Illuminazione a Led di ultima generazione

LED & DRIVER –

L’innovazione continua, resa possibile dalla cooperazione e dalle sinergie tra i fornitori di Led e di driver, permette di risolvere le problematiche legate all’illuminazione a Led di ultima generazione

Il settore dell'illuminazione sta attraversando un momento di grande trasformazione in seguito allo sviluppo di numerose nuove tendenze, le quali richiedono un approccio sinergico a livello di sistema e una collaborazione tra fornitori di componenti Led e di circuiti integrati per driver Led in modo da combinare l'esperienza di entrambi. La tendenza principale consiste nella comparsa di nuovi operatori sul mercato, accompagnata dalla riduzione del prezzo dei sistemi di illuminazione, per la cui realizzazione venivano in passato impiegati principalmente i Led. Con l'evolversi dei sistemi di illuminazione, oggi le distinte base comprendono sempre più driver, moduli per stadi di potenza e dispositivi di protezione dei Led; inoltre, crescono le pressioni per ridurre ulteriormente i costi a livello di sistema. Un altro trend che sta rivoluzionando il settore riguarda la crescente domanda di efficienza energetica, che non richiede più un approccio a livello di componenti bensì a livello dell'intero sistema. Con il passaggio al Digital Power, i produttori di circuiti integrati per driver, moduli per stadi di potenza e componenti Led possono trarre vantaggio dalla flessibilità offerta dal controllo digitale e ottimizzare la conversione di potenza a livello di sistema. Infine, la complessità di progettazione dei sistemi non procede di pari passo con l'utilizzo pervasivo e sempre più diffuso dei Led in più segmenti e per varie applicazioni secondarie nel campo dell'illuminazione: molti progettisti, infatti, non possono più dedicare il tempo necessario per integrare gli aspetti relativi alla progettazione delle soluzioni di gestione dell'alimentazione con il resto del sistema. Ed è qui che entrano in gioco i moduli miniaturizzati, dotati di Led e circuiti integrati per driver semplici e facili da utilizzare.

I vantaggi dei Led

Uno dei tanti vantaggi dell'illuminazione a Led consiste nella possibilità di azionare i Led a diverse correnti di pilotaggio e con molteplici configurazioni. A differenza delle tradizionali sorgenti luminose come le lampade fluorescenti, le lampade ad incandescenza e così via, le lampade a Led possono avere forme e dimensioni diverse. Tuttavia ciò pone delle problematiche per quanto riguarda la progettazione dei driver. A causa di una curva di adozione non completamente matura, per ogni singolo progetto dovranno essere utilizzati driver personalizzati finché il mercato non sarà standardizzato. Se si considerano inoltre i requisiti a livello di regolazione dell'intensità luminosa e altri comandi, la progettazione dei driver diventa effettivamente complessa e costosa. Anche l'applicazione in sé pone una serie di problematiche, che si tratti di proiettori da esterno o faretti da interno azionati da alimentatori Ca o bus/alimentatori Cc. Sulla base di questi elementi Infineon ha sviluppato .dp, una serie di circuiti integrati digitali per driver Led con tecnologia Digital Power 2.0 che, se utilizzati insieme con innovativi moduli per stadi di potenza, forniscono una soluzione in grado di far fronte alle attuali tendenze del mercato e soddisfare al contempo le esigenze dei clienti. La struttura interna del controller consiste in una soluzione basata su un processore di segnale digitale dedicato/ottimizzato con funzionalità avanzate di gestione dell'alimentazione e periferiche di protezione.
L'elevato livello di integrazione e la programmabilità offrono una serie di vantaggi, tra cui l'azionamento di più driver a correnti di pilotaggio diverse (flessibilità), nonché funzioni quali la compatibilità con le interfacce da 0-10 V o le interfacce Dali (progettazione modulare). È anche possibile gestire più varianti di alimentazione Ca e tensioni in ingresso Cc con topologie diverse (boost, buck, fly-back e così via). Inoltre, dal momento che la maggior parte delle modifiche avviene a livello di firmware, le problematiche relative ad esempio al time-to-market e alla gestione delle varianti possono essere risolte in modo estremamente efficace. Grazie alla tecnologia digitale, le funzionalità di diagnostica e di comando/controllo (ad esempio sensori di lettura, Nts e così via) risultano notevolmente migliorate. Con il digitale è perfino possibile eseguire controlli avanzati, come ad esempio la correzione della base dei tempi per evitare la riduzione dell'intensità luminosa delle lampade o la compensazione della temperatura durante il color mixing per ottenere i colori oppure una luce bianca regolabile. La protezione tramite codice e la conseguente differenziazione dei clienti sono garantite mediante metodi che impediscono la lettura del contenuto presente in memoria. Può essere inoltre aggiunto un codice personalizzato in modo da consentire un'ulteriore differenziazione.
Se il passato fornisce indicazioni per il futuro, sulla base di questo approccio i componenti Led saranno sempre più efficienti e con una maggiore resa luminosa. Per il futuro si prevede inoltre che i produttori di Led come Philips Lumileds saranno impegnati in un processo di innovazione continua in tempi record per soddisfare la domanda dinamica di un mercato in rapida evoluzione. Se da un lato l'ampia scelta e l'introduzione di soluzioni Led sempre più specifiche per l'applicazione rappresentano un "ostacolo" per gli integratori di sistemi, i quali non riescono a stare al passo, dall'altro i produttori di lampade continuano ad arricchire la loro gamma di prodotti con nuove opzioni in termini di consumo energetico, resa luminosa, durata e così via. Ed è proprio questa ampia scelta di prodotti a dettare la flessibilità dei componenti a livello di sistema, tra cui i sottosistemi per driver Led.

Flessibilità a livello di sistema

Prendiamo l'esempio dei faretti a Led. Negli anni scorsi i faretti erano costituiti principalmente da stringhe Led ad alta potenza in serie, le quali richiedevano una corrente di pilotaggio relativamente alta a una tensione diretta relativamente bassa. In seguito alcune aziende hanno adottato soluzioni CoB (Chip on Board) con varie configurazioni di corrente/tensione a seconda della configurazione seriale o parallela di un determinato prodotto. In un futuro prossimo, se non oggi stesso, i faretti potrebbero essere realizzati utilizzando una serie di Led a media o bassa potenza in un'ampia gamma di configurazioni e opzioni. In entrambi i casi, le varie configurazioni Led richiederebbero una riprogettazione del driver Led in base alle normative internazionali relative all'affidabilità, alla protezione antincendio e alla sicurezza, con tutte le complessità che ne derivano. I circuiti integrati .dp e i moduli per stadi di potenza Infineon eliminano tali complessità attraverso la semplice riprogrammazione del sistema basato su Dsp, garantendo così un'efficienza ottimale con numerose configurazioni Vf/If. Un produttore di lampade potrebbe anche valutare la possibilità di espandersi in mercati diversi, come quello residenziale, professionale o industriale. A differenza delle geometrie di sistema, che potrebbero rimanere invariate, il prezzo al dettaglio, le prestazioni in termini di emissione luminosa o i requisiti della garanzia potrebbero invece differire. Per garantire flessibilità in modo scalabile occorre ridurre al minimo il numero di sottocomponenti dei sistemi fissi, rendendoli programmabili mediante l'impostazione di parametri. Prendiamo sempre l'esempio dei faretti e confrontiamo una soluzione residenziale con una professionale. Un faretto all'interno di un'abitazione privata e un faretto nel corridoio di un albergo hanno due profili di utilizzo completamente diversi. L'utente residenziale è interessato soprattutto al costo di acquisto iniziale, mentre il proprietario dell'hotel considera i costi totali di gestione. In uno scenario simile, il produttore di lampade può scegliere tra due light engine - uno a basso costo e l'altro con un elevato grado di efficienza e affidabilità - ciascuno dei quali richiede in genere configurazioni del driver diverse. Con i circuiti integrati .dp e i moduli per stadi di potenza Infineon, è possibile implementare lo stesso sottosistema di driver con il firmware appropriato e soddisfare i requisiti di entrambe le applicazioni con uno sforzo minimo in termini di progettazione e qualificazione.
Un altro vantaggio dei sottosistemi di driver Led programmabili basati su Dsp consiste nella calibrazione di fine linea. Prendiamo per esempio una lampada interscambiabile, ma che per ragioni di uniformità deve avere la stessa resa luminosa di altre lampade per l'intera durata utile prevista. In un negozio di illuminazione dove per la merce esposta si utilizzano lampade e apparecchi altamente specializzati, è fondamentale che le lampade appena aggiunte o sostituite abbiano visivamente la stessa intensità luminosa di quelle già installate. In questo caso sono due gli aspetti da considerare. Il primo è la riduzione dell'intensità luminosa nel tempo, che può essere compensata aumentando lentamente la corrente di pilotaggio in base a una curva di compensazione della corrente preprogrammata o predefinita oppure applicando modelli di compensazione personalizzati specifici per una determinata applicazione o esigenza. In secondo luogo, data la sempre maggiore efficienza dei componenti Led, le nuove versioni della stessa lampada potrebbero avere una resa luminosa analoga consumando meno corrente. Allo stesso tempo, correnti di intensità inferiore comportano minori sollecitazioni e un deterioramento più lento, influenzando così la stabilità dell'emissione luminosa nel lungo periodo. A questo proposito potrebbe essere necessario modificare leggermente l'algoritmo di compensazione relativo alla resa luminosa.

Problematiche e opportunità

In conclusione, le tendenze e i requisiti emergenti nel campo dell'illuminazione, in combinazione con una più ampia adozione dei Led, stanno dando luogo sia a nuove problematiche che a interessanti opportunità di mercato. Nel settore, inoltre, non mancano le pressioni per ridurre i costi dei sistemi, soddisfare la crescente domanda di efficienza energetica e gestire la maggiore complessità a livello di progettazione. Per far fronte ai trend emergenti e ai nuovi requisiti, le aziende del settore devono adottare soluzioni per l'azionamento dei Led flessibili e modulari come i moduli per stadi di potenza e i circuiti integrati digitali della serie .dp di Infineon. Mediante l'impostazione dei parametri o le modifiche a livello di firmware è possibile garantire flessibilità a ogni livello del processo di sviluppo del prodotto o del flusso di produzione. I produttori di lampade potranno trarre vantaggio dalla continua innovazione nel settore dei Led estendendo la loro attività ad altri segmenti di mercato e aumentando il numero di varianti di prodotto all'interno di ciascun segmento. Per rispondere efficacemente alle nuove tendenze ed esigenze del settore dell'illuminazione occorre anche adottare un approccio sinergico a livello di sistema. A tale proposito è possibile implementare misure di controllo avanzate come la correzione della base dei tempi, la compensazione della temperatura o la calibrazione di fine linea. Ciò avviene mediante curve caratteristiche predefinite per quanto riguarda i Led oppure attraverso il rilevamento di importanti parametri a livello dell'applicazione. Tra i produttori di Led come Philips Lumileds e i fornitori di circuiti integrati per driver come Infineon è necessaria una stretta collaborazione in modo da trarre vantaggio dalle sinergie a livello di sistema e sfruttare appieno il potenziale di innovazione dei Led nel settore dell'illuminazione, nelle diverse fasi della supply chain e per i clienti finali.

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