Устройство светодиодной лампы — конструкция и принцип работы

Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она собой представляет и в чем ее преимущество перед лампами накаливания или люминесцентными светильниками. Конечно же, основной их плюс – это долговечность в работе и минимальное потребление электроэнергии. Почему так недолго работают обычные лампы, объяснять не приходится. И так понятно, что вольфрамовая нить – не слишком надежный материал. Но все же до недавнего времени лампы на основе этого материала практически не имели конкуренции. Сейчас же, хотя цена светодиодных ламп выше, чем у их предшественников, они быстро завоевывают рынок, пользуясь у потребителя все большим спросом.

 Что же такое светодиод?

По своему строению это многослойный полупроводниковый кристалл, который преобразует электроэнергию в обычный свет. А как это происходит, нужно разобрать более детально.

При различных вариациях компоновки чипов можно создать четыре варианта светодиодов:

Схема светодиодной лампы

Поняв суть устройства светодиодной лампы, легко разобраться в особенностях работы и даже изготовить ее самому (схема светодиодной лампы на 220 вольт представлена на рисунке ниже). Естественно, в любом из магазинов можно приобрести такой светильник, но иногда бывает трудно подобрать таковой именно с необходимыми параметрами. А кому-то просто не интересно покупать, а куда более привлекательно изготовить самому. Главное – решить вопросы расположения схемы и светодиодов, изолирования системы, а также обеспечения теплообмена.

Итак, с чего следует начать сборку? Есть множество систем, позволяющих этим осветительным приборам функционировать от сети 220 V. У всех них существует 3 главные цели:

1. Получение пульсирующего тока из сети 220 V.
2. Выравнивание тока до постоянного.
3. Трансформирование тока до 12 V.

Для этого можно воспользоваться 2 вариантами – изготовить либо плату с диодным мостом, либо резисторную схему. При втором варианте необходимо использование четко определенного количества светодиодов. Нужно понять, какие плюсы и минусы есть у каждого из этих вариантов.

Схема с диодным мостом

Схема с диодным мостом

Устройство этой схемы включает в себя четыре диода, подключенных разнонаправлено. По своему принципу диодный мост должен ток из сети 220 V трансформировать в пульсирующий. Суть действия в следующем: синусоидальные полуволны при проходе по двум диодам изменяются, в результате минус теряет полярность. При сборке нужно подключить к плюсовому выходу конденсатор до моста в месте подачи переменного тока. Сопротивление в 100 Ом присоединяется перед минусом. Для сглаживания перепадов напряжения сзади моста нужен еще один конденсатор.

Такую схему несложно собрать, даже любитель при минимальных навыках справится с этой работой. Саму плату лучше позаимствовать от отработавшего свое светильника. Главное запомнить – светодиоды нужно соединять по 10 шт. последовательно, после получившиеся несколько цепей соединить параллельно.

Резисторная схема

Ее тоже совершенно несложно изготовить. При даже небольших навыках вполне по силам собрать подобную лампу даже новичку. Собирается эта схема из 2 резисторов и 2 цепочек светодиодов, состоящих из одинакового числа элементов, соединенных последовательно, но имеющих разную направленность. От первого резистора соединение идет от одной полосы светодиодов к катоду, от другой – к аноду. От второго резистора – наоборот. Оптимальное число диодов в полосе – 10-20. Вывод: изготовить самодельный драйвер и в последующем лампу на светодиодах – совершенно несложная задача.

Устройство LED-лампы на 220 V.

Устройство LED-ламп

Основные 6 частей LED-лампы – это корпус, цоколь, рассеиватель, радиатор, блок светодиодов LED и бестрансформаторный драйвер (на картинке представлено устройство светодиодной лампы на 220 V). Эти лампы вполне подлежат ремонту, если один или несколько кристаллов прогорели. Вообще в LED-светильниках обычно горит драйвер, для которого чаще всего используются такие микросхемы, как bp 3122, bp 2832а или bp 2831а. Помимо прочего, драйвер стабилизирует скачки напряжения.

На рисунке сверху изображена лампа варианта СОВ. Ее светодиод представляет собой единую пластину, в которую включено множество чипов. Если у такой лампы перегорает светодиод, то он меняется целиком, т. к. отдельные чипы невозможно поменять.

Схема светодиодного драйвера

Схема драйвера светодиодной лампы (можно понять на примере MR-16) настолько проста, насколько это возможно (драйвер LED-лампы ничем от него не отличается). Она работает так: переменный ток в 220 V проходит на мост (диодный) через конденсатор С1. Далее уже прямой ток идет на светодиоды НL1–НL27, которые подключены последовательно. Число их может достигать 80 шт. Ну а более ровного света, без мерцания, добиваются как раз при помощи конденсатора С2. Желательно, чтобы он был как можно большей емкости. Схема драйвера для светодиодов от сети 220 V представлена на рисунке.

Простейшая схема драйвера MR-16

Ремонт LED–лампы

Устройство светодиодного светильника представляет собой обычную LED-лампу, и если светодиоды в ней отдельные, а не единой пластиной с кристаллами, то ее возможно отремонтировать, заменив сгоревшие (прогоревшие) элементы. Ее с легкостью можно разобрать. Нужно разделить корпус с цоколем. Если для примера взять лампу МR-16, то как раз внутри будет находиться 27 светодиодов. Подобраться к плате с элементами можно путем снятия защитного стекла. Делается это при помощи обычной отвертки.

Иногда именно этот этап становится самым трудным. Если светодиод прогорел, то это сразу видно. Сгоревшие элементы придется поискать при помощи тестера, либо подавая на них по 1.5 V. Неисправные светодиоды необходимо заменить. Причиной мигания лампы может быть поломка конденсатора С1. При этом нужно поставить другой, с напряжением 400 V.

Особенности ламп со штыревым цоколем

По сути, лампа со штыревым цоколем практически ничем не отличается. Единственное, что необходимо знать, это маркировку, которая наносится на корпус. Относится она именно к особенностям цоколя.

• G – это как раз указывает на то, что у лампы штыревой цоколь.
• U – маркер того, что лампа энергосберегающая.
• 10 – расстояние от одного до другого штыря в миллиметрах.

Как проверить светодиодную лампу при покупке?

Светодиодная лампа с цоколем Е-27

Примером послужит лампа с цоколем Е-27 и питанием в 220 V. Как при покупке не ошибиться, выбрав качественный товар? Необходимо внимательно осмотреть всю конструкцию светодиодной лампы. Изначально нужно посмотреть на радиатор. Он должен быть литым, а не наборным, т. к. в том числе и от него зависит долговечность работы выбранной лампы. Радиатор стоит в прямой зависимости от мощности, следовательно, чем мощнее лампочка, тем больше охладитель. Очень хорошо себя показывают алюминиевые, керамические либо графитовые.

Наилучший вариант – термопластиковое покрытие радиатора. После необходимо убедиться в отсутствии люфтов в цоколе, а также видимых механических повреждений. В любом магазине электротоваров имеется возможность включения лампы в сеть для проверки. При подаче питания на лампу нужно обратить внимание на исходящий от нее свет. Даже если мерцания не видно, необходимо посмотреть на прибор через камеру сотового телефона. На экране будет четко видно наличие или отсутствие мерцания. Если же имеется пульсация, такую лампу покупать не стоит. Что касается маркировки, то она должна быть четкой и хорошо читаемой, т. к. именно на основе этой информации выбирается тип светодиодной лампы.

Общие сведения

Применение светодиодных ламп необычайно широко. Это и бытовое освещение, и промышленное, и даже уличное. По своей сути такие световые приборы являются самыми экологически чистыми, т. к. не содержат опасных веществ (таких, как ртуть и т. п.) в отличие от люминесцентных или ртутных (ДРЛ) ламп. Световые приборы, имеющие в основе нить из вольфрама, дают много света, но их эффективность весьма сомнительна, т. к. 95 процентов уходит на выработку тепла, в чем и состоит отличие от принципа работы светодиодной лампы. Очень интересно, что после того, как было запрещено продавать лампы мощностью свыше 100 Ватт, их все равно не перестали выпускать. Только теперь они называются не лампочки, а «теплоизлучатели», что по своей сути правильно. Есть различные корпуса светодиодных ламп, а также различные типы цоколя. На картинке указаны маркировки, по которым можно определить, какая именно лампа нужна для того или иного прибора. Интересен также и цвет таких ламп. С первого взгляда может показаться, что он просто белый, однако это не так. Есть специальный индекс цветопередачи – CRI. Если он низок, то освещение будет казаться неприятным, хотя будет непонятно почему, ведь оно визуально не отличается. Если брать за пример солнце или обычную лампочку, то их CRI будет равен 100. Качественная светодиодная лампа имеет CRI 90. Ну а если CRI менее 80, то такие световые приборы не рекомендуется использовать в местах проживания.

Виды светодиодных ламп

Так что же в итоге? Конечно, личное дело каждого, какие осветительные приборы использовать, но то, что светодиодные лампы помимо своей экологичности еще и очень экономичны – это неоспоримый факт, а значит, они будут продолжать завоевывать рынок электротехники до тех пор, пока не появится что-то новое.

Страница не найдена — ЛампаГид

Светодиоды

Современное поколение стремится минимизировать свои расходы. Преимуществом светодиодного светильника является малое потребление электроэнергии. При

Светодиоды

На рынке светотехнического оборудования LED-лампы имеют наибольший спрос. Это связано с их преимуществами перед

Люминесцентные лампы

Несмотря на небольшие размеры энергосберегающих ламп, в них много электронных компонентов. По своему устройству

Теория

Каждый профессионал должен владеть определенным языком, соответствующим его профессии. В электрике таким языком является

Квартира и офис

Уходит в прошлое то время, когда балкон использовался как склад ненужных вещей. Классическая его

Монтаж

Выключатели появились в тот же момент, когда человек придумал освещать помещения, в которых он находится.

Страница не найдена — ЛампаГид

Квартира и офис

Детская является предметом заботы родителей, так как от того, в какой атмосфере растет малыш,

Люминесцентные лампы

Говоря на тему осветительных приборов для бытового использования, нельзя не отметить то, что на

Квартира и офис

Несмотря на ремонт в квартире, без грамотно подобранного освещения она не будет выглядеть красиво

Монтаж

Встроенные точечные светильники, устанавливаемые в гипсокартонный потолок, обеспечивают эстетичный вид жилым помещениям. Для их

Светодиоды

Когда мы идем по улицам города, нас окружают многочисленные яркие подвижные рекламные конструкции. Устанавливают

Компоненты

Впервые столкнувшийся с видом SMD-конденсатора радиолюбитель недоумевает, как же разобраться во всех этих «квадратиках»

Светодиодная лампа: устройство, принцип работы, применение

Светодиодные лампочки пользуются все большей популярностью у покупателей, что объясняется рядом достоинств этих источников света. В отличие от классических ламп накаливания и ламп дневного света их энергопотребление существенно ниже, да и рабочий ресурс заметно больше. При равной потребляемой мощности LED-лампочки обеспечивают лучшую освещенность комнат, чем те же люминесцентные аналоги. Все это вынуждает подробно ознакомиться с тем, что такое светодиодная лампа, какой у нее принцип работы и конструкция. Итак, обо всем по порядку.

Устройство LED-лампы

Пользователям, желающим ознакомиться с тем, что это такое, придется разобраться с конструкцией и принципом работы светодиодной лампочки. Прежде всего, классический LED светильник представляет собой сборное устройство, состоящее из следующих основных узлов (фото ниже):

• Нескольких светодиодных излучателей, размещенных на теплоотводящей алюминиевой подложке (радиаторе).
• Матового куполообразного рассеивателя, конструкция которого обеспечивает равномерность распределения светового потока.
• Электронного преобразователя (драйвера), снабжающего LED светодиоды питанием нужного качества.
• Стандартного цоколя (E14, E 27, E 40 и других типов).

Важно! В простейших моделях лампочек от китайского производителя может устанавливаться один мощный светодиод.

При рассмотрении различных вариантов исполнения светодиодных лампочек важно научиться различать их по величине питающего напряжения.

Принцип действия

Принцип работы лампочки на светодиодах представляется как ряд преобразований, обеспечивающих свечение входящих в ее состав излучателей. При подаче питающего напряжения на цоколь сначала оно поступает на драйвер, назначение которого как раз и состоит в приведении высокого напряжения к приемлемому для LED ламп виду.

Чтобы кратко описать этот способ энергообеспечения, достаточно обратиться к следующей схеме:

Если выражаться простыми словами – ее работа может быть представлена так:

1. Сначала переменное напряжение подается на диодный мост, где частично выпрямляется.
2. Следующая за ним электролитическая емкость предназначена для сглаживания пульсаций.
3. После этого полностью выпрямленное напряжение подается на контроллер, управляющий работой LED лампы.
4. С электронного модуля оно через развязывающий импульсный трансформатор поступает непосредственно на светодиоды.

Важно! При ответе на нередко задаваемый вопрос: для чего нужна такая развязка, ответим – ее наличие частично снижает угрозу поражения высоким напряжением при работе с цоколем лампы.

Принцип действия LED лампочки на 12 Вольт намного проще, поскольку для преобразования напряжения потребуется типовой блок питания и ничего больше. А это, в конечном счете, снижает стоимость всего изделия в целом.

Различия по типу питания

В соответствие с этим параметром известные образцы LED ламп подразделяются на следующие модификации:

• со светодиодами, рассчитанными на 220 Вольт.
• работающие от пониженного и выпрямленного напряжения 12 Вольт.

Первые в этом списке источники света работают в типовых электросетях и включаются подобно обычным лампам накаливания.

Светодиодные лампы, рассчитанные на 12 Вольт постоянного тока, благодаря низкому напряжению и широкому выбору цоколей, относятся к универсальным изделиям.

Для работы таких ламп потребуется специальный блок питания, понижающий переменное сетевое напряжение до постоянной величины 12 Вольт.

Область применения

При рассмотрении вопроса о том, где применяются светодиодные лампы, потребуется отдельный подход к различным образцам. Изделия, включаемые непосредственно в сеть 220 Вольт, эксплуатируются как обычные лампы (люминесцентные или накаливания) с соответствующим цоколем. В отличие от них низковольтные светодиодные осветители используются в самых различных целях, начиная от точечного освещения при обустройстве натяжных потолков и заканчивая организацией наружной и внутренней подсветки. Отдельные образцы позиционируются как автомобильные лампочки, устанавливаемые в большинстве моделей современного автотранспорта.

Важно! Сравнительно низкое по величие напряжение питания обеспечивает светодиодным лампам высокую электрическую и пожарную безопасность (исключает удар током и возгорание).

Указанные достоинства позволяют расширить область применения LED лампочек и устанавливать низковольтные модели в следующих ситуациях:

1. В помещениях повышенной влажности (например, при обустройстве светодиодной подсветки зеркала в ванной).
2. В условиях высокой пожарной и взрывоопасности.
3. При обустройстве подсветок различного вида.
4. В складах и подвальных помещениях.
5. На улице под открытым небом.

В последнем случае такие лампы могут эксплуатироваться без специальных мер защиты и использования проводки с повышенными требованиями к надежности изоляции.

Обратите внимание: Универсальность светодиодных ламп подчеркивается тем, что в качестве блока питания в них нередко используется модуль от ленточных светодиодных подсветок.

Однако для надежности эксплуатации низковольтных ламп лучше всего воспользоваться специализированным блоком питания 12 Вольт, рассчитанным на работу со светодиодами.

Виды ламп и оценка их качества

С технической точки зрения все рассмотренные светодиодные лампы различаются по следующим показателям:

• Вид питания (220 или 12 Вольт).
• Тип цоколя.
• Количества светодиодов.
• Мощность освещения (световой поток).
• Форма корпуса.

По конструктивным особенностям, влияющим на надежность данного образца и его стоимость, LED лампочки подразделяются на фирменные изделия и на дешевые китайские образцы. Последние из них имеют более простое устройство и не отличаются высокой надежностью.

Конструктивные отличия брендовых изделий от китайского ширпотреба проявляется в таких деталях как наличие «мощного» теплового отвода и качественно оформленные рассеиватель и цоколь.

 

Любая лампочка на светодиодах, представленная на рынке, рассматривается пользователем двояко: со стороны ее надежности (качества) и с точки зрения издержек на покупку. При таком подходе к приобретению осветителей выбор остается за самим покупателем. В заключение отметим, что светодиоды позволяют на практике реализовать принцип экономии электроэнергии в бытовых условиях. Благодаря особенностям их устройства и функционирования удается сберечь часть средств, расходуемых на осветительные нужды.

Теперь вы знаете, что такое светодиодная лампа, как она устроена и как работает. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

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.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

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.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

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 достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 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 люминесцирующий 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 электроннодырочную 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 теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для 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 светодиод, 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 1А 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 5В 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 2, 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.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания 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 Ферапонтовича 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.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

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 n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 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 светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

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

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

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, — но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. 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.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку — относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль — многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода — та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, — 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

как работает, из чего состоит

Благодаря устройству светодиодной лампы на 220 вольт она потребляет значительно меньше энергии, чем лампа накаливания и прослужит в несколько раз дольше. На LED-лампу при покупке можно получить гарантию, поэтому не стоит спешить выкидывать чек и упаковку.

Светодиодная лампочка спроектирована так, чтобы на выходе напряжение с помощью драйвера понижалось до требуемых показателей. Обычно они не превышают 2-4 Вольта. Единственный недостаток этих устройств – цена. Но стоимость лампы окупается благодаря сроку службы.

Принцип работы светодиодных ламп

Несмотря на разный внешний вид светодиодных ламп, принцип работы у них общий. Ток подаётся через диоды, количество которых бывает разным в зависимости от мощности осветительного прибора. Цветовой спектр задаётся специальным составом, которым покрывается каждый кристалл.

Принцип работы лампочки LED.

LED-лампа это полупроводниковый элемент, преобразующий ток питания в свет. Для нужных показателей рассеивания и защиты диодов делается специальная колба (защитное рассеивающее стекло). Внешне изделие напоминает обычную лампу накаливания.

Какие светодиоды используются

Один из главных элементов, который входит в состав светодиодной лампы, это диод. Им называют полупроводниковый кристалл, состоящий из нескольких слоёв. Именно он служит для преображения подаваемого на лампу электричества в свет. Производят диод на основе чипа — кристалла с площадкой, к которой подключены проводники.

Советуем посмотреть видео: Разъяснение по светодиодным лампам, разборка LED-лампы, принцип работы.

Чтобы получить белое свечение, чип необходимо покрыть желтым люминофором. При смешивании синего и желтого цвета образуется белый. Существует 4 типа светодиодов:

• COB. При такой технологии производства чип монтируют в плату. Контакт получает надёжную защиту от окисления и чрезмерного нагрева. Также это положительно отражается на характеристиках свечения. Если такой чип выйдет из строя, отремонтировать схему нельзя. Это единственный недостаток технологии;
• DIP. Схема состоит из кристалла, двух присоединённых проводников, линза расположена сверху. Такие осветительные приборы в большинстве случаев используют в качестве подсветки на рекламных табло и световых украшениях;
• Диод SMD. Устанавливается на плоских поверхностях, что позволяет изготовить устройства разных форм. Отличается улучшенными характеристиками теплоотвода. Такие лампы можно использовать для любых источников света;
• «Пиранья». Конструкция похожа на схему DIP. Но здесь имеются 4 вывода, что обеспечивает улучшение отвода образующегося тепла и делает технологию более надёжной. Широкое распространение «пиранья» получила в автомобильной промышленности.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Как устроены такие лампы

В составе классической светодиодной лампочки присутствуют:

• цоколь и несущий корпус;
• блок питания;
• рассеивающая линза из пластика;
• драйвер;
• чипы;
• радиатор для отвода тепла;
• печатная плата.

Конструкция светодиодной лампы.

Форма может быть стандартной, то есть округлой или цилиндрической. Для системы общего пользования рекомендуется выбирать светильники, чья цветовая температура находится на уровне 2700 К, 3500 К. В градации спектра допустимы любые значения. Подобные изделия часто используют, чтобы подчеркнуть элементы интерьера или рекламными агентствами, чтобы подсветить баннер.

Схема светодиодного драйвера

На рисунке ниже изображена упрощённая схема драйвера, который используется в лампах 220 В.

Схема драйвера.

Схема подразумевает использование только основных деталей. Здесь имеются 2 резистора – R1 и R2. К ним по встречно-параллельному принципу подключены диоды HL1 и HL2. Такое устройство обеспечивает схеме защиту от обратного выброса напряжения. При включении сигнал, поступающий на лампу, возрастает до 100 Гц. Напряжение 220 В подаётся через С1 (ограничительный конденсатор). Отсюда оно поступает на выпрямительный мост и чипы.

Виды сборки

Существует 2 основных разновидности сборки светодиодных ламп на 220 вольт:

• с диодным мостом. В схему включены 4 диода. Мост трансформирует поступающий ток в пульсирующий. Проходя по чипам, синусоидальные волны изменяются, что провоцирует потерю полярности. В процессе сборки перед мостом к выходу нужно подключить конденсатор. Перед клеммой (минусовой) – сопротивление 100 Ом. Чтобы сгладить возможные перепады, ещё один конденсатор монтируют за мостом;
• с резисторным сопротивлением. Сборка доступна даже неопытным мастерам. Для работы следует подготовить 2 резистора, а также цепочки с одинаковым количеством чипов, установленных последовательно с учетом полярности. Со стороны первого резистора полоса присоединяется катодом, второго – анодом. Светильник будет иметь мягкий свет за счет поочередного включения чипов. Такие устройства часто используются в качестве настольных ламп.

Также будет полезно видео: Комплект для сборки светодиодной лампы. Собираем самостоятельно.

Схема сборки конструкции

Как будет работать светодиодная лампа напрямую зависит от производителя и цены изделия. Отличия можно заметить, если снять рассеиватель. В первую очередь стоит обратить внимание на качество пайки чипов, а также соединительных проводов. Дешевые лампочки служат меньше, чем качественные и дорогие.

Низкокачественные китайские лампочки

Приобретая лампочку не более чем за 3 доллара, не стоит рассчитывать на симметричное расположение светодиодов на плате. Это говорит о том, что пайка выполнялась вручную и на скорую руку, а провода подбирались с минимальным сечением. Надёжного драйвера здесь также не будет. Вместо него реализована бестрансформаторная схема с выпрямителем и конденсатором.

При включении дешевой китайской лампы напряжение сначала снизится металлопленочным конденсатором (неполярным), выпрямится, а после повысится до нужных показателей. Ток будет ограничен стандартным резистором SMD. Он установлен на печатную плату вместе с чипами.

Схема китайской лампочки.

Если приходится проводить диагностику и после ремонтировать лампы подобного типа, следует обязательно придерживаться особой техники безопасности. Каждый элемент, который является составляющей одной цепи, может находиться под напряжением, опасным для человека. Если случайно дотронутся до одной из токоведущих частей, можно получить удар током. То же самое может произойти, если щуп мультиметра случайно соскользнёт и спровоцирует короткое замыкание.

Фирменные светодиодные лампы

Дорогие и качественные лампочки имеют приятный внешний вид, но это далеко не все преимущества. Качество элементной базы будет значительно выше, чем у китайского аналога, приобретённого по низкой цене. Установленный драйвер отличается сложным устройством. Один из способов его сборки подразумевает установку импульсного трансформатора, а также преобразователя тока, который в дальнейшем стабилизирует полученную нагрузку.

Качественная лампа LED.

Трансформатор может не устанавливаться. Основная нагрузка будет направлена на микросхему, стабилизирующую входное напряжение, которая:

1. имеет систему отрицательной обратной связи;
2. возможность диммирования;
3. поддерживает ток с заданной шириной импульса.

Схема без трансформатора.

Выбирая качественную светодиодную лампочку на 220 В с токовым драйвером, покупатель получает защищенное от помех и скачков в сети устройство, которое соответствует характеристикам, указанным в паспорте. Установленный здесь радиатор обеспечит быстрый теплоотвод. Эта лампочка будет служить более чем в 5 раз дольше дешевой китайской.

Советы по выбору и подключению

Выбирая светодиодную лампочку стоит учитывать не только мощность, но и вырабатываемый световой поток. Характеристики можно найти на упаковке. К примеру, лампа мощностью 60 Вт излучает поток 800 Лм, а на 100 Вт – 1600 Лм. Также рекомендуется учесть следующее:

• цвет освещения. Перед покупкой определитесь, какая лампа нужна, с теплым или холодным оттенком. Лампочка накаливания имеет характеристики 2700-2800 К (теплые тона). Свечение с показателями 4000 К имеет белый цвет. Для дома рекомендуется подбирать теплые тона, так как они подчеркнут домашний уют;
• частота включения и выключения. Частое включение может повлиять на срок службы лампочки. Она может перегореть из-за некачественной электронной схемы. Светодиодную лампу не стоит устанавливать в комнаты, в которых свет будет часто включаться и выключаться. Например, если нужна лампочка для санузла, стоит приобрести дорогую модель, так как дешевый аналог перегорит достаточно быстро;
• совместимость с диммером. Диммер – это регулятор интенсивности света. Далеко не все лампы совместимы с этим устройством.

Температура свечения LED-лампочки.

Перед покупкой лампочки её нужно внимательно осмотреть и проверить на наличие видимых дефектов. Обратите внимание не радиатор, он не должен быть наборным. От этого зависит срок службы изделия. Если он будет покрыт термопластиком, это лучший из вариантов. В момент включения лампа не должна мерцать. Если глазу это незаметно, на неё следует посмотреть через камеру телефона. Мерцающую лампочку покупать не стоит.

Устройство светодиодной лампы: принцип действия, конструкционные особенности

На чтение 7 мин Просмотров 822 Опубликовано 22.06.2019 Обновлено 07.06.2019

Освещение играет важную роль в жизни человека. Оно бывает основным, акцентным, декоративным. Для создания подсветки используются различные источники света. Самыми современными, надежными и качественными приборами являются светодиодные лампы. Они имеют множество преимуществ перед классическими источниками света. Однако устройство светодиодной лампочки сложнее.

Принцип работы

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл, состоящий из двух материалов разной проводимости.

Светодиодные лампы

Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем: при подаче электрического тока происходит переход частиц из одного полупроводника в другой, сопровождающийся созданием частицы света – фотона. Оба полупроводника способы пропускать ток только в одном направлении, поэтому при подключении важно соблюдать полярность. Во время подачи тока протекают и другие процессы. Часть энергии тратится на выделение тепла.

Светодиоды изготавливаются из разных материалов, поэтому их спектр, интенсивность потока, яркость также отличаются. В настоящее время светоизлучающие диоды охватывают практически весь диапазон излучения.Принцип работы Led лампы

Светодиоды применяются в самых разных сферах: для создания освещения в доме, на производстве, в административных помещениях. С их помощью делается рекламная, художественная и архитектурная подсветка. Светодиоды можно встретить в фонарях для уличного освещения.

Преимущества светодиодных ламп

Современные источники света должны быть экономичными, эффективными и безопасными. Светодиоды полностью подходят под эти характеристики. Для работы светоизлучающего диода требуется небольшое количество энергии, при этом они выдают яркое освещение с минимальным выделением тепла. Светодиодные источники света обладают пониженной чувствительностью к скачкам в сети и имеют большое количество циклов включения и выключения. При подаче напряжения они загораются сразу, не нужно время для разогрева. Светодиоды для ламп освещения выгодно отличаются от других источников света своим долгим сроком службы – до 50000 часов.

Безопасность светодиодов заключается в отсутствии в них вредных компонентов. В колбе отсутствуют пары ртути и смесь инертных газов, поэтому они не требуют особых условий утилизации. Также светодиоды выполняются в прочном качественном корпусе. Устройства имеют низкий коэффициент пульсаций, поэтому они безопасны для человеческого здоровья.

В продаже можно найти широкий ассортимент светодиодных ламп. Они отличаются своими характеристиками, размерами, цветовой температурой, конструктивными особенностями. Светодиодные лампы выполняются разной формы – свеча, цилиндр, трубка и другие.

Недостаток, ограничивающий широкое распространение светодиодных приборов – высокая стоимость.

Устройство светодиодных источников

Конструкция светодиодной лампы

Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.

Из чего состоит светодиодный светильник:

• Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
• Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
• Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
• Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
• Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.

Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.

Брендовая продукция

Брендовая Led-лампа

Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:

• Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
• Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
• Набор чипов.
• Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
• Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
• Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.

В качественном приборе обязательно есть радиатор. Он объемный и окрашивается белым полимером. Увеличивает вес и габариты лампочки, но является обязательным элементом для стабильной работы.

Низкокачественные изделия

Разобранная китайская светодиодная лампа

Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.

Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.

Филаментные приборы

Светодиодная филаментная лампа

Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания. Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы.

Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.

К недостаткам филаментной лампы можно отнести высокий коэффициент пульсаций. Частое моргание негативно влияет на зрение и психику человека, поэтому ведутся работы по модернизации конструкции лампы. Драйвер высокого качества должен устанавливаться в пластиковую вставку в виде кольца между колбой и цоколем.

Способы сборки

Светодиодные лампы можно разделить на несколько категорий по способу сборки:

Самой распространенной технологией является COB.

Рекомендации по проверке лампы при покупке

Радиаторы светодиодных ламп

Покупая осветительное изделие, его следует визуально осмотреть в магазине. Корпус должен быть без царапин и вмятин. Нужно убедиться в наличии радиатора. Он может быть монолитным или наборного типа. Размеры зависят от мощности лампы – чем она выше, тем крупнее радиатор.

Также проверяется цоколь. Он должен быть без механических дефектов и люфтов. По возможности нужно проверить работоспособность лампы путем подключения к электросети. На свет нужно посмотреть через камеру телефона, чтобы убедиться в отсутствии пульсаций. Если заметны мигания, лампа некачественная, покупать ее не рекомендуется.

Прежде чем сделать выбор, стоит внимательно изучить технические характеристики: на сколько вольт светодиоды в лампе, цветовую температуру, коэффициент пульсаций.

Как работает светодиодная лампа — идеи и советы

С момента изобретения лампочки многое изменилось. Постоянные инновации открыли для потребителей больше возможностей, чем когда-либо, для освещения своего пространства.

В этой статье мы расскажем, что вам нужно знать о светодиодных лампах, от их широких преимуществ до того, как они сочетаются с другими типами ламп. В конце концов, мы думаем, вы согласитесь с тем, что, по крайней мере, когда дело доходит до освещения, перемены — это совсем не плохо.

Что означает светодиод?

LED означает Light Emitting Diode . «Светоизлучающая» часть не требует пояснений, но что такое диод? И чем это отличает светодиоды от других типов лампочек? Подробнее об этом ниже.

Как работают светодиодные лампы?

Светодиодная лампа производит свет за счет пропускания электрического тока через полупроводниковый материал — диод, который затем излучает фотоны (свет) по принципу электролюминесценции.

Не позволяйте этому громкому слову напугать вас! По сути, это означает, что материал (в данном случае диод) излучает свет при подаче на него питания. Электроны прыгают с одной стороны (сторона, заполненная электронами) на другую (сторона с дефицитом электронов) через переход («p-n переход»). Подумайте об этом так: когда к p-n-переходу подается питание, сторона, лишенная электронов, хочет заполниться заряженными электронами с другой стороны, и при подаче питания электроны стремятся двигаться.Во время этого процесса создается свет.

Напротив, лампа накаливания работает, пропуская электричество через небольшой провод или нить накаливания. Из-за электрического сопротивления нити накала становится настолько горячей, что начинает светиться, производя свет.

Тот факт, что светодиодные лампы не используют тепло для получения света, означает, что они работают холоднее и намного более энергоэффективны, чем лампа накаливания .

Каковы преимущества светодиодных ламп?

Энергоэффективность: светодиодные лампы не теряют на нагрев столько же энергии, как лампы накаливания, поэтому вы получаете такой же свет при меньшей мощности.

Безопасность: Светодиоды не содержат ртуть, как другие лампы, такие как КЛЛ или люминесцентные лампы.

Долговечность: Срок службы до 50 000 часов, в то время как лампы накаливания перегорают через 1 000–2 000 часов, а КЛЛ — примерно через 15 000 часов.

Регулируемая яркость: Эти лампы можно отрегулировать с помощью диммеров со светодиодной подсветкой, чтобы улучшить освещение в вашем помещении.

Медленный выход из строя: В то время как многие лампы перегорают в мгновение ока, светодиоды медленно гаснут, давая вам дополнительное время для поиска новой лампы.

Светодиодные лампы

являются одними из самых эффективных осветительных решений, доступных сегодня, и эти конструкции становятся все более универсальными и доступными.

Можно ли ставить светодиодные лампы в обычные светильники?

Да, вы можете ставить светодиодные лампы в обычные осветительные приборы. Сюда входят светильники, в которых ранее использовались лампы накаливания или лампы КЛЛ. В конце концов, светодиодные лампы призваны заменить старые конструкции лампочек, которые менее энергоэффективны.

Обязательно выберите светодиодную лампу с цоколем, формой и мощностью, совместимой с осветительным прибором. Поскольку светодиодные лампы производятся во всевозможных вариантах дизайна, вы легко сможете подобрать подходящий вариант для вашей лампы или люстры.

Многие люди сбиты с толку, когда речь идет о мощности . Они думают, что должны использовать светодиодную лампу с той же мощностью, что и лампа накаливания или лампа CFL. Тем не менее, это не так. Светодиодные лампы потребляют меньше ватт, чем другие конструкции, чтобы производить аналогичную светоотдачу.Например, светодиодная лампа мощностью 10 Вт может производить такой же световой поток, что и лампа накаливания на 60 Вт. Это хорошо, потому что светодиодные лампы потребляют гораздо меньше энергии для создания того же количества света. Поэтому, когда вы заменяете старую лампочку на современную светодиодную, вам следует выбирать меньшую мощность.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим руководством по замене лампочки.

Светодиодные лампы бывают самых разных форм и оснований для различных применений.

Как долго служат светодиодные лампы?

Средний срок службы светодиодной лампы составляет 25 000 часов.

Это намного больше, чем средний срок службы лампы накаливания (1000 часов) и средний срок службы лампы CFL (10 000 часов). Светодиодные лампы не только обладают самой энергоэффективной конструкцией, но и являются самыми прочными и долговечными. Хотя приобретение светодиодных ламп дороже, чем их лампы накаливания и КЛЛ, они на самом деле более экономичны в долгосрочной перспективе, поскольку служат дольше и потребляют меньше энергии.

Однако все лампы разные, поэтому обязательно проверьте информацию о продукте перед покупкой, если вам нужен точный указанный срок службы.

Какого цвета светодиодная лампа?

Цветовая температура светодиода обычно находится в диапазоне от холодного белого до теплого желтого , хотя светодиодные фонари обычно холоднее, чем другие типы лампочек. Если это важно для вас, перед покупкой проверьте указанную цветовую температуру лампы. Чем выше цветовая температура, тем «холоднее» свет, а это означает, что он дает более белый свет. Когда цветовая температура ниже, лампа излучает «теплый» или желтый свет.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с руководством по цветовой температуре светодиодов. А если вы ищете лампочки более необычного цвета, например красного или зеленого, обратите внимание на наши специально разработанные цветные лампочки.

Почему были изобретены светодиодные лампы?

Благодаря всем достижениям в технологии освещения мы вступили в новую эру освещения, когда у нас есть больше возможностей для освещения наших помещений, чем когда-либо прежде. И правда в том, что, несмотря на весь свой успех, традиционная лампа накаливания имеет свой уникальный набор недостатков.В целом, стандартные лампочки не очень энергоэффективны и из-за своей конструкции выделяют много избыточного тепла.

В мире, где экологически сознательное мышление и действия становятся все более обычным явлением, и бренды осветительных приборов, и потребители обращаются к более новым и более эффективным конструкциям лампочек, таким как светодиодные лампы. В настоящее время светодиодные лампы являются наиболее энергоэффективными и экологически чистыми лампами, которые вы найдете на рынке.

Хотя светодиодная технология существует с 1960-х годов, возможности этих невероятных устройств превзошли все, что можно было вообразить.Раньше светодиоды могли производить только тусклый красный свет, который лучше всего использовать для небольших электронных устройств, таких как пульты дистанционного управления и калькуляторы. Сегодня светодиодные лампы могут воспроизводить множество цветов в диапазоне температур.

Больше для изучения

Это конец нашего руководства по светодиодным лампам, но это еще не все.

Чтобы определить тип лампы, используйте наглядное руководство в нашем руководстве по идентификатору лампочки и поисковому устройству.

Еще

Есть вопросы?

Позвоните по номеру 800-782-1967, чтобы поговорить с одним из наших дружелюбных профессиональных консультантов по освещению и домашнему декору или посетить ближайший к вам магазин Lamps Plus.По телефону или лично мы будем рады помочь вам выбрать подходящую лампочку.

Другие идеи и советы по использованию лампочек

Люмен в Вт: ключ к покупке запасных ламп

Как работает галогенная лампа

Как работает лампа накаливания

Как работает лампа CFL

Типы лампочек

Лампочки

Как работают светодиодные лампы

Лампочка, которая освещала наши дома с 1800-х годов, официально гасла после того, как бывший президент Джордж У.Буш подписал Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года. Хотя этот закон не запрещал использование, покупку, продажу или производство ламп накаливания, он требовал, чтобы бытовые лампочки имели на 25 процентов большую эффективность (что означает сокращение потребления энергии на 25 процентов. ), чем традиционные лампы, потребляющие от 40 до 100 Вт электроэнергии. Неэффективная лампа накаливания, 90 процентов энергии которой выделяется в виде тепла, потеряла популярность у финансовых и экологических организаций.

Когда в 2012 году вступили в силу новые стандарты освещения, основными заменами ламп накаливания стали компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) с более высоким КПД и светоизлучающие диоды (светодиоды). Однако у КЛЛ есть свои проблемы, в первую очередь включение токсичной ртути в конструкцию и странный, иногда неприятный цвет, который даже вызывает у некоторых людей головную боль.

Введите светодиоды. Светодиоды существуют уже много лет — они освещают цифровые часы, рождественские огни, фонарики, светофоры и т. Д.Но что касается домашнего освещения, светодиоды не получили широкого распространения. Определенные недостатки не позволяли компаниям производить их в стандартной форме лампочки заменяемого размера. Но за последнее десятилетие или около того эти сменные светодиодные лампы, которые вы просто ввинчиваете в лампу, как лампу накаливания, стали гораздо более распространенными, то есть их использует большое количество предприятий и домашних хозяйств.

Опрос 2017 года показал, что 70 процентов американцев купили хотя бы одну светодиодную лампочку, а 38 процентов перешли с ламп накаливания на светодиоды.Этот процент, вероятно, увеличился с 2017 года.

В этой статье мы рассмотрим, как работают светодиодные лампы, почему они являются желательным выбором для освещения, а также некоторые из их плюсов и минусов. Начнем с основ: как светодиод излучает свет?

Узнайте о светодиодных светильниках | ENERGY STAR

Основы светодиодного освещения

Что такое светодиоды и как они работают?

LED обозначает светодиод . Светодиодные осветительные приборы производят свет на 90% эффективнее, чем лампы накаливания.Как они работают? Электрический ток проходит через микрочип, который освещает крошечные источники света, которые мы называем светодиодами, и в результате получается видимый свет. Чтобы предотвратить проблемы с производительностью, тепло, выделяемое светодиодами, поглощается радиатором.

Срок службы светодиодных осветительных приборов

Срок службы светодиодных осветительных приборов определяется иначе, чем у других источников света, таких как лампы накаливания или компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Светодиоды обычно не «перегорают» и не выходят из строя.Вместо этого они испытывают «уменьшение светового потока», когда яркость светодиода со временем медленно тускнеет. В отличие от ламп накаливания, «срок службы» светодиодов рассчитывается исходя из того, когда светоотдача снизится на 30 процентов.

Как используются светодиоды в освещении

Светодиоды используются в лампах и светильниках общего освещения. Небольшие по размеру светодиоды предоставляют уникальные возможности для дизайна. Некоторые решения светодиодных ламп могут физически напоминать знакомые лампочки и лучше соответствовать внешнему виду традиционных лампочек.Некоторые светодиодные светильники могут иметь встроенные светодиоды в качестве постоянного источника света. Существуют также гибридные подходы, в которых используется нетрадиционный формат «лампочки» или сменного источника света, специально разработанный для уникального светильника. Светодиоды предоставляют огромные возможности для инноваций в форм-факторах освещения и подходят для более широкого круга приложений, чем традиционные технологии освещения.

Светодиоды и тепло

В светодиодах

используются радиаторы, которые поглощают тепло, выделяемое светодиодами, и отводят его в окружающую среду.Это предохраняет светодиоды от перегрева и перегорания. Управление температурой обычно является самым важным фактором успешной работы светодиода на протяжении всего срока его службы. Чем выше температура, при которой работают светодиоды, тем быстрее ухудшается качество света и тем короче будет срок службы.

В светодиодных продуктах

используются различные уникальные конструкции и конфигурации радиаторов для управления теплом. Сегодня достижения в области материалов позволили производителям разрабатывать светодиодные лампы, которые по форме и размеру соответствуют традиционным лампам накаливания.Независимо от конструкции радиатора, все светодиодные продукты, получившие оценку ENERGY STAR, были протестированы, чтобы гарантировать, что они должным образом отводят тепло, чтобы светоотдача сохранялась должным образом в течение всего срока службы.

Чем светодиодное освещение отличается от других источников света, таких как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)?

Светодиодное освещение

отличается от ламп накаливания и люминесцентных по нескольким параметрам. При правильном проектировании светодиодное освещение более эффективное, универсальное и служит дольше.

Светодиоды

являются «направленными» источниками света, что означает, что они излучают свет в определенном направлении, в отличие от ламп накаливания и КЛЛ, которые излучают свет и тепло во всех направлениях. Это означает, что светодиоды могут более эффективно использовать свет и энергию во множестве приложений. Однако это также означает, что для производства светодиодной лампы, которая светит во всех направлениях, требуется сложная инженерия.

Общие цвета светодиодов: желтый, красный, зеленый и синий. Для получения белого света светодиоды разных цветов комбинируются или покрываются люминофором, который преобразует цвет света в знакомый «белый» свет, используемый в домах.Люминофор — это материал желтоватого цвета, которым покрываются некоторые светодиоды. Цветные светодиоды широко используются в качестве сигнальных ламп и индикаторов, таких как кнопка питания на компьютере.

В КЛЛ электрический ток течет между электродами на каждом конце трубки, содержащей газы. Эта реакция дает ультрафиолетовый (УФ) свет и тепло. Ультрафиолетовый свет превращается в видимый свет, когда он попадает на люминофорное покрытие внутри лампы. Узнайте больше о КЛЛ.

Лампы накаливания излучают свет, используя электричество для нагрева металлической нити до тех пор, пока она не станет «белой» или не станет раскаленной.В результате лампы накаливания выделяют 90% своей энергии в виде тепла.

Почему мне следует выбирать светодиодные осветительные приборы, сертифицированные ENERGY STAR?

Сегодня доступно больше вариантов освещения, чем когда-либо прежде. Несмотря на это, ENERGY STAR по-прежнему остается простым выбором для экономии на счетах за коммунальные услуги.

К светодиодным лампам

, получившим оценку ENERGY STAR, предъявляются особые требования, призванные воспроизвести привычный опыт использования стандартной лампы, поэтому их можно использовать в самых разных областях.Как показано на рисунке справа, светодиодная лампа общего назначения, которая не соответствует требованиям ENERGY STAR, может не распределять свет повсюду и может вызвать разочарование при использовании в настольной лампе.

ENERGY STAR означает высокое качество и производительность, особенно в следующих областях:

• Качество цвета
  • 5 различных требований к цвету для обеспечения качества с самого начала и со временем
• Световой поток
  • Минимум светоотдачи для обеспечения достаточного освещения
  • Требования к распределению света для обеспечения того, чтобы свет попадал туда, где он вам нужен
  • Руководство по утверждениям об эквивалентности, позволяющее предположить замену
• Душевное спокойствие
  • Подтверждено соответствие более чем 20 требованиям к характеристикам и маркировке
  • Долгосрочное тестирование для подтверждения заявлений на весь срок службы
  • Тестирование продуктов в операционных средах, аналогичных тому, как вы будете использовать продукт у себя дома
  • Минимальная трехлетняя гарантия

Как и все продукты ENERGY STAR, сертифицированные светодиодные лампы ежегодно проходят выборочную проверку, чтобы убедиться, что они по-прежнему соответствуют требованиям ENERGY STAR.

Для получения дополнительной информации о том, как выбрать лампу с сертификацией ENERGY STAR для каждого применения в вашем доме, просмотрите Руководство по приобретению лампочек ENERGY STAR (PDF, 1,49 МБ) или воспользуйтесь интерактивным онлайн-инструментом «Выбор света».

Как работают светодиодные лампы

Хотя это происходит с каждой лампочкой в ​​определенной степени, это сильно отличается от ламп накаливания или галогенных ламп. Хотя все упомянутые лампы генерируют свой свет посредством «электрического тока, проходящего через материал», все же существует явная разница в том, как этот свет генерируется.

Это связано с тем, что в светодиодах фотоны (световые частицы) генерируются самим материалом, тогда как в лампах накаливания фотоны генерируются в результате нагрева материала до точки, в которой он светится, а затем излучает свет.

Что касается ламп накаливания, то материал, который нагревается для генерации света, представляет собой вольфрамовую нить, тогда как в светодиодах предпочтительным материалом являются полупроводники, такие как арсенид галлия (GaAs) и различные формы силикона.

Это причина того, что светодиоды намного более энергоэффективны, чем лампы накаливания, они просто теряют намного меньше энергии на тепловое излучение.

Требования к драйверам

Еще одним важным аспектом светодиодов является то, что для их работы требуется драйвер. Драйвер — это, по сути, часть электрической схемы, которая преобразует входящий электрический ток в ток, с которым может справиться светодиод.

Это необходимо, потому что светодиоды работают от постоянного тока, тогда как в патронах ламп присутствует переменный ток. Это означает, что для того, чтобы светодиод работал прямо из розетки, он должен использовать какой-то трансформатор, который преобразует переменный ток 120–240 В (в зависимости от региона) в более управляемый 30–60 В постоянного тока.

Рассеивание тепла

Еще одним важным аспектом светодиодов является то, что они требуют какой-то системы для управления теплом. Это связано с тем, что, когда светодиоды перегреваются сверх предписанных температур, их срок службы значительно сокращается, а качество излучаемого света также может ухудшиться.

Хотя светодиоды выделяют гораздо меньше тепла, чем лампы накаливания, они все же выделяют изрядное количество тепла во время своего использования. Вообще говоря, светодиоды достигают температуры около 60–100 ° C (140–212 ° F) в светоизлучающем «переходе».Это может зависеть от многих факторов, в основном от того, насколько вы их загружаете, а также от температуры окружающей среды в месте установки.

Один из распространенных способов решения этой проблемы — использование радиатора. Радиатор работает довольно просто. Он работает за счет того, что к стыку прикреплен теплопроводящий материал (обычно алюминий), который отводит тепло в окружающий воздух.

Теперь, когда мы получили представление о том, что такое светодиоды и как они работают, мы можем посмотреть, как эта функция встроена в лампочки.Обычно светодиоды просто используются для небольших приложений, таких как небольшие электронные индикаторы, или размещаются на светодиодной ленте.

Так как же именно светодиодная технология была разработана для размещения внутри лампочек таким образом, чтобы их можно было вставить в обычную розетку и при этом продолжать работать? Теперь мы посмотрим, как это возможно, но сначала мы должны различать несколько типов светодиодных ламп.

Различные светодиоды, которые мы здесь имеем в виду, в основном, это обычные светодиодные лампы и модифицированные светодиодные лампы.Основная причина, по которой они отличаются, заключается в том, что фактические диоды размещаются по-разному и, следовательно, работают по-разному.

Светодиодные лампы

Первой из этих ламп является самая простая форма светодиодных ламп. Именно эти лампы приходят на ум, когда думают о «светодиодных лампах», они обычно немного больше обычных лампочек и обычно имеют матовые линзы там, где обычно находится стекло.

Как работают светодиодные лампы

Светодиод — это небольшая лампочка, которая легко включается в электрическую цепь.Эти лампочки не нагреваются и освещаются постоянным движением электронов, находящихся в полупроводниковом материале. Средний срок службы светодиода составляет около 50 000 часов, что на несколько десятков тысяч часов превышает срок службы обычной лампы накаливания. В настоящее время светодиодные фонари можно найти в самых разных областях, включая ЖК-телевизоры.

Есть веская причина, по которой люди ищут рентабельные и энергоэффективные решения для освещения своих домов: такие варианты освещения снижают счета за коммунальные услуги, а также решают проблему невозобновляемых источников энергии.В одних только США почти 90% энергии зависит от невозобновляемых источников. Светодиоды на сегодняшний день являются наиболее эффективными осветительными приборами, доступными на рынке, и они стали настолько популярными, что их можно легко найти в магазинах товаров для дома и хозяйственных товаров. К сожалению, эти инновационные лампочки до сих пор остаются загадкой для многих людей, потому что их механизм радикально отличается от механизма стандартных лампочек. Здесь вы найдете подробную информацию о том, как работают светодиоды и как они могут генерировать постоянный и надежный свет без какого-либо обслуживания.

Ответ кроется в названии лампочки: LED означает «светоизлучающие диоды» и относится к особому типу диодов, которые специально созданы для освещения, когда через них проходит электричество. Эти диоды в основном являются полупроводниками, которые используются для управления направлением электрического тока.

Средний светоизлучающий диод делает это через так называемый «p-n-переход», который состоит из полупроводника p-типа (который содержит положительно заряженные носители) и полупроводника n-типа (который содержит электроны).Связь между этими двумя типами полупроводников известна как «p-n переход». Эти переходы являются строительными блоками любого полупроводникового электронного устройства.

Светоизлучающие диоды модифицированы для создания формы светового излучения, а электроны из полупроводников n-типа просто соединяются с носителями в полупроводнике p-типа, и поток электричества является однонаправленным: это возможно только от n до p, а не наоборот. Когда соединение образуется, электроны, находящиеся в диоде, меняют свое состояние и начинают излучать фотоны: электроны меняют свою орбиту, переходя с более высокой орбиты на более низкую — когда они это делают, они автоматически теряют энергию в виде света.Чем больше энергии теряется, тем мощнее фотоны света. Это когда цвет начинает меняться и свет излучается светодиодом.

На цвет, излучаемый светодиодом, так или иначе влияет материал лампы, а также ток, который проходит через нее. Полупроводниковые материалы могут быть спроектированы так, чтобы ограничивать количество энергии, проходящей через них, и это автоматически изменяет цвет света — так вы получаете многоцветную светодиодную лампу. Когда светодиод начинает излучать свет, это явление известно как «электролюминесценция», и оно отличается от любого другого вида излучения света, поскольку не выделяет тепла.Когда традиционные лампочки излучают свет, этот процесс называется «накаливанием», потому что они излучают тепло вместе со светом (отсюда и название «лампы накаливания»).

Вообще говоря, светодиодные фонари предназначены для излучения одного цвета света, но за последние годы производители придумали двухцветные лампочки, и на данный момент наиболее популярными цветами являются красный, зеленый и синий (хотя существует большое разнообразие цветных светодиодных ламп, доступных на рынке). В случае больших светодиодных дисплеев производители используют комбинацию светодиодов, которые стремятся дать широкий диапазон цветов (в этих дисплеях используется пиксель с 3 светодиодами).

Повышенная интенсивность и низкая стоимость расширили область применения. Светодиод содержит пару выводов вместе с пластиковым корпусом, который окружает выводы и полупроводник — таким образом, свет излучается через пластик лампы. Однако большинство светодиодных ламп имеют круглую форму, которая направлена ​​на то, чтобы сфокусировать свет и сфокусировать его в одном определенном направлении. Обычная светодиодная лампа не зависит от напряжения и не требует обслуживания на протяжении многих лет.

Что такое светодиод и как работают светодиоды?

Хотя большинство из нас знакомо с теплым свечением традиционных ламп накаливания, многие могут не знать, как на самом деле работает этот тип ламп.Вот немного предыстории: лампы накаливания излучают свет, нагревая нить накаливания до тех пор, пока она не начнет светиться — на самом деле, до 90% энергии, используемой для зажигания лампы накаливания, идет на производство этого тепла!

Их высокое потребление энергии — лишь одна из причин, почему многие правительства начали отказываться от традиционных лампочек в пользу энергоэффективных альтернатив, таких как КЛЛ и светодиоды. Но для тех, кто не знаком с современными вариантами освещения, такими как светодиоды, переход на новый стиль лампочки может показаться пугающей перспективой.Понимание того, что такое светодиоды и как они работают, может упростить процесс поиска подходящей лампы и перехода на энергоэффективное освещение. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Что такое светодиод?

«LED» означает «светоизлучающий диод». Первые две части этого названия легко понять — «светоизлучающий» означает, что он излучает свет, — но что такое «диод» и для чего он нужен? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно немного научиться.

Все диоды излучают фотоны (частицы электромагнитной энергии), но только определенные типы диодов излучают эту электромагнитную энергию в виде света, а не тепла.Светоизлучающий диод — это тип технологии твердотельного освещения (SSL), что означает, что он излучает свет от куска твердого вещества. В данном случае этот кусок твердого вещества представляет собой двухпроводной полупроводник. Полупроводник. Полупроводник — это материал, способный проводить электрический ток. Два вывода означает, что есть два полупроводниковых материала. Как это работает, мы объясним в следующем разделе.

Типы светодиодов

Есть два основных типа светодиодов:

• Индикатор — недорогое маломощное устройство, которое используется в качестве световых индикаторов в автомобилях, панелях и других электронных устройствах.

• Осветитель — мощный прибор, обеспечивающий освещение. Это тип светодиодов, которые вы покупаете для освещения комнат в вашем доме или офисе. Их можно найти во множестве стилей, форм и цветов, подходящих практически для любого применения.

Как работают светодиоды?

Светодиод способен генерировать свет благодаря расположению двух полупроводниковых материалов, расположенных между его электродами:

1. N-тип: Полупроводник с дополнительными электронами (также известный как дополнительные отрицательно заряженных частиц ).
2. Тип P: Полупроводник с дополнительными отверстиями (также известный как дополнительные положительно заряженных частиц ).

Подключение полупроводника N-типа к отрицательному электроду и полупроводника P-типа к положительному электроду активирует электроны, так что они могут течь через переход от отрицательного к положительному слою. Когда дополнительные электроны (отрицательно заряженные частицы) проходят через дополнительные отверстия (положительно заряженные частицы), они излучают свет.

Проводящим материалом, из которого состоят светодиоды, обычно является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs), но есть и другие виды. Материалы выбираются специально, потому что они производят фотоны, которые будут высвобождаться в видимой части светового спектра. Тип выбранного материала и его количество изменяют цвет света, потому что каждый материал генерирует фотоны с разной длиной волны, влияя на то, как он выглядит для человеческого глаза.

ОСВЕЩЕНИЕ: По-настоящему белого светодиода не существует.Они представляют собой либо комбинацию светодиодов разного цвета, либо они имеют желтое или оранжевое покрытие (люминофор), которое преобразует светодиод в белый свет.

Подробнее

Найдите ответы на все свои вопросы о светодиодах в оставшейся части нашего полного руководства по светодиодным светильникам:

Часть 1: Что такое светодиод и как работают светодиоды? (вы здесь!)
Часть 2: Преимущества светодиодов
Часть 3: Светодиоды по сравнению с традиционными лампами накаливания
Часть 4: Переход на светодиоды за 5 шагов
Часть 5: Как сделать Купить светодиоды
Часть 6: История светодиодов
Часть 7: Расширенные функции

Действительно ли они имеют значение?

Если вы недавно попали на рынок новых лампочек, вы, вероятно, сталкивались с бесконечными возможностями.Последние инновации принесли нам всевозможные новые технологии освещения. От лампочек, предназначенных для реакции на звуковые волны (ага), до ламп, предназначенных для борьбы со смертельными бактериями (серьезно, это настоящая вещь), то, что раньше было простым источником света, продолжает развиваться.

Но когда вам просто нужна новая лампочка для прикроватной лампы, как вы узнаете, что принимаете правильное решение? Какие лампочки предназначены для защиты окружающей среды и помогают нам сократить счета за электричество?

Мы ответим на эти и другие часто задаваемые вопросы о лампочках ниже.

Простой факт заключается в том, что светодиодные лампы потребляют на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания.

Какие у меня есть варианты, когда дело доходит до лампочек?

Одним словом: много! Но вот три из самых популярных:

• Лампы накаливания — это старомодные, «типичные» лампы, с которыми многие из нас выросли. Они не очень энергоэффективны и недолговечны.
• Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) — это «спиральные» лампы, которые могут прийти в голову, когда мы думаем об энергоэффективных лампах.
• Светодиоды — Светодиодные лампы очень энергоэффективны, но при этом сохраняют внешний вид лампы накаливания.

Лампы накаливания, КЛЛ и светодиодные лампы требуют разного количества энергии. Но мы действительно думаем, что вам стоит обратить внимание именно на светодиодные лампы.

Что такое светодиодные лампы?

Технически светодиодные лампы не являются лампочками — LED означает «светоизлучающий диод». Это крошечные полупроводники (диоды), завернутые в пластик для защиты элементов и фокусировки света.Согласно Dictionary.com, диод — это «полупроводниковый прибор с двумя выводами, обычно позволяющий току течь только в одном направлении». Ток поступает на анод (+) и вытекает из катода (-). У светодиодов нет даже проволочной нити, как у лампочки.

Чем светодиод отличается от лампы накаливания?

Когда мы говорим об «обычной лампочке», мы имеем в виду лампу накаливания, тип которой появился с тех пор, как Томас Эдисон запатентовал свое изобретение в 1879 году. У этих ламп накаливания накаливания светятся, выделяя тепло и свет при прохождении через них энергии.В светодиодах, с другой стороны, есть электроны, которые текут, чтобы создать фотоны — свет, который мы можем видеть. Фотоны почти не выделяют тепла. Светодиоды также требуют гораздо меньше энергии для создания такой же яркости, как лампы накаливания, и служат намного дольше.

Экономят ли светодиоды энергию?

Светодиоды потребляют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания, потому что диодные лампы намного эффективнее с точки зрения мощности, чем лампы накаливания.

Светодиодные лампы потребляют на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания. На низких уровнях мощности разница еще больше.Яркие светодиодные прожекторы потребляют всего от 11 до 12 Вт, создавая световой поток, сопоставимый с лампой накаливания мощностью 50 Вт.

Еще одним преимуществом светодиодов является «фактор хлопот». Светодиоды служат намного дольше, чем обычная лампочка.

А как насчет лампочек КЛЛ?

Лампы CFL также более эффективны, чем лампы накаливания, из-за того, как они излучают свет. Согласно Energy Star, «в КЛЛ электрический ток проходит через трубку, содержащую аргон и небольшое количество паров ртути.Это генерирует невидимый ультрафиолетовый свет, который возбуждает флуоресцентное покрытие (называемое люминофором) на внутренней стороне трубки, которое затем излучает видимый свет ».

Вы можете знать КЛЛ как лампы, которые сначала тусклые, и требуется время, чтобы прогреться до полной яркости. Однако, как только электричество начинает двигаться внутри них, эти лампы потребляют примерно на 70% меньше энергии, чем лампы накаливания. Таким образом, они не так эффективны, как светодиоды, и имеют меньший срок службы.

Получите 8 светодиодных ламп в подарок, экологически чистую энергию и ежемесячную экономию

Проверьте наличие

Но разве светодиоды не стоят дороже?

Первоначальная стоимость светодиода была примерно вдвое выше, чем стоимость лампы накаливания.Но цены снижаются, и теперь трудно найти лампочки, которые бы не не были светодиодами . Это потому, что они намного эффективнее ламп накаливания, что в долгосрочной перспективе экономят деньги. Это сделало их популярным продуктом в осветительной отрасли.

В среднем в американском доме около 40 лампочек. Замена всех ламп на светодиоды может привести к экономии затрат на электроэнергию в размере 300 долларов в год (если это лампы накаливания — если у вас есть КЛЛ, вы можете подождать, пока они не перегорят, чтобы заменить их светодиодами).Это более чем компенсирует несколько более высокую первоначальную стоимость светодиодов.

Лампочки различаются не только по качеству, но и по стоимости?

Первоначально многие люди предпочитали КЛЛ светодиодам, потому что они излучают более широкий луч света, что делает их лучше в торшерах. Но светодиодная технология постоянно совершенствуется, и теперь светодиоды излучают более широкий и теплый свет.

Что делает светодиоды и лампы CFL намного более эффективными, чем лампы накаливания, так это то, сколько энергии они затрачивают на создание определенного количества света.Когда мы говорим о мощности, не бывает двух одинаковых лампочек. В то время как лампа любого типа мощностью 1000 Вт будет использовать такое же количество энергии, она будет излучать совершенно другой уровень света с этой энергией. Вот почему так важно смотреть на яркость или люмен при сравнении лампочек.

Люмен — это мера света. Если светодиоды, КЛЛ и лампы накаливания имеют одинаковую яркость, они имеют одинаковую яркость. Вы можете найти люмен, указанный на упаковке лампочки. Для наиболее эффективного освещения найдите желаемый световой поток (чем больше, тем ярче), и выберите лампу с наименьшей мощностью.Светодиоды, вероятно, выиграют во всех случаях.

Еще одним преимуществом светодиодов является «фактор хлопот». Светодиоды служат намного дольше, чем обычные лампы, а это означает, что вы избавляетесь от хлопот по поиску ящика, в котором спрятали лампочки, не говоря уже о деньгах на новые лампы. Производители говорят, что срок службы светодиода составляет примерно 10 лет или 100 000 часов непрерывного использования.

Можно ли сэкономить на светодиодах?

Большинство людей теперь понимают, что светодиоды экономят энергию, но все же могут не решаться платить более высокую цену за светодиоды.Но это того стоит.

Давайте сделаем простой расчет, чтобы сравнить эффективность и экономию от разных ламп. Предположим, что у нас есть 100-ваттная лампа накаливания, чтобы упростить вычисления, и что киловатт-час энергии стоит 15 центов.

• Лампа накаливания: 100-ваттная лампа накаливания, работающая в течение полного года, будет потреблять 876 кВтч энергии, что будет стоить 131,40 доллара США в виде затрат на электроэнергию. Имейте в виду, что вам также нужно будет заменять лампочку, вероятно, примерно раз в месяц.
• Лампа CFL: Лампа CFL на 25 Вт будет соответствовать яркости лампы накаливания на 100 Вт, но потребляет только 216 кВтч энергии в течение года. Затраты на электроэнергию составляют 32,40 доллара, и вам, вероятно, потребуется заменить лампочку только дважды.
• Светодиод: всего 16-ваттная лампа излучает столько же света, сколько 100-ваттная лампа накаливания, и она будет потреблять всего 140 кВтч энергии в течение года. Стоимость электричества составит всего 21 доллар. Да, и одного светодиода хватило бы на целый год.

Цифры у всех будут немного отличаться в зависимости от стоимости электроэнергии в их районе, но посмотрите эти диаграммы от Viribright и Eartheasy для более реальных сравнений. Тогда начните заменять лампочки на светодиоды! Они делают имеют значение.

Если я заменю свои лампы на светодиоды, что мне делать со старыми лампочками?

Не выбрасывайте! Вы всегда должны утилизировать лампы, частично в целях безопасности — лампы CFL содержат пары ртути, которые могут быть выброшены в атмосферу и ливневые стоки, если лампа сломается на свалке, а частично для повышения эффективности.Части лампы можно использовать повторно. Тщательно соберите луковицы и отнесите их в местный центр по утилизации опасных отходов.

No related posts.