LED照明在體育場市場中的應用

LED的改進能力以及更低的成本為戶外照明帶來了巨大的機遇，尤其是體育場照明。在這些應用中，與傳統(tǒng)光源相比，LED可以提供更亮和更均勻的光以及更多的照明選項。采用的三大因素是節(jié)能，降低維護成本和照明美學。

體育場在轉(zhuǎn)向LED照明方面確實是最后一個堅持市場，主要是因為這些應用需要高強度照明 - 如每個燈具多達100,000流明。即使是街道照明也只需要10,000到20,000流明每個燈具。

采用戶外LED照明的兩個最大驅(qū)動因素是體育賽事和現(xiàn)場音樂會。 “我們有點處于臨界點，LED方面的一些支持技術(shù)只有一年或兩年的時間，所以你現(xiàn)在才開始看到主要的玩家開始采用它，”Paul Scheidt說， Cree公司LED組件產(chǎn)品營銷負責人。

然而，不僅在照明方面的好處，包括節(jié)能和降低維護成本。 LED為廣播電視提供更好的照明，改善高清電視的觀看體驗，并提供更好的特殊效果，如慢動作攝像機重放。

除了廣播要求外，體育館也是Lumileds業(yè)務開發(fā)高級主管Ray Chock表示，由于可靠性問題，將LED評估為光源。 “當2012年超級碗的燈光熄滅大約30或40分鐘時，體育場官員不僅擔心延遲最大的體育賽事之一，而且還擔心燈光長時間關(guān)閉時的潛在責任。通常情況下，傳統(tǒng)的光源需要在重新啟動之前冷卻，不像LED那樣，“Chock補充道?！?/p>

LED制造商已經(jīng)準備好滿足體育場館的高強度照明要求。以下是可用于這些應用的LED的幾個例子。

Cree的XLamp XP-L和XLamp MK-R LED都用于體育場照明。去年推出的Cree XLamp XP-L高密度在350 mA時實現(xiàn)了高達200流明/瓦的突破性功能，在3.45 mm x 3.45 mm封裝中提供高達1226流明的亮度。與XLamp XP-G LED相比，它的性能提高了50％。 XP-L LED在1050 mA，85°C下具有特征和分檔功能，可提供高達90的CRI和2700 K至8300 K的色溫。

XLamp MK-R LED引入了幾年前，每瓦特提供高達200流明（1 W，25°C）。它采用7 mm x 7 mm封裝，帶有6 mm光源，在15 W，85°C時可提供高達1600流明的亮度。 MK-R組件的特點是85°C，可提供2700 K至7000 K的色溫，并提供70,80和90的最低CRI選項（在選定的色溫下）。

雖然年齡較大產(chǎn)品方面，Cree MK-R LED正在尋找體育場照明應用中的家園。例如，鳳凰城大學體育場（圖1）最近用312個Ephesus Lighting體育場燈具替換了780多個金屬鹵化物燈具，其中包括44,928個Cree XLamp MK-R LED。新系統(tǒng)使用了310,000瓦的能量，相比之前系統(tǒng)所需的124萬瓦，能耗降低了75％。以弗所LED燈的亮度幾乎是傳統(tǒng)金屬鹵化物燈的兩倍。

圖1：鳳凰城大學舉辦的2015年超級碗使用Cree的XLamp MK-R LED，Ephesus LED照明燈具照亮了體育場。 （由Cree提供）

Musco Lighting還在大學校園內(nèi)的一系列室內(nèi)和室外體育場照明應用中使用Cree LED。

Cree最近推出了XLampExtreme高功率（XHP）LED，其目標是更換用于大型陣列的MK-R。與之前相同尺寸的LED相比，XHP50和XHP70 LED提供兩倍的流明輸出和更高的可靠性。

這些設備通過使用更少的LED來實現(xiàn)相同的亮度，從而減少了照明系統(tǒng)設計的尺寸和成本。這也意味著更少的光學器件，更小的PCB和更小的外殼。 Cree表示，即使在比以前的LED技術(shù)更高的工作溫度和電流下，XHP LED也能實現(xiàn)更長的使用壽命，使照明制造商能夠在不影響額定壽命的情況下減少散熱器的尺寸和成本。它們可用于體育場以及軌道和高棚照明。

XLamp XHP50和XHP70 LED可在5.0 mm x 5.0 mm封裝下提供高達2546流明的19瓦特和高達4022流明的亮度分別來自7.0 mm x 7.0 mm封裝的32瓦特。它們提供2步和3步EasyWhitebins，適用于3500 K至2700 K，80和90 CRI。

市場上不同的LED產(chǎn)品之間總是需要權(quán)衡。 LED選擇將基于應用以及光源需要做什么。例如，雖然Cree的XP-L和XPH70實現(xiàn)了大致相同的性能，但每個LED的流明及其對光學設計的影響存在折衷。 XPH70的光學系統(tǒng)需要比XP-L更大，但它提供更多的流明，因此需要更少的總光學系統(tǒng)。

體育場照明應用需要非常高的強度。這些燈必須在遠處投射一個狹窄的高強度光束。 Scheidt說，實現(xiàn)高強度光所需的三個關(guān)鍵因素是小光源尺寸，高光輸出（流明）和高效的光學設計，無需擴散或混合。

然而，Cree似乎已經(jīng)用最新的單模XLamp XP-L高強度（XP-L HI）LED解決了這一挑戰(zhàn)，其光源尺寸很小。 （編者注：新的XP-L HI LED預計將在您閱讀本文時在Digi-Key上提供。）

以下是統(tǒng)計數(shù)據(jù)：XP-L HI被吹捧為第一單 - 模塊化LED可提供超過100,000坎德拉，50毫米直徑光學元件，功率為10瓦（圖2）?；贑ree的SC5技術(shù)平臺，它通過相同的光學元件將以前單芯片XP-L LED的坎德拉增加了一倍以上。它還采用了Cree新的主要光學設計，可將光源尺寸減少50％以上，以每瓦特185瓦流量提供坎德拉。該LED可提供高達90 CRI和2700 K至8300 K的色溫，以及用于尋求能源之星認證的照明制造商的XP-L高強度LED的6,000小時LM-80長期測試數(shù)據(jù)。它還利用現(xiàn)有的3.45 mm x 3.45 mm XP-L封裝。

圖2：Cree XLamp XP-L高強度是第一款-die LED可提供超過100,000坎德拉，50毫米直徑的光學元件，功率為10瓦，并且在1瓦時提供每瓦185流明的坎德拉。 （由Cree提供）

為照亮體育場，照明設計師需要更多的強度直接從光學元件出來，例如直接向球場。 “這不只是關(guān)于流明，而是如何控制這些流明并將它們變成坎德拉斯，”謝伊德說。

這就是在模具尺寸方面取得平衡的地方。 Scheidt表示，較大的芯片可提供更多的流明，但實現(xiàn)的最大坎德拉要小一些，并且需要更多功率。每瓦特坎德拉是LED在將電力轉(zhuǎn)化為強度方面的效率。在這里你可以看到使用較小的源而不是較大的源的優(yōu)勢。 Cree的方法是使用單芯片封裝，使光學器件更容易，更高效，這樣可以提高成本。

目標是減小系統(tǒng)尺寸，功耗和成本XP-L HI通過二次光學系統(tǒng)提供比XP-L高密度多120％的坎德拉。據(jù)該公司稱，與最接近的競爭對手相比，它還實現(xiàn)了79％的功率降低，同時達到了相同的坎德拉水平。

“這將是實現(xiàn)體育場照明的重大突破， “謝伊特說。 “當你不得不投射大量光線而不是流明時，坎德拉才是最重要的。如果你可以將光線減少到中心區(qū)域或足球場中間的四倍，那么散熱器，驅(qū)動器，金屬以及體育場照明所需的所有物品都可以節(jié)省相當多的費用。“ p>

此外，XP-L HI的光源尺寸與現(xiàn)有的XP-G2 LED尺寸大致相同，這意味著它具有非常好的光學兼容性，適用于已有的大型光學生態(tài)系統(tǒng)。 XP-G2。

同樣，Philips Lumileds繼續(xù)開發(fā)一系列產(chǎn)品，以滿足體育場應用等特定應用。 Chock說，有三種光源可以生產(chǎn)高質(zhì)量的體育場照明燈具 - 每個發(fā)射器的高流明，高效率和色溫。

Lumileds生產(chǎn)140-產(chǎn)品在額定驅(qū)動電流下，每瓦特160流明，可用于創(chuàng)建具有100,110和120流明每瓦特燈具效率的燈具。 Chock說，由于效率高，這比傳統(tǒng)照明節(jié)能至少一半或更多。

例如，LUXEON M還提供各種CCT和CRI選項，包括90 CRI的產(chǎn)品在5700K范圍內(nèi)，專門用于戶外區(qū)域和體育場應用（圖3）。

圖3：Lumileds LUXEON M通過緊密相關(guān)色溫（CCT）控制從均勻光源提供高效率和高通量密度。 （由Philips Lumileds提供）

Lumileds還提供LUXEON M的未經(jīng)展示的版本.LUXEON MZ提供小尺寸的源;它比大哥M小約50％。這可以轉(zhuǎn)化為更高的坎德拉，更好的光束控制，因此它可以將光線投射到體育場內(nèi)非常緊湊的光束中。它們每發(fā)射器提供900至1000流明，比LUXEON M低約10％至15％。

除了LUXEON M和MZ之外，另一款Lumileds旗艦產(chǎn)品LUXEON TX可在300中使用流明范圍，可用于體育場應用。 “但對于100,000或120,000流明的體育場照明，尺寸要求更大，你需要的LED比LUXEON M多四倍，”Chock說。

“有些人可能認為LUXEON TX是一種更好的系統(tǒng)，因為與LUXEON M相比，熱量散布在更大的區(qū)域，”Chock說。 “如果你有一個非常好的散熱設計，LUXEON M應該足以優(yōu)化系統(tǒng)設計和熱密度。

雖然目前還沒有用于體育場照明，但Chock說它的芯片在板上（COB）陣列是另一個不錯的選擇，因為它們的光增量非常高（高達8,000流明），具有非常好的每瓦流明特性。

決定權(quán)掌握在燈具設計師手中。 “雖然有一種推薦的產(chǎn)品，但是有些情況可以針對某些設計采用不同的架構(gòu)方法，這可能會導致不同的LED選擇。然而，由于Lumileds擁有如此廣泛的產(chǎn)品組合，我們可以為客戶提供相同應用的多種選擇，“Chock說。”Lumileds還提供兩種針對事件照明的彩色LED系列。其中包括采用3 mm x 4.5 mm封裝的LUXEON Rebel Color和采用1.6 mm x 1.3 mm尺寸的LUXEON Z Color。 LUXEON Z的標志是色彩密度，而LUXEON Rebel Color則提供高效率。

“您可以在一個Rebel Color的位置安裝三個Z LED，但在功率瓦特方面可以獲得更多色彩來自Rebel Color而不是Z，“Chock說?！?/p>

兩者之間存在權(quán)衡，但同樣具體的應用，例如點亮特定空間或在舞臺上拍攝燈光，將決定選擇。

總之，體育場照明只是LED產(chǎn)業(yè)的開放，對LED制造商來說是一個相當新的領域。然而，他們中的許多人正在開發(fā)用于需要高強度光的特定應用的產(chǎn)品，例如體育場照明。它們還滿足了體育場所有者節(jié)能和降低維護成本的要求，同時為活動增添了更多的興奮，并通過改善照明來改善家庭觀看。