Antes de pasar a los datos técnicos, hay q aclarar una cuestión q se plantea mucha gente a la hora de comprar leds. ¿Cuanta luz dan?
Parece una tonteria, pero no lo es en absoluto, dado q va a ser el parámetro q va a definir más fuertemente la eficacia del led para cultivo. Dado q los leds se han usado para señalización durante muchos años, la costumbre ha sido dar los datos de intensidad (cd en el eje óptico) y ángulo de apertura. Esto sigue siendo lo habitual para leds de patillas. El problema es q no existe una conversión directa, y para hacer una conversión, bastante trabajosa por cierto, es necesaria una curva polar de la emisión del led (q muestra con cuanta intensidad emite en cada dirección) precisa, lo q es muy poco habitual. Aún con ello, apenas se puede hacer una aproximación. Es uno de los motivos por los q no me gustan los leds de patillas, no hay manera de saber cuánta luz dan.
Los leds q si suelen dar una medida de la emisión total, en lm y en ocasiones en mW, son los de alta potencia, diseñados para iluminación. Teniendo la emisión total en lm y el SPD, se puede hacer la conversión a unidades radiométricas, de manera q sepamos cuánta luz está emitiendo el led. Esta conversión es necesaria, pues la emisión en lm, aunq bastante confusa en el fondo, permite una cierta orientación con luces de espectro amplio como las q se han usado hasta ahora, pero no sirve para nada con leds, debido a su estrecha banda de emisión.
Tener en cuenta q un led de 660nm dando 30lm está emitiendo mucha más luz q uno de 590nm emitiendo 100lm.
Es decir, q sin contar con una descripción precisa del led usado, es imposible saber cuánta luz emite un led, y esto es un severo problema a la hora de analizar una unidad comercial, q tenemos q solventar siendo muy creativos.
Lo q sí suele ser cierto es q, exceptuando tres o cuatro fabricantes, la mayor parte de los datos de emisión de los leds son claramente exagerados, lejos de los rendimientos teóricos ofrecidos por los fabricantes. La agencia de la energía de USA hace rondas de pruebas de productos leds q salen al mercado, comprobando los datos de los fabricantes. Muchas de las unidades probadas se quedan muy lejos de lo q aquéllos dicen, en bastantes ocasiones por debajo de la mitad de lo pretendido: Caliper program
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Las hojas de datos con las especificaciones de los leds contienen todos los datos necesarios para montarlos correctamente y hacerlos funcionar de la manera óptima. Así q al analizar estas especificaciones, nos vamos a encontrar con todos los conceptos relevantes.
Algo a tener muy en cuenta con respecto a los leds es q, como cualquier otro semiconductor, las características varían de lote a lote. Por ello, las especificaciones son medias, con niveles mínimos y máximos. Y por ello existen múltiples "bins" para cada led, q los caracteriza con mayor precisión q las medias. Aún así, no hay dos leds idénticos, y hay q entender q las medias se alcanzan cuando se usa un cierto número de ellos, siendo un led individual bastante imprevisible.
Voy a usar la hoja técnica de dos leds:
-Cree Xlamp XR led. la hoja es para toda la gama de colores
-Osram Diamond Dragon LR_LA_LY W5AP, para rojo, ámbar y amarillo.
La parte más relevante de unas especificaciones es la de las "caracteristicas" y "valores máximos":
CreeXR
Osram dg
En ambos casos, se especifica q se refiere a una temperatura ambiente de 25ºC. Ya veremos la fuerte dependencia de los leds a la temperatura detalladamente.
En el caso de Cree, las especificaciones son menos completas q las de Osram, q en general son excelentes. Vemos como Cree mete en la misma table las caracteristicas "normales" y las máximas.
Thermal resistance
La tabla de Cree comienza con la resistencia térmica, al final en Osram. La resistencia térmica dice cuanto se calienta la uníon del chip (junction temp, Tj) por cada watio disipado por el led (potencia consumida) por encima de la temperatura de contacto de la soldadura del led. De manera q multiplicando esta cifra por los watios consumidos, obtenemos el incremento de temp del chip. Esto se denomina técnicamente "resistencia térmica unión-tablero" (donde se monta el led) (thermal resistance junction-board, R? j-b). Se refiere exclusivamente al led en sí, dado q cómo se monte afecta muy fuertemente a R? j-a (unión-ambiente), es decir, cuánto se eleva la temperatura del chip por watio consumido sobre la temperatura ambiente, q es diferente para cada instalación. Confío q en el hilo nos adentremos mucho más profundamente en este concepto esencial. En los ejemplos, R? j-b es de 3 a 5 ºC/W (DG), 8ºC/W (XR InGan) y 15 ºC/W (XR AlInGap). Podemos ver q el DG tiene una resistencia térmica muy baja, debido a q el tamaño del chip es el doble q el XR (y los demas leds de alta potencia), entre 3 y 5 veces menor, lo q nos va a permitir disipar más potencia sin sobrepasar los límites. Es decir, a menor resistencia térmica, podremos correr el led más fuerte.
Viewing angle
Lo siguiente es el ángulo de visión, 100º para el XR. Notad las siglas FWHM, q se refieren a q ése ángulo es al q la intensidad es la mitad de la máxima (intensidad en el eje óptico). En otros casos, se indica el ángulo en el q se emite la mitad de la emisión total. Prestad pues atención a la letra pequeña, aunq en realidad este parámetro es poco relevante tal cual, nos interesa mucho más la curva polar.
Para el DG, son 140º. Usa el mismo concepto q el XR, aunq lo escribe distinto. ? (phi minúscula) representa el semiángulo de apertura, de ahí q el ángulo total se ponga 2?. El término "viewing angle at 50% Iv" dice exactamente lo mismo q las siglas del XR, el ángulo en el cual se emite la mitad de la intensidad (en cd) máxima.
Temperature coefficient of voltage
El coeficiente de temperatura de la tensión (voltaje) dice, para una corriente dada (la nominal del led), cuántos mV (milivoltios) menos corresponden. La relación entre tensión (Vf) y corriente (If) vendrá luego, pero hay q entender q se dará en condiciones estables (25ºC en el chip). En condiciones reales, a mayor temperatura del chip, menor tensión para cada nivel de corriente. Los -2,9 del XR rojo es bastante alto, lo habitual es los -2 mV/K del DG. Este parámetro afectará a la eficiencia del led.
DC forward current (If)
Se suele dar la corriente para la q el led ha sido diseñado, y la máxima q el led admite. la primera a menudo no viene especificada directamente, sino q se indica para el resto de las características (350 y 700mA para los XR, y 1,4A para el DG). En el caso del XR, las corrientes de "diseño" son las mismas q las máximas, lo q tiene q hacer pensar q sería razonable correrlos por debajo. En el caso del DG, aguanta hasta 2A, pero se recomienda correrlo a 1,4A.
Hay q entender q los leds son componentes controlados por intensidad (corriente), no por voltaje, y toda especificación vendrá referida a una If.
DC Pulse Current
Los leds son componentes q se encienden y apagan muy rápidamente. Esto permite hacerlos funcionar por pulsos, es decir, un pulso breve seguido de un tiempo apagado. Si la frecuencia de este pulso es suficientemente alta (más de 50Hz), los humanos percibimos un brillo contínuo. Mucha gente ha hipotetizado q las plantas usan mejor la iluminación por pulsos q la contínua, así q nuevamente es un parámetro muy interesante. Podéis ver q hay dos líneas para este parámetro, según el "duty cycle" (1% y 10%), q expresa la relación entre tiempo encendido/apagado del led. Cuanto menor sea éste, mayor será el pulso permitido. Cuanto depende del enfriamiento del led y, en última instancia, de la calidad constructiva del led, q pone un límite máximo a la corriente q lo puede atravesar. Hay q tener en cuenta q los electrodos del leds son unos hilos finos de oro q se pueden ver si se examina un led con lupa, y q pasado un nivel de corriente, sencillamente se rompen, como un fusible. Suele estar en torno a los 2A, a veces hasta 3A, aunq conozco pocos leds q soporten más de 2,5A.El caso del DG, q soporta hasta 4A es único.
Posteriormente, las hojas ponen un gráfico detallado para diferentes "duty cycles".
Forward voltage
Esto indica la media de tensión (voltios) q el led consume para una If dada, q suele ser la "nominal" (para la q ha sido diseñado el led). En el caso del DG, provee también la mínima y máxima, no sólo la media.
Led junction temperature y Operating temperature
Indica la temperatura máxima q puede alcanzar la unión del chip, así como el margen de temp en el q puede operar. Son respectivamente, 160ºC (DG) y 145ºC (XR) y -40 a 150ºC (DG) y -40 a 85ºC.
Power consuption
Indica los watios máximos q puede disipar el led. El Xr no lo indica, el DG, 7,5w. La potencia se obtiene multiplicando If*Vf
Wavelength peak (y wavelength dominant)
El XR sólo lo indica en los bins (más adelante). Lo típico para el DG es 634nm (pico) y 625nm (dominante), y siempre entre 620 y 632nm (dominante). Como dije anteriormente, la q nos interesa es la longitud de onda de pico.
Spectral bandwith at 50% ? (rel max)
Indica el ancho de banda espectral en el q se genera la mitad de la energía emitida. En este caso, 18nm. Phi (mayúscula) siempre indica la emisión del led. Puede llevar subindices q lo detallan más, por ejemplo 90% (indicaría el 90% de la energía emitida).
Temperature coefficient of ? (dom)
? siempre representa la longitud de onda. Lo q indica este parámetro es cuantos nanómetros varia la longitud de onda (dominante en este caso) por cada grado de incremento de la temperatura en la unión del chip. Existe lo mismo para ? (pico), q nos interesaría mucho más.
Esto nos dice q la emisión espectral también varía con la temperatura. No sólo la cantidad de luz emitida, sino la longitud de onda en q lo hace. Este fenómeno es mucho más marcado en los chips AlInGap, q se usan el los leds amarillos, naranjas y rojos, mientras q los InGan (azules, verdes, blancos) se ven mucho menos afectados, hasta el punto de q casi podemos ignorar este parámetro en su caso. pero no así en los rojos, q lo normal es q emitan 10nm mas largo q lo especificado en la hoja de datos, debido al calentamiento.
Optical efficiency
La eficiencia óptica del led, lm emitidos por watio consumido. Sólo es orientativo, dado q se ofrece para la If nominal, pero para Tj=25ºC por regla general, q no es realista en absoluto. Además, se calcula en base a la media de emision de los diferentes bins. Es decir, va a haber bins con una eficiencia menor y otros con una eficiencia mayor.
En el siguiente post, analizaré ahora con más detalle los gráficos q ofrecen ambas hojas de datos. Aunq me gustaría hacer notar la cantidad de parámetros esenciales relacionados con la temperatura. Es por ello q controlar la temperatura de los leds sea tan importante: en nuestra aplicación, hay q entender q ello es esencial para el correcto funcionamiento de los leds, no porq ese calor sea un peligro para las plantas. La cantidad total de calor es pequeña (comparada con otras fuentes luminosas), pero se concentra en una parte muy pequeña (el chip de un mm2) q se puede poner muy caliente (hasta 150ºC permite el DG).