LED Teknolojileri ve Standartları

Transkript

1 LED Teknolojileri ve Standartları M. Berker YURTSEVEN ATMK Üyesi İTÜ Enerji Enstitüsü Odakule, İçerik Giriş Aydınlatma Amaçlı Kullanılan LED ler Uluslararası LED Aydınlatma Standartları LED Lamba ve Modülleri LED Kontrol Elemanları LED Işık Kaynaklı Armatürler LED li Aydınlatma Tesisatları LED Aydınlatma Sistemlerinin Ölçümü LED li Aydınlatma Sistemlerinin EMC ve EMF Ölçümleri Amerika Birleşik Devletleri LED Standartları Anahtar Standartlar Ölçümler (Isıl problemler) Sonuç

2 Işık Yayan Diyotlar - LED ISIL IŞIK ÜRETİMİ (Akkor Telli Lambalar) Enkandesen Tungsten- Halojen Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı Yüksek Basınçlı Civa Buharlı Metal Halojen (Halide) IŞIK KAYNAKLARI (LAMBALAR) Yüksek Basınçlı ISIL DIŞI IŞIK ÜRETİMİ (LÜMİNESAN) Alçak Basınçlı LED Endüksiyon Lambaları (QL) Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı Alçak Basınçlı Civa Buharlı (Fluoresan) Etkinlik Faktörü Konvansiyonel ışık kaynakları etkinlik faktörü*: 150 lm/w maksimum LED: 231 lm/w (laboratuvar koşulları)

3 LED? LED Işık Kaynağı: LED Çip (chip,die) LED Modül LED Light Engine (LED Işık Motoru?) LED Armatür Jonksiyon Sıcaklığı T j Jonksiyon sıcaklığı ( C) Işık Akısı Işık Akısı Jonksiyon Sıcaklığı değişimi ölçümü için belirli bir standart yöntem yok! (Üreticilerden alınan veriler kullanılmaktadır) T j %13 Işık Akısı Düşümü

4 LED li Aydınlatma Sistemleri vs. Konvansiyonel Aydınlatma Sistemleri LED Çip + Lens + Reflektör + PCB + Soğutucu Elemanlar LED Konvansiyonel + Güç + Sürücü + Armatür Lamba + Yardımcı Eleman + Armatür LED Standardı Hazırlayan Kuruluşlar

5 Uluslararası LED Aydınlatma Standartları Başlıklar LED Lamba ve Modüller LED Kontrol Elemanları LED Işık Kaynaklı Armatürler LED li Aydınlatma Tesisatları LED li Aydınlatma Sistemlerinin Ölçümü LED li Aydınlatma Sistemlerinin EMC ve EMF Ölçümleri International Electrotechnical Commission European Committee for Standardization International Commission on Illumination LED Lamba ve Modül Standartları IEC 62031:2008 / EN 62031:2008 IEC/PAS 62717:2011 IEC 62560:2011 / EN (Taslak) IEC/PAS 62612:2009 LED Modules for General Lighting LED Modules for General Lighting Performance Requirements Self-ballasted LED-lamps for general lighting services by voltage > 50 V - Safety specifications Self-ballasted LED-lamps for general lighting services by voltage > 50 V Performance Requirements Safety Specifications (Genel aydınlatma amaçlı LED modülleri: Güvenlik gereklilikleri) Genel aydınlatma amaçlı LED modülleri: Performans gereklilikleri 50V tan yüksek gerilimde çalışan, genel aydınlatma amaçlı, kendinden balastlı LED lambaları: Güvenlik gereklilikleri 50V tan yüksek gerilimde çalışan, genel aydınlatma amaçlı, kendinden balastlı LED lambaları: Performans gereklilikleri Jonksiyon sıcaklığı ile ilgili herhangi bir bilgi yok Sıcaklık ölçümlerinin referans noktası LED modülünün yüzeyi olarak belirlenmiş!

6 LED Lamba ve Modül Standartları IEC IEC :2006 / EN :2006 IEC 61231:2010 / EN 61231:2010 IEC/PAS :2011 Lamp caps and holders together with gauges for the control of interchangeability and safety Miscellaneous lampholders Part 2-2: Particular requirements Connectors for LED-modules International lamp coding system (ILCOS) LED Binning Part 1 : General requirements and white grid Güvenlik ve değiştirilebilirliğin kontrolü için, lamba başlık ve duyları Çeşitli duylar Özel gereklilikler LED modülleri için bağlantı elemanları Uluslararası lamba kodlama sistemi LED Gruplama Birinci bölüm: Genel gereklilikler ve beyaz ışık bölümü Konvansiyonel ışık kaynakları için geçerli olan duy başları, kodlama sistemleri gibi standartlar LED lambalar için de geçerlidir! Led Kontrol Elemanları Standartları IEC : / EN :2008 IEC :2006 IEC 62384:2009 / EN 62384:2009 IEC :2009 / EN :2009 IEC :2009 / EN :2009 IEC :2009 / EN :2009 Lamp controlgear Part 1: General and safety requirements Lamp controlgear Part 2-13: Particular requirements for DC or AC supplied electronic controlgear for LED modules DC or AC supplied electronic control gear for LED modules Performance requirements Digital addressable lighting interface Part 101: General requirements System Digital addressable lighting interface Part 101: General requirements Control Gear Digital addressable lighting interface Part 207: Particular requirements for control gear LED Modules Lamba kontrol elemanları Birinci bölüm: Genel gereklilikler ve güvenlik gereklilikleri Lamba kontrol elemanları Bölüm 2-13: DC veya AC beslenmiş LED modüllerinin kontrol elemanları için özel gereklilikler DC veya AC beslenmiş LED modüllerinin kontrol elemanları için performans gereklilikleri Dijital adreslenebilir aydınlatma arabirimi Bölüm 101: Genel gereklilikler Dijital adreslenebilir aydınlatma arabirimi Bölüm 101: Genel gereklilikler Kontrol aksamı Dijital adreslenebilir aydınlatma arabirimi Bölüm 207: Kontrol aksamı için özel gereklilikler LED modülleri

7 LED Işık Kaynaklı Armatür Standartları IEC / EN Luminaire Safety Armatür güvenliği IEC/PAS :2011 IEC/PAS :2011 Luminaire performance Part 1 General Requirements Luminaire performance Part 2-1 Particular requirements for LED luminaires Armatür performansı Bölüm 1 Genel gereklilikler Armatür performansı Bölüm 2-1 LED armatürler için özel gereklilikler Ölçümler için IEC/PAS 62717:2011 Genel aydınlatma amaçlı LED modülleri: Performans gereklilikleri standardına atıfta bulunulmuş, armatürler için bütünleşik bir ölçüm standardı belirtilmemiş Isıl ölçümler ile ilgili herhangi bir yöntem belirtilmemiş Genel tanımlara yer verilmiş LED li Aydınlatma Tesisatları için Standartlar IEC/TS 62504:2011 IEC 62471:2006 / EN 62471:2008: IEC :2009 Terms and definitions for LEDs and LED modules in general lighting Photobiological safety of lamps and lamp systems Photobiological safety of lamps and lamp systems Part 2: Guidance on manufacturing requirements relating to non-laser optical radiation safety Sadece genel tanımlar ve güvenlik önlemleri! Genel aydınlatma amaçlı kullanılan LED ler ve LED modüller için terimler ve tanımlar Lambaların ve lamba sistemlerinin fotobiyolojik güvenliği Lambaların ve lamba sistemlerinin fotobiyolojik güvenliği Bölüm 2: Lazer dışı optik radyasyon güvenliği ile ilgili üretim gerekliliği kılavuzu

8 LED li Aydınlatma Sistemlerinin ve LED lerin Ölçümü için Standartlar CIE 127:2007 Measurement of LEDs LED lerin ölçümü EN IEC/TR 61341:2010 Light and Lighting Measurement and presentation of photometric data of lamps and luminaires Method of measurement of centre beam intensity and beam angle(s) of reflector lamps Işık ve aydınlatma Lamba ve armatürlerin ölçümü ve fotometrik verilerin sunumu Reflektörlü lambalar için merkez ışın şiddeti ve ışın açılarını ölçme yöntemi LED li Aydınlatma Sistemlerinin EMC ve EMF Ölçümü için Standartlar IEC/EN (2009) IEC/EN (2009) IEC CISPR 15/EN (2009) IEC/EN (2009) Equipment for general lighting purposes EMC immunity requirements Electromagnetic compatibility (EMC) Part 3-2: Limits Limits for harmonic current emissions (equipment input current 16 A per phase) Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment Assessment of lighting equipment related to human exposure to electromagnetic fields Genel aydınlatma amaçlı cihazlar Elektromanyetik uyumluluk gerekleri Elektromanyetik uyumluluk Bölüm 3-2: Limitler Harmonik akım emisyonları için limitler (faz başına giriş akımı 16 A) Elektriksel aydınlatma sistemleri ve benzer cihazlar için, radyo bozunum karakteristiklerinin limitleri ve ölçüm metotları Aydınlatma elemanlarının oluşturduğu elektromanyetik alanın insanlar üzerine etkilerinin değerlendirilmesi

9 Amerika Birleşik Devletleri LED Standartları National Electrical Manufacturers Association American National Standards Institute Illuminating Engineering Society of North America Underwriters Laboratories National Institute of Standards and Technology Amerika Birleşik Devletleri LED Standartları IESNA RP (2005) IESNA TM (2005) IESNA LM (2008) IESNA LM (2008) Nomenclature and Definitions for Illuminating Engineering Technical Memorandum on Light Emitting Diode (LED) Sources and Systems Approved Method: Electrical and Photometric Measurements of Solid State Lighting Products Approved Method: Lumen Maintenance Testing of LED Light Sources Aydınlatma mühendisliği ile ilgili terimler ve tanımlar LED ışık kaynakları ve sistemleri ile ilgili terim ve tanımlar Standart yöntem: Katı hal aydınlatma ürünleri için elektriksel ve fotometrik ölçümler Standart yöntem: LED ışık kaynaklarının zamana bağlı ışık akısı ölçümleri

10 Amerika Birleşik Devletleri LED Standartları ANSI C78.377: 2008 UL 8750 (2009) Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Devices The Standard for Safety of Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use In Lighting Products Katı hal aydınlatma cihazlarının renksel özellikleri Aydınlatma ürünlerinde kullanılan LED ışık kaynaklarının güvenilirlik gereklilikleri IESNA TM-21 (2011) Life Estimation Test Method Ömür öngörü test yöntemi CIE 127:2007 LED lerin ölçümü Düşük güçlü LED lerin ölçümü için yayınlanan CIE 127:1997 teknik dökümanının, yüksek güçlü LED lerin ölçümü için geliştirilmiş hali. Sadece tekil LED çip ölçümleri için ve aşağıdaki özelliklerin ölçümü için kullanılabilir Toplam ışık akısı (lümen) Etkinlik faktörü (lümen/watt) Renk özellikleri (renksel geriverim, renk sıcaklığı) LED lerin sadece fotometre başlığı ile değil, spektroradyometre yardımıyla ölçümü de eklenmiş. LED lerin üretimi için bir standart değildir! LED lerin ısıl davranışları ile ilgili herhangi bir yöntem tanımlanmamış. Jonksiyon sıcaklığı ışık akısı arasında bağlantı kurulmamış. Sadece 25 C ortam sıcaklığında ölçümler için yol gösterici bir doküman.

11 IES LM Standart yöntem: Katı hal aydınlatma ürünleri için elektriksel ve fotometrik ölçümler Kendinden balastlı LED lambaların ve LED armatürlerin ölçümü LED çiplerin, paketlerin ölçümünü kapsamaz Kullanılan Yöntemler Küre fotometre Küre spektroradyometre Gonyofotometre Sonuçlar/Çıktılar Toplam ışık akısı (lümen) Etkinlik faktörü (lümen/watt) Renk özellikleri (renksel geriverim, renk sıcaklığı) Işık dağılım eğrileri Jonksiyon sıcaklığı ile ışık akısı arasında herhangi bir bağ kurulmamış. 25 C ortam sıcaklığında, LED lambaların ve armatürlerin performans ölçümleri için kullanılabilir. IES LM Standart yöntem: LED ışık kaynaklarının zamana bağlı ışık akısı ölçümleri Sadece LED çip, dizi ve modüller için kullanılabilir (armatürler dahil değil!) En az 6000 (tercihen 10000) saat; 55 C, 85 C ve üreticinin belirleyeceği bir paket sıcaklığında, maksimum her 1000 saatte bir veri alınarak test yapılır LED lerin bozulma oranlarını dikkate almaz LED lerin ışık akılarının, ilk durumlarındaki değerine göre azalma miktarını göz önüne alır çalışma saati sonunda ışık akısındaki azalma oranına göre değerler verilmektedir.

12 IES LM Standart yöntem: LED ışık kaynaklarının zamana bağlı ışık akısı ölçümleri LED in tüm ömrü boyunca geçerli olabilecek ekstrapolasyon tanımlarını içermez (TM-21) Konvansiyonel lambalarda 100 saat sonunda ölçüm başlanıyor, LED lerin ölçümleri için herhangi bir ön-çalışma saati yok Ekonomik ömür (toplam ışık akısının lambaların kullanılmaz hale gelmeleri ve ışık akılarının azalmalarından dolayı yaklaşık % 30 değer kaybetmesi için geçen süre) ve ortalama ömür(normal şartlarda lambaların % 50 sinin kullanılmaz hale gelmesi için geçen süre) tanımları yok Ortam sıcaklığı 25 C ± 1 C olmalı Çıktı/Rapor: Test edilen kaynakların özellikleri, ortam koşulları (sıcaklık, hava hızı, bağıl nem), ölçülen kaynakların ölçüm noktası sıcaklıkları, elektriksel özellikler, Işık akısı değişimi, renksel özelliklerin değişimi verilmeli Paket sıcaklığının tanımı belirgin değil, üreticinin belirleyeceği ölçüm noktası ifadesine yer verilmiş. Sadece belirli üreticiler için ölçüm noktaları mevcut Ölçüm noktasının yerine göre jonksiyon sıcaklığı hesabı yapmak mümkün değil. Kullanacağımız LED leri aynı noktadan ölçemezsek, LM80 verileri yanıltıcı olabilir IES TM-21 LM den aldığı veriyi kullanır (minimum 6000 saatlik ölçüm) LM deki ölçümler saat üzerinden gerçekleştirildiyse, son 5000 saati dikkate alınır Ölçümler saatten daha uzun periyotta gerçekleştirildiyse son yarısını dikkate alır Ölçülen değerlerin dikkate alınan bölümü, Arrhenius denklemi yardımı ile «ekstrapole» edilir

13 Ölçümler (Isıl Işık Akısı) R th =? T j =? LED LED-PCB arası termal macun veya pad PCB PCB sıcaklık Kontrolcüsü arası Termal macun veya pad Sıcaklık kontrolcüsü LED lerin ışık akıları jonksiyon sıcaklığına bağlı verilmeli Jonksiyon sıcaklığının belirlenmesi ve ölçülmesi için standart bir yöntem geliştirilmeli Ölçüm yapılacak düzenekteki katman detayları standartlaştırılmalı veya ölçüm için yeni öneriler getirilmeli LED in jonksiyon noktasından, pcb ye ısı iletimini sağlayan bölümü için üreticiler termal direnç değeri vermeli (termal direncin nasıl belirlendiği standartlaştırılmalı) Sonuçlar LED konusunda şu an geçerli olan standartlar genellikle LED çip ve modül ağırlıklıdır. Son yıllarda armatür formatındaki (farklı çalışma sıcaklıklarında) LED ve LED li aydınlatma sistemlerinin performanslarını ölçme amaçlı standartların oluşturulması için çalışmalar devam etmektedir. Çalışma sıcaklığı (Tj-Jonksiyon Sıcaklığı) LED ışık kaynaklarının ışık akılarını, ömürlerini, renk özelliklerini etkilemektedir. Jonksiyon sıcaklığına bağlı ışık karakteristiklerinin ölçümündeki belirsizlikler ortadan kaldırılmalıdır.

14 Sonuçlar Aydınlatma armatürleri fotometrik verileri nin elde edilmesi için oluşturulmuş mevcut standartlarda, konvansiyonel kaynaklar için tanımlanmış ölçüm yöntemlerinin geçerliliği de sorgulanması ve acilen çözümlenmesi gereken bir konudur. Varolan aydınlatma standartları geçerlidir! LED için özel bir standart olmadıkça, genel aydınlatma için geçerli olan standartlar LED li armatürler için de uygulanmak zorundadır. ilginize teşekkür ederim Aydınlatma Türk Milli Komitesi İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü Ayazağa Kampüsü 34469, Maslak - İstanbul tel: faks: E-posta: atmk@itu.edu.tr E-posta: byurtseven@itu.edu.tr.