Для чего нужен светодиод: Что такое светодиод?

Что такое светодиод?

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее. Но, может статься, ожидания преувеличены? Узнать бы поточнее!

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компанией Lumileds, схематически изображена на рисунке.

3. Как работает светодиод?
Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.
Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? 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. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.
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.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?
Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?
Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2 — 3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?
Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.
В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.
К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?
Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?
Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)
У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал кпд и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.
Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.
Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» — и работы Панкова не поддержали.
Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.
Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирую-щий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.
Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.
Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10 — 20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. 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.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?
Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И наконец в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой свето-диод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?
У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.
Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.
Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода.
Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. 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.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?
Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

типичная вольт-амперная характеристика светодиода

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?
Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли 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 сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.
Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?
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, и составляет в настоящее время 20 — 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?
Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?
Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.
Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?
Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.
— Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.
В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.
Одновременно специалисты из группы Бориса Фера-понтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!
Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.
Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?
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 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 светодиод, 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-техноло-гии (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 круглом 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.

технология СОВ

 23. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.
В Москве в начале 2004 года была принята трехлетняя программа энергосберегающего освещения на базе светодиодных технологий. Координационный совет возглавил профессор Ю.Б. Айзенберг. Согласно этой программе предлагается использовать светодиоды в опытном строительстве, ЖКХ и других областях. Например, светодиодные светильники будут устанавливаться в подземных переходах, подъездах, на лифтовых площадках, то есть там, где не нужна большая освещенность, но требуется минимум обслуживания и энергозатрат, а также важна высокая вандалоустойчивость.

Алексей Рябов

Зачем Вам нужны светодиоды (LED)?

Светодиодное освещение — свет будущего. Есть различные возможные применения LED: внутреннее и наружнее художественное оформление помещений, установка подсветки в мебели, архитектура, рекламная технология и многое другое — LED дают множество новых возможностей для дизайна.

Каждый день происходит строительство новых зданий. Большинство из них проектируется уже с учетом высокой эффективности использования энергии. Но это не обязательно включает освещение. Современная LED-технология позволяет нам уменьшить потребление энергии и поэтому защитить окружающую среду. Снижение издержек также очень эффективно из-за низкого расхода энергии и значительно более длительных циклов обслуживания LED. Очень маленький и компактный дизайн LED позволяет найти прекрасные решения для недоступных областей.

Преимущества использования LED:

1. низкая энергия, безвредная для окружающей среды
2. длинный срок эксплуатации
3. низкий нагрев светильника, таким образом уменьшаются затраты на кондиционирование воздуха
4. требует меньше обслуживания
5. отсутствие инфракрасного и ультрафиолетового излучения
6. противоударные свойства и устойчивость к вибрации
7. выдающиеся характеристики остещения
8. гибкое использование
9. отсутствие ртути
10. 90% мера по сокращению CO2

Почему светодиодные LED-решения от Barthelme?

Управляемая семьей компания Barthelme работает на рынке уже 80 лет, а с начала 90-ых годов компания также специализируется на производстве LED. Наши потребительские преимущества в знании строительной отрасли и передаче этого накопленного опыта. Часть наших LED-продуктов, которая изготавливается вне собственного производства, находится под контролем с требованиями высшего качества.

Компания Barthelme поддерживает инновации, гибкость и удовлетворенность потребителя.

Почему именно светодиодные LED-полосы от Barthelme (гибкие и твердые)?

Наша LED-полоса (гибкая и твердая) производится компанией Barthelme по высоким стандартам под брэндом LEDlight flex. Разрабатывается в Германии, а производится в Тайване. Производство постоянно находится под контролем качества и тестируется 24 часа в сутки.

Дополнительные важные особенности наших LEDlight flex полос:

• Неизменный электрический ток:

У каждой партии товара есть свое собственное значение.
Преимущество: Значительная более продолжительный срок эксплуатации, защита от перенапряжения.

Очень малое расхождение относительно яркости и цветовой температуры +/-50 K.
Преимущество: Нет отличий в освещении пятен. Каждый LED светит как соседний.
Вы едва ли сможете увидеть какое-нибудь различие.

• Расположение:

LED спаяны через всю полосу.
Преимущество: LED не сильно подвергаются наложению, сгибаясь гибкой полосой.

• Номерной знак:

На каждой упаковке напечатан ее собственный номерной знак с датой производства и складирования.
Преимущество: повторный заказ и замена могут быть аналогичны первоначальному заказу.

Оригинальная, высококачественная изоляционная лента на 3 м.
Преимущество: Сильное прилипание LED-полосы по всей поверхности.

• Идентификация:

Все полосы изготовлены с маркировкой, ESD-знаком, bin-кодом и знаком RoHs.
Для этого используется название Barthelme.

Техническая информация:

Технические листы можно посмотреть по этой ссылке.

Как работают светодиоды и их виды, полярность и расчет резистора

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

Светодиод состоит из нескольких частей: 

• анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл; 
• катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл; 
• отражатель; 
• кристалл полупроводника; 
• рассеиватель.  

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.  

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.  

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.  

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.  

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.  

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.  

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.   

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.  

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны. 

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия: 

• ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света; 

• полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.  

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.  

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).  

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.  

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.  

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды.  Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.  

По типу исполнения выделяют: 

• Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света.
  Dip светодиоды

   

• Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.  

• Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам.
  Smd

   

• Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров.  
  Cob
• Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. 
  Волоконные
• Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий.
  Filament

   

• Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. 
  Oled

• В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.  

Светодиоды могут быть:

• мигающими – используются для привлечения внимания;
• многоцветными мигающими;
• трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
• RGB;
• монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.  

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К). 

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.  

Полярность светодиодов

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света.  Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.  

Полярность моно определить несколькими способами: 

• Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа  SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.  
• При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.  

• При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.  
• По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.  

Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.  

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.  

Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.  

Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.  

Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.  

Когда нужно использовать токоограничивающий резистор: 

• когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация; 

• лабораторные исследования. 

В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах. 

Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

Зачем нам нужны резисторы в светодиоде

Светодиод — это диод, изготовленный из полупроводникового материала, который генерирует фотоны света при прохождении тока через материал. Чем больше ток через светодиод, тем больше света он будет излучать, тем ярче он будет. Однако существует верхний предел, который представляет собой величину тока, достаточную для повреждения светодиода.

Светодиод предлагает небольшое сопротивление току, протекающему через него. Большая часть небольшого сопротивления, которое он предлагает, исходит от энергии, потерянной излучаемым светом, и генерация фотонов настолько эффективна, что сопротивление довольно незначительно. Однако по мере увеличения тока при увеличении количества света светодиод в какой-то момент выходит из строя, поскольку величина тока, проходящего через светодиод, вызывает разрушение материала. При достаточно больших количествах тока испарение катастрофического материала может привести к небольшому взрыву внутри внешней оболочки светодиода. При более низких уровнях тока, обнаруженных в цифровых цепях 3,3 В или 5 В, наиболее вероятным результатом является разрушение полупроводникового материала и прекращение его проводки, а светодиод больше не светится.

Как напряжение цепи влияет на потребление тока светодиодом? Поскольку светодиод представляет собой тип диода, уравнение диода Шокли описывает ток, который диод допускает при различных уровнях напряжения. Уравнение показывает, что результаты функции Шокли для данного диапазона напряжений следуют экспоненциальной кривой. Это означает, что небольшие изменения напряжения могут привести к значительным изменениям тока. Поэтому использование светодиода в простой цепи, напряжение которого выше, чем прямое напряжение светодиода, может привести к тому, что светодиод будет потреблять на удивление больший ток, чем его рекомендуемые уровни, что приведет к выходу из строя светодиода.

Смотрите Википедию в разделе Светодиодная схема, а также в Википедии в разделе Уравнение диода Шокли .

Таким образом, идея состоит в том, чтобы спроектировать схему светодиодов так, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Мы хотим сбалансировать наличие достаточного тока, чтобы вызвать желаемый уровень яркости, не имея такого большого количества, что светодиодный материал выходит из строя. Самый распространенный способ ограничения тока — добавить резистор в цепь.

Светодиод должен иметь паспорт, в котором описаны электрические характеристики и допуски светодиода. Например, см. Этот паспорт Модель №: YSL-R531R3D-D2 .

Первые характеристики, которые нас интересуют: (1) каков максимальный ток, который светодиод может выдержать до возможного выхода материала из строя, что приведет к выходу из строя светодиода, и (2) каков рекомендуемый диапазон тока. Эти и другие максимальные значения для стандартного стандартного красного светодиода (разные светодиоды будут иметь разные значения) приведены в таблице, как показано ниже.

В таблице из спецификации для этого стандартного красного светодиода мы видим, что максимальный ток составляет 20 мА с рекомендуемым диапазоном от 16 мА до 18 мА. Этот рекомендуемый диапазон — это ток для светодиода, который будет самым ярким, при этом не рискуя поломкой материала. Мы также видим, что номинальная мощность рассеивания составляет 105 мВт. Мы хотим быть уверенными, что в нашей конструкции светодиодных цепей мы придерживаемся этих рекомендуемых диапазонов.

Глядя в следующую таблицу, мы находим значение прямого напряжения для светодиода 2.2v. Значение прямого напряжения — это падение напряжения при прохождении тока через светодиод в прямом направлении от анода к катоду. См. Что такое «прямое» и «обратное» напряжение при работе с диодами? ,

Если бы мы использовали этот светодиод в цепи с напряжением 2,2 В и током 20 мА, то светодиод рассеял бы 44 мВт, что находится в пределах нашей зоны безопасности рассеивания мощности. Если ток изменяется от 20 мА до 100 мА, рассеивание будет в 5 раз больше или 220 мВт, что значительно выше номинальной рассеиваемой мощности 105 мВт для светодиода, поэтому можно ожидать, что светодиод выйдет из строя. См. Что происходит с моим светодиодом, когда я подаю слишком большой ток? ,

Чтобы уменьшить ток через светодиод до рекомендуемых уровней, мы введем резистор в цепь. Какое значение резистора мы должны использовать?

Мы рассчитываем значение резистора, используя закон Ома V = I x R. Однако мы сделаем алгебраическое преобразование, потому что мы хотим найти сопротивление, а не напряжение, поэтому вместо этого используем формулу R = V / I.

Значение I, ток в амперах, довольно очевидно, давайте просто воспользуемся рекомендуемым минимумом 16 мА или 0,016 А из таблицы данных светодиодов в преобразованной формуле. Но какое значение мы должны использовать для вольт, В?

Нам нужно использовать падение напряжения резистора, которое является вкладом резистора в общее падение напряжения всей цепи. Таким образом, нам нужно будет вычесть вклад падения напряжения светодиода из общего напряжения цепи, чтобы определить вклад падения напряжения, необходимый от резистора. Падение напряжения светодиода представляет собой прямое значение напряжения, падение напряжения в прямом направлении от анода к катоду, из таблицы выше.

Для стандартного проекта Raspberry Pi, использующего шину 3.3 В в качестве источника питания, расчет будет (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)

Так почему же значение резистора, например 200 Ом, обычно используется, когда расчеты показывают 69 Ом?

Простой ответ заключается в том, что резистор 200 Ом является обычным резистором, включенным во многие экспериментальные комплекты. Мы хотим использовать общий резистор, если свет, излучаемый светодиодом, не будет заметно уменьшаться.

Итак, если мы изменим резистор 69 Ом на резистор 200 Ом, как изменится ток? Опять же, на этот раз мы используем закон Ома для определения тока в цепи, I = V / Rили, 3.3v / 200 ohms = .0165Aкогда мы смотрим на таблицу данных светодиодов, мы видим, что это значение находится в рекомендованном диапазоне от 16 мА до 18 мА, поэтому светодиод должен быть достаточно ярким.

Правильная схема подключения светодиодов: последовательно или параллельно

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64…106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

1. выходной ток;
2. максимальное выходное напряжение;
3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3…4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Зачем на самом деле нужен светодиод сигнализации в авто? | Автомания

Выходя зимой на балкон своего дома, двор которого абсолютно не освещен, всегда радовала картина –гирлянда из мигающих светодиодов сигнализаций припаркованных автомобилей.

Уверен, что многие автовладельцы, которые устанавливали на свой автомобиль дополнительную сигнализацию, слабо представляют зачем им в установочном центре просверлили дырку в пластике передней стойки и установили синий, а может красный светодиод? Да что тут говорить, не всегда мастера установщики понимают надобность светодиода, сказано в руководстве для установщика «просверлить-поставить», значит делаем.

Типичные представления водителей о функционале и предназначении мигающего светодиода:

Первое, отпугивает воров, мародеров и даже опытных угонщиков, мол зачем связываться, пойдем в соседний дворе, где стоит такая же без светодиода.

Конечно же это не имеет связи с реальностью, угонщики идут на дело подготовленные: создать помехи на 868 частоте — легко, отключить сирену – элементарно, найти блокировку бензонасоса тоже дело минуты. Мародерам тоже всё равно какого цвета светодиод, а вот от “сливщиков” бензина сигнализация иногда спасает, ставил на 2107 и 2121 дополнительный концевик на лючок бензобака, несколько раз срабатывала ночью сигнализация, а утром наблюдал лишь открытый лючок, но опять же отпугивала их сирена, а не светодиод.

Второе, более правдоподобное и частично верное мнение – индикация состояния сигнализации. Не мигает значит отключена, мигает значит включена, а частота импульса может передавать дополнительную информацию. Светодиоды ставят даже с завода на автомобили, где есть ЦЗ или штатная охранная сигнализация.

• Например, на некоторых сигнализациях, где не было брелока с обратной связью, но был автозапуск частота или цвет светодиода могли информировать о том, поднят ли ручник, запустился ли двигатель успешно или нет и так далее.

Еще один момент – индикация определения метки, что бывает очень необходимо, чтобы лишний раз не думать, почему не запускается двигатель. Где-то для этого используется отдельный звуковой индикатор, где-то индикатор светодиода. Современные же системы стараются использовать для этого CAN шину и “информировать” через штатные лампочки.

Некоторые заморачиваются и делают индикацию более скрытой, используют заводские заглушки, пример с Lada Vesta

Некоторые заморачиваются и делают индикацию более скрытой, используют заводские заглушки, пример с Lada Vesta

Однако сейчас, с внедрением в массы брелоков с обратной связью, GSM систем, позволяющих управлять через приложение в телефоне и так далее, большой пользы от светодиода конечному пользователю – нет. Основная задача светодиода – позволить установщику произвести кодирование и настройку.

Поэтому, например, у Pandora последнее время системы идут с кнопкой Valet в которую встроен светодиод, т.к. пригодится он лишь установщику для входа в режим программирования, а чтобы в него зайти нужно нажимать кнопку, соответственно какой смысл выводить светодиод куда-то отдельно.

Если вас интересует более скрытная установка без лишних светодиодов, можете смело просить установщика, чтобы он спрятал светодиод или вовсе убрал его, система от этого работать не перестанет. При этом информации у вас будет более чем достаточно благодаря брелоку с обратной связью или приложению в телефоне.

Всем спасибо за внимание! Поддержите статью большим пальцем вверх, а также подписывайтесь на наш канал!

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Постараюсь объяснить работу с диодами, светодиодами, а также стабилитронами на пальцах. Опытные электронщики могут пропустить статью, поскольку ничего нового для себя не обнаружат. Не буду вдаваться в теорию электронно-дырочной проводимости pn-перехода. Я считаю, что такой подход обучения только запутает начинающих. Это голая теория, почти не имеющая отношения к практике. Впрочем, интересующимся теорией предлагаю эту статью. Всем желающим добро пожаловать под кат.

Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также первую, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

Диод – полупроводниковый прибор, имеющий 2 вывода для подключения. Изготавливается, упрощенно говоря, путем соединения 2х полупроводников с разным типом примеси, их называют донорной и акцепторной, n и p соответственно, поэтому диод содержит внутри pn-переход. Выводы, обычно состоящие из луженой меди, называют анод (А) и катод (К). Эти термины пошли еще со времен электронных ламп и используются в письменном виде, для обозначения направленности диода. Гораздо проще графическое обозначение. Названия выводов диода запомнятся сами собой при применении на практике.

Как я уже писал, мы не будем использовать теорию электронно-дырочной проводимости диода. Просто инкапсулируем эту теорию до черного ящика с двумя зажимами для подключения. Примерно так же программисты инкапсулируют работу со сторонними библиотеками, не вдаваясь в е… подробности их работы. Или, например, когда, пользуясь пылесосом, мы не вдаёмся в подробности, как он устроен внутри, он просто работает и нам важно одно из свойств пылесоса – сосать пыль.

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

• От анода к катоду, такое направление называется прямым, диод пропускает ток.
• От катода к аноду, в обратном направлении, диод ток не пропускает. (Вообще-то нет. Но об этом позже.)
• При протекании тока, в прямом направлении, на диоде падает некоторое напряжение.

Возможно эти свойства вам и так хорошо известны. Но есть некоторые дополнения. Что же считать прямым, а что обратным направлением? Прямым называют такое включение, когда на аноде напряжение больше, чем на катоде. Обратное, наоборот. Прямое и обратное включение – это условность. В реальных схемах напряжение на одном и том же диоде может меняться с прямого на обратное и наоборот.

Кремниевый диод начинает пропускать хоть какой-либо значимый ток только тогда, когда на аноде напряжение будет больше примерно на 0,65 В, чем на катоде. Нет, не так. При протекании хоть какого-либо тока, на диоде образуется падение напряжения, примерно равное 0,65 В и выше.

Напряжение 0,65 В – называют прямым падением напряжения на pn-переходе. Это лишь примерная средняя величина, она зависит от тока, температуры кристалла и технологии изготовления диода. При изменении протекающего тока, она изменяется нелинейно. Чтобы как-то обозначить эту нелинейность графически, производители снимают вольтамперные характеристики диода. В мощных высоковольтных диодах падение напряжения может быть больше в 2, 3 и т.д. раза. Это означает, что внутри диода включено несколько pn-переходов последовательно.

Для определения падения напряжения можно использовать вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в виде графика. Иногда эти графики приводятся в дата-листах (datasheets) на реальные модели диода, но чаще их нет. На первом мне попавшемся графике ниже приведены ВАХ КД243А, хотя это не важно, они все примерно похожи.

На графике Uпр – это прямое падение напряжения на диоде. Iпр – протекающий через диод ток. График показывает какое падение напряжения на диоде будет, при протекании n-го тока. Но чаще всего в даталистах не показываются реальные ВАХ, а приводится прямое падение напряжения, указанное при определенном токе. В английской литературе падение напряжения обозначается как forward voltage.

Как применять

Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.
Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

Что же делать, когда график ВАХ недоступен? Например, для популярного диода 1n4007 указано только прямое напряжения forward voltage 1 В при токе 1 А. Нужно и использовать это значение, либо измерить реальное падение. А если для какого-либо диода это значение не указано, то сойдет среднее 0,65 В. В реальности проще это падение напряжения измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках. Думаю, не надо объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода.

Немного про другие характеристики

В предыдущем примере, если перевернуть батарейку, я имею ввиду поменять полярность, см. нижний рисунок, ток не потечет и падение напряжения на диоде в худшем случае составит 12 В — напряжение батареи. Главное, чтобы это напряжение не превышало напряжение пробоя нашего диода, оно же обратное напряжение, оно же breakdown voltage. А также важно еще одно условие: ток в прямом направлении через диод не превышал номинальный ток диода, он же forward current. Это два основных параметра по которых выбирается диод: прямой ток и обратное напряжение.

Иногда в даталистах также указывается рассеиваемая мощность диодом или номинальная мощность (power dissipation). Если она указана, то ее нельзя превышать. Как ее посчитать, мы уже разобрались на предыдущем примере. Но если мощность не указана, тогда надо ориентироваться по току.

Говорят, что в обратном направлении ток через диод не течет, ну или почти не потечет. На самом деле через него протекает ток утечки, reverse current в английской литературе. Этот ток очень маленький, от нескольких наноампер у маломощных диодов до нескольких сот микроампер, у мощных. Также этот ток зависит от температуры и приложенного напряжения. В большинстве случаем ток утечки не играет никакой роли, например, в как в предыдущем примере, но, когда вы будете работать с наноамперами и поставите какой-либо защитный диод на входе операционного усилителя, тогда может случиться ой… Схема поведет себя совсем не так, как задумывалась.

У диодов так же есть некоторая маленькая паразитная емкость capacitance. Т.е., по сути, это конденсатор, параллельно включенный с диодом. Эту емкость надо учитывать при быстрых процессах при работе диода в схеме с десятками-сотнями мегагерц.

Также несколько слов по поводу термина «номинал». Обычно номинальные ток и напряжение обозначают, что при превышении этих параметров производитель не гарантирует работу изделия, если не сказано другое. И это для всех электронных компонентов, а не только для диода.

Что еще можно сделать

Применений диодов существует множество. Разработчики-радиоэлектронщики обычно выдумывают свои схемы из кусочков других схем, так называемых строительных кирпичиков. Вот несколько вариантов.

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:

Диоды в этой схеме при нормальной работе не пропускают ток. Только ток утечки. Но когда по входу возникает перенапряжение с положительной полуволной, т.е. напряжение входа становится больше чем Uпит плюс прямое падение напряжения на диоде, то верхний диод открывается и вход замыкается на шину питания. Если возникает отрицательная полуволна напряжения, то открывается нижний диод и вход замыкается на землю. В этой схеме, кстати, чем меньше утечки и емкость у диодов, тем лучше. Такие схемы защиты уже, как правило, стоят во всех современных цифровых микросхемах внутри кристалла. А внешними мощными сборками TVS-диодов защищают, например, USB порты на материнских платах.

Также из диодов можно собрать выпрямитель. Это очень распространённый тип схем и вряд ли кто-то из читателей про них не слышал. Выпрямители бывают однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. С однополупериодным выпрямителем мы уже познакомились в нашем самом первом многострадальном примере, когда рассматривали защиту от переплюсовки. Никакими особыми плюсами не обладает, кроме плюса на батарейке. Один из самых важных минусов, который ограничивает применение схемы однополупериодного выпрямителя на практике: схема работает только с положительной полуволной напряжения. Отрицательное напряжение напрочь отсекает и ток при этом не течет. «Ну и что?», скажете вы, «Такой мощности мне будет достаточно!». Но нет, если такой выпрямитель стоит после трансформатора, то ток будет протекать только в одну сторону через обмотки трансформатора и, таким образом, трансформаторное железо будет дополнительно подмагничиваться. Трансформатор может войти в насыщение и греться намного больше положенного.

Двухполупериодные выпрямители этого недостатка лишены, но им необходим средний вывод обмотки трансформатора. Здесь при положительной полярности переменного напряжения открыт верхний диод, а при отрицательной – нижний. КПД трансформатора используется не полностью.

Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.
Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из предыдущей статьи, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

Мощность требуемого нам трансформатора можно посчитать от тока нагрузки. Например, мы собираемся подключать к трансформатору нагрузку в один ампер. Это если с запасом. Всегда оставляйте небольшой запас, в 20-40%. Просто по формуле мощности можно найти P = U * I = 15 * 1 = 15 ВА, где U и I – напряжение и ток вторичной обмотки. Если вторичных обмоток несколько, то их мощности складываются. Плюс потери на трансформацию, плюс запас, поэтому выберем трансформатор 20-40 ВА. Хотя часто трансформаторы продаются с указанием тока вторичных обмоток, но проверить по габаритной мощности не помешает.

После выпрямительного моста необходим сглаживающий конденсатор, на рисунке не показан. Не забывайте про него! Есть умные формулы по расчету этого конденсатора в зависимости от количества пульсаций, но порекомендую такое правило: ставить конденсатор 10000мкФ на один ампер потребления тока. Вольтаж конденсатора не меньше, чем выпрямленное без нагрузки напряжение. В данном примере можно взять конденсатор с номиналом 25В.

Диоды в этой схеме выберем на ток >=1А и обратное напряжение, с запасом, больше 19,4 В, например, 50-1000 В. Можно применить диоды Шоттки. Это те же диоды, только с очень маленьким падением напряжения, которое часто составляет десятки милливольт. Но недостаток диодов Шоттки – их не выпускают на более-менее высокие напряжения, больше 100В. Точнее с недавнего времени выпускают, но их стоимость заоблачная, а плюсы уже не так очевидны.

Светодиод

Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.
Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.
По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

Но сейчас поговорим об индикаторных светодиодах, как наиболее простых. Их выпускают в различных корпусах, наиболее часто в полуокруглых, диаметром 3, 5, 10 мм.

Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами. Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА, а при 10 мА уже выжигают глаза. Для мощных осветительных диодов надо смотреть документацию.

Применение светодиода

Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.

Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.

На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.

Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.

В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Что-то еще про светодиод

По сути, светить – это основное назначение светодиода. Но есть и другое применение. Например, светодиод может выступать в качестве источника опорного напряжения. Они необходимы, например, для получения источников тока. В качестве источников опорного напряжения, как менее шумные, применяют красные светодиоды. Их включают в схему так же, как и в предыдущем примере. Поскольку напряжение батарейки относительно постоянное, ток через резистор и светодиод тоже постоянный, поэтому падение напряжения остается постоянным. От анода светодиода, где 1,8В, делается отвод и используется это опорное напряжение в других участках схемы.

Для более надежной стабилизации тока на светодиоде, при пульсирующем напряжении источника питания, вместо резистора в схему ставят источник тока. Но источники тока и источники опорного напряжения – это тема еще одной статьи. Возможно, когда-нибудь я ее напишу.

Стабилитрон

В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.
Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.
Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

Чтобы выйти на рабочую зону, нам надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора точно так же, как это делалось в примере со светодиодом (кстати, можно также с помощью источника тока). Только, в отличие от светодиода, стабилитрон включен в обратном направлении.

При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит.

Расчёт стабилитрона

Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).
Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

Итак, выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 15 В. Для установки тока через стабилитрон всегда необходим резистор (или источник тока). На резисторе R1 упадет 18 – 15 = 3 В. Через резистор R1 будет протекать ток Iнагр. + Iст. min. Примем Iст. min = 5 мА, это примерно достаточный ток для всех стабилитронов с напряжением стабилизации до 100 В. Выше 100 В можно принимать 1мА и меньше. Можно взять Iст. min и больше, но это только будет бесполезно греть стабилитрон.

Итак, через R1 течет Ir1 = Iнагр. + Iст. min = 50 + 5 = 55 мА. По закону Ома находим сопротивление R1 = U / I = 3 / 0,055 = 54,5 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и ток через резистор. Выберем из ближайшего стандартного ряда сопротивление 47 Ом, будет чуть больше ток через стабилитрон, но ничего страшного. Его даже можно посчитать, общий ток: Ir1 = U / R = 3 / 47 = 0,063А, далее минимальный ток стабилитрона: 63 — 50 = 13 мА. Мощность резистора R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 Вт. Выберем стандартный резистор на 0,5 Вт. Советую, кстати, не превышать мощность резисторов примерно Pmax/2, дольше проживут.

На стабилитроне тоже рассеивается мощность в виде тепла, при этом в самом худшем случае она будет равна P = Uст * (Iнагр + Iст.) = 15 * (0,050 + 0,013) = 0,945 Вт. Стабилитроны выпускают на разную мощность, ближайшая 1Вт, но тогда температура корпуса при потреблении около 1Вт будет где-то 125 градусов С, лучше взять с запасом, на 3 Вт. Стабилитроны выпускают на 0,25, 0,5, 1, 3, 5 Вт и т.д.

Первый же запрос в гугле «стабилитрон 3Вт 15В» выдал 1N5929BG. Далее ищем «datasheet 1N5929BG». По даташиту у него минимальный ток стабилизации 0,25 мА, что меньше 13 мА, а максимальный ток 100 мА, что больше 63 мА, т.е. укладывается в его рабочий режим, поэтому он нам подходит.

В общем-то, это весь расчёт. Да, стабилизатор это неидеальный, внутреннее сопротивление у него не нулевое, но он простой и дешевый и работает гарантировано в указанном диапазоне токов. А также поскольку это параллельный стабилизатор, то ток блока питания будет постоянным. Более мощные стабилизаторы можно получить, умощнив стабилитрон транзистором, но это уже тема следующей статьи, про транзисторы.

Проверить стабилитрон на пробой обычным мультиметром, как правило, нельзя. При более-менее высоковольтном стабилитроне просто не хватит напряжения на щупах. Единственное, что удастся сделать, это прозвонить его на наличие обычной диодной проводимости в прямом направлении. Но это косвенно гарантирует работоспособность прибора.

Еще стабилитроны можно использовать как источники опорного напряжения, но они шумные. Для этих целей выпускают специальные малошумящие стабилитроны, но их цена в моем понимании зашкаливает за кусочек кремния, лучше немного добавить и купить интегральный источник с лучшими параметрами.

Также существует много полупроводниковых приборов, похожих на диод: тиристор (управляемый диод), симистор (симметричный тиристор), динистор (открываемый импульсно только по достижении определенного напряжения), варикап (с изменяемой емкостью), что-то еще. Первые вам понадобятся в силовой электронике при постройки управляемых выпрямителей или регуляторов активной нагрузки. А с последними я уже лет 10 не сталкивался, поэтому оставляю эту тему для самостоятельного чтения в вики, хотя бы про тиристор.

Что означает светодиодный индикатор и как он работает? | Домашняя страница Руководства

Даниэль Хольцер Обновлено 17 декабря 2018 г.

Энергоэффективность в моде не без оснований. Выбор энергоэффективного освещения снижает счета за коммунальные услуги и снижает нагрузку на невозобновляемые источники энергии, на которые приходится 89 процентов производства энергии в США (см. Ссылки 4). Светодиоды, самые эффективные светильники на рынке, начинают появляться вместе с лампами накаливания и компактными люминесцентными лампами в хозяйственных магазинах и магазинах товаров для дома.Однако они являются загадкой для многих, так как их внутреннее устройство несколько отличается от стандартных ламп.

Определение

LED означает «светоизлучающий диод». Диод — это электрический компонент с двумя выводами, которые проводят электричество только в одном направлении. Под действием электрического тока диод излучает яркий свет вокруг маленькой лампочки. Обычно диоды используются во многих технологиях, таких как радио, телевизоры и компьютеры, в качестве электрического компонента для проводимости.(См. Ссылки 1)

Как они работают

Подключение диода к электрическому току возбуждает электроны внутри диода, заставляя их испускать фотоны, которые мы видим как свет. Цвет света является прямым результатом энергетической щели в полупроводнике диода. Это означает, что светодиоды легко и ярко воспроизводят спектр цветов, потребляя при этом очень мало электроэнергии. (См. Ссылки 1)

Важность

В поисках энергоэффективного освещения светодиоды оказались наиболее эффективными из имеющихся ламп.По данным Министерства энергетики США, светодиоды с рейтингом Energy Star потребляют как минимум на 75 процентов меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания, и служат в 25 раз дольше. Светодиоды даже превосходят лампы CFL (компактные люминесцентные лампы) по эффективности, прежде всего потому, что их срок службы вдвое больше, чем у CFL. Светодиоды более эффективны, чем лампы накаливания и КЛЛ, потому что они излучают свет в определенном направлении — вместо того, чтобы рассеивать его во всех направлениях — и они не требуют и не выделяют большое количество тепла. Лампы накаливания и КЛЛ выделяют большую часть своей энергии в виде тепла — 90% и 80% соответственно.(См. Ссылки 1)

Соображения

Самая большая проблема для потребителей при покупке светодиодов для освещения жилых помещений — это первоначальная стоимость. В зависимости от размера и марки лампы светодиоды могут стоить от двух до шести раз дороже КЛЛ. При замене лампочек на несколько осветительных приборов идея потратить сотни долларов на лампочки отпугивает многих потенциальных клиентов. Однако производство светодиодов не только улучшается, но и увеличивается, что означает большую доступность для потребителей в ближайшем будущем.(См. Ссылки 3)

Руководство по покупке светодиодного освещения

Светодиодное освещение. Ты знаешь что это. И вы знаете, что это путь в будущее — если не в настоящее — когда дело доходит до освещения всего, от наших домов до общественных мест до световых индикаторов на нашей электронике. Но с развитием технологий с каждым годом светодиодное освещение позволило добиться большей гибкости в дизайне, большей эффективности использования и множества других преимуществ, влияющих на нашу повседневную жизнь.

Вот ускоренный курс по светодиодному освещению 101, который поможет вам начать процесс создания переключателя:

Покупка светодиодного освещения: краткая история

LED означает «светоизлучающий диод», но это только начало понимания этой передовой технологии и ее роли в дизайне освещения наших домов.Коротко о том, что вам следует знать:

• КПД : По сравнению с обычными лампами накаливания светодиодное освещение работает дольше, долговечнее и более чем в пять раз эффективнее. Светодиодные лампы обычно потребляют от 2 до 10 Вт электроэнергии.
• Яркость : Светодиодное освещение измеряется в люменах, а не в ваттах.
• Стоимость : Светодиодные осветительные приборы имеют более высокую первоначальную стоимость, но в долгосрочной перспективе они будут иметь больший срок службы.
• Дизайн : Компактные размеры светодиодов делают их сверхгибким элементом дизайна, который позволяет дизайнерам и производителям создавать формы, силуэты и технологии, которые раньше были просто невозможны.
• Холодно, но не жарко : светодиоды преобразуют электричество в свет и не вызывают накопления тепла.
• Без ртути : При производстве светодиодов ртуть не используется.
• Медленный отказ : светодиоды постепенно тускнеют в конце срока службы, а не внезапно выгорают.
• Затемнение : Раньше светодиоды не «затемняли», как лампы накаливания, но они прошли долгий путь. Все больше и больше светильников предлагают «теплое затемнение», которое снижает не только светоотдачу, но и цветовую температуру.

Покупка светодиодного освещения: длинная история

Если вы хотите по-настоящему разобраться в тонкостях светодиодов, мы, безусловно, можем охватить гораздо больше, от выбора правильной яркости до модернизации ваших текущих осветительных приборов и многого другого.

Эффективность светодиодного освещения

Это не просто модное слово — эффективность — это главное в игре со светодиодами. Светодиоды более чем в пять раз превосходят лампы накаливания. Чтобы произвести такое же количество света, они потребляют лишь около 20 процентов электроэнергии.

Качественная светодиодная лампа может прослужить от 20 000 до 50 000 часов. Если вы используете лампу 6 часов в день, 365 дней в году, светодиодная лампа прослужит 20 лет.

Яркость светодиодов

Яркость измеряется в люменах, а энергия, потребляемая лампой, измеряется в ваттах.Для получения одинакового количества света светодиодные и люминесцентные лампы потребляют гораздо меньше ватт, чем лампы накаливания или галогенные лампы. Стандартная лампа накаливания мощностью 60 Вт дает 800 люмен, тогда как светодиоды потребляют 13-15 Вт для получения 800 люмен.

Рекомендации

Energy Star рекомендуют следующее:

Светодиоды против флуоресцентного освещения

И светодиодное, и флуоресцентное освещение более эффективно, чем лампы накаливания: светодиоды потребляют до 90% меньше энергии, а люминесцентные лампы — до 75% меньше.Флуоресцентные лампы сделаны из стеклянных трубок и могут разбиться при падении, тогда как светодиоды более долговечны. Кроме того, флуоресцентные лампы содержат следовые количества ртути, и в некоторых штатах действуют особые правила утилизации.

Недостатки светодиодов

Светодиоды

имеют более высокую начальную стоимость по сравнению с традиционными лампами. Однако люди обычно окупают затраты через пару лет из-за энергоэффективности и долгого срока службы светодиодов. Кроме того, более ранние светодиоды излучали направленный свет, что делало их более подходящими для рабочего освещения, чем для обычного освещения.В наши дни всенаправленные светодиодные светильники стали более распространенными, направляя свет на отражающие поверхности или через высококачественные линзы, чтобы излучать равномерное и рассеянное свечение. И хотя первые светодиоды были связаны с плохой точностью цветопередачи и четкостью, измеряемой индексом цветопередачи (CRI), в последние годы они улучшились.

Почему светодиоды дороже

Компоненты светодиодов дороги: печатные платы, драйверы, а в некоторых используется желтый люминофор — соединение редкоземельных элементов.Однако с развитием технологий и ростом популярности цены неуклонно падают. Имейте в виду, что качество светодиодов сильно варьируется, что отразится на цене. Ищите те, которые обеспечивают наилучшую цветопередачу и светоотдачу от известного производителя.

В ветровом светодиодном подвесном свете от NEMO. Компактные размеры светодиодных модулей позволили добиться больших успехов в современном дизайне освещения, например, благодаря почти плоской форме абажура.

Наилучшие варианты использования светодиодов

В наши дни ответ действительно таков: где угодно.Светодиодное освещение обеспечивает красивое освещение практически в любом пространстве — от люстр в столовой до пейзажей.

Но одним большим преимуществом светодиодов является их отличная направленность, поэтому они являются особенно отличным вариантом для:

• Настольные лампы и лампы для чтения
• Освещение бухты
• Подсветка шкафа
• Освещение лестниц и переходов
• Встраиваемый светильник
• Труднодоступные места (из-за долгого срока службы светодиодов и неприхотливости)
• Художественное освещение (в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп светодиоды не выделяют УФ-излучение, что делает их безопасными для художественных работ)

Срок службы светодиодов

Светодиод не перегорает, как обычная лампа, поэтому отдельные диоды не требуют замены.Вместо этого диоды постепенно снижают выходной уровень в течение очень длительного периода времени. Светодиод обычно считается «мертвым» при 70% исходной светоотдачи.

Маленький подвесной светильник Heracleum II, автор — Бертьян Пот из Moooi. Moooi был одним из первых современных брендов освещения, которые использовали светодиоды для разработки декоративных осветительных приборов, что стало возможным только с технологией светодиодов, представленных на столе.

Как теплое и холодное освещение работают со светодиодами

Когда кто-то спрашивает, «Это теплый белый или холодный белый?» это ссылка на цветовую температуру светодиода по отношению к шкале цветовой температуры Кельвина.Светодиод с температурой 2700K излучает очень теплый почти золотисто-белый свет, а 7000K — очень холодный белый цвет, который в некоторых приложениях может казаться голубым. 3000K — это мягкий теплый белый цвет, 3500K или 4000K — в диапазоне яркого теплого белого цвета, а за его пределами становится ярко-холодным белым.

Возникает вопрос — насколько ярким будет 2700K по сравнению с 3500K? Или 4000К? Хотя личные вкусы могут быть разными, менее 2700K лучше всего использовать для помещений, где яркий свет не нужен — например, для акцентной лампы в гостиной, которая обеспечивает согревающее свечение.От 2700K до 3500K будет производиться умеренно теплое свечение, и их можно использовать для освещения большинства комнат дома, где важна атмосфера, таких как столовая или гостиная. Освещение начинает приобретать естественный белый цвет около 4000K, что отлично подходит для рабочего освещения, поэтому многие кухни имеют тенденцию варьироваться от 3500K до 5000K в зависимости от склонности домовладельца к теплому или холодному освещению. Освещение более 5000K редко используется в домашних условиях, но очень распространено в коммерческом освещении.

Что такое CRI?

CRI — это количественная мера того, насколько точно светодиодная лампа передает цвета по сравнению с естественным источником света.Имея в виду, что лампа накаливания имеет индекс цветопередачи 100, светодиод с индексом цветопередачи 80 подойдет. CRI от 80 до 90 процентов — это самый распространенный показатель CRI светодиодов, который вы можете найти сегодня на рынке. Однако CRI не всегда является точным индикатором, поскольку некоторые светодиоды с низким CRI в 20–30 процентилях могут давать более четкий и точный белый свет, чем один рейтинг при 90%. Вот почему рейтинг CRI не так важен, как мощность и цветовая температура.

Регулировка яркости светодиодов

Некоторые из них могут быть затемнены, но вам нужно будет проконсультироваться со спецификациями производителя для совместимости с вашей текущей системой, потому что некоторые могут не справиться с более низкой мощностью, на которой работают светодиоды.

Модернизация освещения

Возможность приобрести светодиодную лампу и вкрутить ее в существующий люминесцентный светильник или компактный люминесцентный светильник (как это можно сделать с КЛЛ) называется переоборудованием. В наши дни модернизация более популярна, и доступно множество вариантов. Тем не менее, вы можете найти светодиодный модуль, который физически впишется в существующую лампу накаливания, но приспособление не обязательно максимизирует эффективность светодиода.

Купите всю нашу коллекцию светодиодного освещения и уличного светодиодного освещения в YLighting.

Понимание светодиодных технологий | EC&M

Впервые использовавшиеся в качестве ламп состояния и индикаторов, а в последнее время в системах освещения под полками, акцентном освещении и направленной маркировке светодиоды высокой яркости появились в течение последних шести лет. Но только недавно они стали всерьез рассматриваться как возможный вариант в системах освещения общего назначения. Прежде чем порекомендовать или установить систему освещения этого типа, вы должны понять базовую технологию, на которой основаны эти устройства.

Светодиоды (LED) — это твердотельные устройства, которые преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет одного цвета. Поскольку они используют технологию генерации «холодного» света, при которой большая часть энергии доставляется в видимом спектре, светодиоды не тратят энергию в виде несветового тепла. Для сравнения: большая часть энергии лампы накаливания находится в инфракрасной (или невидимой) части спектра. В результате как люминесцентные, так и HID-лампы выделяют много тепла.Помимо холодного света, светодиоды:

• Может питаться от портативного аккумулятора или даже от солнечной батареи.

• Может быть интегрирован в систему управления.

• Небольшие по размеру, устойчивые к вибрации и ударам.

• Иметь очень быстрое «время включения» (60 нс против 10 мс для лампы накаливания).

• Имеют хорошее цветовое разрешение и низкую опасность поражения электрическим током или ее отсутствие.

Центральным элементом типичного светодиода является диод, который установлен на микросхеме в чашке отражателя и удерживается на месте с помощью выводной рамки из мягкой стали, соединенной с парой электрических проводов.Затем вся конструкция залита эпоксидной смолой. Диодный кристалл обычно имеет квадратную площадь около 0,25 мм. Когда ток течет через соединение двух разных материалов, свет излучается внутри твердокристаллического кристалла. Форма или ширина излучаемого светового луча определяется множеством факторов: формой чашки отражателя, размером светодиодного чипа, формой эпоксидной линзы и расстоянием между светодиодным чипом и эпоксидной линзой. . Состав материалов определяет длину волны и цвет света.В дополнение к видимым длинам волн светодиоды также доступны с инфракрасными длинами волн от 830 до 940 нм.

Определение «жизни» варьируется от отрасли к отрасли. Срок службы полупроводника определяется как расчетное время, в течение которого уровень освещенности снизится до 50% от его первоначального значения. Для осветительной отрасли средний срок службы ламп определенного типа — это момент, когда сгорело 50% ламп в репрезентативной группе. Срок службы светодиода зависит от конфигурации его корпуса, тока возбуждения и условий эксплуатации.Высокая температура окружающей среды значительно сокращает срок службы светодиода.

Кроме того, светодиоды теперь покрывают весь спектр света, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и белый. Хотя цветной свет полезен для более творческих инсталляций, белый свет остается Святым Граалем светодиодной технологии. Пока не станет возможным настоящий белый цвет, исследователи разработали три способа его доставки:

• Растушуйте балки. Этот метод предполагает смешивание света от нескольких одноцветных устройств.(Обычно красный, синий и зеленый.) Регулировка относительной интенсивности лучей дает желаемый цвет.

• Обеспечьте люминофорное покрытие. Когда возбужденные фотоны от синего светодиода попадают на люминофорное покрытие, он излучает свет в виде смеси длин волн для получения белого цвета.

• Сделайте легкий бутерброд. Синий свет от одного светодиодного устройства вызывает оранжевый свет от соседнего слоя другого материала. Дополнительные цвета смешиваются, чтобы получить белый цвет. Из трех методов наиболее многообещающей технологией представляется люминесцентный подход.

Еще одним недостатком ранних светодиодных конструкций была светоотдача, поэтому исследователи работали над несколькими методами увеличения люмен на ватт. Новая технология «легирования» увеличивает светоотдачу в несколько раз по сравнению с предыдущими поколениями светодиодов. Другие методы, находящиеся в стадии разработки, включают:

• Производство больших полупроводников.

• Прохождение больших токов с лучшим отводом тепла.

• Создание устройства другой формы.

• Повышение эффективности преобразования света.

• Упаковка нескольких светодиодов в один эпоксидный купол.

Одно семейство светодиодов уже может приблизиться к улучшенному светоотдаче. Устройства с увеличенными микросхемами производят больше света, сохраняя при этом надлежащее управление теплом и током. Эти достижения позволяют устройствам генерировать в 10-20 раз больше света, чем стандартные световые индикаторы, что делает их практичным источником освещения для осветительных приборов.

Прежде чем светодиоды смогут выйти на рынок общего освещения, дизайнеры и сторонники технологии должны преодолеть несколько проблем, включая обычные препятствия для принятия на массовом рынке: необходимо разработать принятые в отрасли стандарты и снизить затраты. Но остаются более конкретные вопросы. Такие вещи, как эффективность светового потока на ватт и постоянство цвета, должны быть улучшены, а также должны быть улучшены надежность и поддержание светового потока. Тем не менее, светодиоды постепенно превращаются в жизнеспособную альтернативу освещению.

Какой срок службы светодиодов? | Системы светодиодного освещения | Ответы на освещение

Как работают светодиоды

Диод — это простейший полупроводниковый прибор. Вообще говоря, полупроводник — это материал с различной способностью проводить электрический ток. Большинство полупроводников сделано из плохого проводника, в который были добавлены примеси (атомы другого материала). Процесс добавления примесей называется легированием .

В случае светодиодов материалом проводника обычно является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). В чистом арсениде алюминия-галлия все атомы идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов (отрицательно заряженных частиц) для проведения электрического тока. В легированном материале дополнительные атомы изменяют баланс, либо добавляя свободные электроны, либо создавая дыры, по которым электроны могут уходить. Любое из этих изменений делает материал более проводящим.

Полупроводник с дополнительными электронами называется материалом N-типа, поскольку в нем есть дополнительные отрицательно заряженные частицы.В материале N-типа свободные электроны перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.

Полупроводник с дополнительными дырками называется материалом P-типа , поскольку он фактически содержит дополнительные положительно заряженные частицы. Электроны могут прыгать от отверстия к отверстию, перемещаясь из отрицательно заряженной области в положительно заряженную. В результате кажется, что сами отверстия перемещаются из положительно заряженной области в отрицательно заряженную.

Диод состоит из секции материала N-типа, прикрепленной к секции материала P-типа, с электродами на каждом конце.Это устройство проводит электричество только в одном направлении. Когда на диод не подается напряжение, электроны из материала N-типа заполняют отверстия в материале P-типа вдоль стыка между слоями, образуя зону обеднения. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в исходное изолирующее состояние — все отверстия заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и электричество не может течь.

Чтобы избавиться от зоны истощения, вы должны заставить электроны двигаться из области N-типа в область P-типа, а дырки — в обратном направлении.Для этого вы подключаете сторону N-типа диода к отрицательному концу цепи, а сторону P-типа — к положительному концу. Свободные электроны в материале N-типа отталкиваются отрицательным электродом и притягиваются к положительному электроду. Отверстия в материале P-типа перемещаются в другую сторону. Когда разность напряжений между электродами достаточно высока, электроны в зоне обеднения выталкиваются из своих отверстий и снова начинают свободно перемещаться. Зона обеднения исчезает, и заряд перемещается по диоду.

Если вы попытаетесь пропустить ток другим путем, когда сторона P-типа подключена к отрицательному концу цепи, а сторона N-типа подключена к положительному концу, ток не будет течь. Отрицательные электроны в материале N-типа притягиваются к положительному электроду. Положительные отверстия в материале P-типа притягиваются к отрицательному электроду. Через переход не протекает ток, потому что дырки и электроны движутся в неправильном направлении. Зона истощения увеличивается.(См. «Как работают полупроводники» для получения дополнительной информации обо всем процессе.)

Взаимодействие между электронами и дырками в этой установке имеет интересный побочный эффект — оно генерирует свет!

Что особенного в светодиодных светильниках?

Когда дело доходит до освещения вашего офиса, магазина или дома, светодиодные фонари являются наиболее экономичным и энергоэффективным решением, доступным в настоящее время на рынке. Развитие светодиодов (светоизлучающих диодов) было относительно быстрым, поскольку достижения в области технологий и производства привели к тому, что светодиодные светильники теперь обычно можно найти в каждом крупном розничном магазине осветительных приборов и строительных магазинах по всей стране.

Для тех, кто все еще может использовать галогенные или люминесцентные лампы и не уверен, стоит ли переходить на светодиоды, мы составили подробный список некоторых из основных причин, по которым светодиоды стали предпочтительным методом освещения в последние годы.

Непревзойденная долговечность

Светодиоды имеют исключительный срок службы около 50 000 часов. Для сравнения, это примерно в 20-25 раз длиннее галогенной лампы и в 50 раз дольше лампы накаливания. Когда срок службы светодиодной лампы подходит к концу, она просто излучает меньшую мощность, становясь менее яркой, в отличие от традиционных ламп, которые обычно перегорают и сразу перестают работать.

Невероятная эффективность

Светодиоды имеют расчетную эффективность 80% -90% по сравнению с традиционными лампами. Другими словами, примерно 80% электроэнергии, генерируемой светодиодом, преобразуется в свет, и только 20% генерируемой энергии теряется на другую энергию, например, на тепло. Для лампы накаливания эти цифры примерно противоположны: только 20% генерируемой энергии используется для генерации света, а остальная часть теряется на тепло.

Незначительное обслуживание

Благодаря очень долгому сроку службы светодиоды не нуждаются в замене так часто, как лампы накаливания и другие виды освещения.Когда дело доходит до крупных общественных мест, таких как, например, вокзалы, это может существенно повлиять на количество обслуживающих бригад, необходимых для замены лампочек, поскольку при использовании светодиодов эта задача выполняется гораздо реже.

Долговечность

Светодиоды

разработаны с использованием чрезвычайно прочных компонентов, которые могут выдерживать даже самые суровые внешние условия. Поскольку они устойчивы к вибрациям и ударам, они гораздо реже ломаются или нуждаются в частой замене. Там, где на люминесцентную лампу влияют низкие температуры, характерные для некоторых наружных климатических условий, светодиодная лампа — нет, что делает ее пригодной даже для самых холодных наружных условий.

Экологичность

Люминесцентные лампы могут содержать токсичные вещества, такие как ртуть, которые опасны для окружающей среды. Светодиодные лампы не содержат агрессивных химикатов и не излучают ультрафиолетовые лучи. Светодиодные фонари также на 100% пригодны для вторичной переработки и могут значительно снизить углеродный след. Благодаря тому, что одна светодиодная лампа способна работать примерно с 25 лампами накаливания в течение своего срока службы, светодиодные фонари также помогают сэкономить на материалах и производстве.

Светодиоды предлагают множество вариантов дизайна

Благодаря высокой гибкости светодиодные светильники можно комбинировать практически любой формы.Отдельные светодиодные фонари также могут быть затемнены, что позволяет лучше контролировать уровень освещения, распределение света и даже цвет. Эта способность контролировать уровень, цвет и распределение света используется во многих разных местах, таких как самолеты и учебные классы по всему миру, для создания идеальной атмосферы в определенном пространстве.

Мгновенное освещение

При включении сразу же загорается светодиод, что является огромным преимуществом, когда речь идет о таких инфраструктурных проектах, как сигнализация и светофоры.Включение и выключение света также не влияет на срок службы лампочки, в отличие от традиционных методов освещения, когда включение и выключение источника света резко сокращает срок службы земного шара.

Работа с низким напряжением

Светодиоды

не требуют высокого напряжения для работы. Это позволяет легко использовать светодиоды на улице, подключив их к источнику солнечной энергии. Они также не нагреваются на ощупь, поскольку не выделяют столько же тепла, как лампы накаливания.Это также означает, что светодиоды идеально подходят для освещения продуктовых витрин и текстильных изделий.

Радуга вариантов цвета

Хотя вы можете приобрести белые светодиодные фонари, вы также можете найти светодиодные фонари самых разных ярких цветов и модули, содержащие светодиоды разного цвета в одном устройстве. Это известно как модуль RGB (который включает синие, зеленые и красные светодиоды), который можно использовать для получения широкого спектра цветов.

Лучшее распределение света

Светодиоды

могут фокусировать свет в одном направлении без необходимости в отражателе, а это означает, что современные системы освещения, в которых используются светодиодные лампы, могут излучать свет более эффективно, что дает конечному пользователю больший контроль над как распространяется свет.

Компактное решение

Некоторые светодиодные лампы имеют размер всего 2 мм, что делает их идеальными для компактных и труднодоступных мест.

Нет сомнений в том, что за светодиодными светильниками будущее. Независимо от того, хотите ли вы уменьшить углеродный след или счет за электроэнергию, светодиодные фонари предлагают более безопасное и разумное решение для освещения вашего дома и вашего бизнеса. Так что, если вы еще этого не сделали, начните заменять лампы на светодиоды!

Светодиодные приложения | Fabrico, подразделение EIS, Inc.

Преобразование теплопроводных материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) — новейшая разработка в осветительной отрасли. Светодиодные фонари, ставшие популярными благодаря своей эффективности, разнообразию цветов и длительному сроку службы, идеально подходят для множества применений, включая ночное освещение, художественное освещение и наружное освещение. Эти фонари также широко используются в электронной и автомобильной промышленности, а также для вывесок и многих других целей.

Обеспечивая эффективное преобразование энергии и увеличивая срок службы, эти лампы помогают сэкономить деньги на замене ламп и потреблении электроэнергии.Светодиодные лампы предназначены для преобразования электрической энергии в свет через микрочип, который затем освещает крошечные источники света, излучающие видимый свет. Этот процесс потребляет до 90% меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Светодиодные фонари — это источники направленного света. Это означает, что лампы излучают свет в определенных направлениях, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, которые излучают свет во всех направлениях. Указанное направленное освещение и электрическое преобразование микрочипа помогают повысить эффективность и качество света.

Преобразование теплопроводящих материалов для решения проблем, связанных с производительностью светодиодов

Светодиоды

предоставляют инженерам-разработчикам широкий спектр преимуществ:

• Высокая энергоэффективность: светодиодные лампы более эффективны, чем стандартные люминесцентные лампы и лампы накаливания. Светодиодные лампы потребляют меньше энергии и более эффективно преобразовывают эту энергию в свет, чем традиционные люминесцентные лампы и лампы накаливания.
• Обеспечивают долгий срок службы: светодиодные лампы рассчитаны на срок службы до 6 раз дольше, чем другие типы освещения.Это помогает сэкономить деньги и тратить деньги на замену ламп. Светодиодные фонари также не изнашиваются из-за быстрого и повторяющегося включения и выключения, как это могут быть другие типы лампочек.
• Работа при низких температурах: В то время как другие типы фонарей требуют более высокого напряжения для работы при низких температурах, светодиодные фонари остаются работоспособными и надежными в более холодных местах. Это делает их идеальными для освещения холодильников и складских помещений.
• Доступен в широкой цветовой гамме: Светодиодные лампы выпускаются в диапазоне более теплого или более холодного освещения, обеспечивая идеальный оттенок света для любого помещения.
• Управляемость: Светодиодные лампы — это полупроводниковые устройства, яркость которых можно регулировать с помощью контроллеров. Светодиодные фонари обеспечивают возможность непрерывного затемнения, в то время как другие типы освещения могут обеспечивать только ступенчатое затемнение.
• Мгновенное включение: Некоторым другим типам ламп требуется время, чтобы достичь полной яркости. Светодиодные фонари, с другой стороны, включаются на полную мощность, как только переключатель щелкает.
• Прочный и долговечный: За счет отказа от стеклянных корпусов светодиодные фонари могут похвастаться повышенной прочностью и устойчивостью к поломке.Светодиодные фонари обычно устанавливаются на печатных платах и ​​соединяются припаянными выводами. Это увеличивает устойчивость светодиодных светильников к вибрации и другим видам помех.
• Нет УФ-излучения / очень мало инфракрасного: Светодиодное освещение помогает защитить ковры, произведения искусства, оконные покрытия и окрашенные поверхности от любого потенциального повреждения инфракрасным или УФ-излучением.
• Небольшой размер обеспечивает гибкость дизайна: светодиодные фонари выпускаются в широком диапазоне размеров, что обеспечивает большую свободу при проектировании.

Все преимущества светодиодов связаны с одной проблемой — они нагреваются. Диоды высокой яркости, особенно в светодиодных кластерах, могут вызывать значительные тепловые проблемы, которые влияют на характеристики светодиодов.

Светодиодные диоды

состоят из полупроводникового материала кристалла, пропитанного или легированного примесями для образования p-n-перехода. Свет проецируется вверх в светодиоде и нагревается вниз в основание. По мере повышения температуры внутри светодиода световой поток уменьшается. Правильное управление температурой при проектировании модулей для светодиодов, будь то на печатной плате или внутри корпуса, требует оценки материалов и методов рассеивания тепла.Fabrico может порекомендовать подходящие материалы и конструкции для обеспечения необходимой теплопроводности и электроизоляции.

Материалы с термическими помехами (TIM) являются жизненно важными компонентами всех светодиодных ламп. TIM помогают сохранить светодиодные фонари и работать с максимальной мощностью, управляя теплом, выделяемым лампами. Fabrico комбинирует и адаптирует эти материалы в соответствии с индивидуальными потребностями любого применения светодиодов.

TIM находятся между светодиодом и радиатором. Там они обеспечивают высокую теплопроводность для эффективной передачи тепла, излучаемого от источника света, к радиатору.Это достигается за счет вытеснения воздуха внутри светодиода. Без TIM тепло не передается эффективно, и производительность светодиодов страдает.

Предлагаемые материалы и клеи могут включать:

• Проводящие клеи и смазки: , включая материалы с фазовым переходом, клеи и смазки, которые находятся между теплогенераторами и радиатором, чувствительные к давлению ленты, которые крепятся к радиаторам, термоткани и ленты, обеспечивающие теплопроводность, и силиконовые губчатые материалы для поглощения тепла .Электропроводящие клеи и смазки от ведущих поставщиков, таких как 3M, DuPont, Von Roll и Saint-Gobain.
• Ленты: Клейкие ленты доступны для различных применений, включая склеивание, соединение, маркировку и покрытие для использования в таких отраслях, как электротехника, автомобилестроение, производство и многое другое. Эти ленты устраняют необходимость в механических крепежах, экономя как материалы, так и технологические затраты. Предлагается широкий выбор лент, в том числе изолента, лента для гашения вибраций, лента из пенопласта, переносная лента и многое другое.
• Керамические и наполненные металлом эластомерные заполнители зазоров : заполнители зазоров помогают создавать пути для эффективной теплопередачи между тепловыделяющими механизмами, радиаторами, распределителями тепла и другими охлаждающими устройствами. Интерфейсная площадка 3M 5595 обеспечивает отличную теплопроводность.
• Ткани с покрытием: специальные переработанные ткани с покрытием доступны в большом количестве вариантов на Fabrico. Ламинированные, прорезанные или высеченные ткани с покрытием предлагаются для таких применений, как изоляция, защита поверхности, химическая стойкость и терморегулирование.Ткани могут быть ламинированы с помощью чувствительных к давлению клеев, токопроводящих клеев и могут быть высечены для соответствия требованиям экранирования EMI / RFI и структурным требованиям. Специальные переработанные тканевые материалы с покрытием доступны от ведущих поставщиков DuPont, Isovolta, Saint-Gobain и Von Roll.
• Материалы с фазовым переходом: Материалы с фазовым переходом (PCM) — это материалы, которые плавятся и затвердевают при определенных температурах, но при этом могут вызывать повреждение и выделять большое количество энергии.PCM, например 3M 8926-02 и Nitto-Denko TR-5925.

Помимо материалов для управления температурным режимом, требуются различные переработанные материалы, которые имеют решающее значение для производительности, надежности и безопасности светодиодного освещения. Материалы, используемые для электробезопасности и пожарной безопасности, имеют решающее значение для работы светодиодов, поскольку устраняют риск поражения электрическим током и возгорания, вызванный выделяющимся теплом.

После того, как были выбраны лучшие материалы, Fabrico также предоставляет готовый компонент терморегулирования после высечки.

Интегрированные светодиодные светильники с прямым подключением идеально подходят для обеспечения максимальной рентабельности освещения. Огнезащитные изделия (FRB) используются в дополнение к радиаторам и материалам термоинтерфейса на уровне корпуса и корпуса светильника. FRB — это тонкие изоляционные устройства из неорганических материалов. Эти изоляционные материалы FRB обеспечивают чрезвычайно высокую огнестойкость и термостойкость в таких областях, как:

• Светильники осветительные общего назначения (в том числе светодиодные)
• Электрические и гибридные электромобили
• Приборы
• Электрооборудование

Наряду с отличной термостойкостью и огнестойкостью, FRB обеспечивают сопротивление дуге и треку, электрическую прочность, гибкость и возможность преобразования.

Fabrico также предлагает решения по экранированию EMI / RFI для снижения магнитных или радиочастотных помех. Хотя светодиоды работают с постоянным током, существуют элементы управления освещением и схемы регулирования яркости с утроением высоких частот. Управление EMI ​​/ RFI может принимать несколько различных форм, например:

Правильный выбор электрической изоляции, экранирования EMI / RFI и огнестойкой барьерной защиты имеет важное значение для правильного управления температурой и выбора материала, чтобы сделать ваши светодиодные фонари максимально функциональными и эффективными.Чтобы получить более подробную информацию по этим темам, посетите наш веб-семинар.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о продуктах или услугах Fabrico.

.