Una nuova classe di LED: i Mid-Power LED. Alta efficienza a basso costo.

Figura 1. Mid-power LED. Seoul 5630 e Cree XH-G.

I primi LED in commercio sono stati i low-power, inizialmente utilizzati come spie di segnalazione nei circuiti elettronici, dai televisori fino ai computer, poi sono stati impiegati per realizzare le prime lampadine (figura 1), la categoria racchiude anche i nuovi LED a bassa potenza (figura 2). Il loro flusso è di poche decine di lumen, basso flusso e bassa efficienza. 

Figura 1. Lampadine con LED spia.

Figura 1. Lampadine con LED spia.

Figura 2. Lampadina con low power LED

Figura 2. Lampadina con low power LED

L’evoluzione del LED ha portato allo sviluppo degli high-power LED o più semplicemente power LED. Questa categoria raccoglie i LED ad elevato flusso utilizzati oggi nella realizzazione di molti dispositivi di illuminazione da quella stradale a quella per interni (figura 3), il loro flusso arriva a qualche centinaio di lumen per i chip singoli fino a diverse migliaia per i multichip. Questi LED sono però costosi ed hanno problemi di dissipazione del calore poichè generano molta potenza in uno spazio ridotto. La gestione del calore aumenta ulteriormente i costi richiedendo ad esempio materiali ad alto coefficiente di trasmissione e grosse superfici per lo scambio del calore con l’esterno.

Figura 3. Lampadina con high power LED

Figura 3. Lampadina con high power LED

Un modo per risolvere i problemi di calore e di costo è stato trovato nei LED a media potenza, i cosidetti Mid-power LED, presenti sul mercato gia da qualche anno ma che proprio nel 2013 hanno raggiunto risultati davvero interessanti. Questi LED arrivano a flussi massimi di 100 lumen con dimensioni di qualche mm2, nulla a che vedere con i flussi degli high-power LED ma costano un decimo ed hanno la stessa efficienza se non superiore in alcuni casi. Inoltre la loro potenza ridotta genera molto meno calore.

Seoul Semiconductor e Cree si stanno imponendo come produttori leader del settore. Cree ha in commercio due modelli: XH-G e XH-B  raggiungendo i 170 lm/W a 65 mA, 5000 K e 25 °C. Seoul risponde con i modelli 5630 e 3030 dichiarando un’efficienza di 180 lm/W ed i costi ridotti del 50%. Con questi dati puntano ad essere i LED con la migliore efficienza (lm/W) e il miglior prezzo (€/Klm), ma spesso le prestazioni reali sono ben lontane da quele dichiarate. Ho analizzato il datasheet dell’XH-G e l’ho messo a confronto con l’XT-E, l’high power LED con le caratteristiche costo-efficienza più elevate del settore, vediamo i dettagli nella tabella seguente.

Mid-power XH-G xh-g_mini High-power XT-E xt-e_mini
Selezione CW CRI 80 CW CRI 80
Tensione  2.9 V 2.85 V
Corrente 65 mA 350 mA
Flusso a 25 °C 26.8 lm 140 lm
Efficenza a 25 °C 142 lm/W 140 lm/W
Costo  5.6 €/Klm  7.9 €/Klm

Dal flusso luminoso generato vediamo subito la differenza tra le due categorie, 140 lumen con 1 Watt di potenza contro i 26 lumen a 0,2 Watt, due stili diversi. Siamo lontani dai 170 lm/W dichiarati per l’XH-G, ma i 140 lm/W tipici sono comunque un grande risultato come efficienza tipica. L’efficienza dei due LED a confronto è praticamente uguale ed a parità di flusso luminoso il Mid-power LED costa il 30% in meno. La sua bassa potenza ( a 65 mA consuma meno di 0,2 W) permette l’utilizzo di schede in FR4 con un’ulteriore riduzione dei costi nella parte elettronica e di dissipazione. Se non sono richieste ottiche particolari e se non ci sono limiti di spazio i Mid-power LED risultano la soluzione migliore ad oggi, offrendo luce a basso costo. Sono particolarmente adatti per ottenere sorgenti luminose estese ed uniformi.

Per approfondire l’argomento vi rimando all’articolo sul Mid-power LED della Cree ed all’articolo apparso su LED Magazine riguardo i Mid-power LED.

  • Buongiorno, mi scusi ma non capisco la comparazione: il valore di efficienza è similare e tuttavia per ottenere il medesimo flusso, facciamo l’esempio di 1000 lm, necessito di ca. n 7 High-Power e di n 38 Mid-Power. Pur considerando il minor costo del Mid-power del 30% come da lei indicato, il costo complessivo risulterebbe, con quest’ultimo, 3.65 volte superiore.
    Che ne pensa?
    Grazie e buona giornata
    Marco Marangone

    • Dario Roncati

      Salve,
      mi scuso se sono risultato poco chiaro. Il costo indicato è in Euro ogni 1000 lm (€/Klm), ovvero la spesa necessaria per ottenere 1000 lumen. Gli XH-G dell’esempio costano indicativamente 0.15 € l’uno contro 1.1 € degli XT-E (sono costi per grosse quantità). Per ottenere 1000 lm servono 37.31 XH-G (37.31 * 0.15 = 5.6 €) oppure 7.14 XT-E (7.14 * 1.1 = 7.7 €).

  • Salve,
    ora mi è più chiaro, avevo frainteso.
    Serve comunque un numero di LED 5 volte superiore, con incidenza sulle dimensioni del dispositivo.
    Nei dispositivi con ottiche secondarie, il costo di quest’ultime, in numero maggiore, inficierebbe il minor costo del Mid-power.

    • Dario Roncati

      Certo, bisogna valutare da caso a caso la convenienza di questo tipo di LED piuttosto che altri. Sicuramente offre una vantaggiosa gestione del calore ma il numero superiore di LED può risultare problematico ove sono necessarie ottiche particolari o dove ci sono problemi di spazio.