Asis Rodriguez

Conexiones en iluminación LED

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Artículo informativo escrito por el departamento técnico de Avnet Abacus

La iluminación LED es uno de los sectores con crecimiento más rápido de la industria electrónica. En 2011, el mercado de lámparas y luminarias basadas en LED aumentó un 69 por ciento al llegar a los 9.400 millones de dólares (unos 7.500 millones de euros), según un informe de Strategies Unlimited. Los analistas esperan que la tendencia continúe a un ritmo del 20 por ciento anual hasta 2016, con la iluminación comercial e industrial al frente del sector.

Este desarrollo abarca mucho más que las fuentes de luz. También se han producido cambios notables en la forma de “soportar” la electrónica, en particular en los conectores requeridos para combinar un gran número de LED en un módulo o emisor integrado e interconectar la fuente de iluminación con alimentaciones eléctricas y de control del “mundo exterior”.

Aunque las aplicaciones de iluminación son electrónicamente sencillas, su ubicuidad incrementa la diversidad. Esto implica que los componentes empleados suelen tener que cumplir dos tipos de requerimientos de diseño: los impuestos por el uso de iluminación LED y aquellos necesitados por las circunstancias y el ambiente en los que se despliega el conector. Por ejemplo, un diseño de emisor LED “para el hogar” tiene que adecuarse a una configuración de lámpara física, que presenta un tamaño especial y determinadas restricciones de gestión térmica. Sin embargo, un producto para uso en exteriores, como iluminación arquitectónica, deberá resistir la humedad y los cambios severos de temperatura.

“De todas formas, los requerimientos de diseño vienen definidos por las propias aplicaciones de iluminación LED”, afirma Luke Smith, Product Marketing Manager de Avnet Abacus. “Por ejemplo, existen limitaciones de espacio y “presiones” de coste, ya que la iluminación es un mercado en el que las soluciones electrónicas están sustituyendo a las puramente eléctricas. Por esta misma razón, la simplicidad es fundamental. La gente sabe que cambiar una bombilla es algo sencillo y espera que esto se traslade a todo el sistema. Además, las nuevas tendencias de iluminación requieren conectores que ayuden a incrementar la duración y reducir los ciclos de unión”.

Smith añade que “cada aplicación tiene sus propias demandas, algunas complementarias y otras “contradictorias. La iluminación de fase y estudio debe ser instalada y desinstalada a diario, necesitando un conector que resista múltiples ciclos de conexión”.

El mercado masivo: elección de conectividad en aplicaciones estándares y específicas

En aplicaciones masivas, los fabricantes de iluminación LED han de hacer frente a las presiones constantes de reducción de costes. Esto no solo se refiere al coste unitario, sino también a otros aspectos del sistema de interconexión, como facilidad y rapidez de ensamblaje y mantenimiento in situ. Incluso los LED de alta eficiencia que disipan grandes cantidades de calor y sus entornos operativos pueden variar en gran medida. Los conectores deben continuar funcionando de forma fiable cuando trabajan con temperaturas elevadas durante periodos prolongados.

La consecuencia, según Luke Smith, “es que a pesar de que la iluminación se ve como una aplicación relativamente sencilla, la elección correcta del tipo y del material del conector se convierte en todo un reto”.

La diversidad de entornos y formatos físicos se refleja en el amplio número de posibilidades de selección por parte del diseñador. Por un lado, los sistemas de interconexión estándar ‘board-to-board’, ‘wire-to-board’ y ‘wire-to-wire’ `pueden ser adecuados. En algunos casos, los fabricantes ofrecen versiones de estas gamas con modificaciones especialmente atractivas para la iluminación. Pero por el otro lado también nos encontramos con conectores específicos de LED con componentes a medida para un determinado tipo de lámpara.

Alan Jermyn, Vicepresidente de Marketing de Producto de Avnet Abacus, destaca que el factor más importante es garantizar que una aplicación cumple lo especificado. “Nuestra compañía proporciona conectores de Amphenol, AVX, FCI, Hirose, Molex, Samtec y TE Connectivity que superan la mayoría de retos de interconexión de iluminación mediante LED. La práctica totalidad de proyectos se pueden satisfacer con conectores estándares o ensamblajes de cable a medida de estos conectores Sin embargo, un componentes específico puede hacer frente a determinadas necesidades, por ejemplo, si se requiere una facilidad extrema de conexión.”

Iluminación exterior, para escenarios  y estudios, rugerizada y fiable

Un área en el que los LED ya han demostrado su valía es la iluminación de escenarios y estudio. Los diseñadores aquí valoran su gran flexibilidad a la hora de crear efectos especiales sin los problemas asociados al exceso de calor y al elevado consumo de energía de bombillas y lámparas convencionales.

El desafío en estas aplicaciones se sitúa en la combinación de una construcción rugerizada con facilidad de ensamblaje y unión. Se suele requerir un ratio mínimo de protección IP65/67 como garantía de superación de los “riesgos” diarios. Sistemas como los conectores circulares ‘Ecomate’ de Amphenol están especialmente indicados para estos entornos. Diseñados originalmente para uso en construcción de planta y maquinaria, estos modelos Amphenol suponen un buen ejemplo de productos “redefinidos” para tareas de iluminación.

Esos conectores con cubiertas rugerizadas dotan de un ensamblaje rápido y se presentan con ‘screwed cable gland’, ‘clamping ring’ y ‘strain relief’ (“aliviador de tensión”) y junta de montaje, así como el ratio IP65/67.

Figura 1 Conectores circulares Ecomate para iluminación de fase y estudio, interiores o exteriores.

Figura 1 Conectores circulares Ecomate para iluminación de escenarios y estudio, interiores o exteriores.

La iluminación arquitectónica es otra vertiente que está adoptando masivamente los LED. Aquí, el conector debe soportar condiciones aún más extremas, como inmersión total en agua y variaciones bruscas de temperatura ambiente.

Los conectores impermeables Amphenol LTW son una magnífica elección y representan otro ejemplo de modelos diseñados originalmente para otras aplicaciones (en este caso defensa e industria aeroespacial) que ahora superan los requerimientos de iluminación LED.

Los conectores de iluminación específica aportan características especiales

En aquellos LED que necesitan adecuarse a un formato estándar existente, un conector específico puede ser la mejor opción. Las series 9159, 9175, 9176 y 9177 de modelos cable a tarjeta, y las series 9608 y 9609 de conectores tarjeta a tarjeta, de AVX han sido creadas para efectuar interconexiones DC-DC de bajo consumo.

Las unidades 9608 y 9609 están diseñadas específicamente para aplicaciones LED y ofrecen la mínima altura de unión de la industria (1.4 mm), posibilitando que el SMD LED y el propio conector se sitúen muy cerca sin provocar “sombra”.

El 9159 es ideal en apilamiento ‘end-to-end’’ de tarjetas en tiras de iluminación LED, donde su altura de 3 mm y su longitud total de 5.5 mm facilitan la producción de productos muy compactos.

Estos conectores, con contactos promediados a 125 VAC con 5 A, se encuentran disponibles en versiones de dos a seis pines para acomodar tamaños de cable de 22-24 AWG y eliminan la necesidad de herramientas especiales de instalación. También destacan por aumentar la fiabilidad mediante un clip de cierre.

La gama Hirose DF59 (Figura 5), un sistema multifuncional con perfil de unión de 2.5 mm, también ha sido desarrollada para aplicaciones LED. Disponible en versiones cable a tarjeta y tarjeta a tarjeta, solo requiere un tipo de receptáculo, independientemente de si se utiliza una clavija (‘plug’) de cable o una ‘board mount plug’, y así, se reduce el número de componentes. Los conectores de dos a seis posiciones tienen un tamaño total de 8 x 9 mm, previniendo la formación de sombras en las tiras de LED.

Aunque el formato suele ser una limitación absoluta, también constituye una necesidad para mantener los estándares de seguridad. En particular, donde se emplea la red de suministro, el diseñador deberá tener en cuenta la fuga en superficie (distancia de aislamiento junto a una superficie) y la ‘clearance’ (distancia de aislamiento a través del aire). Como otras muchas familias de conectores, las unidades Hirose DF59 (Figura 3) están disponibles con una inclinación de 2 o 4 mm para cumplir estos requerimientos.

Figura 3 Conectores DF59 Hirose con un bajo perfil de solo 2.5 mm.

Figura 3 Conectores DF59 Hirose con un bajo perfil de solo 2.5 mm.

La demanda de un ensamblaje rápido y fácil suele ser uno de los principales objetivos del mercado y los conectores específicos de TE Connectivity la supera con creces. Los sistemas de interconexión sin soldadura son particularmente útiles para minimizar los costes en la creación de ensamblajes de módulo y emisor LED de elevada rapidez.

Los sockets de LED sin soldadura de la serie SMIZ de TE Connectivity, diseñados para uso con Mini Zenigata LED de Sharp, permiten la fijación directa de los LED al disipador de calor empleando dos tornillos M2 estándares.

El ensamblaje de conector de dos piezas tiene una terminación ‘poke-in wire’ para cables del tipo 24 AWG. Las características de “localización integral” sitúan al LED de forma precisa en la toma durante el proceso de ensambladura. Esto es solo un ejemplo de las soluciones ‘socket’ sin soldadura de la compañía para LED específicos.

De igual modo, los conectores wire Poke-In de TE Connectivity (Figura 4) son ampliamente usados en dispositivos de iluminación donde la facilidad de ensamblaje es primordial. Disponibles en versiones ‘through-hole’ o SMT de uno y dos polos, cada contacto está promediado a 250 VAC y 5 A, y acepta tamaños de cable de hasta 0.8 mm.

Figura 4 Los conectores Poke-In de TE Connectivity pueden eliminar la necesidad de soldadura al ensamblar módulos y dispositivos de iluminación

Figura 4 Los conectores Poke-In de TE Connectivity pueden eliminar la necesidad de soldadura al ensamblar módulos y dispositivos de iluminación

TE Connectivity cuenta con una familia completa de modelos en línea, ‘blade’ y receptáculo, “hermafroditas” de dos, cuatro y seis polos para dichas aplicaciones. Estos conectores de bajo perfil (3.9 mm) disponen de contactos promediados a 6 A, 125 VAC y 125 VDC.

Los conectores estándares ofrecen fiabilidad y facilidad de uso

A pesar de que los conectores específicos para iluminación ofrecen una solución a medida para un “problema” definido, muchos diseñadores prefieren soluciones “probadas”. Según Marco Enge, Responsable de Marketing de Productos de Interconexión de Avnet Abacus, “la diversidad de aplicaciones, junto al enorme portfolio de conectores estándares, supone que a menudo es fácil encontrar un producto estándar adecuado a estas aplicaciones”.

Por otro lado, FCI fabrica varias soluciones que se ajustan a la categoría de conectores de “propósitos generales” para uso con LED. El catálogo abarca conectores mezzanine cable a tarjeta y tarjeta a tarjeta de elevada densidad con una inclinación de 0.8 y 1.0 mm de la familia MEZ Select; e interconexión modular de 2 o 2.54 mm de su gama Basics.

En aquellos entornos en los que la altura del conector no es un aspecto crítico, pero se desea minimizar el “inventario”, los conectores de Samtec tarjeta a tarjeta “hermafroditas” y ‘self-mating’ (Figura 5) pueden ofrecer una respuesta más que aceptable. Estos modelos ‘shrouded’ y polarizados reducen el número de componentes discretos del sistema de interconexión. Un ‘clic’ sonoro confirma el “éxito” de la unión, acelerando el proceso de ensamblaje que, como habíamos comentado, podía ser un factor esencial en la selección.

Figura 5 Los conectores ‘self-mating’ hermafroditas de Samtec minimizan el número de componentes y se caracterizan por un ‘clic’ sonoro para confirmar una unión correcta.

Figura 5 Los conectores ‘self-mating’ hermafroditas de Samtec minimizan el número de componentes y se caracterizan por un ‘clic’ sonoro para confirmar una unión correcta.

 La gama de productos de interconexión de iluminación de Samtec también cuenta con conectores cable a cable y cable a tarjeta con inclinaciones de 1.27 a 6.35 mm, incluyendo componentes cable a tarjeta circulares con inclinaciones de 1.27 o 2.54 mm, sellado IP68 y diferentes posibilidades de cubiertas plásticas o metálicas.

En otros casos, los conectores más “familiares”, como los tipos D y DIN 41612, se pueden emplear en iluminación en estado sólido. Los conectores estándares de cable ribbon, como los de las familias FFC / FPC / CIC de FCI, también pueden encontrar su hueco en este mercado. Y las tomas modulares de la compañía se suelen utilizar en conexiones de datos y Power-over-Ethernet (PoE) entre módulos LED inteligentes.

Requerimientos especiales para aplicaciones específicas

Muchas aplicaciones presentan necesidades de conectividad muy específicas. Por ejemplo, la iluminación en automoción y “en carretera” está sujeta a estándares y aprobaciones, que se ven “superados” usando un conector con LED.

El conector de polo de seguridad pasiva de Molex (Figura 7) ha sido diseñado para superar la nueva normativa europea, que establece que toda la iluminación de carreteras y señalización electrificada debe tener un sistema de desconexión rápida. Muchas de estas soluciones se basan en LEDs con la finalidad de reducir costes operativos, mediante el ahorro en consumo de energía y tareas de mantenimiento.

Para cumplir con esta legislación, el sistema conector tiene que desconectar el suministro eléctrico al polo o indicarlo en los 0.4 segundos posteriores a un “impacto”. Los conectores de polo de seguridad pasiva de Molex, con un sellado IP68 y cubierta impermeable, se suministran pre-ensamblados con sus cables para adecuarse a las necesidades de alumbrado público, semáforos, bolardos o postes y aplicaciones similares.

Figura 7 Conectores Safety-Pole de Molex diseñados para desconectar el suministro eléctrico en 0.4 segundos tras cualquier impacto.

Figura 7 Conectores Safety-Pole de Molex diseñados para desconectar el suministro eléctrico en 0.4 segundos tras cualquier impacto.

Conclusión

A menudo, el reto de los diseñadores a la hora de fabricar y usar productos de iluminación LED no reside en encontrar un conector adecuado, sino en seleccionar el componente más apropiado entre todos, para su aplicación en concreto. Aquí es donde un distribuidor como Avnet Abacus, que conoce los puntos fuertes y débiles de los conectores de un gran número de fabricantes, es de gran ayuda.

Los diseñadores también deberían buscar un proveedor que pueda suministrar un portfolio completo de fuentes de alimentación, componentes pasivos y de gestión y control térmico, capaz de dar apoyo  técnico completo durante  toda la fase de diseño.

Este planteamiento integral, junto con los servicios logísticos y la cadena de suministro, simplificarán el proceso de crear un sistema de iluminación LED económico y fiable.

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