J. Marcos Alonso Universidad de Oviedo, Espanha. Campus de Viesques, Edificio 3, Sala Gijón, Asturias

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1 J. Marcos Alonso Universidad de Oviedo, Espanha Campus de Viesques, Edificio 3, Sala Gijón, Asturias

2 Introdução Revisão Tecnologia LED: Características Problemas Térmicos Produção de Cores e Luz Branca Drivers para LEDs de Potência: Drivers para Iluminação de Emergência Drivers para Aplicações Retrofit Drivers para Aplicações desde Rede Eléctrica com Alto Fator de potência Drivers para Aplicações Iluminação Pública 2

3 Fogo Vela Quinque Incandescente Descarga Atualidade: Lâmpada de Estado Sólido (LED) 3

4 Junção P-N polarizada diretamente As cargas libres (elétrons e buracos) circulam para a junção Só algumas das recombinações e-/h+ geram radiação visível (luz). 4

5 Tipos de recombinação e-/h+: vibração e- Fóton red cristalina e- Fônon h+ h+ Recombinação Radiante Recombinação Não Radiante Não desejada É devido aos defeitos na rede cristalina (deslocamentos, impurezas, etc.) 5

6 Elevada vida útil: 40, ,000 horas Tamanho reduzido Robustas frente à vibrações e choques Re-ignição instantânea Funcionamento em baixa tensão Fonte de luz pontual. Permite otimizar o sistema óptico. Possibilidade de geração de diferentes cores 6

7 Luzes de sinalização em automóveis Retro-iluminação em TV, Computador, etc. Sinais Viárias Aplicações Arquitetônicas Iluminação viária, portátil, escritório, etc. 7

8 Eficacia (lm/w) LED Branco (0.1W) Na A.P. (400W) Halog. Metal. (35W) Fluorescente (40W) CFL (6W) Inc. Halogena (100W) Incandesc. (40W) 8

9 Os LEDs não emitem energia IR/UV Todas as perdas são transformadas em calor A refrigeração converte-se num dos principais problemas 9

10 Eficacia (lm/w) A temperatura tem uma grande influencia na eficácia luminosa do LED Deve limitar-se a temperatura na junção(t j ) para conseguir um determinado fluxo Temperatura na junção (T j ) 10

11 T J R JC Componente T C R CR Interfase T R R RA Radiador T A P (W) T J T C T R T A R JC R CR R RA T A Determinação da temperatura na junção: 11

12 12

13 Quando aumentar a corrente direita a eficácia diminui Fenómeno ainda em estudo Eficiência Fluxo As correntes altas aumentam a geração de fônones. A eficácia diminui Tem-se variação de fluxo no lineal com a corrente direita. Atualmente pesquisa-se para deslizar o máximo da eficiência para níveis de corrente mais altos 13

14 Diferentes misturas de semicondutores geram diferentes cores Materiais empregados: In, Ga, N, Al, P, As, etc. Como gerar luz branca? 14

15 Vermelho Verde Azul G A mistura de Vermelho (R), Azul (B) e Verde (G) gera luz branca R Luz Branca B

16 Conversão em Chip Camada de fósforo na superfície do Chip A luz azul estimula a emissão de luz amarela por parte do fósforo Azul Frio Amarela Cálido 16

17 Lâmpada Convencional Perdas devidas à baixa reflexão Lâmpada LED Perdas devidas à obstrução Da própria lâmpada Perdas pela absorção Fugas do refletor No há perdas por reflexão A luz emite-se somente para a metade do espaço Melhora da eficiência óptica: ~ 30% 17

18 Limitação de corrente empregando resistência typ min max R LIM I LED V BAT LED + - V LED Corrente LED I LED = (V BAT -V LED )/ R LIM Tensão LED Muito simples. Baixo custo. Não gera EMI Ineficiente. Baixo rendimento. Regulação de corrente pobre. Variação com tensão na entrada, tensão LED, temperatura, etc. Não adequado para correntes altas 18

19 Fonte de Corrente Linear PWM Linear Fonte de Corrente Comutada Regulação de corrente Simples. Poucos componentes Baixa eficiência Não há geração de EMI Controle de potência Variação de fluxo luminoso Empregado para evitar cambio na Tª de color Corrente de pico controlada Baixas perdas. Alta eficiência Maior número de componentes Maior custo Regulação de corrente Geração de EMI Possibilidade de incorporação de outras funções 19

20 Corrente ajustável hasta 500 ma (± 5%). Regulação PWM. Tensão na entrada até 42V Baixa caída de tensão. Proteções: circuito aberto, curto-circuito, térmica e polaridade inversa. Amplo rango de temperatura: -40 ºC 150 ºC 20

21 Buck Função de transferência Tensão de Saída Ciclo de Operação Boost Buck-Boost SEPIC 21

22 Controlador por Histereses para LEDs de Alta potência Buck P MOSFET Sensor Controle por histereses (6% precisão) Tensão de entrada: 4.5V 35V Frequência de comutação até 1.5 MHz Limite de corrente programável Dimming analógico ou PWM Aplicações: Driver para LED Carregador de Baterias 22

23 1990 Incandescente Fluorescente 2005 LED Alto desgaste Baixa eficiência Volumem de baterias alto Baterias Chumbo- Acido Risco de fugas de líquidos nocivos Menor desgaste Maior eficiência Menor volumem de baterias Baterias Ni-Cd Mayor seguridade Alta eficiência Maior vida da lâmpada Maior fiabilidade Alimentação simples Facilidade de fabricação em série Suporta vibrações 23

24 Bateria para armazenamento de energia Carregador de bateria Circuito de alimentação em modo permanente Circuito de alimentação desde bateria Circuitos adicionais: detecção de falha de rede, etc. Aplicação ideal para iluminação LED 24

25 Primeira Etapa de Alimentação: Fonte de Alimentação desde Rede Tensão Entrada Universal 85V 256V Carregador de Baterias e Fonte LEDs TNY 254G Baseada em conversor flyback em modo DCM Tensão de saída: 6.5V Circuito de controle específico: TNY254G Regulação isolada da tensão de saída por opto-acoplador Tamanho reduzido, no emprega transformador de baixa frequência Alta eficiência 25

26 Controle Modo Corrente Toff - Imax Conversor Elevador (Boost) Formas de Onda Baixo Custo LM393 LM393 Frequência de Funcionamento: khz 26

27 Ensaio em Fotómetro Ulbritch Detalhe 27

28 Halógena 50W LED 12W 800 lm Bridgelux BXRA-W802 28

29 Conversor Buck-Boost Controle Malha Fechada Protótipo de Laboratório 29

30 Tensão e Corrente no LED Tensão e Corrente na Rede Conteúdo Harmónico Resultados Variação na Rede 30

31 Objetivos: Lâmpada LED (potência nominal 60W) Correção de Fator de Potência (IEC ) Entrada Universal (90-260V) Funcionamento em malha fechada: regulação de corrente Golden Dragon (Osram) x8 350 ma, 7.2 W, 150 lm 31

32 Buck (CFP) Flyback (Regulação) Técnica de Integração LB D4 D1 CB LF CO Vg C1 D3 RS VS D2 VGATE M1 Interruptor Único com Referência de terra 32

33 Filtro Compensador Medida da Corrente PWM Limitação Duty Tensão y Corrente na Rede Conteúdo Harmônico (IEC ) 33

34 Frequência dimming:100 Hz D DIMMING =20% I PK =350mA D DIMMING =80% I PK =350mA 34

35 Conversor de Potência com Dinâmica Lenta f Dim Lâmpada LED I O (A) A malha fechada mantem a corrente media constante Dim = 0.5 Dim = 0.75 I DC t (µs) 35

36 Permite manter a corrente de pico constante durante o processo de dimming Nova referencia de corrente media + Regulador - O multip. realiza a operação: Referencia de Dimming Obtenção do valor de Dimming Referencia da Corrente de Pico 36

37 Sensor da Corrente Restador Compensador Gerador PWM Sensor Dimming Gerador Referencia Gerador Dimming f Conm = f Dim = 100 khz Optoacoplador e Driver da Chave 37

38 Corrente LED 100% 70% Corrente LED Sinal Dimming Sinal Dimming Corrente LED 50% 10% Corrente LED Sinal Dimming Sinal Dimming 38

39 100% 70% Tensão e Corrente na Rede 50% 10% Mantem-se um elevado fator de potência e baixa distorção 39

40 Pesquisa em sistemas de iluminação pública de alta eficiência, com capacidade de geração e armazenamento de energia, funcionamento autónomo e injeção de energia à rede de distribuição Painel Solar Iluminação com geração. Conectado à Rede Gerador Eólico Alumbrado Autónomo. Sem Conexão à Rede Luminária Luminária REDE ELÉTRICA 40

41 Aplicação em Sistemas de Iluminação Pública Array Bridgelux 2x50W Total: 100 W/10 klm Conversor Integrado Buck-Boost-Buck Sustitue a HPS 150W Tensão e Corrente LEDs Tensão e Corrente REDE 41

42 Campus de Viesques, Gijón, Asturias. Espanha Obrigado pela atenção! Perguntas? Asturias Gijón

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