Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Главная / ПРОИЗВОДСТВО / Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4° до 140°. 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. Другой интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

Каталог светодиодных светильников компании Ледоригинал

Компания Лед оригинал производит различные светодиодные светильники которые отличаются друг от друга по характеристикам и индексами цветопередачи в том числе, по назначению и по внешнему виду. Все светодиодные светильники имеют гарантию от 3 до 5 лет и выполнены на высшем техническом качестве. Вы можете заказать и купить светильник светодиодный потолочный для офиса или для любого административного учреждения с матовым или опаловым рассеивателем. Купить уличные светодиодные светильники для освещения улиц и дворов, с повышенной степенью защиты IP67. Купить промышленные светодиодные светильники для освещения промышленных и складских площадей с высотой потолков 12-15 метров

Каталог светодиодных светильников

Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

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.

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 димировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

конструкция и принцип работы, где используются, виды сверхярких ламп

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

• Разновидности ламп
• Конструкция светодиода
• Виды и характеристики
• Особенности монтажа
• Область применения

Разновидности ламп

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

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

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

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

Конструкция светодиода

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

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

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

Виды и характеристики

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности монтажа

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

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

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

В процессе установки нужно обеспечить качественную электроизоляцию.

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

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

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

Область применения

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

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

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

Характеристики светодиодов — Litetronix Optotek Corp.

Перейти к содержимому

Загрузка…

Характеристики LEDadmin2018-03-27T20:41:00+08:00

Характеристики светодиода

Светодиоды являются полупроводниковыми устройствами. Преимущества:

1) Свет, генерируемый светодиодом, является направленным

A. Светодиод направленного света, а не всенаправленный, как обычная лампочка.
B. Как правило, угол луча составляет около 140 градусов.
C. Используйте эти характеристики направленности и оптические линзы сотрудников, чтобы добиться различных световых паттернов.

2) Светодиод может генерировать свет разного цвета

A. Цвет выходного сигнала зависит от длины волны: красный, зеленый, синий, желтый или фиолетовый.
B. Смесь света RGB или другая смесь люминофора создаст белый свет.

3) Температура влияет на эффективность светодиода

A. Сам светодиод выделяет тепло, что влияет на эффективность и срок службы светодиода.
B. Как правило, увеличение на 10 градусов уменьшит световой поток на 5–7%.
C. Поддержание температуры PN-перехода ниже 75 градусов позволит светодиоду работать более 50 000 часов.

4) Низкое энергопотребление

A. 100 лм/Вт используется в коммерческих целях, а более 200 лм/Вт достигается в лаборатории.
B. Достигается менее 1/5–1/10 энергопотребления традиционного освещения или экономится от 80% до 90% энергии.

5) Долгий срок службы

A. Нет хрупких деталей, таких как обычная лампочка, которые можно разбить.
B. Световой поток будет уменьшаться, но редко перегорает или гаснет.
C. Светильник с хорошей конструкцией должен поддерживать световой поток более 70 % при использовании в течение 50 000 часов.

Деградация и выход из строя светодиодов: температура перехода является ключевым параметром

Будучи твердотельными устройствами, светодиоды редко перегорают. Вместо этого постепенное ухудшение светоотдачи, т. е. уменьшение светового потока, становится доминирующим видом неисправности светодиодов. Скорость уменьшения светового потока тесно связана с «температурой перехода» устройства, которая представляет собой температуру точки, в которой отдельный диод соединяется с его подложкой. Более низкая температура перехода приводит к более высокой светоотдаче и более медленному уменьшению светового потока. Таким образом, температура перехода является ключевым параметром для оценки срока службы светодиодной продукции.

Уровень температуры перехода определяется тремя факторами, включая ток возбуждения, путь рассеивания тепла и температуру окружающей среды. Как правило, чем выше ток возбуждения, тем больше тепла выделяется на диоде. Поскольку мощные светодиоды разрабатываются для общего освещения, эффективность отвода тепла, достигаемая конструкцией радиатора, становится решающей для поддержания светоотдачи, ожидаемого срока службы и оптического цвета.

Для количественного сравнения долговечности светодиодов ее обычно называют поддержанием светового потока, которое представляет собой то, как лампа поддерживает свой световой поток в течение всего срока службы. Срок службы светодиодных продуктов.

Уровень температуры перехода определяется тремя факторами, включая ток возбуждения, путь рассеивания тепла и температуру окружающей среды. Как правило, чем выше ток возбуждения, тем больше тепла выделяется на диоде. Поскольку мощные светодиоды разрабатываются для общего освещения, эффективность отвода тепла, достигаемая конструкцией радиатора, становится решающей для поддержания светоотдачи, ожидаемого срока службы и оптического цвета.

Перейти к началу

ВАХ светодиодов — Unacademy

С годами светодиоды стали наиболее широко используемыми полупроводниковыми диодами. Секрет их успеха заключается в наличии набора различных функций и приложений. При подключении в режиме прямого смещения они способны излучать либо видимый свет, либо невидимый инфракрасный свет. Простыми словами, светодиоды можно описать как устройство, преобразующее электрическую энергию в энергию света. Светодиоды имеют широкий спектр применений, включая светофоры, индикаторные лампы на электронном оборудовании и бытовой технике. Давайте подробно обсудим светодиоды и ВАХ светодиодов.

Что такое светодиод?

Светодиод представляет собой полупроводниковый источник света, способный излучать свет при прохождении через него электрического тока. Мы можем относиться к светодиодам как к специализированным типам диодов, которые имеют электрические характеристики, аналогичные характеристикам диода с PN-переходом. Другими словами, светодиод — это своего рода диод, который пропускает ток только в прямом направлении и блокирует поток тока в обратном направлении. Когда этот прямой ток проходит через них, светодиоды излучают довольно узкую полосу пропускания либо различных цветных длин волн видимого света, либо инфракрасного света, используемого в пультах дистанционного управления, либо лазерного света. Доказано, что светодиоды являются наиболее заметным типом диодов.

Каждый известный нам полупроводниковый диод представлен уникальным символом. Точно так же светодиоды также представлены уникальным символом. Символ светодиода похож на символ диода с PN-переходом, за исключением стрелки, указывающей в сторону от диода. Эта стрелка указывает на то, что диод излучает свет. ВАХ светодиода идентичны характеристикам диода с прямым смещением.

Как работают светодиоды?

Светодиоды излучают свет по механизму спонтанного излучения. Полупроводники, как и светодиоды, характеризуются наличием двух энергетических зон — зоны проводника и валентной зоны. Зона проводника — это зона с более высоким энергетическим уровнем, а валентные зоны — это зоны с более низким энергетическим уровнем. Область между полосой проводника и полосой насилия называется «зазором». Энергия света возникает, когда электрон перескакивает из зоны высоких энергий, то есть из зоны проводника, и попадает в зону с более низкими энергиями, то есть из валентной зоны.

Следует отметить, что светодиоды являются токозависимыми устройствами, что означает, что они требуют протекания тока для того, чтобы излучать свет в любой форме. Интенсивность светового потока светодиода прямо пропорциональна прямому току, протекающему через него. Другими словами, чем выше ток, протекающий через светодиод, тем выше будет выходная интенсивность света. Последовательный резистор используется для того, чтобы сделать светодиод «ограниченным по току», это защищает светодиод от чрезмерного протекания тока. Если между светодиодом и источником питания не поставить резистор, он мгновенно выйдет из строя из-за прохождения слишком большого тока.

ВАХ светодиода

ВАХ — это не что иное, как вольтамперные характеристики электрического компонента. Другими словами, они отражают поведение электронного компонента при различных значениях приложенного напряжения. ВАХ светодиода представляют собой зависимость между прошедшим током и приложенным к нему напряжением.

Представленные в виде графика ВАХ светодиода предоставляют ценную информацию о сопротивлении и рабочем диапазоне светодиода. IV характеристики светодиода могут помочь понять, где и как его можно использовать в электрической цепи. На графике ВАХ светодиода напряжение (В) представлено по оси x как независимая переменная из-за простоты управления, в отличие от тока. Это оставляет нас с током, выраженным по оси Y.

График IV светодиода

График IV светодиода представляет собой зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем.

Точки, которые следует наблюдать на графике ВАХ светодиода: 

• Прямое напряжение светодиода равно ширине запрещенной зоны. Он увеличивается в порядке возрастания от красного к фиолетовому.
• Для видимого спектра энергия запрещенной зоны полупроводников составляет от 1,8 эВ до 3 эВ с красным до 1,8 эВ и фиолетовым после 3 эВ.
• Не рекомендуется подключать светодиоды параллельно, так как это особенно плохая идея, когда цвета смешиваются. Например, если красный, зеленый и синий светодиоды подключены параллельно к источнику питания 2,0 В, это даст
  • Красный — 44 мА
  • Зеленый — 12 мА
  • Синий — 3 мА
• тока
• Самое низкое прямое напряжение наблюдается у инфракрасных светодиодов

Заключение

Благодаря их многочисленным преимуществам светодиоды можно использовать повсюду: от светодиодных экранов, энергосберегающего освещения до инфракрасного огни. ВАХ светодиодов важно понимать, чтобы спроектировать схему, которая будет работать со светодиодом, и понять, как извлечь из светодиодов максимальную пользу.