Ponentes:Marco Antonio Dalla Costa Gustavo Ariel Barbera 13 a 18 de Febrero de 2012 Sistema Electrónicos para Iluminación Día 4  Diodos Emisores de Luz.

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1 Ponentes:Marco Antonio Dalla Costa Gustavo Ariel Barbera 13 a 18 de Febrero de 2012 Sistema Electrónicos para Iluminación Día 4  Diodos Emisores de Luz (LEDs)

2 MOTIVACIÓN Los LEDs son la Fuente de Iluminación del Futuro.

3 MOTIVACIÓN Ventajas de los LEDs:  Eficiencia (+ de 100 lm/W)  Vida Útil (100.000 horas)  Tamaño Reducido  Dimming Simple  No Rompe con Facilidad  No Utiliza Metales Pesados  Tecnología en Desarrollo Ventajas de los LEDs:  Eficiencia (+ de 100 lm/W)  Vida Útil (100.000 horas)  Tamaño Reducido  Dimming Simple  No Rompe con Facilidad  No Utiliza Metales Pesados  Tecnología en Desarrollo

4 SUMARIO  Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras;  Principio de Funcionamiento;  Características Eléctricas;  Características Térmicas;  Accionamiento y Control;  Aplicaciones;  Tendencias Futuras;  Conclusión.  Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras;  Principio de Funcionamiento;  Características Eléctricas;  Características Térmicas;  Accionamiento y Control;  Aplicaciones;  Tendencias Futuras;  Conclusión.

5 1907 Primera Referencia sobre Electroluminiscencia Henry J. Round, Inglaterra, Electrical World “que se refiere a la posibilidad de la luz ser producida por materiales semiconductores” Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

6 1927 Oleg Vladimirovich Losev, Trabajaba con transmisiones de radio. Observó que algunos diodos de receptores emitían luz. Publicó el primer artículo sobre LEDs en 1927: “Luminous carborundum [silicon carbide] detector and detection with crystals” De 1927 a 1930 publicó 16 artículos sobre LEDs. En 1942, a los 39 años, murió de hambre durante el bloqueo de Leningrado en la Segunda Guerra Mundial. Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

7 Transistor Bipolar Bardeen Nick Holonyak,Jr General Electric 1947 1952 1962 Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras LED Azul 1990

8 LED Original – 1962 10 mCd en 655 nm con 20 mA. Décadas de 60 y 70 Mejora en la eficiencia luminosa Nuevos Colores Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

9 Nuevos materiales GaAlAs Nuevas geometrías Multicapas Alta intensidad 10 x Nuevos Colores Nuevos Colores IGaAlP Rojo Amarillo Naranja Verde Década de 80 Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

10 LED azul se torna viable en 1993 Celda RGB – imágenes LED blanco introducido en 1995 Utiliza conversión de frecuencia LED para Iluminación se torna viable Busca competitividad con otras fuentes de luz Busca competitividad con otras fuentes de luz Década de 90 Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

11 Fuente: Solid State Lighting – Lamps, Chips, and Materials for Tomorrow. IEEE Circuits & Devices Magazine, 2004. Evolución de la Eficiencia de LEDs Blancos Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

12 Fuente: Solid State Lighting – Lamps, Chips, and Materials for Tomorrow. IEEE Circuits & Devices Magazine, 2004. Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

13 Fuente: Solid State Lighting – Lamps, Chips, and Materials for Tomorrow. IEEE Circuits & Devices Magazine, 2004. Histórico, Evolución y Perspectivas Futuras

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15 Principio de Funcionamiento  FENÓMENO FÍSICO DENOMINADO INYECCIÓN LUMINISCENTE  LA EMISIÓN ESPONTÁNEA DE LUZ EN SEMICONDUCTORES ES DEBIDA A LA RECOMBINACIÓN RADIANTE DE LOS EXCESOS DE HUECOS Y ELECTRONES  EL EXCESO DE HUECOS Y ELECTRONES SE PRODUCE MEDIANTE LA INYECCIÓN DE CORRIENTE CON PEQUEÑAS PÉRDIDAS  LA FORMA MAS EFICIENTE DE ELECTROLUMINISCENCIA ES LA INYECCIÓN LUMINISCENTE  FENÓMENO DESCUBIERTO POR ROUND EN 1907: INYECTO CORRIENTE EN UNA UNIÓN DE METAL CON CARBURO DE SILICIO Y OBSERVO LUZ AMARILLA  LA INVENCIÓN DEL LED ROJO OCURRIÓ EN 1962 (HOLONYAK Y BEVACQUA)  EN LA ACTUALIDAD ES UNO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS MAS PROMETEDORES PARA PRODUCIR LUZ  FENÓMENO FÍSICO DENOMINADO INYECCIÓN LUMINISCENTE  LA EMISIÓN ESPONTÁNEA DE LUZ EN SEMICONDUCTORES ES DEBIDA A LA RECOMBINACIÓN RADIANTE DE LOS EXCESOS DE HUECOS Y ELECTRONES  EL EXCESO DE HUECOS Y ELECTRONES SE PRODUCE MEDIANTE LA INYECCIÓN DE CORRIENTE CON PEQUEÑAS PÉRDIDAS  LA FORMA MAS EFICIENTE DE ELECTROLUMINISCENCIA ES LA INYECCIÓN LUMINISCENTE  FENÓMENO DESCUBIERTO POR ROUND EN 1907: INYECTO CORRIENTE EN UNA UNIÓN DE METAL CON CARBURO DE SILICIO Y OBSERVO LUZ AMARILLA  LA INVENCIÓN DEL LED ROJO OCURRIÓ EN 1962 (HOLONYAK Y BEVACQUA)  EN LA ACTUALIDAD ES UNO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS MAS PROMETEDORES PARA PRODUCIR LUZ

16 Características Generales Principio de Funcionamiento

17 Recombinación y emisión de fotones Características Generales Principio de Funcionamiento

18 Recombinaciones a través de defectos h EcEc EvEv EcEc EvEv Principio de Funcionamiento

19 h EcEc EvEv EcEc EvEv Recombinaciones a través de defectos Principio de Funcionamiento

20 U 0 : tensión de la unión q:carga del electrón EgEg PN U 0 ·q Zona de transición Ánodo U0U0 – – – – – + + + + + Cátodo N E g : energía de la banda prohibida P Principio de Funcionamiento

21 Ánodo Cátodo U 0 : tensión de la unión q:carga del electrón EgEg PN (U 0 -U)·q – – – – – + + + + + NP U 0 -U U E g : energía de la banda prohibida Zona de transición Principio de Funcionamiento

22 EgEg PN Ánodo U 0 -U – – – – – + + + + + Cátodo NP U U 0 : tensión de la unión q:carga del electrón (U 0 -U)·q E g : energía de la banda prohibida Zona de transición Principio de Funcionamiento

23 EgEg PN Ánodo U 0 -U – – – – – + + + + + Cátodo NP U U 0 : tensión de la unión q:carga del electrón (U 0 -U)·q E g : energía de la banda prohibida Zona de transición Principio de Funcionamiento

24 Problemática de la absorción – – – – – + + + + + N+ P  : coeficiente de absorción Energía, h (eV) 10 10 1 10 2 10 3 10 4  (cm -1 ) 1,01,52,02,53,0 GaAs Principio de Funcionamiento

25 Extracción de la luz – – – – – + + + + + P n2n2 n1n1  Principio de Funcionamiento

26 Características Generales Principio de Funcionamiento

27 p Heterounión simple (SH) E gN E vN E cN E FN N E vp E cp E gp E Fp p EvEv N EcEc Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

28 pN p – – – – – + + + + + N E vp E cp E gp E Fp E gN E vN E cN E FN Np EvEv EcEc Heterounión simple (SH) Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

29 p Heterounión simple (SH) N p – – – – – + + + + + N E gp E Fp E gN E FN N p EvEv EcEc Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

30 N+ Heterounión doble (DH) + + + + + pP – – – – – EFEF AlGaAsGaAsAlGaAs 2eV 1,4eV 2-1,4 qU o Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

31 N+ Heterounión doble (DH) + + + + + pP – – – – – AlGaAsGaAsAlGaAs EFEF 2eV 1,4eV 2-1,4 Q(U o -U) U Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

32 Heterounión doble (DH) 2eV 1,4eV 2-1,4 Q(U o -U) N+ + + + + + pP – – – – – AlGaAsGaAsAlGaAs U Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

33 Heterounión doble (DH) 2eV 1,4eV 2-1,4 Q(U o -U) No hay reabsorción El índice de refracción es menor cuanto mayor es Eg N+ + + + + + pP – – – – – AlGaAsGaAsAlGaAs U Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

34 Características Generales Heterouniones. LEDs de alta eficiencia

35 Materiales III-V Binarios Cte. de la red cristalina (A) Energía de la banda prohibida (eV) Longitud de onda (  m) 1,44eV (860nm) 2,26V (549nm) (Se añade N, 565nm) (Se añade Zn, O, 700nm)

36 Cte. de la red cristalina (A) Energía de la banda prohibida (eV) Longitud de onda (  m) Sistema AlGaAs Al x Ga 1-x As Directo x<0,43 1,42eV 2,17eV Materiales III-V Ternarios

37 Cte. de la red cristalina (A) Energía de la banda prohibida (eV) Longitud de onda (  m) Sistema AlGaAs Al x Ga 1-x As Directo x<0,43 1,42eV 2,17eV Materiales III-V Ternarios AlAs GaAs 904 nm 650 nm 1 1-x x X es la proporción de ALUMINIO

38 Cte. de la red cristalina (A) Energía de la banda prohibida (eV) Longitud de onda (  m) Sistema AlGaAs Al x Ga 1-x As Directo x<0,43 1,42eV 2,17eV Correspondencia de la estructura cristalina Materiales III-V Ternarios

39 Energía de la banda prohibida (eV) Longitud de onda (nm) Cte. de la red cristalina (A) Materiales III-V Cuaternarios

40 Materiales más utilizados GaAs 870-900nm10% SiC 460-470nm0,02% GaP (Zn-O) 700 nm 3% GaP (N) 565 nm 0,1%Binarios Al x Ga 1-x As (x<0,4) 640-870nm5-20% GaAs 1-y P y (y<0,45) 630-870nm <1% GaAs 1-y P y (y>0,45) 560-700nm <1% Ternarios In 0,49 Al x Ga 51-x P 560-700nm 1-10% In 1-x Ga x As y P 1-y 1000-1600nm>10% Cuat.

41 LED´s DE ALTA EFICIENCIA LOS RENDIMIENTO LUMINOSOS EMPIEZAN A SER ELEVADOS Y A COMPETIR CON LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES FLUORESCENTES INCANDESCENTES LED BLANCO LUMILED 16 lm/W LED BLANCO LUMILED 16 lm/W

42 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: MATERIALES ADECUADOS h = SALTO ENERGÉTICO EN EL SEMICONDUCTOR ALEACIONES TERNARIAS O CUATERNARIAS: MEZCLA DE Al, Ga, In EN EL CÁTODO Y MEZCLAS DE As, P, N EN EL CÁTODO SON LA BASE DE LOS LED ACTUALES

43 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: EFICIENCIAS Y COLORES

44 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: POSICIÓN EN EL DIAGRAMA CROMÁTICO CIE 1931

45 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: ESPECTROS

46 350 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm] LED AZUL DE ALTA EFICIENCIA 350 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm] LED VERDE DE ALTA EFICIENCIA 350 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm] LED ROJO DE ALTA EFICIENCIA

47 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: REGIÓN ALCANZABLE CON LA MEZCLA DE COLORES

48 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: LED BLANCOS BÁSICAMENTE HAY DOS FORMAS DE OBTENER LUZ BLANCA: 1.- MEZCLA DE LUZ DE DIFERENTES COLORES 2.- UTILIZAR FÓSFOROS PARA OBTENER O COMPLEMENTAR EL COLOR -CON LA LUZ AZUL OBTENER LUZ ROJA -CON LUZ UV OBTENER LUZ BLANCA (TRIFÓSFOROS) BÁSICAMENTE HAY DOS FORMAS DE OBTENER LUZ BLANCA: 1.- MEZCLA DE LUZ DE DIFERENTES COLORES 2.- UTILIZAR FÓSFOROS PARA OBTENER O COMPLEMENTAR EL COLOR -CON LA LUZ AZUL OBTENER LUZ ROJA -CON LUZ UV OBTENER LUZ BLANCA (TRIFÓSFOROS) Combinación de LED de Alta Eficiencia Rojos, Verdes, Azules Luz Azul Luz Roja Fósforos

49 Luz Azul Luz Roja Fósforos Longitud de onda [nm  LED´s DE ALTA EFICIENCIA: LED BLANCOS MEZCLA DE LED AZUL (Al In Ga N - 465 nm) Y FÓSFORO AMARILLO (GARNET DOPADO CON CERIO)

50 350 400 450 500 550 600 650 700 750 [nm] LED BLANCO DE ALTA EFICIENCIA MEZCLA DE LED AZUL (Al In Ga N - 465 nm) Y FÓSFORO AMARILLO (GARNET DOPADO CON CERIO)

51 Espectro de LEDs Blanco-Frío (Cool-White): 6500K Características Ópticas Fuente: Lumileds LED BLANCO DE ALTA EFICIENCIA

52 Espectro de LEDs Blanco-Neutro (Neutral-White): 4000K Características Ópticas Fuente: Lumileds LED BLANCO DE ALTA EFICIENCIA

53 Espectro de LEDs Blanco-Caliente (Warm-White): 2700K Características Ópticas Fuente: Lumileds LED BLANCO DE ALTA EFICIENCIA

54 Familia Luxeon Rebel – Philips Lumileds. Fósforo determina CCT y eficiencia. Familia Luxeon Rebel – Philips Lumileds. Fósforo determina CCT y eficiencia.

55 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: LED BLANCOS YAG:Ce 3+ Al In Ga N 460 nm

56 LED´s DE ALTA EFICIENCIA: LED BLANCOS Luz blanca:  LEDs RGB: Ventaja: mayor eficiencia; Desventaja: dificultad de control - temperatura.  LEDs recubiertos por fósforo: Ventaja: simplicidad de control; Desventaja: menor eficiencia.

57 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

58 Fuente: Lumileds Característica VxI típica de un LED de potencia CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

59 Modelo estático para el LED de potencia Modelo estático simplificado CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

60 Cuando se polariza directamente el LED, la corriente y la tensión presentan una relación exponencial. Pequeñas diferencias en la tensión dan lugar a grandes corrientes, y por tanto a más intensidad luminosa Además la tensión de codo de los LEDs tiene una tolerancia a la hora de fabricarlos,por ello los LED se regulan en corriente y no en tensión.

61 DIODOS LED COMO CARGA: Intensidad relativa vs Longitud de Onda ( λ) CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

62 DIODOS LED COMO CARGA: 1ª Aprox 2ª Aprox RFRF CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

63 DIODOS LED COMO CARGA (DIODO DE POTENCIA): 2ª Aprox RFRF CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Problema: Rizados de Corriente  Condensadores Electrolíticos

64 Circuitos con LED: 2ª Aprox 1 er Circuito 2 º Circuito R F es pequeña RFRF RFRF RFRF R Si I D es grande con tensiones poco mayores a la tensión de codo CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

65  Iluminación General: Múltiples LEDs  Luz Generada es proporcional a la corriente  Todos LEDs deben tener la misma corriente  Cómo conectarlos?  Serie  Paralelo  Serie y Paralelo  Iluminación General: Múltiples LEDs  Luz Generada es proporcional a la corriente  Todos LEDs deben tener la misma corriente  Cómo conectarlos?  Serie  Paralelo  Serie y Paralelo

66 Circuitos con LED: Conexión de varios LEDs SERIE Pasa la misma corriente Mismo flujo luminoso PARALELO No pasa la misma corriente (Distintas tensiones de codo y resistencia directa). R VCCVCC Distinto flujo luminoso Si se estropea uno dejan de funcionar los otros Principal Inconveniente: Principal ventaja: Si se estropea uno funcionan los otros VCCVCC R CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

67 Circuitos con LED: SERIE Pasa la misma corriente Mismo flujo luminoso Tiras de LED conectados en serie: Ventajas: Pasa la misma corriente por todos los LED, misma intensidad luminosa por todos. Más eficiente. Pérdidas = VBalasto * ILED Puede implementar facilmente con una topología elevadora. Desventajas: Se necesita elevar mucho la tensión si se ponen muchos led, problemas de EMI. Los semiconductores deben soportar mucha tensión, más caros, menos eficientes. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

68 Circuitos con LED: Conexión de varios LEDs: DIACs, ZENERs Si se estropea uno funcionan los otros LED LAMP. Remplazan a las bombillas incandescentes y halógenas LED LAMP. Remplazan a las bombillas incandescentes y halógenas CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

69 Circuitos con LED: Tiras de LED conectados en paralelo: Ventajas: Es interesante si se utilizan bombas de carga Se pueden utilizar semiconductores de poca tensión, más barato. Desventajas: Debe regularse la corriente de cada LED, para asegurar que todos emiten con la misma intensidad luminosa. Pérdidas = N * VBalasto * ILED PARALELO No pasa la misma corriente (Distintas tensiones de codo y resistencia directa). Distinto flujo luminoso CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

70 Circuitos con LED: Tiras de LED en serie y conectadas en paralelo: Ventajas: Es interesante si se desean utilizar muchos LED. Solo una rama está regulada en corriente. La caida de tensión en los otros diodos fija la corriente en las otras ramas. Desventajas: Las diferencias de tensión de los diodos hace que se perciba mayor brillo en unas ramas que en otras. NOTA: El ojo humano empieza a percibir diferencias en el brillo, cuando entre las ramas hay una diferencia de corriente de un 3%. CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

71 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS – EJEMPLOS DE CONEXIÓN

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74 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS  Variación de la Intensidad Luminosa (Dimming)  Disminución del valor medio de la corriente directa (método simple)  Ventajas:  Ahorro de Energía  Aumento de la Vida de los LEDs  Métodos:  Modulación en Amplitud (AM)  Modulación por Ancho de Pulso (PWM)  Modulación Binivel  Variación de la Intensidad Luminosa (Dimming)  Disminución del valor medio de la corriente directa (método simple)  Ventajas:  Ahorro de Energía  Aumento de la Vida de los LEDs  Métodos:  Modulación en Amplitud (AM)  Modulación por Ancho de Pulso (PWM)  Modulación Binivel

75 Modulación en Amplitud  Simple  Eficiente (temperatura)  Desvío Cromático  Diferencias entre los LEDs  Simple  Eficiente (temperatura)  Desvío Cromático  Diferencias entre los LEDs

76 Modulación por Ancho de Pulso  Simple  Menos Eficiente que AM  Menor Desvío Cromático que AM  Simple  Menos Eficiente que AM  Menor Desvío Cromático que AM

77 Modulación Binivel  Complejo  Une las características de AM y PWM  Complejo  Une las características de AM y PWM

78 Comparación entre los Métodos

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81 Características Térmicas Las características térmicas son fundamentales en el proyecto de un sistema de iluminación basado en LEDs. Dependen directamente de la temperatura:  Eficiencia  Vida útil  Flujo luminoso  Tensión directa del LED Las características térmicas son fundamentales en el proyecto de un sistema de iluminación basado en LEDs. Dependen directamente de la temperatura:  Eficiencia  Vida útil  Flujo luminoso  Tensión directa del LED

82 Características Térmicas Variación relativa de tensión directa y flujo luminoso com la temperatura Fuente: Osram Opto Semiconductors GmbH

83 Características Térmicas Impacto de la temperatura de junción en la vida util del LED Fuente: Lumileds

84 Características Térmicas Impacto de la temperatura de junción en la vida util del LED Fuente: Lumileds

85 Características Térmicas Respuesta de distintos tipos de LEDs em función de la temperatura.

86 Características Térmicas Respuesta de distintos tipos de LEDs em función de la temperatura.

87 Proyecto Térmico

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89 Fuente: Thermal Managment of White Light – U. S. Department of Energy (2009)

90 Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

91 Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

92 Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

93 Una pequeña variación en Td causa gran variación de flujo Inclinación pequeña  grandes variaciones de Pd causan pequeñas variaciones de flujo Aumentando la potencia, disminuye el flujo (no hay interés) Relación entre las variables luminosas, térmicas y eléctricas. Pd*Pd* ϕvϕv PdPd Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

94 Pd*Pd* PdPd ϕvϕv Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Relación entre las variables luminosas, térmicas y eléctricas.

95 Pd*Pd* PdPd ϕvϕv R hs =0 Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

96 P nom ϕvϕv PdPd Mejora en el sistema de arrefecimiento Punto óptimo de operación Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory Proyecto Térmico Photo-Electro-Thermal (PET) Theory

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99 Simulación en FEM

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102 Convección

103 Resistencia Transistor (Región Lineal) Convertidor Conmutado Formas de Accionamiento de Clusters de LEDs Elemento Limitador de Corriente Accionamiento y Control

104 Fuente de tensión continua con resistencia em serie.  Manera más simple de accionar un LED;  Corriente en los LEDs igual a la corriente por la resistencia;   Bajo coste;  No hay control de corriente por los LEDs. Resistencia en serie con los LEDs Accionamiento y Control

105 12 V 1 W 3,2 W Accionamiento y Control Fuente de tensión continua con resistencia em serie.  Manera más simple de accionar un LED;  Corriente en los LEDs igual a la corriente por la resistencia;   Bajo coste;  No hay control de corriente por los LEDs. Resistencia en serie con los LEDs

106  Tensión de salida menor que la de entrada;  Circuito simple;  Pocos componentes; Convertidor Lineal con Corriente Fija (Cervi, 2005)  Pequeño e de bajo coste;  Control de la corriente;  Baja eficiencia. Convertidor Lineal con Dimming (Oliveira, 2007) Regulador Lineal Accionamiento y Control

107  Tensión de salida menor que la de entrada;  Posibilidad de quitar el condensador de salida;  No comparte la misma referencia entre fuente de entrada, interruptor y carga.  Circuito simple;  Pocos componentes;  Pequeño y de bajo coste; Convertidor Buck Convertidores Conmutados - Buck Accionamiento y Control

108  Tensión de salida mayor que la de entrada;  Corriente de entrada continua;  Necesidad del condensador de salida;  Comparte la misma referencia entre fuente, carga e interruptor.  Circuito simple;  Pocos componentes;  Pequeño y de bajo coste; Convertidor Boost Convertidores Conmutados - Boost Accionamiento y Control

109  Tensión de salida mayor o menor que la de entrada;  Polaridad invertida;  Circuito simple;  Pocos componentes;  Pequeño y de bajo coste.  Necesidad del condensador de salida  No comparte la misma referencia entre fuente, carga e interruptor. Conversor Buck-Boost Convertidores Conmutados – Buck-Boost Accionamiento y Control

110  Resultado de la conexión serie de dos convertidores reductores;  Alta tasa de reducción de la tensión de entrada (V O = V in x D 2 );  Alta tensión en el interruptor. Convertidor Buck Quadrático Convertidores Conmutados – Buck Quadrático Accionamiento y Control

111  Formado por un convertidor Boost en serie con un convertidor Buck;  Tensión de salida con polaridad invertida con relación a la fuente;  Corrientes de entrada y salida continuas. Convertidor Cùk Convertidores Conmutados – Cùk Accionamiento y Control

112  Formado por un convertidor Boost en serie con un convertidor Buck-Boost;  Misma referencia para fuente, interruptor y carga;  Corriente de entrada continua. Convertidor SEPIC Convertidores Conmutados – SEPIC Accionamiento y Control

113  Formado por un convertidor Buck-Boost en serie con un convertidor Buck;  Tensión de salida con misma polaridad de la entrada;  Se puede quitar el condensador de salida. Convertidor Zeta Convertidores Conmutados – ZETA Accionamiento y Control

114 Accionamiento desde Red: Principal problema – condensadores electrolíticos. Corriente media en el LED = 700mA Corriente de pico en el LED = 1 a 1,5A Solución: Desarrollo de nuevas topologías Ejemplo de Simulación Accionamiento desde Red: Principal problema – condensadores electrolíticos. Corriente media en el LED = 700mA Corriente de pico en el LED = 1 a 1,5A Solución: Desarrollo de nuevas topologías Ejemplo de Simulación

115 Accionamiento y Control – Minimización del Condensador

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117 PLEW20W220ESSBLI Vida útil: 8.000 horas IRC: 82 Eficiencia Luminosa 55 lm/W CDM-T35W/830 Vida útil: 12.000 horas IRC: 81 Eficiencia Luminosa 87 lm/W LUXEON K2 Vida útil: 50.000 horas IRC: 70 Eficiencia Luminosa: 60 lm/W Iluminación de Interiores Fuente: Philips/Lumileds Aplicaciones

118 Fines arquitectónicos; Ángulo de apertura; Durabilidad. Fuente: Philips/Brasil Iluminación de Interiores Aplicaciones

119 Lámpara Compacta Empleando LEDs de Alto-Brillo; Lámpara de Emergencia Compacta. Fuente: GEDRE Iluminación de Interiores Aplicaciones

120 Fuente: Philips/Brasil Iluminación de Interiores Aplicaciones

121 Iluminación de emergencia tradicional Iluminación de Emergencia Aplicaciones

122 Iluminación de emergencia distribuida Iluminación de emergencia compacta Fuente: GEDRE Iluminación de Emergencia Aplicaciones

123 Lámpara Fluorescente Eficacia luminosa (80-120 lm/W)‏ IRC (20-39)‏ Vida útil (25.000 horas)‏ Lámpara HPS Iluminación Pública Aplicaciones

124 Iluminación Pública en Brasil Aplicaciones Tipo de LámparaCantidadPercentagem HPS9.294.61162,93% Vapor de Mercurio4.703.01231,84 % Mista328.4272,22 % Incandescente210.4171,42 % MHL108.1730,73% Otras5.1340.03% Total14.769.309100% Fuente: Eletrobrás 2008

125 Potencia consumida: 28 W. Rango de temperatura: -25 °C até +70 °C Vida útil: 50.000 horas. Intensidad Luminosa: 1320 lúmenes. Fonte: Gemma Lighting and Displays. Part of the Gemma Group Iluminación Pública Aplicaciones

126 Iluminación Pública: comparativo HPS x LEDs (Dialux) Aplicaciones LEDs: - Mejor IRC - Mayor vida útil - Mejor distribución de luz - Ventaja en condición mesópica LEDs: - Mejor IRC - Mayor vida útil - Mejor distribución de luz - Ventaja en condición mesópica

127 LEDs Posibilidad de utilizar energía solar debido al menor consumo y funcionamiento em corriente continua. Iluminación Pública Aplicaciones

128 Elevada durabilidad; Posibilidad de mejora en el diseño; Variación de la intensidad luminosa; Todas luces en un único componente; Visión escotópica. Iluminación Automotora Aplicaciones

129 Temperatura de color de 5.500K contra los 4.000K da lámpara de descarga en alta presión. Iluminación Automotora Cadillac Escalade Platinum, 2008 OSTAR Headlamp LEDs, OSRAM Aplicaciones

130 Fuente: Martins BM, de Carvalho M, Moreira ME, Lopes JM. Efficacy of new microprocessed phototherapy system with five high intensity light emitting diodes (Super LED). Tratamiento de Estrías. HPV (Papiloma Virus Humano). Hiperbilirrubinemia neonatal. Iluminación Terapéutica – LEDterapia Aplicaciones

131 Habitación de un Hospital Aplicação de LEDs nos Tecidos Humanos e sua Interação Terapêutica”, Moreira, M. et al. Iluminación Terapéutica – LEDterapia Aplicaciones

132 Teóricamente puede atingir 100% de transformación de la electricidad en luz; Penetración de 5% en el mercado de iluminación. Fonte: George Zissis e Eric Castano. “Perspectivas e Obstáculos ao uso do Led Branco como fonte de Luz”. Evolución del Rendimiento (lm/w)‏ Tendencias Futuras

133 El flujo es multiplicado por 20 a cada 10 años, por otro lado, el precio disminuye 10 veces en el mismo periodo. Evolución del Rendimiento (lm/w)‏ Tendencias Futuras

134 Mejorar materiales para sacar el máximo de luz del semiconductor; Mejora de substratos y reducción de costes; Mejora de equipos de fabricación; Desarrollo de nuevos fósforos. Avanzos Necesarios Tendencias Futuras

135 La tecnología LEDs de polímeros orgánicos (P-OLED) fue inventada por el Cavendish Laboratory en la Universidad de Cambridge en 1989; Permite substratos flexibles y transparentes. OLED – Organic LED Light-Emitting Polymer (LEP)‏ Tendencias Futuras

136 Junción semiconductora polimérica, que posee las características semejantes a las junciones basadas en Si y Ge. poli(p-fenileno vinilideno)‏ OLED – Organic LED Tendencias Futuras

137 OLED – Organic LED Tendencias Futuras

138 Fabricantes

139 CONCLUSIONES  LEDs realmente son el futuro de la iluminación;  Tecnología en desarrollo;  Manejo térmico;  Circuitos de alimentación: Condensadores Electrolíticos, Eficiencia;  Previsión de Mercado: Mil millones de dólares en 2014.  LEDs realmente son el futuro de la iluminación;  Tecnología en desarrollo;  Manejo térmico;  Circuitos de alimentación: Condensadores Electrolíticos, Eficiencia;  Previsión de Mercado: Mil millones de dólares en 2014.

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