أخبار
استمتع إضافات LED
إن إضاءة الحالة الصلبة ومصابيح LED ذات السطوع العالي تغير طريقة رؤيتنا للعالم ، بالمعنى الحرفي للكلمة. الفوائد البيئية للإضاءة LED ذات شقين. أولاً ، التكنولوجيا نفسها هي طريقة فعالة للغاية في توليد الطاقة للفوتونات ، مما يجعلها جذابة من حيث تكاليف التشغيل عند قياسها ضد خيوط التنغستن أو المصابيح الفلورية المتوهجة أو حتى المدمجة. هذا وحده يجعل من المفيد استبدال الإضاءة التقليدية بدائل الحالة الصلبة.
ثانياً ، يؤدي الانتقال إلى تقنية تعمل من مصدر التيار المستمر المنخفض الجهد ، بدلاً من خط AC عالي الجهد ، إلى خلق المزيد من الإمكانيات ، ليس فقط من حيث الكفاءة الإضافية ، ولكن أيضًا في طريقة استخدام الإضاءة.
هذا يتجاوز مجرد إضاءة "بطانية" بسيطة. يقدم مفهومًا لمفهوم التقسيم إلى مناطق ، أو إضاءة المشهد أو المزاج ، والإضاءة المتصلة التي يمكن أن تكون أكثر استجابة للبيئة واحتياجات الركاب.
وظيفة اقتصادية
تمت ملاحظة فعالية إضاءة LED ، وهناك أيضًا "قانون" يتنبأ باستمرار اتجاهه: قانون Haltz. هذا ينص على أن التكلفة لكل لومن ولدت من قبل إضاءة LED يقلل من عامل 10 كل 10 سنوات.
ويتنبأ هذا بدقة أن مصابيح LED سوف تكون قادرة على توليد 200 lm / W بحلول عام 2020 - والصناعة على الطريق الصحيح لتحقيق ذلك.
ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه حتى مصابيح LED ذات السطوع العالي لا تزال تستخدم فقط حوالي نصف الطاقة التي يتم تزويدها إلى مفرق الصمام الثنائي كالفوتونات ، والباقي يولد الحرارة ببساطة كمنتج ثانوي يجب أن يتم تبديده لاحقًا. هذا أمر بالغ الأهمية لأن درجة حرارة الوصل يجب أن لا تتجاوز 150 درجة مئوية ، والحفاظ على هذا هو جزء مهم من تصميم تركيبات الإضاءة التي تعتمد على تقنية LED.
اذهب مباشرة
على عكس مصابيح الإضاءة البسيطة التي تعمل بالتيار المتردد ، والتي عند تشغيلها من خلال تيار متناوب ، يتم تشغيله تمامًا وبشكل كامل كل نصف دورة ، يعمل مصباح LED بشكل أفضل عندما يتم تغذيته بتيار ثابت. من خلال تعديل هذه المعلمة ، من الممكن تغيير سطوع الضوء ولونه ، لكن ذلك يتطلب تحكمًا دقيقًا ، وهو بشكل عام أكثر تطلبًا من قيادة الأشكال التقليدية للإضاءة.
اليوم ، لا تزال معظم تركيبات الإضاءة تعمل من مصدر تيار متردد بدلاً من الجهد المنخفض ، مصدر التيار المستمر المنخفض الذي تتطلبه مصابيح LED. هذا يعني أن استبدال مصباح تقليدي مع LED يتطلب بعض أشكال التحويل.
في معظم مصابيح LED المعدة للاستخدام في التركيبات التقليدية ، يحدث التحويل في اللمبة. وقد أدى ذلك إلى ظهور طلب على المنتجات الصغيرة منخفضة التكلفة التي تدمج جميع الوظائف اللازمة لتوفير مصدر مستمر للتيار المستمر لمصباح LED أو سلسلة من مصابيح LED ، بينما لا تزال متصلة بإمدادات التيار المتردد.
نظرًا لأن مصابيح LED تعمل فقط عندما يكون متحيزًا إلى الأمام ، فيجب أن يظل جهد العرض إيجابياً ، وفي حين أنه قد يكون من الصعب دمج مقوم الجسر ذي الموجة الكاملة في برنامج LED ، فمن الممكن تضمين منظم تحويلة.
هذا هو الحال مع برنامج تشغيل AC مباشرة FL77944 LED من On Semiconductor ، وهو برنامج تشغيل LED عالي القدرة قادر على تنفيذ التعتيم بعدة طرق ، بما في ذلك التناظرية أو الرقمية (PWM) وقطع الطور.
يظهر رسم تخطيطي مبسط في الشكل 1. 
لديها أربعة دبابيس مخصصة لسلسلة من المصابيح ، ولكل منها بالوعة مستمرة متكاملة خاصة بها تصل إلى 150mA. ثلاثة من سلاسل LED يمكن أن تقبل جهدًا يصل إلى 500 فولت ، في حين أن الرابع يمكن أن يقبل جهدًا يصل إلى 200 فولت.
الشكل 2 
يعرض تطبيقًا نموذجيًا يعمل من 120 فاك ، على الرغم من أن الجهاز يحتوي على نطاق دخل واسع يتراوح بين 90Vac و 305 Vac ، مما يجعله مناسبًا لأي منطقة.
يمكن تشغيل On Semi Driver مع عدد قليل من مكونين خارجيين ، لا يشمل مقوم الجسر. يتجنب الجهاز بذكاء الحاجة إلى تنظيم العرض المعالج.
الشكل 3 
ويظهر أنه مع ارتفاع جهد الخط المعدل ، فإنه يصل إلى مستوى الجهد إلى الأمام لسلسلة من المصابيح موصولة إلى كل من دبابيس بالوعة الحالية. وبالتالي يتم رسم التيار من خلال كل سلسلة LED بالتسلسل ، حتى يتدفق التيار من خلال جميع سلاسل LED. التيار المتقابل من كل سلسلة متوازن ؛ إما زيادة أو خفض اعتمادًا على السلسلة التي تكون متحيزة للأمام في أي وقت معين. وهذا يضمن التشغيل السلس ويقلل من التوافقيات الترددية ، مما يؤدي إلى تحسين معامل القدرة وانخفاض EMI الإجمالي.
على اشباه الموصلات يدعي أن FL77944 يمكن تحقيق عامل قوة نموذجي من 0.98 وتشويه مجموعية متناسق أقل من 20 ٪. يدعم الدخل الخافت التعتيم التناظري أو PWM ، والذي يتغير فيه تيار RMS المتدفق من خلال مصابيح LED بشكل خطي مع مستوى الجهد عند مدخل الخفت.
كما يتوافق الجهاز أيضًا مع التعتيم الثلاثي الحافة والرائد ، حيث يتم قطع شكل موجة AC خلال الطور إما عند الحافة الأمامية / الصاعدة أو حافة السحب / السقوط في نصف الدورة. نظرًا لأن هذا هو شكل AC متأصلًا في تعديل القدرة على التحميل ، فإن جميع مشغلات LED غير قادرة على العمل من مصدر AC خفّض التيرستورات ، وبالعكس ، لن تعمل جميع مخادعات الترياق مع برنامج تشغيل LED ، حيث إنها لا تقدم نفس ملف التحميل كإضاءة تقليدية.
الإضاءة المتصلة
على الرغم من أن تعتيم الحافة الأمامية والخلفية هو في الأساس تقنية قديمة وليست بسيطة بالضرورة للتشغيل التلقائي ، إلا أن تعتيم PWM يعد بطبيعته رقميًا ومن السهل نظريًا التحكم من خلال وسائل إلكترونية بحتة. هذا يدعم التحول نحو أنظمة الإضاءة الذكية والمتصلة التي يمكن مراقبتها والتحكم فيها عن بعد ، لتشكل جزءًا من إنترنت الأشياء.
يعتبر الاتصال اللاسلكي جزءًا أساسيًا من الإضاءة الذكية وليس مجرد ميزة تتمحور حول العميل ، على الرغم من أن ذلك يعد بوضوح فائدة كبيرة على أنظمة الإضاءة التقليدية.
يصبح النظام المتصل ذكيًا لأنه يسمح بتصميم تصميم واحد لمجموعة واسعة من سيناريوهات التثبيت دون الحاجة إلى توفير مهندس في الموقع. تعتبر إزالة أو تخفيض عبء الصيانة ميزة أساسية لإنترنت الأشياء بشكل عام ، وهي تنطبق على الإضاءة الذكية على وجه الخصوص بسبب الاختلافات المحتملة التي قد يواجهها كل تركيب. إن القدرة على تصميم هذه الاختلافات أو تلبيتها باستخدام التحديثات عبر الهواء هي جزء أساسي من بيئة الإضاءة التي تركز على LED.
يتم تقديم مثال على كيفية تحقيق ذلك في الممارسة من قبل مجموعة الإضاءة المتصلة ZigBee من Silicon Labs ، والتي تعتمد على شبكة ECR32MG Mighty Gecko الشبكية اللاسلكية SoC for ZigBee and Thread.
تم تجهيز المجموعة للعمل "خارج الصندوق" وعلى استعداد للانضمام إلى شبكة ZigBee. وهو يتطلب بوابة ZigBee Home Automation 1.2 متوافقة ، مثل بوابة USB الافتراضية من Silicon Labs. تعتمد البرامج الثابتة على حزمة Ember ZNet Pro ، وهي متاحة للمطورين المسجلين على موقع Silicon Labs.
بمجرد انضمام المجموعة إلى شبكة ، ستوفر البوابة وصولاً لاسلكيًا إلى ميزات المجموعة. وهذا يشمل تحديد كثافة ودرجة حرارة اللون ودرجة حرارة مصابيح LED. بما أن هذه مجموعة أدوات تقييم ، فإنها تسمح أيضًا باستكشاف ميزات أخرى ، وتتضمن نقطة اختبار PWM يمكن استخدامها للتحكم في برنامج تشغيل LED خارجي.
تشتمل البرامج الثابتة على مكون إضافي لخادم الكتلة للتهيئة ، مما يتيح إجراء بعض التغييرات أثناء عملية التصنيع دون الحاجة إلى إعادة ترجمة الشفرة. وهذا يشمل إجراء تعديلات على تردد PWM ، والتي قد تكون مطلوبة لبعض برامج تشغيل LED ، أو تعديل قدرة الإرسال الخاصة بالجهاز وفقًا للقيود الإقليمية.
تتيح إمكانية تعديل هذه الميزات دون فرض تغييرات على البرنامج الثابت نفس الصورة الثنائية لاستخدامها في أنواع مختلفة من المنتجات.
يمكن إصدار الأوامر المستخدمة لإجراء التعديلات من خلال أي عبّارة متوافقة مع Home Automation 1.2 ، ولكن هناك أيضًا أمر محجوز لمنع أي تحديثات لاحقة يتم قبولها ، إذا كان ذلك مطلوبًا. تهدف الأوامر المستخدمة لتكوين مخرجات PWM للاستخدام مع برنامج تشغيل LED محدد وفقًا لمتطلبات الشركات المصنعة.
تم تطوير عائلة Mighty Gecko و ZigBee و Thread من SoCs خصيصًا لهذا النوع من التطبيقات. كما يمكن رؤيته في 
الشكل 4 ، الأجزاء الوظيفية الرئيسية للجزء هي Cortex-M4 وجهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي ، لكنه يتميز أيضًا بعدد من الأجهزة الطرفية والدعم لما يصل إلى 31 دبابيس مخصصة للقنوات التناظرية ، والتي يمكن توجيهها إلى التماثلية على الرقاقة المقارنة ، ADC والإخراج الحالي DAC.
نظرًا لأن جهاز الإرسال والاستقبال مصمم للعمل بسرعة 2.4 غيغاهرتز ، يمكن للجهاز دعم مجموعة من البروتوكولات بما في ذلك Bluetooth Smart و Zigbee و Thread ، بالإضافة إلى البروتوكولات الخاصة.
يتميز EFR32MG أيضاً بنظام منع الانعكاس المحيط بالسيريكون (PRS) ، والذي يمكّن العديد من الأجهزة الطرفية من العمل بشكل مستقل عن طريق إرسال واستقبال المعلومات بينهما استنادًا إلى المشغلات ، دون إخراج وحدة المعالجة المركزية الرئيسية من وضع السكون.
هذا يمكن أن يقلل بشكل كبير متطلبات طاقة النظام في التطبيقات التي تعمل بالبطارية. عند اقترانها بالطبيعة المنخفضة الطاقة لإضاءة LED ، فإن هذا يخلق إمكانيات للإضاءة المتصلة بالبطارية التي قد تكون موجودة في المناطق التي لا يتوفر فيها مصدر التيار المتردد ، مثل المواقع الريفية. ويمكن استخدامه أيضًا للحد من الاتصالات اللاسلكية في المناطق التي قد تمثل فيها حركة الترددات اللاسلكية الثابتة "ضوضاء" غير مرغوب فيها.
تلبية جميع المتطلبات
تم تصميم EFR32MG ليكون قلب حل الإضاءة الذكي ، مما يسمح بمعالجة أضواء LED والتحكم فيها عن بُعد من خلال بوابة.
هذا يعني أن الأضواء يمكن التحكم بها لاسلكيًا من قبل مالك المنزل أو مدير الأعمال أثناء وجوده في المبنى ويمكن أيضًا منح التحكم لمزود خدمة آخر ، وإنشاء مركز تحكم موجود في أي مكان في العالم لإدارة عدد من المباني في مناطق زمنية مختلفة أو القارات. الآثار المترتبة على ذلك هو أن أي ضوء الحجم يمكن توصيله والتحكم فيه مركزيًا. هذا يخلق الطلب على مجموعة واسعة من برامج تشغيل LED ، وليس كل منها بحاجة إلى أن يكون قادراً على قيادة مصابيح LED عالية الطاقة.
ومن الأمثلة ذات الصلة ، AL5802 من الثنائيات. تم تطوير هذا الجهاز خصيصًا لقيادة مصابيح LED الحالية بسرعة تتراوح بين 20mA و 100 mA مع أقل عدد ممكن من المكونات الخارجية. 
ويبين الشكل 5 مثالا نموذجيا للتطبيق. يستخدم الترانزستور ، Q1 ، لاستشعار التيار المتدفق من خلال حمولة LED عن طريق استشعار الجهد عبر المقاوم الخارجي. ثم يتم استخدام جهد القاعدة باعث من Q1 للتحكم في التيار الأساسي لل Q2. تعمل في الوضع الخطي ، Q2 ينظم التيار المتدفق من خلال LED (s).
يمكن استخدام أجهزة متعددة بشكل متواز لتحقيق تيار LED أعلى إذا لزم الأمر
(الشكل 6) ، ويدعم AL5802 أيضًا التعتيم القائم على PWM
(الشكل 7).
حل مستوى النظام
من المتوقع أن تستمر إضاءة LED في استبدال الإضاءة التقليدية على الأقل حتى عام 2022 ، وفي هذه الأثناء يمكن استخدام المصطلح "التقليدي" للإشارة إلى إضاءة LED بدلاً من تقنيات اليوم.
تستجيب العديد من الشركات المصنعة لأشباه الموصلات لهذا الطلب من خلال تطوير مجموعة من المنتجات التي تندرج تحت فئة السائقين. ومع انضمام إمدادات التدرّج تدريجياً واستبدالها بالمنافذ وشبكات الأسلاك التي توفر تيار كهربائي منخفض الجهد ، يمكن أن يتغيّر مزيج المنتج جيدًا ، ولكن من غير المرجح أن يتشتت الطلب.
توفر طبيعة الحالة الصلبة إمكانات أكثر بكثير من الإضاءة التقليدية ، حتى الفرصة لدمج الذكاء إلى جانب الباعثين على وحدة ركيزة واحدة أو وحدة نمطية متعددة. وعلى الرغم من أن هذا النموذج قد لا يزال بعيدًا بعض الشيء ، إلا أن استمرار الاستثمار في التقنية الأساسية سيحافظ على تآكل الأسعار ويستمر في زيادة الفعالية. هذه الاتجاهات تشير إلى مستقبل مشرق للغاية لإضاءة LED.
كما في الشكل 8 
يتضح أن جلب كل هذه التقنيات معاً يمكن تحقيقه بالفعل باستخدام مكونات قليلة ويخلق إمكانات إعادة تهيئة مصابيح LED بسهولة في التركيبات الحالية لإنشاء نظام إضاءة متصل بسرعة يمكن التحكم به محليًا أو عن بعد.
توفر الإضاءة المتصلة في الأماكن العامة أيضًا إمكانات أوسع ، وهناك بالفعل أمثلة للمدن الذكية باستخدام مصابيح الشوارع LED المتصلة لتكون بمثابة منارات بلوتوث لبث عروض المستهلكين لأي شخص في المنطقة المجاورة يشغّل التطبيق المناسب على هاتف ذكي. وعلى الرغم من أن ذلك قد لا يرضي الجميع ، إلا أنه يمكن استخدام نفس المبدأ لتوفير تغطية لاسلكية كاملة في المصنع لبث رسائل خدمة مهمة ، على سبيل المثال. وبمجرد أن يحدد التوصيل قيمته المبدئية في أي تطبيق ، فمن السهل نسبياً البناء عليه.
في مصطلحات الإنترنت ، يطلق على هذه الخدمات اسم "فوق القمة" ، ومن المعقول تمامًا أن نتوقع تطويرها بإضاءة ذكية.
