La iluminación eléctrica empezó a ser desarrollada hace muchos años y se sigue perfeccionando actualmente para ser cada vez más inteligente. Las tecnologías de iluminación se dividen en términos generales en cuatro tipos de iluminación: incandescente, fluorescente, halógena y LED (diodos emisores de luz). Cada uno produce luz utilizando una técnica diferente y se fabrica de forma diferente. Entre estas cuatro tecnologías, los LED son la forma más popular de iluminación artificial y se han vuelto esenciales para la sociedad moderna. Evidentemente, existen otras tecnologías de iluminación usadas menos frecuentemente, como la iluminación de neón, argón, plasma, aceite, carbón, carburo, haluro metálico, vapor de sodio y xenón.

Basada tradicionalmente en los estilos de los sistemas de iluminación, la iluminación se divide en dos tipos: lámparas y LED. Las lámparas son un componente reemplazable que produce luz a partir de la electricidad y pueden ser incandescentes, fluorescentes o halógenas. Los LED solían tratarse de forma diferente en el pasado, pero a medida que la tecnología de iluminación LED ha avanzado rápidamente, los LED ofrecen enormes oportunidades. En la actualidad los LED también se presentan en arrays y en muchas otras configuraciones para la innovación en los factores de forma de la iluminación, y se adaptan a una mayor variedad de aplicaciones que las tecnologías de iluminación tradicionales.

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LED de alto brillo (HBLED)

Los LED de alto brillo son una nueva generación de LED lo suficientemente brillantes para aplicaciones de iluminación de interiores y exteriores, arquitectónica, retroiluminación de displays, señalización y automoción. Como su nombre lo indica, estos LED de alto brillo ofrecen niveles mucho más altos de luminosidad que los LED estándar. Una de las principales razones para usar los LED de alto brillo es su eficiencia mejorada en relación con otros tipos de Lámparas. Vale la pena comparar los HBLED con otras Lámparas en cuanto o los lúmenes por vatio.

Los LED de alto brillo son LED que producen más de 100 lúmenes (1 candela = 12,5 lúmenes). No se deben confundir con los LED de alta potencia. Aunque pueden ser los mismos, la alta potencia se refiere al consumo energético, no a la salida de luz. En general, se asume que un LED de alta potencia consume más de 1 W en potencia.

Los HBLED son eficientes energéticamente, ecológicos, de bajo consumo y duran más tiempo que las bombillas incandescentes o fluorescentes compactas promedio. En comparación con los LED estándar, los LED de alto brillo tienen varias ventajas, como un mayor brillo, una vida más larga, un precio más económico y la compatibilidad de fabricación RoHS. Los productos ópticos de diseño de precisión, las múltiples distribuciones, las salidas de lúmenes y las temperaturas de color hacen que los HBLED sean ideales para las aplicaciones industriales, comerciales, de fabricación y gimnasios, entre otros, que utilizan Lámparas de intensidad de descarga y fluorescentes lineales en techos altos.

Los LED de alto brillo requieren una corriente directa mucho mayor de 350 mA, más de lo que puede ofrecer un E/S microcontrolador. Una solución es alimentar el LED directamente a partir de la red eléctrica y añadir un MOSFET en serie con el LED para controlar el brillo. El segundo método es utilizar controladores de señales digitales que ofrecen varias características que permiten un control preciso de los LED de alto brillo. Estas características incluyen un convertidor de analógico a digital de 10 bits de alta velocidad, un PWM de alta velocidad flexible, un comparador analógico de alta velocidad con un tiempo de respuesta rápido de 20 ns y un esquema de reloj flexible con una velocidad operativa de 40 MIPS.

Lámparas

La iluminación artificial se basa en sistemas: Lámparas, balastos, iniciadores, luminarias y controles. Los balastos son necesarios para las Lámparas de descargas para conectar la lámpara con la red eléctrica. Las Lámparas, los balastos y los iniciadores se montan en la luminaria con el cableado y las bases de la lámpara, los reflectores distribuyen y redireccionan la luz emitida desde la lámpara, y las rejillas protegen al usuario del deslumbramiento. Los balastos dan una corriente controlada a las Lámparas y son un componente esencial en cualquier sistema de iluminación de descarga. Los balastos electrónicos que cumplen con los esquemas de eficiencia energética CELMA clase A1 y A2 son los que más ahorran energía.

Se debe tener en cuenta las siguientes características al elegir una lámpara para una aplicación: la eficacia luminosa, la vida de la lámpara, la calidad de la luz, el efecto en las circunstancias ambientales, la luminaria y los costes de compra y funcionamiento.

Los diferentes tipos de Lámparas que se utilizan son las Lámparas incandescentes, las Lámparas halógenas de tungsteno, las Lámparas fluorescentes, las Lámparas fluorescentes compactas, las Lámparas de descarga de alta intensidad, las Lámparas de mercurio, las Lámparas de haluro metálico, las Lámparas de sodio de alta presión y las Lámparas sin electrodos. Durante el último siglo, cada uno de estos tipos de Lámparas ha experimentado un ritmo constante de pequeñas mejoras en los materiales, el diseño, la calidad de la luz, la eficiencia energética y la eficiencia en la fabricación.

En una lámpara incandescente que también se conoce como lámpara de servicio de iluminación general, la luz se produce al conducir la corriente mediante un filamento de tungsteno. La temperatura operativa de los filamentos de tungsteno en las Lámparas incandescentes es de cerca de 2.700 K. Por consiguiente, la emisión principal tiene lugar en la región infrarroja.

Las Lámparas halógenas de tungsteno se derivan de las Lámparas incandescentes. Dentro de la bombilla, el gas halógeno limita la evaporación del filamento y redeposita el tungsteno evaporado en el filamento mediante algo conocido como el ciclo halógeno.

Una lámpara fluorescente es una fuente de luz de descarga de gas de baja presión en la que la luz se produce predominantemente por medio de polvos fluorescentes activados por radiación ultravioleta generada por descarga en mercurio. El rendimiento de una lámpara fluorescente es sensible a la temperatura ambiente.

La CFL es una variante compacta de la lámpara fluorescente. La longitud general se reduce y el tubo de descarga tubular con frecuencia se dobla entre dos a seis dedos o un espiral. Para un reemplazo directo de las Lámparas de filamentos de tungsteno, dichas Lámparas están equipadas con balastos internos y tapas de tornillo o bayoneta.

En las Lámparas de mercurio, la luz se produce con el paso de la corriente eléctrica por el vapor de mercurio. Una descarga en arco en vapor de mercurio a una presión de cerca de 2 bares emite cinco líneas espectrales fuertes en las longitudes de onda visibles de 404,7 nm, 435,8 nm, 546,1 nm, 577 nm y 579 nm.

Controladores LED

Los LED han entrado en el campo de la iluminación usando compuestos y estructuras de materiales semiconductores modernos de gran eficiencia. La iluminación de estado sólido ofrece nuevas posibilidades y ventajas para el usuario final. Al usar los controladores, las estrategias de control y los LED adecuados, es posible controlar los aspectos cualitativos y cuantitativos de la luz. Los Controladores LED son dispositivos de baja tensión que convierten la potencia de tensión de 120/220/277 V a la baja tensión necesaria para los LED y también pueden interpretar señales de control para oscurecer los LED. Los Controladores LED vienen en tensión constante o corriente constante. Estos dos tipos de controladores no son intercambiables, y es el diseño de la carga del LED lo que determina el controlador adecuado. Tanto las Lámparas como los sistemas LED requieren controladores.

Existen dos formas de controlar el brillo de un LED. El primer método es usando el oscurecimiento analógico, que implica variar la corriente directa que pasa por el LED para ajustar el brillo. El segundo método utiliza una técnica de oscurecimiento digital, que implica encender y apagar la corriente directa por cortos periodos de tiempo. El ojo humano promedia esos tiempos de encendido y apagado para percibir el brillo.

La forma más económica y básica para controlar los LED es usando una fuente de alimentación de tensión constante y una resistencia en serie con el LED para limitar la corriente que pasa por este último. La resistencia seleccionada depende de la magnitud de la fuente de tensión (VIN), el valor de la tensión directa del LED y la corriente directa del LED.

La fuente de alimentación lineal (LPS) es una forma económica, simple y fiable para controlar LED. Las LPS se basan en un circuito integrado de regulador lineal o en transistores de junta bipolar o de efecto de campo, que funcionan en la región lineal. Las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) carecen de las desventajas principales de las fuentes de alimentación lineales y, por consiguiente, son la solución principal para controlar LED. Como los LED son componentes CC, solo se tienen en consideración los tipos de SMPS CC/CC y CA/CC. Sus ventajas principales en comparación con las fuentes de alimentación lineales son su eficacia, controlabilidad, tamaño pequeño y peso ligero. Una SMPS puede ofrecer, si es necesario, corrientes altas (por ejemplo, de más de 30 A) a tensiones muy bajas.

La selección de la topología más adecuada para controlar los LED depende de los estándares, las especificaciones y los requisitos de aplicación, como las condiciones del ambiente operativo, la tensión de entrada del sistema, la tensión directa de los LED, el número de LED y la distribución de los circuitos.

Los dispositivos inteligentes generalmente se basan en microcontroladores de conmutación ASIC que incluyen memorias flash programables (EEPROM), varios controladores de modulación de ancho de pulso en chip (PWM) y canales ADC (convertidor de analógico a digital) y DAC (convertidor de digital a analógico). Los Controladores LED basados en microcontroladores ofrecen beneficios adicionales al sistema, como flexibilidad operacional, eficiencia, fiabilidad, controlabilidad e inteligencia.

Tiras y barras LED

Una tira de luz LED es una placa de circuito flexible llena de LED que se puede pegar a casi cualquier superficie para incorporar iluminación potente en una variedad de colores y brillos. El uso de las luces de tiras LED flexibles está aumentando rápidamente en el diseño de la iluminación moderna en todo el mundo. Los arquitectos y los diseñadores de iluminación están implementando las tiras de luces LED a los proyectos residenciales, comerciales e industriales a una velocidad cada vez mayor. Esto se debe al incremento en la eficiencia, las opciones de colores, el brillo y la facilidad de instalación. Son muchas las opciones disponibles en el mercado de las tiras de luz LED (conocidas como cintas de luces LED), como las tiras flexibles LED CC, las tiras flexibles LED CA y las tiras de LED de alta potencia.

Las tiras de LED flexibles producen una cantidad increíble de luz y se pueden usar para iluminación de tareas, retroiluminación, iluminación de escritorio, iluminación de garajes y también son buenas para iluminación de acento, iluminación debajo de armarios, iluminación de barras, refrigeración, aplicaciones industriales, fotografía y más. Existen tiras que cambian de color, llamadas tiras RGB. Estas luces LED pueden mostrar cualquier combinación de los colores rojo-verde-azul. Estas tiras requieren un controlador para cambiar los colores en destellos o quedarse en un solo color seleccionado.

Al comprar una tira LED, es importante no solo mirar la longitud de la tira sino también la cantidad de LED. Lo ideal es encontrar la tira de luz con la mayor cantidad del LED por unidad de medida de longitud. Asegúrese de tomar nota de la relación lúmenes- longitud así como de la relación LED- longitud, ya que esto tendrá un gran impacto en la calidad de la luz y en el tipo de luz que la tira emite. El primer factor que se debe tener en cuenta en una fuente de alimentación es saber qué tensión de entrada requiere su tira LED. Algunas requieren CA/CC, 12V/24V…simplemente asegúrese de saber lo que necesita su tira y consiga una fuente de alimentación con esa salida. Después asegúrese de que el vataje de la fuente de alimentación sea al menos un 10% mayor que el vataje de consumo de sus tiras LED.

Las tiras de luz LED vienen enrolladas en un carrete de 5 m. Las máquinas de "pick and place" de los LED y de las resistencias en la placa de circuito flexible generalmente cubren una longitud de 3' 2", así que las secciones individuales se sueldan entre sí para completar un carrete.

LED (diodos emisores de luz)

Un diodo emisor de luz (LED) es un dispositivo semiconductor que emite una luz visible cuando una corriente eléctrica pasa por él. La luz no es particularmente brillante, pero en la mayoría de LED es monocromática y ocurre en una sola longitud de onda.

El material utilizado en el elemento semiconductor de un LED determina su color. Los dos tipos principales de LED utilizados en la actualidad para los sistemas de iluminación son las aleaciones de fosfuro de indio–galio-aluminio (AlGaInP o ALInGaP) para los LED rojos, anaranjados y amarillos y las aleaciones de nitruro de indio-galio (InGaN) para los LED verdes, azules y blancos. Los cambios sutiles en la composición de las aleaciones cambian el color de la luz emitida. La salida del LED puede variar entre rojo (a una longitud de onda de aproximadamente 700 nm) y azul-violeta (cerca de 400 nm). Algunos LED emiten energía infrarroja (IR) (830 nm o más) y se conocen como diodos emisores de infrarrojos (IRED).

En comparación con las fuentes de luz más típicas empleadas en las aplicaciones de iluminación, los LED aún tienen una salida de luz relativamente baja y, por tanto, se siguen agrupando en matrices y otras configuraciones para ser útiles en dichas aplicaciones. En la actualidad, los encapsulados de LED blanco individual alcanzan alrededor de 100 lúmenes. Evidentemente la salida de luz varía según la longitud de onda. Los LED son importantes porque debido a su eficiencia y bajo consumo, están empezando a reemplazar las fuentes de luz más convencionales. Los LED se incorporan en Lámparas y sistemas de iluminación para aplicaciones de iluminación general. Debido a su tamaño pequeño, los LED ofrecen oportunidades únicas de diseño. Algunas soluciones de Lámparas LED pueden parecerse físicamente a las Lámparas más reconocidas y parecerse más a las bombillas tradicionales.

Los LED ofrece en un excelente oportunidad de innovación en los factores de forma de la iluminación y se adaptan a una mayor variedad de aplicaciones que las tecnologías de iluminación tradicionales. Los LED emplean disipadores de calor para absorber el calor producido y disiparlo hacia el entorno circundante. Esto previene que se sobrecalienten y se quemen. La gestión térmica es generalmente el factor único más importante en el rendimiento exitoso de un LED durante su vida útil. Cuanto más alta sea la temperatura a la que funciona el LED, más rápido se degradará la luz y más corta será su vida útil.

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