ハイパワーLEDフラッドライト（100W、200W、300W、400W、500W）
アプリケーション
ハイパワーLEDフラッドライト(100W ～ 500W) は、エリア、道路、タスク、またはアクセント照明に相当な量のルーメンを提供するように設計されています。この多用途の屋外照明器具ファミリーは、強く焦点を絞った光線で対象地点をスポットライトする場合でも、強い白色光で広いエリアや垂直面を均一に照明する場合でも、定義されたゾーンにわたる指向性照明を必要とする一連の用途に適しています。これらの照明器具は、駐車場、空港、貨物ターミナル、高速道路のインターチェンジ、運動場、ゴルフコース、料金所、工業用地、屋外保管場所などの特定の幾何学的エリアを照らすための盛り上がった光源として使用できます。高出力 LED 投光器は、ファサード、記念碑、柱、象徴的な構造物などの建築要素を強調して強調するためにも使用されます。フラッドライトは狙いを定めることができ、適切なビーム設計、位置、取り付け高さと併せて、非常に効果的でありながら柔軟な屋外照明ソリューションに貢献します。
メタルハライドライトのデメリット
LEDフラッドライト電力を大量に消費し、メンテナンスに手間がかかる従来の器具よりも優れた性能を発揮するように作られています。これまで、高ルーメン出力の投光照明用途はメタルハライド ランプが主流でした。メタルハライド ランプは、白熱ランプに比べて最大 20 倍のランプ寿命と 4 倍の効率を備え、非常に高いワット数 (最大 2,000 ワット) で入手可能ですが、多くの懸念事項が生じる可能性があります。
これらのランプは、高温 (900 ～ 1,100 度) および高圧 (520 ～ 3,100 kPa) で動作します。寿命が尽きると、火災の危険を引き起こす可能性のある非受動的故障が発生する可能性があります。-
低ワット数の電球は 20,000 時間も持続する可能性がありますが、スタジアムの備品で一般的に見られる 1500 W 電球などの高ワット数の電球は、通常、電球の寿命が 3,000 時間台と大幅に短くなります。
起動時間とホット再点火時間が長く、頻繁なオン / オフ切り替え操作では寿命が短くなるため、メタルハライド システムを使用した照明制御の潜在的なエネルギー節約の可能性を活用することはできません。{0}
メタルハライド投光器の使用に関するもう 1 つの懸念事項は、高い光損失です。メタルハライドランプは全方向に光束を放射するため、光取り出し効率が低くなります。
高ワット数のランプでは、光を捕捉して配光するために大型で複雑な光学デバイスが必要となることが多く、照明器具のコストとサイズが増加するだけでなく、風荷重と重量も増加します。
LED照明チャンスの世界を開く
過去 10 年にわたり、投光照明技術は HID から LED へ大きく移行しました。この根本的な変革は、LED 照明によってもたらされる一連の魅力的な利点によって促進されます。 LED の発光効率は、以前の照明技術を上回り 200 lm/W を超えていますが、まだ改善の余地が大きくあります。 LED照明の最大の利点は、光源効率の大幅な向上だけではありません。光源効率の向上だけでなく、より大きなエネルギー節約を実現できる機会は、さらに驚くべきものです。 LED 照明では、光配信効率、スペクトル効率、強度効率などの照明アプリケーション効率 (LAE) のさまざまな側面を考慮し、さまざまなアプリケーションに合わせて最適化できます。-
LED のユニークな物理的および光学的特性により、ターゲットに光をより効果的に届けることができます。精密に設計された光学系により、LED が発する光の 90% 以上を照明器具から抽出し、定義されたターゲットに正確に分配できます。比較すると、メタルハライドランプによって生成される光の 30% 以上が器具内で失われ、器具から漏れるすべての光が意図した用途に役立つ方向に届けられるわけではありません。
LED のアレイを配置して面発光デバイスを形成し、パッケージ スケールの光学制御と組み合わせることで、高い照度均一性を備えた正確に制御可能な分布を実現し、照明の品質を向上させ、照明器具の設置を最小限に抑えることができます。{0} LED 投光器は、完全な瞬時調光機能と頻繁なオン/オフ切り替え操作に耐える機能を備えているため、オンデマンドで適切な量の光を供給するように制御でき、エネルギー使用量を削減できます。LED照明は、スペクトル パワー分布 (SPD) を正確に制御する新しい機能を提供し、LER と視覚パフォーマンスを最大化する色品質を規定することができます。
エネルギー節約はすぐに利益をもたらしますが、ROI (投資収益率) のかなりの部分は、エネルギーの使用によるものです。LEDフラッドライト維持費の削減によるものです。 HID 照明のメンテナンス コストは、交換用のランプ、人件費、設備の費用を考慮するとすぐに膨れ上がりますが、LED テクノロジーを使用すると、数年または数万時間の定格耐用年数の間、実質的にメンテナンス不要の照明システムを作成できる機会が得られます。-
設計と構成
ハイパワーLEDフラッドライト熱、光学、電気の動作が相互に依存しているため、システムは複雑です。一連のシステム コンポーネントは、動作環境の最適に制御された条件下で LED がその能力を最大限に発揮できるように、統合された全体を形成するために連携して動作する必要があります。機械的強度、熱管理、光学制御、電源、環境保護を提供するために LED パッケージが組み込まれるシステムは、LED の潜在的な性能と特定の用途における照明器具の価値を最大限に引き出すことに大きな影響を与えます。
高出力 LED フラッド ライトは、完全に統合されたシステムまたはモジュール式アセンブリのいずれかです。完全に統合された LED フラッド ライトには単一の光エンジンがあり、他のコンポーネントの設計は光エンジンのニーズを満たすことに特化しています。モジュール式LEDフラッドライト複数の LED モジュールで構成されています。これらのモジュールは、ドライバ回路を除くすべての機能コンポーネントを組み込んだ自己完結型の光エンジンです。-統合設計は通常、定格ワット数が 300 W 未満のシステムで使用されます。モジュラー設計により、照明器具の構成に高い柔軟性が提供されるだけでなく、高ワット数の LED 投光器を構築するためのシステムの拡張性も提供されます。
光源
投光照明用途に採用されている現在の LED 技術では、InGaN- ベースの青色 LED と蛍光体ダウンコンバータ-を組み合わせた蛍光体変換 LED によって白色光が生成されます。蛍光体変換 LED は、さまざまな技術プラットフォームを使用してパッケージ化されており、そのため、構成材料、パッケージ構造、製造プロセスに基づいてさまざまな性能特性が得られます。さまざまなパッケージ プラットフォームの使用に関連して LED の性能特性に最も影響を受けるのは、発光効率、ルーメンの低下、および色度点の安定性です。
中出力 LED は他のタイプの LED より発光効率が優れていますが、ルーメンの低下やカラーシフトに対する耐性が最も低くなります。{0}}反射ハウジングの構築に使用されているプラスチック樹脂は、熱や光による劣化を起こしやすいです。チップオンボード (COB) LED は、セラミック基板またはメタルコア プリント基板 (MCPCB) 上に LED チップを組み立てた結果として熱安定性が向上していますが、LED チップの高密度アレイは過剰な量の熱を生成し、熱経路を圧倒し、蛍光体に高い熱応力を導入する可能性があります。
セラミック ベースの高出力 LED とチップスケール パッケージ（CSP）LED の基本的なパッケージング哲学は、LED のアクティブ領域から熱を抽出するための高効率の熱経路を提供します。{0}これらの LED は、高い動作温度と駆動電流でも優れたルーメン維持を示します。
LED は、演色性能と相関色温度 (CCT) を定義する特定の SPD を持つものとして特徴付けることができます。 LED のスペクトル挙動は、蛍光体ダウン コンバーターの組成によって異なります。-。色の品質と発光効率の間のトレードオフは依然として残っています。-この点における LED パッケージの選択は、アプリケーションの要件に応じてさまざまな方向に変化します。
熱管理
熱管理は、高出力 LED 照明システムにとって依然として普遍的な課題です。一般に、LED は入力電力の 50% 以上を半導体ダイで熱として放散します。 InGaN- ベースの白色 LED は、高い駆動電流で効率の低下を示します。駆動電流が高くなるほど、電力が熱に変換される割合が高くなります。さらに、高光束密度 LED パッケージ内で短波長 (青色) を長波長 (黄色) に変換する蛍光体ダウンコンバージョン-は、大量のストークス熱を生成します。
熱は、廃棄物の生成速度を超える速度で LED パッケージから除去する必要があります。熱の蓄積により LED パッケージが過熱し、最終的には蛍光体とパッケージ材料の劣化によるルーメンの低下とデバイスの故障につながるだけでなく、ダイオードの活性領域での結晶欠陥の形成や貫通転位の成長も増加します。
熱管理の目標は、LED やその他の温度に敏感なコンポーネントの温度を機能上の絶対最大制限内に確実に維持することです。{0}自己発熱する半導体デバイスを効果的に冷却するには、-LED 接合部と周囲空気の間の熱経路に沿ったすべてのコンポーネントの熱抵抗を最小限に抑える必要があり、ヒートシンクは熱を吸収して周囲空気に対流させる適切な能力を備えていなければなりません。 LED 接合部からヒートシンクへの熱伝導による廃熱の効率的な伝達には、より信頼性が高く熱伝導容量の高いはんだ接合 (またははんだ不要の相互接続) の形成と、低熱抵抗の MCPCB およびサーマル インターフェイス材料の使用が含まれます。
放熱を促進するために、ヒートシンクとハウジングはLEDフラッドライト通常、一体品として形成され、押出、冷間鍛造、またはダイカストプロセスを使用して低銅アルミニウム合金から作られます。パッシブ ヒートシンクは通常、空気力学的に設計されたより大きな物理体積の構造で構成されており、有効表面積と対流熱伝達係数を同時に最大化します。
ドライバーおよび制御回路
の寿命と性能を決定する重要な部分ハイパワーLEDフラッドライトドライバーです。リニア電源はコストと複雑さの魅力的な削減をもたらしますが、高出力 LED システムの動作に使用される LED ドライバのほとんどはスイッチング電源として設計されています。このような LED ドライバーに関連するコストは比較的高くなりますが、この欠点は、より高効率の電力変換、より高品質の出力、および異常な動作条件に対する LED のより堅牢な保護を提供するドライバーの能力によって大幅に補われます。メインの AC- DC 電力変換に加えて、SMPS LED ドライバは多くのサブタスクを順次または並行して実行します。-これらのサブタスクには、高調波の低減と力率補正、電磁干渉 (EMI) のスクリーニングとフィルタリング、一次側と二次側の間のガルバニック絶縁、駆動電流調整、調光制御、過電圧、短絡、過負荷、および過熱障害に対する保護が含まれます。{6}}。
通常、LED ドライバは 2 段階のトポロジを実装します。{0}アクティブ PFC ステージとその後に続く DC- DC コンバーターステージを含む LED ドライバーは、高い回路効率で実質的に定電流を負荷に供給すると同時に、高電圧動作と超広い入力電圧範囲 (例: 120～277 VAC、347-480 VAC、120-480 VAC、90～528 VAC) を可能にし、接続された LED に高い耐性を提供します。モジュール。 (落雷密度が高い地域では、外部サージ保護装置を追加する必要があります。)対照的に、単段 LED ドライバは、高出力アプリケーションでは多くの制限に直面します。これには、低いコンバータ効率、狭い動作電圧、高い EMI 特性、サージ保護コンポーネントのサイズとコストの増加、狭い調光範囲、および高い出力電流リップル (フリッカ) 特性が含まれます。
制御戦略の一部として調光が必要な場合、ドライバは定電流低減 (CCR) やパルス幅変調 (PWM) を通じて出力電流調整をサポートするように構成できます。{0}{1}アナログ インターフェイス (1-10VDC) またはデジタル インターフェイス (DALI、ZigBee、Z-Wave など) を介して制御入力を受け入れることができます。
配光
ハイパワーLEDフラッドライト一般に、すべての放射光を照射対象の表面の一般的な方向に分配する直接照明システムです。これらの照明器具は、対称および非対称のビーム パターンで利用でき、配光は狭いスポットから広いフラッドまで多岐にわたります。照準可能な照明器具の配光は、通常、照明器具の画角に基づくビームの広がりで表されます。ビームの広がりは 1 ～ 7 の NEMA ビーム タイプに分類されることが多く、狭いビームほどビーム タイプ番号が小さく、幅の広いビームほど番号が大きくなります。
LED の指向性の性質により、一部のエリアや投光照明用途で二次光学系の使用を排除できます。ただし、ほとんどのアプリケーションでは、光源からの光束を制御されたビームに調整するために特殊な光学系を使用する必要があります。光学制御LEDフラッドライト通常、反射鏡またはレンズを使用して実現されます。 LED は光源から光束を直接抽出する機会を提供するため、二次光学系は通常、パッケージ スケールの光学システムとして設計されます。-投光器光学系の非常に一般的な設計では、全反射 (TIR) が利用されます。
TIR 光学系は、半値全幅 (FWHM) 角度幅が 10 度と狭く、光学効率が 92% という滑らかな円形ビームを生成できます。ただし、TIR 光学部品は通常、熱安定性が限られたプラスチックから成形されます。これらは、蛍光体ダウンコンバータの温度が 150 ℃ に近づく可能性がある-高出力 LED の自己発熱によって熱ストレスを受ける可能性があります。-照明システムが光学系の熱安定性に高い要求を課す場合、精密に設計されたアルミニウム リフレクタ システムがより適切な選択肢となる可能性があります。
環境に起因する障害との闘い-
屋外照明器具は、過酷な環境や極端な気象条件に継続的にさらされます。ハイパワーを実現するために環境条件を厳密に制御するLEDフラッドライト熱管理、光学エンジニアリング、駆動電流調整と同じくらい重要です。あらゆる方向からの粉塵の侵入や雨/水の侵入から照明システムを保護するために、照明器具のすべての侵入点と材料の移行点を総合的にシールすることが必須です。光学アセンブリは、ほこりの排出を促進する強化ガラス レンズで保護する必要があります。環境条件が変化したり、照明システム内の温度が変化したりすると、圧力 (シールにストレスがかかります) や結露 (レンズが曇ります) が密閉された光学エンクロージャ内に蓄積する可能性があります。密閉された筐体にメンブレンベントを設置すると、圧力の均一化と結露の除去が可能になります。化学変換コートと保護パウダーコート仕上げにより、アルミニウムハウジングに耐食性を与えます。
照明器具は、衝撃や振動などの機械的衝撃に対して優れた耐性を備えて構築される必要があります。機械的衝撃の影響下での LED パッケージと MCPCB 間のはんだ接合の信頼性については、慎重に考慮する必要があります。
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-flood-light/bright-led-flood-lights.html
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