“L’illuminazione del futuro:
i LED e il loro controllo”
11/04/2010
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Classificazione delle sorgenti luminose
LED
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Rendimento delle lampade
Ogni tipo lampada ha un suo rendimento
Lampade a incandecenza: SCARSO
Lampade ALOGENE: MEDIO
Lampade al NEON o
risparmio energetico: ALTO
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Rendimento delle lampade
Rendimento nei LED
LED
OTTIMO
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Luce e Sorgenti luminose
Il flusso luminoso rappresenta l'energia totale irradiata in ogni
secondo dalla sorgente di luce,riferita alla sensibilità spettrale
relativa dell'occhio umano. Il simbolo del flusso luminoso è Φ.
L'unità di misura è il lumen (simbolo lm).
Flusso luminoso tipico di alcuni tipi di lampade:
incandescenza
100W/220V
fluorescente
40W/220V
alogena
300W
al sodio ad alta pressione
100W
ad alta pressione a iodurix I.T.I.S.
metallici
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F.Corni -2000W
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1250 lm
3200 lm
6600 lm
10000 lm
190000 lm
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Luce e Sorgenti luminose
Relazione tra watt e lumen
Per convenzione si assume che ad una radiazione
monocromatica alla lunghezza d’onda λmax=555 nm
corrispondano 683 lm per ogni watt
Efficienza luminosa
Si definisce: efficienza luminosa di una lampada
il rapporto tra la il flusso luminoso da essa emesso (espresso in lumen)
ed il valore della potenza elettrica (espresso in watt) da essa assorbita.
L’ unita’ di misura è [lm/W]
Essa varia da 14 lm/W per le lampade ad incandescenza tradizionali da 100 W
A circa 100lm/W per LED più efficienti, fino a 200 lm/W per quelle a vapore di
sodio a bassa pressione di colore giallo.
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Lampade a incandescenza
OSRAM
CLAS A CL 100W
1330/100 =
13,3 Lumen/W
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Lampade fluorescenti
Tubo OSRAM 58 W
4900/58 =84 Lumen/W
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LED ad alta efficienza
Power FLux
22 lumen a 250mW
88 Lumen/W
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LED ad alta efficienza,altri vantaggi
Power FLux
22 lumen a 250mW
88 Lumen/W
•Disponibilità di diversi colori
(anche nello stesso contenitore!)
•Funzionamento a bassa tensione
•Durata elevatissima
tipica 50000 ore= 136 anni se tenuti accesi 24h/24
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Luce e Sorgenti luminose
Il nostro occhio è sensibile solo ad alcune lunghezza d'onda
consentendoci di percepire un colore diverso per ogni diversa lunghezza
d'onda.
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Luce e Sorgenti luminose
La sensibilità dell’occhio umano dipende anche dalla intensità globale
della luce percepita. (condizioni giorno/notte)
Occhio in
“luce diurna”
Visione fotopica
(coni)
Occhio adattato
all’ oscurita`
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visione scotopica
(bastoncelli)
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Luce e Sorgenti luminose
Il intensità luminosa I è il flusso irradiato in una determinata
direzione, per unità di angolo solido.
L'unità di misura è la candela (cd)
C
Si ricorda che la superficie della sfera è pari a 4⋅π⋅r2 , con r=raggio della sfera
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Luce e Sorgenti luminose
Considerando una sorgente luminosa ideale che distribuisca in
modo uniforme il proprio flusso luminoso, l'intensità luminosa è:
Φ
I = tot
4π
con 4⋅π steradianti
angolo solido della sfera
1 steradiante (sr) corrisponde
ad un’area delimitata dal cono
di centro C, pari a r2
L’ unità di misura dell’ intensità luminosa è
la candela (cd) 1 cd =lm / sr
Esempio:
una lampada 100W ad incandescenza con
flusso uniforme di 1250 lm presenta in tutte le
direzioni una intensità luminosa di
I=
1250 1250
=
≅ 100cd
4π
12.566
N.B.
Da qui si deduce come in passato si indicasse (erroneamente) una
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lampada da 100W come lampada da 100 candele
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Luce e Sorgenti luminose
ogni lampada reale distribuisce il proprio flusso luminoso in modo
non uniforme, la distribuzione della luce di una lampada è indicata
dalla cosiddetta: curva fotometrica:
N.B.
La lampada ideale con distribuzione uniforme della luce, avrebbe come
curva fotometrica una sfera
che,
vista
in pianta
o prospetto, sarebbe
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F.Corni
- Modena
- ing.G.Vicenzi
una circonferenza
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Luce e Sorgenti luminose
L’ illuminamento è il valore del flusso luminoso che incide
sull'unità di area. Il simbolo è E; l'unità di misura è il lux.
Il valore dell'illuminamento medio (Em) in corrispondenza di
un piano di area A su cui incida, distribuendosi in modo
uniforme, un flusso luminoso F è dato
Em =
Flussoincidente
Area
Se il flusso è espresso in
lumen e l'Area in m2, Em
risulta espresso in lux.
Aree sup. sferiche:
3.14 m2 100lux
12.56 m2 100/4 = 25 lux
28.27 m2 100/9 = 11.1 lux
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Diodo al silicio
Curve caratteristica
Complessiva
I(mA)
Vbr = tensione di Breakdown
Vbr
Io
V
(50V)
1 2 3 4
V(V)
(µA)
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Illuminazione a LED
Caratteristiche dei LED
Ogni colore ha la sua tensione
I.R. = 1,5 V
Red, Green, Yellow ≈ 2 V
Blue , White = 3,5 V
R
500 ohm
12Vdc
V1
DL1
Max tensione inversa ≈ 6V
GND
0
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Illuminazione a LED
Calcolo della resistenza serie del LED:
Supponendo la caduta sul LED di 2 V
circa, e volendo dimensionare la
resistenza per Iled=25mA:
R
500 ohm
R = Vr / ILed = (V1-Vled)/Iled
= (12 -2 ) /0,025 = 500 ohm
12Vdc
V1
DL1
GND
0
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Illuminazione a LED
Calcolo delle potenze:
Supponendo la caduta sul LED di 2 V circa,
e volendo dimensionare la resistenza per
Iled=25mA:
PR = VR — I = (12-2)—0,025 =0,25 W
R
500 ohm
12Vdc
V1
DL1
PBatt= V — I = 12 — 0,025 = 0,30 W
PLED= VLED — I = 2 — 0,025 = 0,05 W
RENDIMENTO :
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Putile
0,05
η=
=
= 16,6%
Passorbita 0,3
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GND
0
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Illuminazione a LED
4 Led rossi in serie
Calcolo della resistenza serie
del LED:
R
160 ohm
DL1
Supponendo la caduta sui LED sia di 2 V
per ciascuno , e volendo dimensionare la
resistenza per Iled=25mA:
DL2
12Vdc
V1
R = Vr / ILed = (V1-Vled)/Iled
= (12 -2 —4 ) /0,025 = 4/0,025= 160ohm
DL3
DL4
Putile
0,2
η=
=
= 66,6%
Passorbita 0,3
GND
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0
Illuminazione a LED
È necessaria la resistenza?
η=
Putile
0,2
=
= 66,6%
Passorbita 0,3
Regolatore
R
ohm
I= 25160mA
DL1
Si, in questo tipo di circuito con tensione
costante serve a limitare la corrente sui
led.
DL2
12Vdc
V1
Per aumentare l’efficienza, del sistema
complessivo è possibile sostituirla con un
regolatore a corrente costante
DL3
DL4
GND
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0
Illuminazione a LED
Quale funzione svolge il regolatore?
Mantiene la corrente fissata i=25 mA per
qualsiasi valore di tensione di
alimentazione entro ampi limiti.
Regolatore
R
ohm
I=25 160
mA
DL1
V1 >(N — VLED) + 2 V
Se utilizzo 22 Led e V1= 48 V
DL2
12Vdc
V1
PR = VREg — I = (4)—0,025 =0,1 W
DL3
PBatt= V — I = 48 — 0,025 = 1,20 W
DL4
PLED= VLED — I = 44 — 0,025 = 1,1 W
Rendimento :
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η=
Putile
1,1
=
= 91,6%
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Passorbita 1,2
GND
23
0
Illuminazione a LED
Quale funzione svolge il regolatore?
Protegge i diodi da eventuali sbalzi di
tensione
Regolatore
R
ohm
I=25 160
mA
DL1
Se V1 cresce di 10 V, cresce la d.d.p. ai
capi del regolatore
ma NON la corrente su tutti i diodi
DL2
12Vdc
V1
(Ovviamente il regolatore deve essere
predisposto per sopportare l’eccesso di potenza)
DL3
Se V1 scende al di sotto della tensione
‘minima’ la corrente fornita dal regolatore
non sarà adeguata, ed i diodi si
accenderanno con minor luminosità
DL4
GND
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0
Illuminazione a LED
Diodi in parallelo
Regolatore 100mA
R
160 ohm
Per evitare disparità di
illuminazione tra le varie file di
LED occorre che
•siano “selezionati”
•in numero abbastanza elevato
12Vdc
D1
LED
D1
LED
D1
LED
D1
LED
D2
LED
D2
LED
D2
LED
D2
LED
D3
LED
D3
LED
D3
LED
D3
LED
D4
LED
D4
LED
D4
LED
D4
LED
D5
LED
D5
LED
D5
LED
D5
LED
D6
LED
D6
LED
D6
LED
D6
LED
D7
LED
D7
LED
D7
LED
D7
LED
DL1
DL2
V1
È possibile inserire un piccola
resistenza serie in coda ad ogni fila
di led
DL3
DL4
GND
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0
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Variazione di luce nei LED
Tecnica PWM = Pulse Width Modulation
20 % dell’energia sul LED
20% della luce
50% dell’energia sul LED
50% della luce
80% dell’energia sul LED
80% della luce
100% dell’energia sul LED
100% della luce: luce Max
Corrente continua
T
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Quanto
deve valere T ? x I.T.I.S.
Oppure
F=1/T ?
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Variazione di luce nei LED
Tecnica PWM = Pulse Width Modulation
Quanto deve valere T ?
Oppure f=1/T ?
Per evitare fastidiosi
sfarfallii f>25
Meglio se, almeno 100Hz
come nei nuovi TV LCD!!
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T
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Variazione di luce nei LED
Durano meno i LED se accesi e spenti così spesso?
NO !
Non avendo un filamento come nelle lampade a incandescenza,
la loro durata rimane invariata
purchè si rispettino i valori massimi di
• Corrente,
• Tensione,
• Dissipazione termica
Nei LED più potenti (da 1W in su)
è infatti necessario aggiungere un dissipatore di calore
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Illuminazione a LED
Regolatore
elettronico PWM
“In alternata”
Regolatore
corrente
oppure R
J1
1
2
VAC
D1
LED
D1
LED
D1
LED
D1
LED
D2
LED
D2
LED
D2
LED
D2
LED
D3
LED
D3
LED
D3
LED
D3
LED
D4
LED
D4
LED
D4
LED
D4
LED
D5
LED
D5
LED
D5
LED
D5
LED
D6
LED
D6
LED
D6
LED
D6
LED
D7
LED
D7
LED
D7
LED
D7
LED
AC
DC
Convertitore AC/DC
stabilizzato
Vin 100.. 240 Vac
Vout 15V +/- 0,2V
Putile
Putile
η = η (Convertitore)
= 0,92
= 85 − 90%
Passorbita
Passrobita
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Fine….
Per restare aggiornati sulle prossime
conferenze consultare il sito
www.itiscorni.it
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