Sanitaryhygiene.ru

Санитары Гигиены
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ток потребления ярким светодиодом

Светодиод

Цель работы. 1.Познакомиться с устройством и физическими процессами, протекаю-щими при генерации света р-п –переходом. 2. Снять рабочий участок вольтамперной характеристики (ВАХ) светодиода и определить потребляемую электрическую мощность. 3. Познакомиться с расчетом электрической схемы питания светодиодов. 4. Установить зависимость силы света светодиода от величины протекающего через него тока и определить световую отдачу.

Оборудование. Источник постоянного тока, вольтметр, миллиамперметр, люксметр, набор светодиодов.

Краткая теория

Светодиоды или светоизлучающий диод (СИД, LED — англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый диод, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом, а первые работы по электролюминесценции в карбиде кремния выполнил в 1923 году советский физик Олег Лосев. Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал американский ученый Ник Холоньяк в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода».

В светодиоде энергия электрического тока преобразуется в световую энергию. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода, то есть в контакте двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют раз­ными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорными. Но не всякий p-n-переход излучает свет. Ключевых причин две. Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной обла­сти светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излу­чения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кри­сталл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и прихо­дится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изуче­ние которых российский физик академик Жорес Алфе­ров получил Нобелевскую премию 2000 года.

За последние годы создано огромное множество различных светоизлучающих диодов. Конструкция светодиода определяет направление, пространственное распределе-ние, интенсивность излучения, электрические, тепловые, энергетические и другие характеристики излучения полупроводникового кристалла. По потребляемой электричес-кой мощности светодиоды условно делят на маломощные (до 1 Вт), мощные (свыше 1 Вт) и сверхмощные (более 10 Вт). На рисунках 1а и 1с показаны устройства маломощного и мощного светодиодов.

Основу светодиодов составляет полупроводниковый кристалл, расположенный на проводящей подложке, служащей отражателем (рефлектор), направляющим свет в одну сторону. К кристаллу и подложке подводится электрическое напряжение, через анод и катод. От внешних воздействий кристалл защищен корпусом из эпоксидной смолы или поликарбоната. Верхняя часть корпуса, как правило, делается в виде купола с определенной кривизной и исполняет роль линзы, формирующей световой пучок.

При разнообразии форм корпусов, в которых установлены излучающие кристаллы, существенным отличием является то, что в мощных светодиодах кристалл устанавливает-ся на теплоотводящей металлической подложке. На рисунке 1b показан внешний вид цилиндрического маломощного светодиода и обозначение светодиодов на электрических схемах. У светодиодов всех типов различают несколько основных параметров: 1) тип корпуса, под которым понимают форму, диаметр и цвет колбы (линзы); 2) электрические — типовые (рабочие) ток и падение напряжения; 3) световые — длина волны излучения, сила света и угол рассеяния, световая отдача.

Вольтамперная характеристика. Полную информацию об электрических свойствах светодиода дает его вольтамперная характе-ристика (рис.2). При прямом подключении к источнику постоянного тока светодиод будет излучать свет в интервале напряжений от Umin до Umax, то есть для светодиода рабочим является участок ab вольтамперной характе-ристики 1. В случае превышения предельного напряжения Umax наступает пробой p-n пере-хода и светодиод выйдет из строя. Пробой наступит также в случае обратного включения светодиода к напряжению, превышающему Umax,обр. При обратном включении светодиода через него протекает малый ток утечки ioбр, светодиод при этом не излучает света. Вид вольтамперной характеристики зависит от природы полупроводников, составляющих светодиод. На рисунке 2 пунктирной линией 2 показана вольтамперная характеристика светодиода, излучающего в более коротковолновом диапазоне, чем 1 (сплошная линия).

Электрический ток через p-n переход обусловлен упорядочным движением электронов и дырок, а его величина определяется уравнением: . , (1)

где U – внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу с учетом знака, is— значение, к которому стремится обратный ток при увеличении обратного напряжения, е – заряд электрона, k –постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура.

Из уравнения (1) следует, что даже незначительное превыше-ние приложенного прямого напряжения к p-n переходу по отношению к Umax, приводит к значительному росту тока через него. Кроме того, при прохождении прямого тока выделяется энергия в виде теплоты, увеличивается концентрация электронов и дырок в полупроводнике, сопротивление p-n перехода уменьшается, а величина прямого тока бесконтрольно растет. Для стабилизации электрических параметров светодиода, его надо подключать к источнику постоянного тока через токоограничивающий резистор R (рис.3).

Зная критические параметры светодиода Umax и imax можно найти величину токоограничивающего резистора по формуле

где Е – ЭДС источника тока. (2)

Пример. Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 В и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с Е= 5 В. Сопротивление токоограничивающего резистора, вычисленное по формуле (2), равно R = 100 Ом. Так как резисторы имеют разброс параметров до ±20% от номинальной величины, то для безопасности светодиода разумно взять резистор величиной R ≈ 120 — 150 Ом.

Фотометрические характеристики светодиодов. Основной энергетической характери-стикой света считается световой поток Ф – это мощность светового излучения, измеряемая в люменах (лм). По международному соглашению люмен – это 1/683 ватта светового монохроматического света с длиной волны 555 нм, соответствующей максимуму кривой спектральной чувствительности глаза. Благодаря оптической системы светодиода, световое поле цилиндрического светодиода имеет примерно конусообразную форму, с небольшим углом рассеяния. Следовательно, если все излучение светодиода направить по нормали, т.е. α=0, на фотоприемную поверхность люксметра и измерить освещенность Е, то можно определить световой поток по формуле

(3)

где: S – освещенная площадь фотоприемной поверхности люксметра; Е – освещенность, выраженная в люксах (лк). Следует иметь ввиду, что незначительная часть излучения кристалла светодиода теряется на отражение и поглощение веществом колбы.

Вычислив потребляемую светодиодом электрическую мощность, как произведение силы тока на приложенное к светодиоду напряжение – P = i U, определим световую отдачу светодиода:

Читайте так же:
Lg 32lh570u уменьшить ток подсветки

(4)

Если полный световой поток Ф разделить на телесный угол ω, в котором сосре-доточено излучение светодиода, то можно оценить осевую силу света I светодиода:

(5)

Сила света в СИ измеряется в канделах (кд). Из (5) следует, что чем меньше телесный угол, в котором заключен один и тот же световой поток, тем больше осевая сила света. Для стандартных 5 миллиметровых сверхярких светодиодов величина осевой силы света колеблется в пределах 200-5000 мКд. Сила света мощных светодиодов составляет десятки канделл.

Телесный угол ω равен отношению площади S, вырезаемой этим углом на сфере произвольного радиуса R, к квадрату этого радиуса – ω = S/r 2 (рис.4). Площадь измеряют по среднему диаметру d светящегося пятна – S = πd 2 /4. В международной системе единиц СИ телесный угол измеряется в стерадианах (сокращенно ср).

Если источник света светит равномерно по всему пространству, то есть в телесном угле 4π (так как площадь сферы равна 4πr 2 ), то сила света такого источника равна I=Ф/4π. Одна кандела – это сила света источника, излучающего световой поток 1 лм в телесном угле 1ср. Примерно такую силу света имеет обычная стеариновая свеча (отсюда ясно, что световой поток такой свечи равен примерно 12,56 лм).

Описание измерительной установки

В состав измерительной установки входят (рис.5): источник стабилизированного постоянного напряжения ИП; вольтметр V; миллиамперметр mA; люксметр Л с фото-приемником ФП; светодиод СД.

Регулировку подаваемого на светодиод СД напряжения осуществляют потенциомет-ром R1, а величина этого напряжения равна UСД = U – i (R+RmA), где: U – показания вольтметра; i – показания миллиамперметра; R – сопротивление токоограничивающего резистора; RmA – сопротивление миллиамперметра. Фотоприемник ФП люксметра Л расположен на расстоянии, при котором весь световой поток светодиода приходится на его светоприемную поверхность.

Выполнение работы

Измерения. 1. Собрать схему (см.рис.5). К клеммам ab подсоединить красный светодиод. Вычислить цены делений стрелочных приборов.

2. По величине токоограничивающего резистора R и сопротивления миллиамперметра RmA записать их суммарное сопротивление (R+ RmA). Регулятор напряжения (потенцио-метр) установить в нулевое положение.

3. Включить источник питания в сеть 220В. Увеличивать с помощью потенциометра R1 выходное напряжение до зажигания светодиода. Записать минимальные значения тока imin и напряжения Umin (Umin = U – imin (R+RmA)).

4. Установить фотоприемник ФП люксметра на таком расстоянии от светодиода, чтобы основной световой поток светодиода приходился на приемную часть фотоприемника. Несколько раз измерить диаметр светового пятна и вычислить его среднее значение <d>. По среднему диаметру пятна вычислить его площадь (S = πd 2 /4).

5. Измерить расстояние r от излучающей поверхности светодиода до фотоприемника люксметра и оценить телесный угол ω = S/r 2 , в котором сосредоточено излучение. Включить люксметр.

6. Диапазон токов от imin до imax ≤ 20 mA разбить минимум на 10 частей. Для каждого значения тока измерить величины напряжения U и освещенности E. Данные эксперимента занести в таблицу 1. Таблица 1

Мощность и потребление светодиодных ламп

Светодиодные лампы появились не так давно, но стремительно приобрели популярность. Они используются для наружного и внутреннего освещения, доказав свою практичность, универсальность и ощутимую экономию при использовании. Большое количество покупателей отдают предпочтение светодиодной продукции, так как стоимость оборудования постоянно снижается. Мощность светодиодной лампы является ключевым техническим параметром. Необходимо тщательно изучить вопрос, чтобы не ошибиться при выборе светодиодной продукции.

Мощность

Светодиодная лампа

Мощность светодиодных ламп – то, что определяет яркость свечения. Проблем с классическими лампочками ни у кого не возникает, каждый потребитель прекрасно ориентируется в вопросе, как светят лампы с мощностью от сорока до ста ватт. Но разобраться, насколько мощной должна быть светодиодная лампа, потребляющая в разы меньше электрической энергии, не совсем легко.

Люди все чаще задумываются об отказе от ламп накаливания и переходе на светодиодное оборудование. Светодиодные прожекторы, мощность которых самая разная, пользуются все большей популярностью. В домах и квартирах могут быть установлены лампы накаливания самой разной мощности, в зависимости от потребностей. Подобрать подходящий эквивалент светодиодных ламп помогут таблицы. Они сравнивают потребляемые мощности обоих вариантов. Светодиодная лампа потребляет в шесть раз меньше, чем лампа накаливания. Таблица соответствия поможет максимально точно подобрать светодиодный вариант, соответствующий лампе накаливания. Там проведена аналогия, сравнивается мощность светодиодной лампы и классической.

Светодиодные светильники превосходят обычную лампочку по всем критериям, кроме ценовой. Стоимость светодиодных ламп в несколько раз выше. Но данный факт не показатель, так продукция окупается очень быстро благодаря очень невысокому энергопотреблению. За время работы элемента пользователь сменил бы несколько обычных ламп, а также происходит существенная экономия на счетах за электричество.

Потребляемая мощность светодиодной ленты невысокая, это позволяет сразу же ощутить изменения в счетах за электричество.

Кроме упомянутых вариантов, бывают и другие типы осветительных приборов. Не все имеют представление, что светодиодные лампы также намного выгоднее, чем люминесцентные или галогенные. Первые потребляют в несколько раз больше энергии, имеют непродолжительный срок службы. Вторые – очень энергозатратные и служат на порядок меньше.

Минусом светодиодного светильника многие пользователи называют яркий белый свет. Но цвет освещения бывает разным: теплым и мягким белым, теплым белым, белым, холодным белым, дневным, холодным дневным. Важным аспектом, требующим внимания, является пульсация прибора. Качественная лампа не должна пульсировать, поскольку данный факт крайне негативно сказывается на самочувствии человека. Например, светодиодные приборы ASD имеют очень низкий коэффициент пульсации и рекомендованы к установке в детских и медицинских учреждениях.

Чтобы выбор осветительного прибор на диодах был корректным, важно знать какие светодиодные ленты выпускаются. Лента имеет вид гибкой платы с припаянными на основании световыми диодами. Светодиодный элемент бывает различной классности защиты. Питание ленты происходит от постоянного напряжения разной величины: 5, 12, 24 и 36 В. Стоит отметить, что существуют разновидности лент, функционирующие от классического напряжения в 220 В. Они требуют установки специального УЗО. Есть открытые и закрытые модели. Также на плате применяются разнообразные светодиоды. В описании к изделию всегда указывается количество световых элементов на один метр.

Характеристики ярких светодиодов

Разновидности ламп

Благодаря современным технологиям, за последнее время произошла серьёзная модернизация осветительных приборов. Привычные лампы накаливания сменились более экономичными и долговечными. Особым этапом является появление светодиодных ламп, характеризующихся высокой яркостью. Яркие светодиоды нашли применение в разных сферах.

Читайте так же:
Регулируемые источники тока для светодиодов

Разновидности ламп

Сегодня спектр ламп для освещения представлен различными моделями от стандартных до суперсовременных. Все они обладают разными характеристиками:

  • Конструкция светодиодаЛампы накаливания. Долгое время они были единственными источниками освещения, имели мощность от 15 до 300 Вт. Современные лампы разделяются на два вида. В криптоновых применяется инертный газ криптон, обеспечивающий хорошую светоотдачу. Их минимальная мощность равна 40 Вт, максимальная — 100 Вт. Биспиральные модели функционируют за счёт дугообразной нити из вольфрама, могут иметь зеркальную, прозрачную либо опаловую поверхность.
  • Виды и характеристикиЛюминесцентные. Излучают свет благодаря люминофорному покрытию, на которое действуют ультрафиолетовые лучи газового разряда. Обеспечивают мягкий рассеянный свет разной мощности (от 8 до 80 Вт). Дают в 7−8 раз больше светового потока, чем лампы накаливания, служат в 10−20 раз дольше. Отличаются мерцающим светом и чувствительностью к температурным перепадам.
  • Галогенные. Выпускаются в разных формах и размерах. Излучаемый ими свет может быть рассеянным или в виде концентрированных пучков. Благодаря возможности светить очень яркими насыщенными оттенками, галогенные светильники широко применяются в современном дизайне для создания оригинальных световых решений в жилых помещениях и уличных пространствах. Лампы галогенного типа имеют множество вариантов установки. Их можно подвесить вверху или на стенах, встроить в подвесной потолок в виде точечных приборов, закрепить на мебели. В поворотных моделях имеется специальный вращающийся держатель, позволяющий направлять лучи света в нужную сторону.

Особенности монтажа

Среди всего ряда осветительных ламп светодиоды выделяются самым низким потреблением электроэнергии, поэтому пользуются большой популярностью среди потребителей. Они характеризуются высокой яркостью, светопередачей порядка 60 — 80 Лм/Вт. Срок службы приборов мощностью от 7 до 21 Вт/час может достигать 100 тысяч часов.

Отдельной разновидностью светодиодов являются автономные лампы, работающие за счёт аккумуляторных и солнечных батарей. Такие светильники эффективны, как при высоких (+50), так и низких (-30) температурах. Имеют свойство включаться самостоятельно с наступлением темноты, поэтому успешно применяются для уличного освещения.

Конструкция светодиода

Светодиодный светильник имеет довольно сложное устройство. В его конструкцию входит несколько элементов, каждый из которых выполняет определённую функцию:

  • Область примененияСветодиодные чипы. Выступают в роли основных деталей, обеспечивающих свечение. В зависимости от размера светильника и желаемой мощности, в нём может содержаться от одного до нескольких десятков взаимосвязанных между собой чипов. При поломке одного из них другие также перестают работать. От качества чипов зависят характеристики лампы и срок ее службы.
  • Печатная плата. Производится из сплавов алюминия, хорошо отводящих тепло и обеспечивающих температуру, необходимую для функционирования чипов.
  • Радиатор. На него отводится тепло от печатной платы с чипами. Изготавливаются из алюминиевых сплавов и форм с множеством отдельных пластин. С помощью этих пластин увеличивается площадь теплоотведения радиатора.
  • Драйвер. Сглаживает, уменьшает и стабилизирует напряжение на входе электрической цепи. Бывает выносным или встраиваемым. Второй тип используется чаще.
  • Сверхяркие светодиодыКонденсатор. Ликвидирует пульсацию напряжения, которое поступает с драйвера на светодиодные кристаллы.
  • Цоколь. Служит для подключения патронов. Для его производства применяется латунь с покрытием из никеля. Эти материалы обеспечивают хорошее соединение и долговременную защиту от коррозии.
  • Полимерное основание. Вплотную прилегая к цоколю, гарантирует защиту корпуса от электрических пробоев. Также основание предохраняет пользователей от электротравм при замене лампочек.
  • Рассеиватель. Имеет форму полусферы, изготавливается из матированного поликарбоната или прозрачной пластмассы, исключающей риск повреждения при падении. Предназначается для увеличения угла равномерного рассеивания светового пучка. Практически не нагревается во время свечения лампы.

Особенность светодиодов заключается в расположении области максимального нагрева. Если в других видах осветительных лампах тепловая энергия распространяется от внешней стороны поверхности, то в диодных светильниках печатная плата нагревается изнутри. Поэтому для обеспечения эффективной и безопасной работы необходимо регулярное отведение тепла из лампы.

Виды и характеристики

Виды ярких светодиодов

С развитием технологий на основе обычных светодиодных лампочек началось производство полупроводниковых приборов, характеризующихся очень высокой яркостью свечения. Сверхяркие светодиоды имеют определённую классификацию.

Лампы тайваньского производителя Epistar характеризуются компактными размерами и высокими качественными показателями. Имеют очень долгий срок эксплуатации.

Продукция бренда Smd имеет несколько серий (3528,3014, 3020, 2835 и д. р.). Наиболее востребованы яркие светодиоды серии SMD 5050, отличающиеся белым мощным свечением (мощность доходит до 1 Вт). Часто используются в комплекте со специальными блоками питания, снижающими действующее напряжение до 12 В.

Модельный ряд компании XLamp состоит из трёх вариантов сверхярких светодиодов — XR, XP и MC. Каждый из них имеет индивидуальный размер и форму, но все используют большой рабочий ток, превышающий 350 мА, и имеют высокоэффективную систему теплоотвода. Применяются для внутреннего и наружного освещения современных автомобилей.

Одним из ярких примеров мощных светодиодов являются лампы американской компании Cree. Она выпускает осветительные приборы в разных корпусах:

  • С выводами STD (серии 374, 512, 503, 4SM, 5SM и д. р.). Стандартные корпуса имеют круглое сечение размером 3 и 5 мм и овальное сечение размером 4 и 5 мм.
  • В корпусе «Пиранья» типа P4 (серия Р41, Р42, Р43).
  • В корпусе типа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LP6, LN6, LA1 и т. д. ). Подходят для поверхностного монтажа.

Яркие светодиоды

Вне зависимости от типа сверхяркие светодиоды функционируют по одному принципу протекания направленного потока электронов от p-анода к n-катоду. Для образования перехода светодиодные чипы внутри лампы покрываются легированными примесями. Оттенок и длина волны светового потока в каждом светильнике повышенной яркости определяются шириной рабочей p-n зоны.

Качество работы диодов определяется по яркости светового потока и углу рассеивания. В зависимости от температуры, свечение бывает оранжевым, янтарным, зелёным, синим, красным или белым. Белый свет делится на холодный (5000 — 7000K) и тёплый (2700−3500К).

Угол рассеивания также бывает различным от 15 до 120 градусов. За счёт лампочек с разными углами рассеивания создаются оригинальные световые решения с подсвечиванием разных зон.

Особенности монтажа

Особенности ярких светодиодов

Прежде чем устанавливать сверхяркий светодиод, следует обратить внимание на то, какие токовые характеристики он имеет. Основной величиной является его постоянный рабочий ток. Средний показатель для большинства сверх ярких приборов находится в диапазоне 15 — 20 мА. Максимальные значения ультраярких ламп достигают 1 А.

Читайте так же:
Сгорел выключатель с подсветкой

Следующий важный показатель — рабочее напряжение — зависит от оттенка излучаемого света. Для инфракрасного цвета характерна минимальная величина от 1,5 до 1,9 В, для белого — максимальная, достигающая 3,7 В. К одному драйверу с постоянным выходным напряжением 12 В можно присоединить 4 ярких диода с напряжением по 3 В либо 12 диодов по 1 В каждый. Драйвер, выходное напряжение которого равно 12 В, следует подключать к сети 220 В.

Главным условием установки любой диодной лампы считается соблюдение полярности питания. Поскольку в светильниках с большой яркостью происходит сильный нагрев световых кристаллов, необходимо обеспечить эффективную систему охлаждения. В большинстве сверхярких моделей она реализована с помощью теплоотводящих радиаторов. Если такие радиаторы не предусмотрены производителем, об охлаждении нужно позаботиться самостоятельно. В процессе установки нужно обеспечить качественную электроизоляцию.

Правильно установленный LED-светильник может проработать не менее 50 тысяч часов. При этом его использование будет экономически выгодным и не нанесёт вреда окружающей среде ввиду отсутствия паров газов, ртути и других опасных компонентов. Ярким светодиодам присущи такие качества, как невосприимчивость к скачкам напряжения и температуры, виброустойчивость и ударопрочность. Компактные лампы способны выдержать большое количество включений.

Все преимущества, которыми обладают сверхяркие диоды, отражаются на их стоимости. Их цена достаточно высокая, но долгий срок эксплуатации и качественные характеристики позволяют добиться окупаемости приборов.

Каждый LED-светильник обладает индивидуальными характеристиками. Поэтому при помощи нескольких диодных ламп трудно добиться равномерной освещённости (даже если они изготовлены одним производителем и относятся к одной серии). Заявленная цветопередача также не всегда соответствует реальной. Регуляторами яркости оснащаются не все осветительные приборы.

Область применения

Высокие технические и эксплуатационные показатели позволяют широко использовать сверхяркие светодиоды. Самыми распространёнными сферами применения являются:

Характеристики ярких светодиодов

  • Мобильные устройства. Выполняют роль подсветки как в одноцветных, так и в многоцветных дисплеях, работающих на жидких кристаллах.
  • Дорожные знаки. Применяются в светофорах, уличных указателях, поскольку не требуют частого технического обслуживания после установки.
  • Световая реклама. Используются для освещения объёмных букв, световых коробов, рекламных вывесок и ультратонких лайтбоксов. Белый свет, излучаемый диодами, является более эффективной альтернативой применяемому ранее неону.
  • Алфавитно-цифровые табло. Прямой свет служит инструментом для передачи информации на одноцветных табло и полноцветных видеодисплеях в торговых центрах и на спортивных стадионах.
  • Транспорт. За счёт малых размеров и сверхвысокой яркости обеспечивают работу внешних сигнальных устройств (индикаторов поворота, стоп-сигналов) и приборных панелей, установленных в салонах транспортных средств (автомобилях, автобусах, мотоциклах, самолётах).
  • Архитектура и ландшафт. Показывают высокую эффективность при освещении фасадов зданий и различных ландшафтных композиций.

Диоды высокой яркости находят применение не только в сферах общего пользования, но и в быту. К примеру, ими всё чаще заменяют традиционное освещение при установке натяжных потолков.

Как определить мощность светодиода

С годами рынок предлагает все большее разнообразие светодиодов. Они отличаются цветом, напряжением, мощностью и т.д.
Если вам в руки попался светодиод и вы хотите его использовать, то непременно нужно разобраться какой мощности это устройство, иначе можно элементарно спалить его.
Как определить мощность светодиода? Об этом расскажем в данной статье.
Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл. Он может быть в корпусе или без него, но в любом случае у него будет два вывода: положительный и отрицательный. Мощностью светодиодов часто называют показатели в ваттах. Однако это не совсем верно. Это делается для простоты понимания. У светодиодов есть показатель максимума рабочего тока, при котором он может работать. А мощность зависит от количества тока, который вы ему дадите.

Светодиоды малой мощности

Так же их называют индикаторными. Их смело можно назвать самым распространенным видом светодиодов. Они небольшого размера (2-20 миллиметров в диаметре). Индикаторными их называют по самому частому применению – вы наверняка их видели практически во всей бытовой технике. Практически все белые маломощные светодиоды обладают параметрами 20МА 3,2 вольт. То есть его мощность – 0,06ватт.
Так же к этому виду светодиодов относят светодиоды поверхностного монтажа или SMD – светодиоды. Это светодиоды, которые подсвечивают экраны, кнопки и т.п. Так же из них делают светодиодные ленты, часто используемые для декорирования помещений.
Ленты бывают либо SMD 3528, либо 5050. SMD 3528 делается как раз из таких индикаторных светодиодов. А вот SMD 5050 сделаны из соединенных по трое светодиодов. Их мощность – в районе 0,2 ватта.

tuning_04

Мощные светодиоды

Условно можно поделить на:

  • Брендовые (фирмы CREE, Nichia, Osram и другие…)
  • Китайские

Что касается брендовых, они всем хороши, кроме, пожалуй, завышенной цены. Зато приобретая такие светодиоды, вы будете уверены в их качестве, к тому же все показатели, в том числе и мощность, указаны в инструкции. Так же нужно учитывать, что подобные компании выпускают светодиоды для заводской сборки. Вручную это тоже можно сделать, но будет гораздо сложнее.
Китайские светодиоды обладают гораздо большим ассортиментом. Но при всем многообразии китайские светодиоды грешат отклонениями от стандартов (точнее одних стандартов просто нет), и невысоким качеством.
Обычный светодиод китайского производства обладает мощностью примерно в 2,6 ватта.
Так же выпускают светодиоды с увеличенным кристаллом.

smd-5050-500x500

Какой ток даст максимальную мощность светодиода?

Если вам нужно добиться максимальной экономичности светильника – используйте светодиоды, которые дают около 120 Лм на ватт. Ток для них должен быть не более 300 мА. При хорошем отводе тепла такие светодиоды будут работать бесконечно долго.
Если главное яркость, то чипы 35-38 mil на токе в 600мА будут неплохим решением.

Как определить мощность светодиода?

Допустим, вы просто нашли у себя на столе светодиод. Никаких данных о нем нет. Как быть в таком случае?
Самый простой способ – включаете его на низковольтном питании последовательно с резистором на 1 – 1,5 кОМ. Практически любой светодиод будет работать. Но если нужны более точные показатели, делаем следующее: соотносим показатели по внешнему виду.
Маленькие (3-10 мм):

  • Инфракрасный (ток – менее 2 ватт, напряжение – около 20 мА)
  • Красный (ток – от1,7 до 2 ватт, напряжение – от 15 до 20 мА)
  • Оранжевый (ток –около 2 ватт, напряжение –20 мА)
  • Желтый (ток – 2,1-2,2 ватт, напряжение – 20 мА)
  • Зеленый (ток – 1,9-3,6 ватт, напряжение – 20 мА)
  • Голубой (ток — 2,5-3,6 ватт, напряжение – 20 мА)
  • Фиолетовый (ток – 2,7-4 ватт, напряжение –20 мА)
Читайте так же:
Подключение выключателя с подсветкой три контакта

Большие:

  • Желтый (обычно на радиаторе) (ток – 2,1-2,2 ватт, напряжение –300 мА)
  • Белый, розовый (ток – 3,2-3,6 ватт, напряжение –20 мА)

F9TBGLSG51G641T.MEDIUM

Светодиодные ленты (ток – 12 или 24 ватт, напряжение – рассчитывается в зависимости от длины ленты).

Точное определение мощности

Вам понадобятся:

  • Мультиметр
  • Блок питания, в котором можно плавно повышать напряжение
  • Резистор на 500 Ом

К лазерным светодиодам эта техника неприменима!
Подключаете светодиод к резистору и блоку питания. Соблюдайте полярность! Ее тоже можно определить с помощью мультиметра.
Плавно увеличивайте напряжение на блоке питания, сравнивая показатели на нем и на светодиоде.
Удобнее будет использовать блок питания, который показывает рабочее напряжение, или использовать два вольтметра.
Что будет происходить? одинаковое изначально напряжение будет постепенно изменяться на блоке и светодиоде. Важно, чтобы светодиод светился с нормальной яркостью.

Почему он может не светится?

  • если он инфракрасный
  • если он сломан
  • если напряжение на двух точках пропорционально меняется от нуля до максимума, но светится он начинает с 3 воль, значит внутри светодиода находится резистор, ограничивающий подачу тока. В этом варианте ограничиваете тока на значении не больше 20 мА, смотря на то, как ярко светится светодиод.

Далее на блоке питания ставим 0 вольт, подключаем напрямую (или через резистор на 10Ом) светодиод. В цепь подключаем и миллиамперметр. Постепенно поднимаете напряжение до рассчитанного.

DSC00123

Совет
Не зная точных показателей светодиода, не давайте ему ток более 350 мА. Если все-таки необходимо больше – подготовьте сильный теплоотвод. Примерно при токе в 700мА светодиоду будет нужно около 80 кв. см радиатора. Оптимальная температура – 60 по Цельсию.

Всё о светодиодах

Валить все типы светодиодов в одну кучу и рассматривать их одинаково нельзя. Срок службы напрямую зависит от типа светодиода, подаваемого на него тока, охлаждения кристалла (chip) светодиода, состава и качества кристалла, компоновки и сборки в целом.

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Очевидно, например, что в светодиодах мощностью от 1 Вт (рабочий ток 0,350 А) и более мощных, тепловыделение гораздо обильнее, чем в светодиодах типа «5 мм». светодиодах, рассчитанных на ток 0,02 А. По светоотдаче 1 шт. светодиод мощностью 1 Вт заменяет около 50 светодиодов типа «5 мм». но и греется сильнее. Поэтому светодиодные сборки с мощными светодиодами требуют пассивного (монтаж на MCPCB плату и радиатор) охлаждения.

По нашим тестам средний срок службы:

5 мм.-LED и SMD-LED (произведенные лучшими брендами):

• белый до 50000 ч. с падением светового потока до 35% в течении первых 15000 ч.

• синий, зеленый до 70000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 25000 ч.

• красный, желтый до 90000 ч. с падением светового потока незначительно.

HI-POWER LED от 1 Вт и выше (произведенные лучшими брендами):

• белый до 80000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 10000 ч.

• синий, зеленый до 80000 ч.

• красный, желтый до 80000 ч.

2. Почему у белых светодиодов наименьший срок службы?

К сожалению, структур, излучающих белый свет, никто еще не придумал. Основой LED белого цвета свечения является структура InGaN, излучающая на длине волны 470nm (синий цвет) и нанесенный сверху на нее люминофор (специальный состав), излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтый части. Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет. Люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода, поэтому срок службы сокращается. Сейчас мировые производители изобретают новые и новые варианты эффективного нанесения люминофора.

Большинство сверхярких светодиодов служат в районе 50000 – 80000 часов. Много это или мало?

50000 часов это:

24 часа в день 5.7 лет
18 часов в день 7.4 лет
12 часов в день 11.4 лет
8 часов в день 17.1 лет

3. Греются ли светодиоды?

Многие считают, что светодиоды практически не греются. Так почему светодиодным приборам нужен теплоотвод и что будет если теплоотвода нет?

Cветодиоды продуцируют тепло в полупроводниковом переходе. И чем мощнее LED тем больше тепла. Конечно индикаторные светодиоды например датчики автосигнализаций сильно не греются. Но со сверхяркими LED они имеют мало общего. Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным.

И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод. Тепловые характеристики наших приборов просчитываются уже на стадии проектирования, что исключает любые проблемы в эксплуатации.

Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

4. Чем отличается полноцветный RGB светодиод от одноцветного?

В полноцветном светодиоде на одной подложке установлены независимые кристаллы трех цветов свечения (R+G+B), а монохромный светодиод содержит кристалл(ы) какого-либо одного цвета свечения.

Читайте так же:
Ssl400 0e1b уменьшить ток подсветки
5. Как регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы).

Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять от сотен до тысяч герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.

6. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%.Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

7. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6–12 подложках диаметром 50–75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5–2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой производственной культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24×0,24 до 1×1 мм2.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый свето-диод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светоди-ода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

8. Где на сегодняшний день применяются светодиоды и каковы их перспективы?

Cветодиодное освещение целесообразно применять в тех случаях, где требуется высокая надежность, где обслуживание световой установки слишком дорого и требует спецтехники или работ альпинистов, где нужно применять цветодинамические решения, где требуется энергоэффективное решение, например при питании от разнообразных генераторов.

Обратная сторона медали: светодиодные светильники идеально подойдут для неяркой, но эффектной подсветки. Этот конкретный пример по степени потребления электроэнергии на 90% экономичнее самых маленьких 15 Вт галогеновых лампочек.

Каждый год светоотдача и эффективность светодиодов увеличивается на 30-50%. По состоянию на 2008 год светодиодные светильники уже чаще ламп применяются в архитектурном, декоративном, ландшафтном, подводном освещении, праздничной иллюминации, шоу-бизнесе, а также в специальных приложениях — медицине и растениеводстве, например.

В обозримом будушем скорее всего светодиоды вытеснят лампы в дежурном освещении мест общественного пользования — подъездах жилых домов, световых указателях и т.д. А также на транспорте — в самолетах, поездах, автомобилях. А затем, по мере развития технологии и удешевления производства, дело дойдет до ночного освещения автомобильных дорог и улиц. Все это даст существенную экономию энергоресурсов в национальных масштабах.

9. Какие мировые компании производят светодиоды?

Список лидирующих производителей в мире:

— «CREE» (США);
— «Osram» (Германия);
— «Lumieleds Luxeon» (США);
— «Seoul Semiconductor» (Ю.Корея);
— «Prolight Opto» (Тайвань);
— «Nincha» (Япония);
— «Edixeon» (Тайвань);
— «LedEngin» (США);
— «Светлана-Оптоэлектроника» (Россия);
— НПО «РоСАТ» (Россия).

Ежегодно, световой поток самого производительного светодиода каждого из мировых брэндов возрастает стабильно на 20-30%. Стоимость 100 лм светового потока падает на 10-15% в год, а отсюда и стабильное ежегодное падение цен на светодиодные осветительные приборы.

Цена светодиодного прибора, безусловно, зависит от стоимости самих светодиодов. Светодиоды при серийном производстве светотехнических изделий составляют самую большую строку в бюджете изготовления светодиодных приборов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector