со своими продуктами. Результаты тестирования попадают в регулярно обновляемый интерактивный каталог DCP Tool, размещенный на сайте Cree [7].

Пример интерфейса DCP Tool приведен на рисунке 9.

Рис. 9. Пример интерфейса DCP Tool

Рис. 9. Пример интерфейса DCP Tool

В данном примере показан результат поиска рекомендуемого драйвера под конкретный продукт – CXA2590 [8] на стандартом токе 1400 мА (поле “Cree Product”). В данном случае рекомендуемым драйвером может быть модель HLG-120H-C1400 производства компании MEAN WELL. В DCP Tool он имеет статус “Meets criteria, not tested”, то есть, по документации на драйвер и сертификатам производителя подтверждается его совместимость с целевым продуктом, но физически тестирование еще не проводилось.

Одним из многочисленных примеров соответствия статусу “Meets criteria, tested” может быть драйвер LST-40-900 российской компании Аргос-Электрон [9], для которого полная совместимость c модулем LMH2 2000lm [10] и надежность подтверждена протоколом тестирования TEMPO DRIVER. Список продуктов, совместимых с данной моделью драйвера, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Подбор драйверов в DCT Tool

Рис. 10. Подбор драйверов в DCT Tool

Хочется отметить, что тестирование конкретного драйвера на совместимость с продуктами Cree проводится бесплатно, и его может инициировать как сам производитель драйверов, так и производитель светильников, выбирающий драйвер для своей разработки. Для получения статуса “Meets criteria, not tested” достаточно отправить документацию на целевой драйвер, статус “Meets criteria, tested” теребует отправки серийного образца на тестирование в лабораторию CREE

Упомянутый выше сервис TEMPO DRIVER является одной из опций программы TEMPO, которая реализована на базе технологического центра CREE.

Аббревиатура ТЕМРО расшифровывает основные группы испытаний, проводимых для светильников в лабораториях CREE:

  • температурные – Thermal
  • электрические – Electrical
  • механические – Mechanical
  • фотометрические – Photometric
  • оптические – Optical

Исследования затрагивают наиболее критичные с точки зрения надежности и качества элементы конструкции. В числе прочих проводится ряд уникальных тестов, таких как: проверка стабильности цветовых координат светильника, химической совместимости используемых компонентов, финальная оценка срока службы светодиодов и драйвера по результатам тепловых измерений.

Сервисы ТЕМРО являются отличным инструментом глубокой технической верификации светильников на стадии предсерийного прототипа.

Важно отметить, что лаборатория ТЕМРО аккредитована институтами NIST [1] по программе NVLAP (код лаборатории 500070-0) по стандарту ISO/IEC 17025:2005 и имеет возможность проведения тестирования источников света в соответствии со стандартами IES LM-79-08 и LM 58-94.

Подробную консультацию по процедуре запуска и отправки оборудования на тестирование можно получить у дистрибьюторов Cree.

Рассмотрим подробнее основные опции ТЕМРО.

TEMPO SPOT D (TEMPO DRIVER) – опция, позволяющая протестировать отдельно драйвер светильника. Она уже упоминалась в разделе, посвященном Driver Compatibility Program. При инициации сервиса рекомендуется отправить драйвер в составе светильника, обеспечивающего доступ к выходным контактам или указать конфигурацию целевой нагрузки (тип, количество светодиодов или модулей LMH2, схема подключения, ток).

В число испытаний, проводимых в ходе TEMPO DRIVER, входят:

  • измерение эффективности на целевой нагрузке;
  • исследование переходного процесса при коммутации входного напряжения на предмет выбросов, превышающих допустимые значения для выбранной нагрузки;
  • гармонический анализ входного тока (PF, THD);
  • тест на совместимость с диммерами;
  • измерение напряжения изоляции «вход/выход»;
  • температурные измерения;
  • измерение пульсаций светового потока при работе на целевую нагрузку (источник света).

Наиболее полная версия сервиса – ТЕМРО-24 – уже в своем названии содержит количество различных испытаний светильника и его компонентов, которые проводятся в лаборатории. В дополнение к общеизвестному полному пакету фотометрических измерений в соответствии со стандартом LM-79 [12] (измерение КСС, светового потока, эффективности и спектральных характеристик), в рамках сервиса проверяются все основные элементы конструкции светильника, которые могут повлиять на надежность и срок службы. Подробно все типы измерений приведены на рисунке 11.

Рис. 11. Измерения, проводимые в рамках ТЕМРО-24

Рис. 11. Измерения, проводимые в рамках ТЕМРО-24

Для заказа тестирования достаточно заполнить форму по ссылке [13] на сайте Cree и подготовить светильник к отправке в США (рекомендуемые службы – FEDEX, UPS). Также можно обратиться к дистрибьюторам Cree за помощью с организацией отправки светильника и заполнением заявки.

Испытания, в зависимости от загрузки лаборатории, могут занять 5…15 дней, после чего заказчик получает подробный подписанный отчет и протоколы измерений (КСС предоставляется также в виде стандартного ies-файла). В дополнение к этому, организуется телеконференция с инженерами лаборатории, которые подробно комментируют все измерения и, при необходимости, формируют рекомендации к конструкции.

Важно отметить, что ТЕМРО-24 является одной платных опций сервиса. При этом, на момент написания статьи стоимость ТЕМРО-24 снижена до 1200 долларов США, что сопоставимо со стоимостью базовых фотометрических измерений в лабораториях, аккредитованных в соответствии со стандартом IES LM-79-08.

Помимо очевидных преимуществ в виде экономии времени и ресурсов на проведение комплекса испытаний, подтверждающих качество светильника, сервис ТЕМРО-24 позволяет провести лицензирование товарного знака “Cree LEDs©” для применения в продвижении протестированного продукта (использование логотипа на корпусе светильника, упаковке, документации и маркетинговых материалах.

Товарный знак “Cree LEDs©” признан во всем мире как отличительный признак качественной продукции (своеобразный индустриальный аналог “Intel Inside©”).

Еще одним возможным сценарием использования ТЕМРО-24 является возможность при рассмотрении использования конкретного светильника в ответственных применениях ссылаться на официальный протокол тестирования, подтвержденный мировым лидером в области светодиодного освещения в соответствии с существующими стандартами.

Опция Thermal simulation, формально относится к группе ТЕМРО, однако может быть эффективно использована, в том числе, на раннем этапе разработки. Данный сервис предлагает возможность проведения теплового моделирования целевого корпуса светильника по предоставленной 3D-модели и заданным условиям эксплуатации и тепловой нагрузки.

На рисунке 12 приведены фрагменты из примера отчета TEMPO Thermal Simulation, с оригиналом которого можно ознакомиться на странице сервиса.

Рис. 12. Фрагменты отчета TEMPO Thermal Simulation

Рис. 12. Фрагменты отчета TEMPO Thermal Simulation

Версия TEMPO Spot S включает в себя только базовый набор фотометрических и электрических тестов, упомянутых при описании ТЕМРО-24: измерение светового потока, КСС (ies-файл), потребляемой мощности, эффективности и спектральных характеристик. Стоимость и сроки выполнения при этом составляют 700$ и три дня, соответственно.

Порядок запуска тестирования аналогичен ТЕМРО-24.

 

Заключение

Основной миссией компании Cree является максимальная поддержка революционной замены устаревших традиционных источников света на современные и качественные светодиодные решения.

Разработка и верификация качественного продукта требует большого количества ресурсов. Одним из самых критичных ресурсов в современных условиях является время выхода на рынок.

Описанный в настоящей статье комплекс средств технической поддержки сформирован для того,чтобы помочь производителям светодиодных светильников минимизировать сроки разработки и повысить детерминированность расчета и повторяемость параметров используемых решений. Для этого компания CREE предлагает партнерам максимально использовать свой многолетний опыт и ресурсы на каждом этапе разработки.

По всем вопросам и предложениям можно обращаться к сотрудникам российской компании КОМПЭЛ – дистрибьютора продукции CREE.

 

Литература

  1. cree.com/lab
  2. http://pct.cree.com/
  3. http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Tools-and-Support/Solution-Providers
  4. www.cree.com/xlamp_app_notes/lumen_maintenance
  5. www.cree.com/xlamp_app_notes/solder_point_temp
  6. http://www.cree.com/dcp
  7. https://mservices.cree.com/app/DriverCompatibilityTool/CompatibleDriversList.aspx
  8. http://www.cree.com/cxa
  9. http://led.argos-trade.com/data/uploads/data-sheet-lst24-900t-for-cree-module-lmh2-2000lm.pdf
  10. http://www.cree.com/lmh2
  11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Национальный_институт_стандартов_и_технологий
  12. Approved Method: Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products ISBN: 978-0-87995-226-6 LM-79-08
  13. https://mservices.cree.com/app/tempo/TempoOrder.html.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Ledil_Strada_NE_09_14_opt

•••

Наши информационные каналы

О компании CREE LED

CREE LED, входящая в состав Smart Global Holdings, поставщик лучших в своем классе технологий и решений в области светодиодного освещения и индикации. Компания фокусируется на рынках: мощных световых приборов общего назначения, автомобильной светотехники, видеоэкранов и специального освещения. CREE LED предлагает самое широкое портфолио оптимизированной под применение продукции в индустрии. Светодиоды CREE LED обладают лучшими характеристиками по таким параметрам как: плотность световог ...читать далее