Aviatreid.ru

Прокат металла "Авиатрейд"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Особенности источников питания для мощных светодиодов

Особенности источников питания для мощных светодиодов

Мощные светодиоды (более 1 Вт) очень чувствительны к различным внешним факторам, которые могут негативно сказаться на их сроке службы и качественных показателях.

Для получения максимального светового потока с одного полупроводникового излучателя необходимо увеличить ток, пропускаемый через него, что увеличивает его тепловыделение, и светодиод вместе со светодиодной арматурой работает на грани перегрева кристалла.

К источникам питания предъявляются высокие требования по стабильности выходных характеристик, которые он должен обеспечить.

Если использовать для питания светодиодов источник напряжения, то, во-первых, выравнивание тока в цепи светодиодов потребует, по крайней мере, дополнительного резистора, который будет ограничивать ток, и в то же время рассеивать на себе дополнительную мощность.

Во-вторых, любое осветительное устройство работает в определенном диапазоне температур, часто довольно широком, а светодиод, обладая отрицательной зависимостью прямого падения напряжения от температуры кристалла — обычно на уровне -2…-4 мВ/°С, будет иметь плавающую рабочую точку.

В-третьих, свой вклад будут вносить нестабильности выходных характеристик самого источника питания. Эти причины могут сильно сократить время эксплуатации светодиодов, особенно в случае их работы на токах, близких к максимальным.

Например, при повышении напряжения на переходе светодиода всего на 0,1 В, сила тока может измениться на 200 мА, что приведет к повышенному тепловыделению и крайне негативно скажется на работе светового прибора.

При кратковременном сильном превышении питающего тока может начаться деградация кристалла диода, за которой также последует выход из строя.

Типовая положительная ВАХ мощного светодиода приведена на рисунке 1.

Нежелательно также и понижение напряжения на диоде, так как при его уменьшении на 3% от номинального, что соответствуют падению тока на 200 мА, теряется более 50% светового потока. Зависимость относительного светового потока светодиода от тока питания приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Зависимость относительного светового потока светодиода от тока питания

Чтобы обеспечить необходимый ток питания светодиода применяются высокочастотные широтно-импульсные (ШИМ) преобразователи, способные поддерживать необходимый средний ток в широком диапазоне мощностей подключенного оборудования.

Эти стабилизаторы тока называют светодиодными драйверами. Некоторые модели в выходной цепи преобразуют чистый ШИМ-сигнал (прямоугольные импульсы) в более сглаженную кривую, среднее значение которой находится на уровне желаемого среднего тока.

Высокая частота работы источников питания обусловлена, прежде всего, требованиями к отсутствию видимых пульсаций светодиодных устройств.

Данные источники питания обеспечивают работоспособность в достаточно широком диапазоне действующих значений напряжения питающей сети (от 90 до 305 В), при этом частота пульсаций выходного сигнала значительно превышает порог, при котором мигание светодиодов может быть заметным.

Другой особенностью использования источников питания с ШИМ является простота интеграции с управляемыми диммерами, предназначенными для регулирования освещенности.

КПД современных драйверов достигает величины 92% и более процентов. Чем выше КПД, тем меньше требуется эффективная площадь рассеяния радиатора и, соответственно, тем меньше будут габариты и масса источника питания что, безусловно, приводит и к снижению стоимости драйвера.

Малые габаритные размеры позволяют минимизировать размеры корпуса осветительного прибора с интегрированным источником питания или упростить установку внешнего источника питания недалеко от светильника.

В настоящее время драйверы производятся в корпусах различного исполнения: как для установки внутри устройств освещения, встройки в мебель, так и во влагозащищенных корпусах с различными показателями пылевлагозащиты: от IP23, допустимых к установке в сухих помещениях, до влагозащищенных с корпусами IP67, подходящих для установки снаружи помещений.

Читайте так же:
Подключение светодиода в цепь постоянного тока

Группа источников питания с IP68 предназначена для установки в грунт без дополнительных корпусов.

ЗАО «РЕОМ» производит одноканальные радиационно-стойкие источники питания DC-DC.

Данные источники питания выполнены полностью на отечественной элементной базе (с приемкой «5» и «9»), имеют категорию качества – «ВП» и предназначены для аппаратуры специального назначения, эксплуатирующихся в жестких условиях.

Великое открытие физиков двадцатого века: полупроводниковый светодиод

изобретение светодиодов

Светодиод — прибор полупроводникового типа с электронно-дырочным переходом, который излучает свет определенной длины волны под воздействием тока, пропускаемого в прямом направлении.

В основе светодиода лежит кристалл полупроводникового типа, закрепленный на основе из меди или алюминия. Сверху кристалл закрывается слоем силикона и линзой из пластмассы. Вместе они образуют оптическую систему.

Элементы помещают в корпус с контактами (анодом и катодом). Верхние слои кристалла, соприкасающиеся с контактными зонами, легированы донорскими и акцепторными аддитивами.

Открытие светодиода

праотец светодиодных технологий Майкл Фарадей

Предпосылки к появлению твердотельных полупроводящих элементов заложил еще Майкл Фарадей в 1833 году, обнаружив повышение электрической проводимости в сульфиде серебра (полупроводнике) с ростом температуры. Фарадей не смог объяснить причину эффекта.

В 1874 году Фердинанд Браун описал проводимость электрического тока полупроводниками только в одном направлении. Но объяснить свойство, противоречащее закону Ома он не смог. Открытие Брауна стало востребованным спустя пол века, когда на его основе создали детекторный приемник.

Гринлиф Виттер Пикард в 1906 году запатентовал детектор кристаллической структуры. Он установил, что ряд таких кристаллических материалов, как галенит, кремний, и др., при контакте с металлом действует как выпрямитель и демодулятор переменного тока высокой частоты, который возникает в антенне при приеме радиоволн.

Впервые на эффект электролюминесценции обратил внимание английский ученый Генри Рауд в 1907 году. Проводя эксперименты с током, проходящим через металл-карборунд. Он заметил свечение, которое испускал твердотельный диод, изучил и описал его.

В 1923 году подобный эксперимент поставил советский экспериментатор Олег Лосев. Лосев проводил свой эксперимент независимо от Рауда, возможно, вовсе не знал о нем. Свечение ученый-физик (на тот момент лаборант) заметил при контакте карборунда со стальной проволокой.

В 1927 г Лосев получил патент на «Световое реле». Физик до конца жизни занимался исследованиями данной области. Нашел более эффективные полупроводники, создал удобный полупроводниковый прибор на основе цинкита, заметно повышающий качество радиоприема. Он сделал еще ряд важнейших открытий, которые легли в основу современных высокотехнологичных устройств на основе полупроводниковых светодиодов, в том числе, открыл явления предпробойной электролюминесценции и инжекционной люминесценции.

Вероятно, ученый имел шансы сделать еще более грандиозные научные достижения, но умер в блокадном Ленинграде. Судьба работ, над которыми он трудился последние годы жизни, неизвестна.

Лампы на основе полупроводниковых светодиодов стали выпускать в промышленных масштабах лишь в 1951 году.

1961 год ознаменовался открытием инфракрасного светодиода. Разработали и запатентовали его Р. Байард и Г. Питтман. Были запущены в производство индикаторные лампы с красным и желто-зеленым излучением.
В конце 1960-х Hewlett-Packard собрала первый в мире рекламный светодиодный дисплей, состоящий из красных диодов с очень низкой яркостью.

Открытия Лосева легли в основу научных изысканий японского физика Лео Исаки, который спустя 30 лет после открытия Лосева, установил, что прибор Лебедева являлся туннельным диодом, за что получил Нобелевскую премию в 1973 году.

Читайте так же:
Схема электропроводки освещения двухклавишного выключателя

В последующие годы ученые активно работали над увеличением яркости и диапазона излучения полупроводниковых светодиодов.

В 1970-х годах советский академик Жорес Иванович Алферов на базе арсенида галлия на подложке вырастил многопроходную двойную слоистую структуру, образованную полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны (гетероструктуру). В области контакта таких полупроводников образуется повышенное количество носителей заряда, что в видимой, для человеческого глаза области, проявляется заметно более ярким свечением светодиодов, по сравнению с гомоструктурами (полупроводниками с единственной шириной запрещенной зоны).

Открытие было удостоено Ленинской и Нобелевской премий. После этого началось серийное промышленное производство светодиодов.

Шуджи Накамура и светодиоды

В 1976 году Hewlett-Packard запустил производство светодиодов с желтым, красно-оранжевым, желто-зеленым свечением.

Дж. Панковым были созданы светодиоды, излучающие фиолетовый и синий свет, однако срок их службы был настолько мал, что промышленного применения они не нашли.

Уже в середине 1980-х годов светодиоды массово производились в СССР, западных странах, Японии и Китае. Их стали применять в качестве самостоятельных осветительных приборов (карманные фонарики), монтировать в автомобили и пр.

Дальнейшее развитие светодиодной промышленности до не давнего времени было направлено на увеличение яркости, уменьшение размеров светодиодов и расстояния между ними, а также на повышение срока службы.

В последние время ученые делают акцент на создание органических светодиодов (OLED). Их главное достоинство — очень малые размеры и особенности производства. Органические полупроводниковые элементы наносит на подложку специальный «принтер». Технология напоминает струйную печать. Уже существуют OLED экраны. При уменьшении стоимости производства, они мгновенно получат широкое распространение.

Где применяют светодиоды?

Первые светодиоды, выпущенные серийно, были тусклыми их применяли как индикаторные лампы в различных приборах. С увеличением яркости расширилась область применения. Их стали устанавливать для подсветки в автотранспортных средствах. Начался выпуск портативных фонариков со светодиодными лампами.

экран SMD типа

В настоящее время, полупроводниковые светодиоды применяют повсеместно:

  • для освещения жилых и нежилых помещений;
  • освещения улиц;
  • в портативных фонариках;
  • в телефонах/смартфонах в качестве встроенных фонариков различной мощности;
  • в транспортных средствах;
  • для изготовления светодиодных вывесок/светодиодных табло;
  • для производства аптечных крестов;
  • в производстве интерьерных и экстерьерных светодиодных экранов различных конструкций для рекламы, спортивных трансляций, оформления сцен;
  • для изготовления светодиодных занавесей;
  • при оформлении архитектурных сооружений;
  • для создания уникального интерьера (светодиодные фигуры, экраны необычных форм);
  • при изготовлении информационных табло;
  • в приборостроении, в качестве индикаторов.

каркасы для светодиодных экрановАренда светодиодных экранов отлично подойдет собственникам магазинов и салонов, которым нужна периодическая реклама.

Что такое каркасы для светодиодных экранов и как их выбрать? Читайте об этом здесь.

Описание ТОП-10 самых известных медиафасадов вы найдете в нашей статье.

Какое будущее ждет светодиоды?

Несомненно, производство светодиодов — направление перспективное. Люди постепенно от ламп накаливания и опасных ртутных ламп переходят к светодиодным источникам освещения, которые потребляют значительно меньше энергии, дают много света и служат гораздо дольше обычных ламп. Ученые работают над усовершенствованием осветительных приборов на полупроводниковых светодиодах и создании еще большего разнообразия предложений на рынке.

смартфоны будущего OLED

Другое перспективное направление — органические светодиоды. Ввиду сравнительно высокой стоимости производства, они еще некоторое время будут оставаться довольно дорогими. На сегодняшний день, OLED уверенно производят 3 компании: Samsung, Panasonic, LG.

Технология, разработанная специалистами Kodak и выкупленная компанией LG, значительно легче в производстве, и позволяет создавать экраны больших размеров, чем технология конкурирующей Samsung.

Уже существуют и гибкие, прозрачные OLED смартфоны. Их серийное производство также считается перспективным.

Читайте так же:
Почему гудит выключатель света

3 thoughts on “ Великое открытие физиков двадцатого века: полупроводниковый светодиод ”

Просто удивительно как создание светодиода отразилось на мире. Сейчас куда не посмотри, всё либо сделано на основе этого изобретения, либо светодиоды являются обязательным элементом. Очень интересно что наш ждёт в дальнейшем, особенно в сфере органики. Будущее уже здесь, товарищи

Эффективность светодиодного светильника и светодиода

Главным показателем эффективности светодиодного светильника является его световая отдача, которая характеризуется отношением количества светового потока (Люмен, Лм) к потребляемой им мощности (Ватт, Вт). Показатель энергоэффективности можно отнести как к лампе накаливания, дуговой ртутной лампе ДРЛ (светильнику с лампой ДРЛ – прошу не путать, это разные величины), люминесцентным лампам и прочим источникам света.

Показателем энергоэффективности обладает так же и светодиод, входящий в состав светодиодного светильника. В чем же тут разница? Рассмотрим данный вопрос подробней.

Эффективность работы светодиода зависит от многих факторов, но к главным из них относится величина пропускаемого через него тока и, как следствие, температура кристалла, которая еще зависит от того насколько эффективно отводится от светодиода генерируемое им тепло.

На приведенном графике видно, что эффективность типичного светодиода может колебаться в пределах 30% при изменении температуры его кристалле в пределах 120 градусов.

Энергоэффективность 1

На следующем графике представлена зависимость относительного светового потока светодиода от пропускаемого через него ток. Как видно, зависимость нелинейная.

Энергоэффективность 2

Этот график косвенно доказывает на тот факт: больше тока = больше тепла = меньше эффективность = меньше ресурс светильника как следствие.

Если с эффективностью светодиода всё более или менее понятно, то рассмотрим подробнее, чем отличается эффективность светодиода от эффективности светодиодного светильника.

В состав светодиодного светильника, кроме светодиода на печатной плате (далее светодиодный модуль), входит еще его оптическая часть (линзы, рассеиватели и т.п.) а так же источник питания.

Оптическая часть светодиодного светильника предназначена для формирования направленности сил света в пространстве (концентрирования или рассеивания светового потока в определенных направлениях пространства). Прохождение света через прозрачные элементы оптической части светодиодного светильника, а так же его преломление, приводит к неизбежным его потерям. Назовем эти потери – потерями в оптической части светодиодного светильника. По самым скромным показателям, в оптической части светодиодного светильника теряется в среднем около 10% всего светового потока излучаемого светодиодом.

Дополнительно, работающий источник питания светодиодного светильника имеет свой действительный КПД, зависящий не только от типа источника питания, но и от степени его загрузки. Хорошим показателем КПД источника питания светодиодного светильника является величина не менее 0,9 (иными словами 90%). При таком КПД, с каждых 100 Вт подводимой мощности, 10 Вт будет расходоваться на потери (тепло и т.п.). Так же важным параметром источника питания светодиодного светильника является такой параметр, как коэффициент мощности. В идеале он должен быть равен единице. В действительности, считается хорошим показателем, когда коэффициент мощности светодиодного светильника больше 0,9. Такие показатели удаётся достигать в источниках питания светодиодных светильников с применением ШИМ. В таких источниках питания присутствует гальваническая развязка, дополнительно защищающая светодиодный модуль светодиодного светильника, а так же активный корректор мощности, позволяющий успешно эксплуатировать светодиодные светильники в соседстве с лампами ДРЛ с подключением их через ПРА. Источник питания с ШИМ схемотехнически является сложным устройством и вносит существенный вклад в себестоимость светодиодного светильника. При стремлении некоторых производителей сэкономить, некоторые из них используют в составе своих светодиодных светильников источники питания с более простыми схематическими решениями, коэффициент мощности некоторых таких экземпляров может быть равен 0,5..0,6. Не стоит забывать, что по счетчику электрической энергии мы платим за полную электрическую потребляемую мощность, а при эксплуатации дешевых низкосортных светодиодных светильников с коэффициентом мощности 0,5, действительная электрическая потребляемая мощность может возрасти вдвое относительно заявленной. Так же, использование простых и дешевых источников питания не обеспечивает защиту светодиодного модуля светодиодного светильника, возникновение в сети нештатных ситуаций (простых кратковременных перенапряжений), приводит к выходу из строя не только сам источник питания с простой и дешевой схемотехникой, но и сам светодиодный модуль, что ведет к замене дешевого светодиодного светильника на новый.

Читайте так же:
Подсветка розеток своими руками

Проще говоря, на эффективность светодиодного светильника дополнительно влияют потери в оптической и электрической части светодиодного светильника, как минимум 10% + 10%.

Многие производители светодиодных светильников зачастую указывают наибольшие значения эффективности светодиода, помножив на их количество. Такой подход «горе производителей» приводит к тому, что указанные параметры эффективности светодиодного светильника являются мягко сказать завышенными. В действительности, реальный световой поток таких «горе светильников» может оказаться вдвое меньше заявленного при одинаковой потребляемой мощности в сравнении со светильниками от проверенных производителей. Завышение заявленных характеристик, использование простейших схемотехнических решений, всё это приводит к появлению на светотехническом рынке некачественной продукции меньшей стоимости. Реально, стремление сэкономить на освещении может привести к тому, что для выполнения нормируемой освещенности объекта, недоброкачественных светильников может понадобиться вдвое больше, что приведет к повышенным затратам на электроэнергию, и при этом суммарная экономия окажется призрачной.

При выборе светодиодного светильника, важно различать понятия эффективности используемых в нем светодиодов и эффективность самого светодиодного светильника и понимать последствия, к которым может привести пренебрежение данными параметрами.

Самым верным показателем уровня светодиодного светильника является наличие протокола независимого испытания. В протоколе должна быть указана уполномоченная на данные испытания и проводившая испытания светодиодного светильника организация / лаборатория, подписи и печати ответственных исполнителей и руководителя, перечень задействованного для испытаний светодиодного светильника оборудования с отметками об их поверке и наличие IES файла, сформированного при данных испытаниях.

Пример как должен выглядеть протокол испытаний светодиодного светильника представлен на рисунке:

Разновидности белых светодиодов

Светодиоды в нашей жизни перестали занимать сегмент лишь красочного декоративного освещения. Разработчики и производители светоизлучающих диодов успешно решают задачу создания источников света для использования светодиодной техники в повседневности. Имеется в виду так называемое «белое» освещение. Создание осветительных установок комфортного внутреннего освещения и вовсе было бы невозможно без создания светодиодов белого свечения. За кажущейся простотой названия данного типа светодиодов скрываются сложные технологические процессы. О методах получения белых светоизлучающих диодов, об их особенностях и свойствах пойдет речь в этом обзоре.

Существует три способа создания белых светодиодов.

1. Смешение излучения трёх люминофоров (красного, зелёного и голубого), которые возбуждаются ультрафиолетовым светодиодом. Этот способ использует принципы и люминофоры, хорошо разработанные в технологии люминесцентных ламп.

2. Смешение излучения голубого светодиода с излучением либо желто-зелёного люминофора, либо зелёного и красного люминофоров, возбуждаемых его голубым излучением. Этот способ прост, поэтому в настоящее время является наиболее экономически выгодным. У описанных методов есть некоторые недостатки:

  • Во-первых, светоотдача недостаточно высокая из-за преобразования света в слое люминофора.
  • Во-вторых, трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру.
  • И, в-третьих, люминофор стареет быстрее, чем сам светодиод. Это приводит к тому, что не экономно используется заложенный ресурс источника света, что негативно сказывается при обслуживании светильников с такими светодиодами (возрастают эксплуатационные затраты).
Читайте так же:
Ставим выключатели со светодиодами

3. Смешение излучения светодиодов трёх или более цветов. Для каждого из используемых светодиодов выбираются такие значения пропускаемого через него тока, чтобы суммарное излучение всех трех светоизлучающих диодов имело заданную цветность. Если в технологии участвуют три светодиода, то это — красный, зеленый или голубой. Цветные светодиоды размещаются на одной матрице, и их излучение смешивается при помощи оптической системы, например, линзы. Технология многокристальных светодиодных источников белого излучения позволяет не только получить белый цвет, но и создавать светодиодные источники света с различными цветовыми температурами. Для этого следует изменять пропорции соотношения излучения светодиодных кристаллов разных цветов. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы. Именно поэтому RGB-матрицы и кластеры широко используются в системах создания светодинамичного освещения. Существенным преимуществом является и то, что большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света.

Поскольку белые светодиоды используются для целей общего освещения, крайне важно упомянуть о цветопередаче. В многокристальном белом светодиодном источнике света цветность излучения определяется пропорцией, в которой взяты излучения кристаллов. Это соотношение обеспечивается тем, что через каждый из кристаллов пропускается ток определённой величины. Он обеспечивается пускорегулирующей аппаратурой. Но возможны колебания сети и среди светодиодов, производимых по существующим на данный момент технологиям, всегда есть некий разброс по электрическим характеристикам – сопротивлению, прямому напряжению. Таким образом, для обеспечения заданных цветовых характеристик излучения необходимо определить – в каких пределах возможно варьирование температуры перехода в кристалле и тока, пропускаемого через кристалл, и каковы предельные значения этих «отклонений».
С описанными выше задачами успешно справляются производители светодиодной продукции.

Достижения в области светотехники светодиодов на данный момент таковы:

  • световой поток белых светодиодов уже превышает 260 лм;
  • световая отдача доходит до значения 200 лм/Вт;
  • срок службы при минимальном спаде светового потока составляет 70 тысяч часов (против среднего значения 40-50 тысяч);
  • общий индекс цветопередачи находится на уровне 90 (то есть белые светодиоды могут использоваться при создании освещения мест, где производится напряженная зрительная работа).
  • С созданием четырех- и пятикристалльных белых светодиодов общий индекс цветопередачи будет превосходить значение 95;
  • Световая отдача таких светодиодов может вырасти до 100 %;

Как было сказано ранее, срок службы белых светодиодов на основе RGB-матрицы больше, чем у светодиодов с люминофорным покрытием; при нынешнем темпе технологического развития срок службы белых светодиодов преодолел планку в 100 тысяч часов.
Таким образом, с продолжением развития белых светодиодов, очевидно, что светодиодные технологии будут занимать все более весомые позиции не только в области внутреннего освещения, но и в других сферах. В том числе, и вытеснять привычные источники света в дорожном, рекламном, промышленном и других отраслях освещения. Лидирующую позицию на мировом рынке производства светодиодов занимает Японская Корпорация «NICHIA», именно их светодиоды используются в производстве приборов LEDPROM.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector