Υπολογισμός φωτιστικού με LED (625lm)

Φωτιστικά, εφέ, υπολογισμοί.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 479
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Υπολογισμός φωτιστικού με LED (625lm)

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 13 Οκτ 2013, 11:24

Υπολογισμός φωτιστικού με LED (625lm)

Τα LED ως νέο δομικό στοιχείο σχεδίασης δίνουν ευελιξία στην μορφοποίηση και την αισθητική των φωτιστικών νέας γενιάς. Οσον αφορά τις ερασιτεχνικές κατασκευές που εμπεριέχουν κόπο, κόστος και αβέβαιο αποτέλεσμα πρέπει ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΡΧΗ να προσδιορίσουμε το στόχο μας με οπτικές και όχι ηλεκτρικές παραμέτρους.

Βασικές οπτικές παράμετροι:

α. φωτεινή ροή (lumen)
β. χρώμα παραγόμενου φωτός (βαθμοί Kelvin)
γ. γωνία ακτινοβολίας (μοίρες)

Εχοντας καταλήξει στα παραπάνω ψάχνουμε για τα LED και υπολογίζουμε τις υπόλοιπες κατασκευαστικές παραμέτρους:

δ. ηλεκτρική ισχύς (W)
ε. μετασχηματιστής, τροφοδοτικό ή μπαταρίες (υπολογισμός και επιλογή)
στ. υπολογισμός συνδεσμολογίας (πόσοι παράλληλοι κλάδοι των εν σειρά συνδεδεμένων LED)
ζ. τελική μορφή και αισθητική του φωτιστικού, πλακέτα και ΨΥΞΗ


Βοηθητικά στοιχεία για προσδιορισμό οπτικών παραμέτρων

α. lumen
Συνήθως μια λάμπα πυρακτώσεως αποδίδει 10 lumen ανά W, δηλαδή μιά λάμπα των 60W αποδίδει 600 lumen. Οι λάμπες φθορισμού και οι ηλεκτρονικές αποδίδουν σχεδόν όσο τα διαδεδομένα LED δηλαδή 50 lumen/W. Ανατρέξτε σε datasheet ή συσκευασίες λαμπτήρων για να βρείτε παραδείγματα και ανάψτε υπάρχουσες λάμπες για να προσδιορίσετε τα lumen που χρειάζεστε. Στο παράδειγμά μου χρειάζομαι περίπου 600 lumen.

β. βαθμοί Kelvin
Το χρώμα το γνωρίζεται ήδη από τα PC monitors και τις LCD TV (έχουν αυτή τη ρύθμιση). Στο φωτισμό οι λάμπες πυρακτώσεως φωτοβολούν 'ζεστό' φως των 2700-3200 β.Kelvin, οι 'ζαχαρί' λάμπες οικονομίας είναι στους 3500 β. Kelvin, οι 'ζεστές' φθορισμού στα 4000-4500 β.Kelvin και οι 'ψυχρές' >4700 β.Kelvin. Επιλέγω 'ζεστό άσπρο' στους 4000 β. Kelvin.

γ. μοίρες φωτοβολίας
Για γενικό φωτισμό χρειαζόμαστε >110 μοίρες, για σποτάκια πολύ λιγότερο.

Επιπλέον σκέφτομαι ότι αν διαλέξω LED μεγάλης ισχύος (>1W) θα μπλέξω με την ψύξη τους και τα μεγάλα ρεύματα, οπότε κατευθύνομαι σε LED έως 1W. Επίσης τα περισσότερα LED θα έχουν καλύτερη διασπορά του φωτός. Με τις παραπάνω παραμέτρους και με προτίμηση σε κέλυφος τύπου SMD power transistor με μονωμένο ακροδέκτη ψύξης (ευκολία στη σχεδίαση πλακέτας) καταλήγω στο Avago ASMT-MY62-NEG00

Εικόνα
Χαρακτηριστικά: 25lumen, 4000 β.Kelvin, 110 μοίρες, 0.5W, Vf=3.5V, If=150mA

δ. ηλεκτρική ισχύς
Για να πετύχω 600 lumen θα χρειαστώ 24x LED άρα περίπου 12W συν κατανάλωση στις αντιστάσεις σύνολο 14-15W

ε. επιλογή μετασχηματιστή
Ψάχνω για μετασχηματιστή από 12V έως 20V στα 15W και βρίσκω έναν στα 18V @1A

Τώρα θα μετρήσουμε (όχι με υπολογισμούς) τις πραγματικές τάσεις DC Vmin και Vmax που θα έχουμε μετά την ανόρθωση και το φιλτράρισμα.

Συνδέουμε το δευτερεύον με τους ακροδέκτες AC της γέφυρας ανόρθωσης 1A, συνδέουμε στην έξοδο της γέφυρας (+ και -) 3x πυκνωτές των 3300μF/35V και μετράμε την τάση DC χωρίς φορτίο (Vmax). Μέτρησα Vmax=24.2Vdc

Τοποθετούμε φορτίο 14W στην έξοδο για να μετρήσουμε την πραγματική DC τάση λειτουργίας με φορτίο (Vmin). Το φορτίο μπορεί να είναι πολλές αντιστάσεις παράλληλα οι οποίες θα 'τραβήξουν' 14W/20V (περίπου) = 0.7Α Στο παράδειγμά μου χρειάστηκα φορτίο 29Ω και έβαλα 16x470Ω παράλληλα (προσοχή οι αντιστάσεις θα καίνε, οι μετρήσεις να είναι σύντομες). Μέτρησα Vmin=19.1V

Επαληθεύουμε μετρώντας το συνολικό ρεύμα, ήταν περίπου 650mA.

στ. συνδεσμολογία
Με Vmin=19Vdc μπορώ να τοποθετήσω έως 5xLED σε σειρά με πτώση τάσης επάνω τους: Vf total=5x3.5V=17.5V

Τελικά για λόγους συμμετρίας θα χρησιμοποιήσω 25xLED αντί των 24x
σε 5x παράλληλους κλάδους των 5xLED σε σειρά.
Μια αντίσταση σε κάθε κλάδο θα ρυθμίζει το ρεύμα κάθε κλάδου. Το τελικό κύκλωμα είναι το παρακάτω:

Εικόνα

Η κάθε αντίσταση υπολογίστηκε για πτώση τάσης επάνω της 19.1V-17.5V=1.6V και ρεύμα γύρω στα 150mA άρα 1.6V/0.15=10.6Ω
Θα χρησιμοποιήσω αντιστάσεις των 10Ω (0.5W είναι ΟΚ).

ζ. τελική μορφή
Με βάση το παραπάνω σχέδιο και τη βούλησή μας καταλήγουμε στη μορφή και την αισθητική του φωτιστικού. Υπολογίστε ότι ψηλά στο ταβάνι θα είναι πάντα ζεστά και ότι ο μετασχηματιστής είναι βαρύς! Χρησιμοποιήστε καλή στήριξη με 'ασφαλιστικά' αλυσιδάκια...

ΠΡΟΣΕΧΕΤΕ ΤΑ ΜΑΤΙΑ ΣΑΣ! Στις δοκιμές ΜΗ ΒΛΕΠΕΤΕ ΤΑ LED ΑΠ' ΕΥΘΕΙΑΣ!

Στη δική μου κατασκευή χρησιμοποίησα κυκλικό φωτιστικό με κρύσταλλο, κόλλησα τα LED σε στρογγυλή πλακέτα χαλκού με τα πόδια προς τα έξω και έκανα τις συνδέσεις σε μορφή 'αράχνης'. Το κίνητρό μου ήταν η επαλήθευση των υπολογισμών και όχι η καλή κατασκευή.

Μερικές φωτογραφίες (κλικ για μεγαλύτερες):

Εικόνα Εικόνα Εικόνα

Η πιο φαντασμαγορική στιγμή είναι όταν σβήνω το φωτιστικό και λόγω των πυκνωτών ανάβουν στο σκοτάδι 'τα διαμάντια του φωτιστικού'...

Εικόνα


Συγκριτικά στοιχεία 'απόδοσης', για διαφορετικές τεχνολογίες λαμπτήρων φωτισμού και LED:

Κώδικας: Επιλογή όλων

ΕΙΔΟΣ ΛΑΜΠΑΣ   ΤΥΠΟΣ                            W      lm     lm/W      
φθορισμού      L13W – T5                       13     720      55
φθορισμού      Dulux                           11     850      77
φθορισμού      Τ8 Sylvania OCTRON XP Eco3      32    2850      89
πυρακτώσεως    40W διάφανη                     40     400      10
πυρακτώσεως    40W θαμπή                       40     320       8
αλογόνου       12V G4 20W                      20     350      18
αλογόνου       230V '30% οικονομία' (43W=60W)  43     785      18
ξένου-κρυπτού  230V '20% οικονομία'            40     480      12
LED            OSRAM DURIS S5                   0.2    28     128
LED            CREE XLamp XP-E                  1     114     114
LED            Philips Luxeon Q                 1     102     102
LED            Sharp Doubledome                 0.5    35      70
LED            Avago Moonstone 1W               1      94      94

Επιστροφή σε “Φωτισμός”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης