Pk-vtk.ru

Электро освещение
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

От чего зависит яркость свечения светодиода и как ее регулировать

От чего зависит яркость свечения светодиода и как ее регулировать

Рядового потребителя при покупке осветительного прибора интересует не напряжение или ток, а яркость светодиода, так как она отличается от показателя других ламп. Внедрение новых технологий требует иного подхода к характеристикам светотехники. Основные параметры, в том числе яркость свечения, хорошие производители обозначают в маркировке, на упаковке, в технической документации. Для правильного выбора необходимо знать значение букв и цифр, уметь определить, какой прибор допускает регулировку яркости, какой – нет.

Что такое яркость светодиода и в чем она измеряется

Яркостью свечения называют показатель света, равный соотношению силы светового потока к косинусу угла, под которым он излучается, и освещаемой площади. Другое определение – освещенность в точке, перпендикулярной к источнику, к углу, в который заключен луч. Яркость свечения обозначается буквой «L», измеряется в милликанделах на метр в минус второй степени (кд*м-2). У обычных светодиодов яркость 20-50 мкд, у сверхярких – до 20 000 мкд. От этого показателя зависит восприятие предметов глазами человека.

Если говорить о светодиодах, то у них яркость свечения – это мощность (сила) света, измеряемая в ваттах и зависящая от угла конуса, основание которого расположено на освещаемой площади, вершина – в источнике света. При равном излучении во всех направлениях яркость свечения будет соотношением потока к прострaнcтвенному углу (в градусах). Чаще всего градусы переводятся в стерадианы: sr = 2 π (1 – cos θ/2), где θ – угол луча.

Устройства для управления яркостью светодиодной ленты

Регулярное появление новых моделей светодиодов и светодиодных лент неразрывно связано с расширением ассортимента всевозможных интегральных схем для управления параметрами яркости освещения. Для реализации методов управления яркостью светодиодной ленты используются различные устройства, которые можно разделить на несколько категорий: механические, электронные, сенсорные, бесконтактные, дистанционные.

Перечень основных устройств, применяемых для управления яркостью светодиодной ленты:

  • Стабилизаторы напряжения и линейные регуляторы (имеют низкий КПД, считаются устаревшими и применяются ограниченно).
  • Диммеры – компактные импульсные преобразователи.
  • Драйверы – импульсные источники питания.
  • RGB-усилители – устройства, повышающие мощность RGB-светодиодов.
  • RGB-контроллеры – устройства для управления многоцветными лентами.
  • DMX-контроллеры – сложные профессиональные устройства, разработанные специально для проведения эффектных световых шоу. Современные модели управляются с компьютера с помощью специального ПО или имеют вид пультов с многочисленными кнопками и ручками.

Sparky256

О видимой интенсивности лучше всего судить по широкополосному фотодиоду, направленному непосредственно на ось со светодиодным центром оси. Производитель светодиодов типа OPTEK предоставляет различные параметры для оценки чистоты и яркости цвета в мкд.

Яркость, наблюдаемая при взгляде вниз по центру с помощью фотодиода (не ваших глаз, поскольку некоторые светодиоды достаточно интенсивны, чтобы повредить сетчатку глаза), должна включать общую яркость, указанную как mcd, которая учитывает тип линзы и угол обзора.

В качестве примера OPTEK создает высокоэффективный белый светодиод (OVLEW1CB9) с интенсивным уровнем яркости 24000 мкд при токе всего 20 мА и импульсом 90 мА. Но это с водонепроницаемой линзой и жесткой 15 о о угол обзора. Этот светодиод хорош только для фонарей и прожекторов, так как он слишком жесток для лампы для чтения. Увеличьте угол обзора и добавьте дымчатую или тонированную линзу, и теперь у вас есть светодиод, который намного удобнее для глаз. Но это все относительно.

Читайте так же:
Способы соединения оконцевания жил проводов кабелей

Чистые цветные светодиоды постоянно совершенствуются. У Samsung теперь есть «Квантовые светодиоды», которые должны быть ближе к истинному красному, зеленому и синему, но цель состоит в том, чтобы лазерные светодиоды стали нормой, где чистота цвета является обязательной, то есть телевизорами и мониторами.

Откалиброванный колориметр не даст точных показаний, если он не сфокусирован на центре угла обзора светодиода. То, как глаз воспринимает цвет, является нелинейным, а также относительным, поэтому эти производители светодиодов используют дорогостоящие колориметры лабораторного качества под разными углами для сборки своих таблиц данных.

То, как глаза видят цвет и яркость, не имеет значения в лаборатории, это маркетинговый вопрос. Можно только сказать, что высокое значение mcd означает яркий светодиод, но это яркость от тока привода, типа объектива, чистоты цвета или угла обзора? Это все 4 из этих параметров, поэтому выбор только одного не является точным для оценки истинной яркости светодиода.

Светодиод яркость зависит от тока

Характеристики LED экранов

LED — аббревиатура для светоизлучающих диодов (англ. Light-Emitting Diode). Светодиод это твердотелое полупроводниковое электронное устройство, которое является эффективным источником света по сравнению с лампой накаливания. Светодиоды содержат химические соединения, через которые проходит электрический ток создавая свечение. Цвет свечения зависит от конкретного химического соединения. В отличие от ламп накаливания, светодиоды имеют более низкую температуру работы, а так же не имеют нити накала, которая перегорает в самый не подходящий момент. В продуктах марки MEVY используются высококачественные светодиоды ведущих производителей.

Светодиоды выпускаются разных цветов, для изготовления экранов используются следующие цвета: R — красный, янтарный, Y — желтый, G — зеленый (может быть, желто-зеленый), PG — чистый зеленый, B — синий; W — белый, RG — красный и зеленый, YB — желтый и синий, а так же RGB — красный, зеленый и синий.

Пиксель изображения (pixel)

Характеристики LED экранов

Пиксель – точка света в светодиодном экране, мониторе компьютера, телевизора, телефона, которые светятся, составляя буквы слов, графических изображений и фото, анимации и видео изображений. Пиксел в светодиодных экранах может состоять из одного или нескольких светодиодов, одного или нескольких цветов. Пиксел является наименьшим элементом системы электронного дисплея, который может управляться индивидуально. Он может быть включен или выключен и отображать различные уровни яркости.

Шаг пикселя

Характеристики LED экранов

Расстояние между центрами соседних пикселей. То есть, чем меньше шаг пикселя, тем чётче изображение и оно выглядит более качественным, т.к. на единице площади расположено большее количество светодиодов.

Разрешение экрана

Характеристики LED экранов

Разрешение экрана определяется количеством пикселей по горизонтали (W) на количество пикселей по вертикали (H).

Угол обзора

Угол обзора — это максимальный угол, с которого человек способен различить четкое изображение на LED экране.

Яркость

Яркость является одной из самых важных характеристик любого светодиодного экрана. Основной единицей измерения яркости является кандела (кд). Яркость отдельных светодиодов обычно выражается в милликанделах (тысячная кандела). Если отдельные светодиоды собрать в один квадратный метр, то мы получим значение яркости на квадратный метр. Яркость светодиодных дисплеев выражается в канделах на квадратный метр.

Партия светодиодного модуля

Почему на одном и том же производстве светодиодные модули разных партий могут отличаться по свечению? Чтобы понять причины этого, давайте разберём всё подробно. Светодиод – полупроводниковый элемент, излучающий световые волны при прохождении электрического тока через p-n переход. Для свечения необходимы два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы их соблюсти, одного р-n перехода в кристалле недостаточно. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Их называют гетероструктуры (именно за изучение гетероструктур академик Алферов получил Нобелевскую премию). Это послужило новым этапом в развитии технологий изготовления светодиодов.

Читайте так же:
Как определить диаметр кабеля по сечению провода

Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов — это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года. Чтобы понять, в чем сложность создания подобной документации, следует ознакомиться с технологией производства.

Рассмотрим поэтапно процесс выращивания светодиодов.

1) Выращивание кристалла.

Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.

2) Создание чипа.

На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.

Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах. Сортировка происходит по:

— Длине волны максимума излучения;
— Напряжению;
— Световому потоку (или осевой силе света) и т. д.

Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.

4) Создание светодиода.

Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол). Линзы должны:

Читайте так же:
Сделать свет с дистанционным выключателем

— Быть максимально прозрачными;
— Пропускать свет во всем оптическом диапазоне;
— Обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;
— Быть температура стабильными;
— Обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).

Если вы подключите светодиод непосредственно к батарее или источнику питания, он будет пытаться рассеивать как можно больше энергии и почти мгновенно разрушит себя.

Поэтому важно ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Для этого мы используем резисторы. Резистор ограничивает поток электронов в цепи и препятствует тому, чтобы светодиод пытался потреблять слишком много тока.

Токоограничивающий резистор размещается между светодиодом и источником напряжения следующим образом:

В приведенной выше схеме резистор имеет узловое напряжение VS слева и узловое напряжение VF справа, напряжение на резисторе представляет собой разницу между двумя напряжениями.

Применяя закон Ома, ограничивающий ток резистор рассчитывается как:

Основными составляющими светодиодной лампы являются:

  • Корпус.
  • Цоколь.
  • Драйвер.
  • Светодиоды.

Обозначают светоизлучающий диод буквенным сокращением СИД или СД. На английском языке его обозначение LED. Он является в составе светодиодной лампы источником света.

Схема его принципа работы совпадает с процессом любого полупроводникового диода из германия или кремния с р-n переходом. При подаче к аноду положительной разницы потенциалов, а к катоду отрицательной, происходит движение электронов к аноду, движение дырок к катоду. Ток идет по диоду в одном направлении прямо.

Но, в составе светодиода другие материалы из полупроводников, при бомбардировке которых в прямом направлении дырками и электронами осуществляют рекомбинацию, переводят их на следующий энергетический уровень. В результате выделяются фотоны, которые являются элементарными частицами излучения волн светового диапазона.

В электросхемах светодиоды обозначают как обычные диоды, добавляют к ним стрелки (излучение света).

Lampy na svetodiodakh risunok

Полупроводники имеют различные свойства излучения фотонов. Прямозонные проводники – вещества нитрид галлия и арсенид галлия прозрачны для световых волн видимого спектра. Выделение света происходит в результате замены слоев р-n перехода.

В светодиоде слои располагаются:

Lampy na svetodiodakh ustroistvo 1

1 — Анод
2 — Катод
3 — Активный слой на основе In-GaN
4 — Буферный слой на основе GaN
5 — Сапфировая подложка
6 — Токопроводящий слой n-GaN
7 — Токопроводящий слой p-GaN

Имеются площадки контактов в слоях для катода и анода.

При переходе электронов в фотоны теряется энергия по следующим причинам:
  • Световые волны преломляются на выходе из полупроводника в месте кристалл – воздух, длина волны искажается.
  • Внутри слоя часть частиц света теряется, хотя слой очень тонкий.

Световой поток может повыситься, если использовать подложку из сапфира. В лампах такие конструкции нашли применение. В обычных светодиодах для индикаторов подложка не применяется.

Такие диоды имеют линзу из рефлектора, направляющего свет и эпоксидной смолы. Соответственно назначению лампы угол распространения света имеет широкий интервал от 5 до 160 градусов.

Читайте так же:
Питающий кабель постоянного тока

Дорогостоящие диоды для ламп производят с ламбертовой диаграммой, то есть в пространстве яркость светодиода постоянная, независимо от угла, направления света.

Размеры кристалла малы, от одного кристалла будет мало света. В лампах содержится группа светодиодов. Сделать освещение равномерным сложно, так как каждый диод – это точечный источник света.

Lampy na svetodiodakh ustroistvo 2

1 — Вывод 1
2 — Корпус
3 — ЧИП
4 — Слой люминофора
5 — Проводник
6 — Рефлектор
7 — Вывод 2
8 — Теплоотвод
9 — Изолятор
10 — Печатная плата

Узкий спектр волн света от полупроводниковых диодов приводит к утомляемости глаз, дискомфорту, в отличие от солнца или ламп накаливания. Чтобы как-то исправить этот недостаток, в конструкцию светодиодов ввели слой люминофора.

Размер потока света, излучаемого полупроводниковым диодом, зависит от силы тока р-п перехода. При большем токе излучение выше, до определенного порога.

Габариты светодиодов малы, поэтому применять большие токи не получается. Ток для индикаторных диодов не превышает 20 мА. Для более мощных ламп освещения делается отвод тепла и защитные меры, которые имеют ограничения.

Поток света в лампе возрастает по мере увеличения тока, затем снижается из-за потери тепла. Выделение тепла не происходит при свечении светодиодной лампы, они считаются холодным светом.

Grafik

Но, это не значит, что лампа не нагревается. Ток, проходящий через светодиод, в различных контактах проходит через сопротивления участков, что вызывает нагревание лампы. Энергия теряется из-за тепла, при повышении тока тепло может вывести из строя конструкцию лампы на светодиодах.

Кристаллы светодиодов в лампах могут достигать большого количества (более 100). Для подведения тока оптимальной величины сделаны платы из стеклотекстолита с дорожками, проводящими ток, и имеющими разную конфигурацию.

Lampy na svetodiodakh vidy

Кристаллы светодиодов припаивают к контактным площадкам по группам, последовательно подают питание, одинаковый ток пропускают по каждой цепочке. Эта схема простая в техническом плане, но имеет серьезный недостаток. Если нарушится какой-либо контакт, то перестают светить все звенья цепи, лампа выходит из строя.

К каждой группе диодов подводится напряжение постоянной величины от устройства – драйвера. Раньше он назывался источником питания. Драйвер преобразовывает напряжение входа сети в питающее напряжение светодиодов. Входное напряжение может быть как 220 В (в квартире), так и 12 В (в автомобиле).

Подключение стабилизированного постоянного тока к каждому светодиоду параллельно выполнить трудно, редко применяется. Драйверы имеют различные схемы: трансформаторная и т.д. Распространенные варианты схем зависят от конфигурации.

Skhemy

Драйверы имеют низкую стоимость при условии, если они подключаются к постоянному напряжению, защищенному от скачков, перепадов и импульсов, не имеют резистора, ограничивающего ток, в цепи выхода питания. Это используется в фонариках на аккумуляторах, в них светодиоды соединены с аккумуляторами.

Они запитаны повышенным током, ярко светят, перегорают довольно часто. Если в драйверах нет защиты от скачков напряжения, то дешевые лампы быстро выгорают, не отработав ресурса по гарантии.

Блоки питания качественного изготовления не нагреваются, перегруженные драйверы нагреваются, энергия расходуется на потерю тепла. Эти потери довольно значительные, они могут превышать энергию выделяемых фотонов (света).

Квартирные лампы на светодиодах имеют цоколь Е27. Он дает возможность применять лампы в обычных патронах. Импортные лампы снабжены другими цоколями, для которых нужны соответствующие патроны, с отличием в шаге резьбы и диаметре. Напряжение питания может быть 110 В. Лампы для автомобилей тоже бывают разными по конструкции цоколей.

Чтобы защитить светодиоды, не нужны герметичные колбы, не требуется выкачивать из них воздух или создавать среду газа. Светодиоды закрыты материалами из пластика, пропускающего свет.

Читайте так же:
Провод бпдо кабель гост

Размещение частей на светодиодах отличается у производителей, для различных целей. Последовательность монтажа у них одинаковая: от драйвера к светодиодной плате, закрывается защитным стеклом. Могут устанавливаться экраны защиты от нагрева, и т.д.

Устройство и конструктивные особенности разных производителей может значительно отличаться в аналогичных лампах, но принципы конструирования у них общие.

Виды и применение лампы на светодиодах

По применяемости лампы на светодиодах делятся:
  • Для дома и офиса.
  • Уличные.
  • Прожекторы.
  • Автомобильные.
  • Лампы на светодиодах для растений (ультрафиолетовые).
  • Светильники для зданий.
По конструкции и световому потоку лампы на светодиодах делятся:
  • Общего назначения, для офисов и жилых помещений, похожи на лампы накаливания, свечи, «кукурузы».
  • Направленного света – для подсветки витрин, площадей.
  • Линейные, в виде трубки, похожи на люминесцентные лампы. Применяются для торговых залов и офисов.
По используемым типам светодиодов на:
  • Индикаторных диодах. К ним относятся лампы на диодах 3 мм и на «Пираньях». Качество света от таких ламп низкое.
  • SMD диодах, распространенные, имеют малый размер, не греются, широкое применение.
  • Диодах 1, 3, 5 Вт, нагрев значительный.
  • СОВ диодах, по новой технологии, преимущество перед другими: более надежны за счет монтажа диодов сразу на плату, равномерный световой поток, разные исполнения формы ламп.
  • Филаментных диодах, освещение на 360 градусов, малая цена, теплоотвод.
Разделение по типу цоколей

TSokoli Lamp

Широко распространены цоколи «Эдисона» с резьбой и обозначением буковой Е с цифрой. Цифра – это диаметр цоколя в мм (Е27, Е14, Е40). Цоколь G – штыревое соединение. Цифра указывает расстояние между штырями (выводами). Такие лампы подключаются только через блок питания. Цоколь Т используется для замены ламп люминесцентных, измеряется в дюймах.

Достоинства, недостатки, особенности
К достоинствам относятся:
  • Экономия электроэнергии, энергоэффективность, потребляют в 5 раз меньше энергии.
  • Срок эксплуатации, составляет для разных типов 30-50 тысяч часов работы.
  • Механическая прочность.
  • Безопасность, не содержат вредных веществ, нет сильного нагрева, применяют в любых светильниках, для натяжных потолков.
  • Широкий интервал температуры использования, работают до -60 градусов мороза.
  • Быстрый запуск, сразу светят ярко.
  • Надежность при частых выключениях и включениях.
  • Экологически безопасны, можно утилизировать с обычным мусором.
К недостаткам относится:
  • Большие размеры из-за технической стороны устройства.
  • Боятся перегрева, эффективность уменьшается, тускнеют.
  • Не в любую люстру могут поместиться из-за увеличенного размера.
  • Световой поток направленный, по бокам и сзади светит хуже.
  • Стоимость выше других типов ламп, с каждым годом цена снижается.
Особенности

Лампы на светодиодах состоят из платы со светодиодами, цоколя, корпуса, блока питания, колбы матовой. Ток сразу преобразуется в свет, минуя стадию нагрева, как в лампах накаливания. Потери на нагрев наименьшие, светодиоды экономичны, безопасны.

Светодиоды придуманы еще в 70-х годах, но использовались лишь в приборах, индикаторах, экранах. Светодиоды голубого цвета высокояркие изготовлены в 1993 году, белые в 1996 году. Современные светодиоды имеют отдачу света до 170 лм / Вт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector