Освещение для сельского хозяйства

Сегодня более половины населения мира живет в городах, и эта тенденция, похоже, сохранится в будущем. Обычные методы ведения сельского хозяйства скоро достигнут своих пределов в обеспечении жителей мегаполисов достаточным количеством здоровой пищи. Возможным решением проблемы является освещение для сельского хозяйства (рис. 1).

Рис. 1 Пример применения фитосветильников для тепличного освещения

Освещение растений искусственным светом позволяет обеспечивать не только ускоренный рост, но и целенаправленное развитие растения, оно может быть специально предназначено, например, для развития почек или созревания плодов. Свет обеспечивает фотосинтез и, таким образом, имеет решающее значение для роста растений. Однако освещение должно иметь правильный спектр. Для роста, формирования, развития и цветения растения важны различные длины волн. Так, если для освещения томатов используются красные светодиоды с длиной волны 660 нм, это оказывает положительное влияние на урожай, особенно на количество плодов. И напротив, освещение огурцов синим светом с длиной волны 455 нм замедляет рост, а свет с длиной волны 470 нм приводит к увеличению размера листьев и массы надземной части растения.

Помимо этого, имеет значение период времени, в течение которого растения подвергаются воздействию света. Благодаря искусственному освещению можно увеличить «естественный день», что приводит к более активному росту и интенсификации развития почек.

В настоящее время существует целый ряд способов, предназначенных для монтажа систем освещения растений. Стандартный метод - это «верхнее освещение», когда светодиоды рас-положены над растениями. Благодаря низкому тепловыделению светодиодов расстояние между источником света и растением можно свести к минимуму, то есть сформировать в стойках боль-шее количество уровней. Кроме того, светодиоды позволяют организовать «межрядное освещение». В этом случае светильники располагаются между растениями, что помогает бороться с затенением. С помощью данного подхода удается в достаточной степени осветить меньшие по размеру растения.

Используя новые светодиодные технологии, можно максимизировать воздействие света с точно заданной длинной волны на растения, что способствует фотосинтезу и оптимальному росту. Кроме того, возможность влиять на время воздействия и различные варианты расположения светодиодов является веским аргументом в пользу использования светодиодного освещения для выращивания растений. В секторе освещения для сельского хозяйства линейка продуктов OSLON-SSL (рис. 2) от OSRAM Opto Semiconductors предлагает широкий ассортимент высокоэффективных светодиодов с низким тепловым сопротивлением. Светодиоды OSLON-SSL-Colors доступны в восьми цветах: от 450 нм (синий) до 730 нм (красный), которые представляют собой наиболее проверенные сочетания длин волн в плане выращивания растений. Однако для корректной работы каждому светодиоду необходим соответствующий электрический режим. Компания Infineon Technologies - лидер в области управления электропитанием - предлагает широкий выбор аналоговых и цифровых светодиодных драйверов, микроконтроллеров, МОП-транзисторов и схем для диммирования. В ассортименте компании Infineon Technologies присутствуют все стандартные одноканальные решения с потребляемой мощностью до 100 Вт и выше, а также многоканальные драйверы.

Рис.2 Светодиод OSLON-SSL от OSRAM Opto Semiconductors

Контроллер для одноцветных светодиодов

Конфигурируемый цифровой однокаскадный обратноходовой (flyback) контроллер XDPL8105 от Infineon - идеальное решение для управления светодиодами линейки Oslon SSL Color, особенно одноцветными светодиодами при мощности ниже 100 Вт. На рис. 3 показан пример принципиальной схемы для XDPL8105 в однотактной flyback-схеме. XDPL8105 представляет собой цифровой преобразователь переменного/постоянного тока с топологией flyback, который снабжен гальванически развязанным входом диммирования 0-10 В. Еще одно его преимущество - интеллектуальное управление тепловым режимом.

Рис. 3 Принципиальная схема для контроллера XDPL8105 в однотактной flyback-схеме

Благодаря функции однократного программирования параметров один и тот же драйвер CDM10V подходит для использования во множестве различных применений. Infineon осуществляет поставки предварительно сконфигурированных компонентов, но при необходимости каждый заказчик может настраивать драйвер под свои задачи. Основные преимущества драйвера CDM10V: возможность программирования, малые размеры благодаря шестиконтактному корпусу SOT и функция диммирования (0-10 В).

Прецизионное управление многоцветными светодиодами

При воздействии на растения света от светодиодных источников света с изменяемым спектром необходимо точно управлять питанием, чтобы настроить требуемый спектральный состав излучения. Для этих целей такие поставщики, как Infineon или Diodes, предлагают множество решений.

Одним из примеров служит схема светодиодного AC/DC-драйвера ICL5101 компании Infineon в сочетании с транзистором CoolMOS Р7 на 700/800 В. Это комбинированное решение - PFC + LLC-контроллер (PFC - корректор коэффициента мощности, LLC- управление логической связью) - обладает преимуществами прежде всего благодаря очень низкому коэффициенту нелинейных искажений в широком диапазоне нагрузок (рис. 4). Светодиодный DC/DC-драйвер ILD6150 компании Infineon (рис. 5), предназначенный для подключения нескольких светодиодов, в сочетании с микро-контроллером ХМС1300 обеспечивает, помимо прочего, возможность подсоединения через интерфейсы DALI и DMX, а также интеграцию с датчиками. Кроме того, ХМС1300 поддерживает автоматическое диммирование по линейному или экспоненциальному закону, гарантируя таким образом, что яркостные и цветовые переходы будут выглядеть естественными. Кроме того, автоматическая регулировка яркости обеспечивает диммирование без пульсаций, даже при уровне ниже 0,1%.


Рис. 4 Комбинированный регулятор KKM/LLC обеспечивает очень низкую стоимость изделия и низкий коэффициент нелинейных искажений в широком диапазоне мощности.


Рис. 5 Светодиодный DC/DC-драйвер ILD6150 компании Infineon

С экономической точки зрения использование светодиодов имеет различные преимущества по сравнению с традиционными (ламповыми) вариантами освещения. Помимо увеличенного срока службы, светодиоды характеризуются и высокой надежностью, а благодаря эффективному и рациональному управлению питанием становится возможным экономить электроэнергию. В ближайшие годы освещение в сельском хозяйстве будет расти благодаря новым светодиодным технологиям и интеллектуальным системам управления.

Компания Rutronik определила эту тенденцию в начале своего становления и сейчас предлагает широкий спектр продуктов, которые можно использовать для освещения в сельском хозяйстве. Теплоотводы, разъемы, кабели, МОП-транзисторы, диоды и микроконтроллеры - это лишь несколько примеров из обширного ассортимента Rutronik.

Источник:
Журнал «Полупроводниковая светотехника»