Всё о светодиодах || BATTERY TEAM
Всё о светодиодах
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.
Прежде чем говорить о применении светодиодов, их достоинствах и недостатках, ответим на несколько вопросов о сущности самого светодиода:
Что такое светодиод?
Кстати, по-английски светодиод называется
light emitting diode, или LED.Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного современного светодиода схематически изображена на рисунке.
Чем хорош светодиод?
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы,
электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и
теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при
должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых
приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что
особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют.
Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может
достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки
накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.
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.
Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В 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.
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.
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).
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.
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, 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.
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.
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.
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.
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 10-12В. 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…
Светодиоднве 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.
Недостатки
Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость — главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и неоновыми трубками различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». До сих пор затраты на светодиодные модули — два раза выше стоимости неонового изделия аналогичной яркости. Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. По оценкам специалистов, к 2007 году цены на светодиоды (LEDs) понизятся в 10 раз по отношению к существующим. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 — 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники.
Также недостатком при использовании светодиодов в конструировании объемных букв
средних и крупных размеров можно считать их миниатюрность, из-за которой
требуется объединять многочисленные отдельные светодиоды в группы.
Чтобы
обеспечить яркий и красочный свет, мгновенно привлекающий внимание, требуется
большое количество светодиодов. В данном случае возникает необходимость
использования универсальных модулей: один или два светодиода, которые можно
интегрировать практически в любой рекламный образ.
Где применяют светодиоды?
- все виды световой рекламы (вывески, щиты, световые короба и др.)
- замена неона
- дизайн помещений
- дизайн мебели
- архитектурная и ландшафтная подсветка
- одноцветные дисплеи с бегущей строкой
- магистральные информационные табло
- полноцветные дисплеи для больших видео экранов
- внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах
- дорожные знаки и светофоры
Другие сферы применения включают подсветку жидкокристаллических дисплеев в
сотовых телефонах, цифровые камеры, а также архитектурное и другие виды
освещения.
Сектор электронного оборудования включает применение светодиодов в
качестве индикаторных ламп в промышленных и потребительских товарах.
Будущее за светодиодами?
Специалисты подчеркивают, что в ближайшие несколько лет цены на светодиоды упадут до уровня, при котором готовые изделия из них будут стоить дешевле неоновых. В этом случае необходимости в квалификации по работе с неоном, электропроводке высоковольтных проводов для подключения газоразрядных трубок и мерах для предотвращения ошибок, ведущих к перегоранию источников света, нет.
Еще более перспективны светодиодные модули — исключительный по гибкости «конструктор»
для дизайнера и изготовителя рекламы, включающий разнообразные простейшие
геометрические формы — линии, кольца, звезды, прямоугольники… Подобно
разноцветным пластиковым модулям LEGO светодиодные модули легко объединяются
друг с другом и не менее легко присоединяются к любой поверхности.
Если
светодиоды открывают новую эру в освещении вообще, светодиодные модули —
бесспорно, новая эра светодизайна. Осветительный прибор как автономное
устройство перестает быть главным компонентом архитектурного и интерьерного
освещения; светодиодные модули делают шаг «вглубь», встраивая, интегрируя свет в
различные объекты, можно получить совершенно новую степень свободы в
формировании световой среды, выходя на фантастический уровень детальности,
согласованности, управляемости.
Пожалуй, самое интересное — это процесс вторжения светодиодных технологий в «традиционное»
освещение. Начался он с установок, где не требуется высокий уровень освещенности:
дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички,
«маркировочное» освещение. Насыщенный цвет светодиодных модулей позволяет
использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания
цветовых акцентов.
Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели,
стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет
создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных
источников света позволяет создать «альтернативные» яркие световые образы для
привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов,
светодиодная «экспансия» распространяется не только на локальное, но и на общее
освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные и
галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные
помещения).
Наиболее остры вопросы обслуживания в наружном освещении, поэтому внедрение
светодиодов в архитектурное освещение происходит очень быстро. Заманчивой идеей
для архитекторов является применение светодиодных «линий» для создания световых
карнизов. Характеристики светодиодных модулей по эксплуатационным параметрам
многократно превышают существующие альтернативы, а по стоимости оказываются
вполне сравнимыми с ними.
Нужно только не забывать, что холодный свет
светодиодов не в состоянии растопить скапливающийся на карнизах снег, поэтому
использовать их (в наших краях) в архитектурной подсветке нужно в положении «светим
вниз». Тот же аргумент справедлив для ландшафтного освещения, поэтому
встраиваемые в дорожку или газон светодиодные «аплайты» зимой видны не будут.
Однако здесь есть и плюсы: светодиоды, как и оптоволоконо, можно использовать
для подсветки ледяных скульптур, замерзших прудиков из-под льда и т. д.).
Насыщенные цвета светодиодов создают фантастические эффекты при подсветке воды. Светодиодное освещение фонтанов создает ни с чем не сравнимые «флюоресцирующие» световые картины, одну из которых мы можем наблюдать в Москве (площадь Европы перед Киевским вокзалом).
Все о светодиодах
Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока.
Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника. Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.
Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (т. е. таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).
Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.
Спектрограмма красного, зелёного, голубого и белого светодиодов
По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:
- Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом (CCFL).
- Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).
- Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.
- Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.
- Малая инерционность.
- Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.
- Низкая стоимость.
- Безопасность — не требуются высокие напряжения.
- Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
- Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.
- В уличном, промышленном, бытовом освещении.
- В качестве индикаторов, в виде одиночных светодиодов (например индикатор включения на панели прибора) так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например цифры на часах)
- Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие массивы часто называют кластеры светодиодов, светодиодные кластеры, или просто кластеры.
- В оптопарах
- Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах
- Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны)
- В подсветке ЖК экранов (мобильные телефоны, мониторы, и т. д.)
- В играх, игрушках, значках, USB-устройствах, и других гаджетах.
Такие массивы часто называют кластеры светодиодов, светодиодные кластеры, или просто кластеры.Первое известное сообщение о излучении света твердотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из «Маркони Лабс».
В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании «Texas Instruments» открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.
Первый в мире практически-применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в компании «General Electric» в 1962 году.
Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд, изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году, Т.Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, изобретя полупроводниковые материалы, специально адаптированные к передачам через оптические волокна.
Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Компания Монсанто была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании Хьюллет-Паккард удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.
Хотя люминесценцию в карбиде кремния впервые наблюдал Раунд в 1907 году, Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории в 1923 г.
показал, что она возникает вблизи p-n-перехода.
О. В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Полученные им два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили за Россией приоритет в области светодиодов, утраченный в 1960-гг. в пользу США после изобретения современных светодиодов, пригодных к практическому применению.
Многослойные тонкоплёночные структуры, изготовленные из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.
Главная проблема для OLED — время непрерывной работы, которое должно быть не меньше 15 тыс.
часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED все-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов непрерывной работы.
Дисплеи из органических светодиодов широко применяются в сотовых телефонах, GPS-навигаторах, для создания приборов ночного видения.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Все о светодиодах — SparkFun Electronics
Светодиоды или светоизлучающие диоды — это наиболее распространенный способ добавить света в ваш проект. Если вы хотите, чтобы что-то светилось, мигало, мигало или иным образом добавляло света в вашу жизнь, светодиод — это то, что вам нужно!
youtube.com/embed/7R5SfKsOByU/?autohide=1&border=0&wmode=opaque&enablejsapi=1″ frameborder=»0″ allowfullscreen=»»> Выбор светодиода
Светодиоды бывают разных цветов, корпусов, яркости и технологий. Имея так много вариантов, у вас будет много вещей, которые нужно учитывать при планировании своего проекта и выборе лучшего светодиода для ваших нужд.
Размер и форма
Насколько большими должны быть ваши светодиоды? Вы используете их на макетной плате, паяете вручную или проектируете печатную плату? Отдельные сквозные светодиоды отлично подходят для прототипирования и могут быть включены практически в любой проект. Небольшие светодиоды SMD для поверхностного монтажа отлично подходят, если вы хотите спроектировать и заполнить собственную печатную плату.
Цвет
Вам нужен один сплошной цвет или вам больше подходит переменная RGB? У вас могут быть цветные, рассеивающие или прозрачные пластиковые корпуса. Есть даже уникальные варианты, такие как инфракрасные и ультрафиолетовые светодиоды для специальных проектов.
Номер
Сколько светодиодов вы хотите? Вам нужен один светодиод в качестве индикатора питания или вы хотите создать дисплей размером с стену? Одиночные светодиоды могут быть включены практически в любой проект, но полосы или панели будет проще настроить для больших дисплеев. Большему количеству светодиодов также потребуется больше энергии, чтобы зажечь их все одновременно.
Яркость и мощность
Чем ярче светодиод, тем больший ток он потребляет. Если ваш источник питания (или пространство для него) ограничен, яркость вашего светодиода также будет ограничена. Для сильноточных светодиодов потребуются специально разработанные платы драйверов или полевые МОП-транзисторы для управления в дополнение к любому микроконтроллеру, который вы можете использовать. Другой вариант управления яркостью — использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для которой требуется микроконтроллер.
Управление (адресные светодиоды)
В то время как отдельные светодиоды можно включать и выключать с помощью простого переключателя, типы адресных светодиодов, такие как WS2812 и APA102, позволяют управлять многими отдельными светодиодами, но для этого потребуется более сложный код, чем включение и выключение простой светодиод. Светодиоды APA102 очень похожи на WS2812 с несколькими оговорками: светодиоды APA102 могут управляться с помощью стандартного интерфейса SPI, и они имеют чрезвычайно высокую частоту ШИМ. Мы рекомендуем использовать FastLED (библиотека Arduino) для управления светодиодами.
Вот лишь некоторые размеры и формы светодиодов.
Выбор контроллера
Следующим шагом после принятия решения о том, какие светодиоды вы хотите использовать, является рассмотрение того, как вы хотите ими управлять. Есть несколько вариантов, в зависимости от того, насколько сложна ваша аранжировка.
Нет контроллера
Вам нужен светодиод для индикатора питания, ночника или похитителя джоулей. Свет загорается и остается включенным, пока к нему подключено питание. Для этой настройки вам не нужен какой-либо контроллер, кроме выключателя питания.
Пример простой схемы с использованием неадресуемой светодиодной ленты и переходника на цилиндрический разъем.
Минимальный контроллер
Хотите, чтобы все мигало, но не хотите писать программу? Рассмотрим таймер 555.
Микроконтроллеры
Эта категория охватывает широкий спектр вариантов. Лучший выбор будет зависеть от того, какие светодиоды вы используете, какие шаблоны вы хотите и сколько светодиодов вы пытаетесь контролировать.
Даже минимальный микроконтроллер сможет управлять неадресными светодиодами. Включение одного светодиода на контакт — самый простой способ, но вы будете ограничены количеством контактов на вашем микроконтроллере. Если вы хотите управлять яркостью вашего дискретного светодиода, эти контакты также должны быть с поддержкой ШИМ (широтно-импульсной модуляции).
Работа с адресными светодиодами требует много внимания. Как упоминалось выше, использование такой библиотеки, как FastLED, значительно упрощает кодирование. При использовании библиотеки вам необходимо убедиться, что микроконтроллер, который вы хотите использовать, совместим с библиотекой, которую вы хотите использовать.
Одним из основных соображений при выборе микроконтроллера для управления несколькими светодиодами является скорость передачи данных. Например, светодиоды APA102 могут передавать данные очень быстро, поэтому вам следует использовать достаточно быстрый микроконтроллер, чтобы воспользоваться этим преимуществом. Еще одна вещь, которую следует учитывать, когда вы начинаете увеличивать количество светодиодов, — это объем оперативной памяти, занимаемый светодиодной рамкой. Каждый светодиод занимает 3 байта в ОЗУ, что звучит немного, но если вы управляете 5000 светодиодами, вам может понадобиться что-то с немного большей оперативной памятью, чем у вашего традиционного SparkFun RedBoard Qwiic. В приведенной ниже таблице указано количество светодиодов, при которых вы можете столкнуться с проблемами памяти. Имейте в виду, что это очень приблизительные оценки, и они будут уменьшаться в зависимости от того, какие другие глобальные переменные объявлены.
Важно: В этой таблице указано, сколько светодиодов можно контролировать в соответствии с вычислительными возможностями каждого микроконтроллера, а не сколько светодиодов можно запитать.
Возможно, вы не сможете использовать определенные микроконтроллеры для управления адресным светодиодом в зависимости от доступной поддержки библиотеки и используемого языка программирования.
Еще одна вещь, которую следует учитывать, это то, какой логический уровень использует ваш микроконтроллер. Если вы используете микроконтроллер с логическими уровнями 3,3 В, но для ваших светодиодов требуется логика 5 В, вам нужно убедиться, что у вас есть схема смещения уровня.
Платы драйверов
Платы драйверов светодиодов — это дополнительные помощники, облегчающие работу со светодиодами. SparkFun имеет несколько плат, адаптированных для разных светодиодов и различных приложений. Некоторые, например Lumidrive, подключаются к компьютеру через USB, поэтому вы можете управлять светодиодами прямо с компьютера. Другие, такие как FemtoBuck, позволяют слаботочному микроконтроллеру управлять сильноточными светодиодами, которые питаются от собственного сильноточного источника питания. Чтобы увидеть, насколько простыми могут быть платы драйверов, ознакомьтесь с руководствами по подключению ниже в разделе «Дополнительные учебные пособия».
Нужен ли мне дополнительный источник питания?
Как упоминалось ранее, чем больше светодиодов или чем они ярче, тем больше ток. Чтобы узнать общий ток, ознакомьтесь с техническим описанием светодиода и найдите список для Forward Current . Если вы используете светодиод RGB, ток может быть указан для каждого цвета. Вам понадобится общий ток на светодиод или общая мощность в ваттах. Умножьте на общее количество светодиодов, чтобы определить общий ток, который вам понадобится, и умножьте его на напряжение, чтобы получить общую мощность в ваттах. Найдите подходящий блок питания. Убедитесь, что источник питания соответствует как ваттам (или вольтам), так и току в амперах. Если вы выберете источник питания, который не может обеспечить ток, необходимый для ваших светодиодов, вы можете отключить источник питания и получить слабые или непостоянные результаты от ваших светодиодов.
В лучшем случае у вас будет доступ к настольному блоку питания. Рекомендуется протестировать вашу установку на настольном блоке питания, чтобы точно знать, какая мощность вам потребуется, прежде чем выбирать блок питания.
Если вы питаете светодиоды через микроконтроллер и пытаетесь подать слишком большой ток через контакт микроконтроллера, вы можете повредить его. Чтобы определить, что будет безопасно для вашего микроконтроллера напрямую, найдите максимальный выходной ток на вывод, обычно указанный в техническом описании или руководствах по продукту. Также учитывайте общий ток, который плата может обеспечить через все контакты, которые будут находиться в одних и тех же местах. Если общий ток светодиодов, подключенных к одному контакту, будет потреблять больше тока, чем максимальный ток на контакт, или если общий ток светодиодов и других устройств на всех контактах превысит общий выходной ток для микроконтроллера, тогда драйвер Плата будет хорошим выбором для изоляции потребностей светодиодов и предотвращения их протягивания через микроконтроллер.
Для более продвинутых пользователей можно использовать транзистор в качестве переключателя светодиодов, которые будут подключаться напрямую к блоку питания.
Начать излучать свет
Теперь, когда вы знаете, что такое светодиоды, какие виды доступны и что вам нужно, чтобы заставить их работать, пришло время запачкать руки и зажечь свет! Если вы никогда раньше не работали с микроконтроллерами, мигание светодиода на SparkFun RedBoard поможет вам понять процесс, освещая ваш мир. Хотите работать с адресными светодиодами? Руководство по адресным светодиодам даст вам адресуемое RGB-совершенство!
Основные светодиодные анимации для начинающих (Arduino)
3 декабря 2019 г.
Давайте повеселимся со светодиодами! Мы еще раз изучим светодиоды с помощью SparkFun RedBoard Qwiic, создадим классные эффекты и заставим эти эффекты работать с помощью датчика.
Избранное Любимый 9
Руководство по подключению неадресуемой светодиодной ленты RGB
19 февраля 2020 г.
Добавьте цвета своим проектам с помощью неадресуемых светодиодных лент! Они идеально подходят, если вы хотите управлять и питать всю полосу одним цветом для вашего реквизита, автомобиля, аквариума, комнаты, стены или, возможно, под освещением шкафа в вашем доме.
Избранное Любимый 2
Дополнительные учебные пособия
Если вы разобрались с основами и зажгли один или два светодиода, давайте углубимся. Узнайте больше о других типах светодиодов и платах драйверов, которые облегчат работу с ними. Независимо от того, нужен ли вашим светодиодам повышающий регулятор, понижающий регулятор, драйвер или внешний источник питания, SparkFun может помочь вам заставить все работать.
Руководство по подключению панели RGB
12 декабря 2013 г.
Создавайте яркие, красочные дисплеи с помощью светодиодных матричных RGB-панелей 32×16, 32×32 и 32×64.
В этом руководстве по подключению показано, как подключить эти панели и управлять ими с помощью Arduino.
Избранное Любимый 11
Руководство по подключению LumiDrive
17 января 2019 г.
Светодиодный драйвер LumiDrive — это набег SparkFun на все, что связано с Python на микроконтроллерах. С помощью SparkFun LumiDrive вы сможете управлять и персонализировать целый ряд APA102 непосредственно с самой платы.
Избранное Любимый 5
Продукция
В SparkFun есть все виды светодиодов, плат драйверов и контроллеров, чтобы воплотить в жизнь ваш светодиодный проект! Нужны ли вам мощные светодиоды, адресуемые светодиоды, платы драйверов, блоки питания или проводка, в SparkFun есть все, что вам нужно.
Адресные светодиоды
Адресные светодиоды бывают самых разных форм и размеров.
Взгляните на несколько вариантов, которые мы предлагаем ниже.
Посмотреть все Адресные светодиоды
Драйверы светодиодов
Драйверы светодиодов — это верный способ правильно регулировать мощность, необходимую для светодиода или массива светодиодов.
Посмотреть все платы драйверов светодиодов
Другие светодиоды
Как мы уже говорили, светодиоды бывают всех форм и размеров. Ниже вы найдете несколько не совсем типичных светодиодов, которые могут подойти именно вам!
Посмотреть все другие светодиоды
Источники питания
Независимо от размера вашего светодиодного проекта, у нас есть источник питания, который должен соответствовать вашим требованиям.
Импульсный источник питания Mean Well — 5 В постоянного тока, 18 А
Пенсионер ТОЛ-16607
На пенсии
См.
все Блоки питания
Покупаете светодиодные лампы? Хороший. Но вот 5 вещей, о которых нужно подумать в первую очередь
Все еще используете лампы накаливания? Пришло время переключиться на другой вариант. Мало того, что лампы накаливания являются высокоэнергетическими и дорогостоящими для ваших ежемесячных счетов за электроэнергию, они также постепенно выводятся из употребления. После нескольких лет повышения стандартов Министерство энергетики при президенте Джо Байдене завершило работу над новым правилом эффективности, согласно которому лампочки должны излучать не менее 45 люменов на ватт. Ничего другого больше производиться не будет, что по сути является смертным приговором для всех ламп накаливания.
Если вы еще не перешли на светодиодные лампы, сейчас самое время, и тому есть веские причины. Во-первых, светодиодные лампы служат намного дольше, чем лампы накаливания, и они излучают такое же количество света, потребляя значительно меньше энергии.
. Это здорово для окружающей среды и может сэкономить деньги на счетах за электроэнергию в долгосрочной перспективе, особенно если вы обновляете лампочки во всем доме.
Фактически, Министерство энергетики прогнозирует, что эта новая политика сэкономит потребителям США почти 3 миллиарда долларов на их счетах за коммунальные услуги, при этом сократив выбросы углерода, связанные с глобальным потеплением, на 222 миллиона метрических тонн в течение следующих 30 лет. И если стоимость и преимущества для окружающей среды недостаточны, чтобы продать вам, светодиодные лампы имеют много интересных и полезных функций, в том числе лампы, которые меняют цвет, и лампы, которые синхронизируются с вашей домашней системой безопасности или голосовым помощником по вашему выбору.
Однако покупка правильного светодиода отличается от покупки ламп накаливания. Итак, прежде чем отправиться за покупками, вам нужно знать пять вещей.
1. Люмены, а не ватты
Забудьте все, что вы знаете о лампах накаливания; ваши ватты тут ни при чем.
Покупая лампочки, вы, вероятно, привыкли смотреть на мощность в ваттах как показатель того, насколько яркой будет лампочка.
Это потому, что в случае с лампами накаливания мощность является надежным индикатором того, сколько света будет излучать лампа: чем больше мощность лампы, тем сильнее будет светиться вольфрамовая нить внутри. Однако яркость светодиодов определяется немного по-другому.
Вопреки распространенному мнению, мощность в ваттах — это не показатель яркости, а измерение того, сколько энергии потребляет лампочка. Для ламп накаливания существует общепринятая корреляция между потребляемыми ваттами и производимой яркостью, но для светодиодов ватты не являются хорошим показателем того, насколько яркой будет лампа. Это связано с тем, что светодиоды спроектированы так, чтобы быть максимально эффективными без ущерба для качества света, а некоторые светодиоды лучше справляются со своей задачей, чем другие.
Например, светодиодная лампа с яркостью, сравнимой с 60-ваттной лампой накаливания, обычно потребляет от 8 до 12 Вт. Представьте, что вы видите на полке в магазине два светодиода, каждый из которых имеет маркировку замены на 60 Вт.
Один потребляет 8 ватт, другой 12 ватт. Вполне возможно, что 8-ваттная лампа будет ярче, чем 12-ваттная, поэтому вам следует игнорировать мощность, когда вы ищете яркость светодиодных ламп.
К счастью, есть лучший способ говорить о яркости, и это люмен. Люмен (лм) — это реальное измерение яркости, обеспечиваемое лампочкой, и это число, на которое следует обращать внимание при покупке светодиодов. Для справки, вот диаграмма, показывающая преобразование ватт-люмен для ламп накаливания и светодиодов.
Шэрон Вакнин/CNETКак видно из приведенной выше диаграммы, лампа накаливания может потреблять в пять раз больше ватт при том же количестве люменов. Получите ощущение яркости (в люменах), которая вам нужна, прежде чем отправиться в магазин, и отбросьте свою привязанность к ваттам.
2. Убедитесь, что вы выбрали правильный цвет светодиода
Лампы накаливания обычно имеют теплый желтоватый оттенок, но светодиоды бывают разных цветов.
Как продемонстрировала компания Philips Hue, светодиодные лампы способны отображать впечатляющий цветовой диапазон: от фиолетового до красного и до полного спектра белого и желтого цветов. Однако для дома вы, вероятно, ищете что-то похожее на свет, который излучают лампы накаливания.
Два наиболее популярных цвета светодиодов — мягкий белый (также называемый теплым белым) и ярко-белый (также называемый дневным светом). Совсем не запутанно, правда?
Мягкий белый и теплый белый дают желтое свечное свечение, близкое к лампе накаливания, в то время как лампы с маркировкой ярко-белого или дневного света дают более белый свет, близкий к дневному свету и похожий на тот, что вы видите в офисах и розничных магазинах.
Если вы хотите получить техническую информацию, то цвет света в спектре белого света называется цветовой температурой и измеряется по шкале Кельвина. Чем меньше число, тем теплее (желтее) свет. Типичная мягкая белая лампа накаливания находится где-то между 2700K и 3500K, поэтому, если это тот цвет, который вам нужен, ищите этот диапазон при покупке светодиодных ламп.
Хотите что-то дневное тонированное? Ищите лампы, рассчитанные на 5000K или выше.
Не знаете, что купить? Прочтите наше сравнение теплых и холодных лампочек, чтобы помочь вам принять решение.
Вот 23 способа сэкономить на счетах за электричество прямо сейчас
+21 еще Посмотреть все фотографии3. Вы заплатите больше за светодиодную лампочку (но вы сэкономите в долгосрочной перспективе)
Светодиодные лампочки похожи на гибридные автомобили: дороже изначально, но дешевле в эксплуатации.
Раньше лампочку накаливания можно было купить в хозяйственном магазине за доллар или около того. Затем появились светодиоды, большинство из которых стоило намного дороже. К счастью, несколько лет разработки и конкуренции снизили цены до такой степени, что вы найдете множество вариантов светодиодных лампочек, доступных за 5 долларов или меньше.
Но на этом доллары и центы не заканчиваются. Вы должны учитывать стоимость использования лампы — и самое замечательное в светодиодах то, что их использование совсем не дорого. Например, традиционная 60-ваттная лампочка накаливания добавит к вашему счету за электроэнергию около 7 долларов в год, если вы будете использовать ее в среднем три часа в день. Сменный светодиод мощностью 60 Вт, который излучает такое же количество света, будет потреблять всего 8 Вт и добавит всего около доллара к вашему счету за электроэнергию за тот же годовой период.
Другими словами, даже если светодиод стоит 5 долларов, а лампа накаливания — это халява, которую вы нашли где-то в ящике стола, светодиод по-прежнему остается более дешевым вариантом после менее чем года использования. В то же время вы будете наслаждаться меньшим выделением тепла, более длительным сроком службы ламп и даже возможностью управлять ими с помощью смартфона. И через год не сгорит.
4. Обратите внимание на светодиоды без регулировки яркости
Из-за своей схемы светодиоды не всегда совместимы с традиционными диммирующими переключателями.
В некоторых случаях переключатель необходимо заменить. В других случаях вы заплатите немного больше за совместимый светодиод.
Большинство современных диммеров в домах, вероятно, предназначены для работы с лампами накаливания. Подобные диммеры работают, отключая количество электричества, посылаемого на лампочку, в быстрой последовательности, быстрее, чем может заметить глаз. Светодиоды потребляют намного меньше энергии, поэтому они не всегда хорошо работают с такими диммерами. (Вот удобное руководство, в котором более подробно рассматриваются причины.)
Первое, что нужно сделать, если вы покупаете светодиоды, которые хотите использовать с диммером, — это убедиться, что вы покупаете лампы, правда, диммируемый. Большинство производителей предлагают недиммируемые светодиодные лампы без какого-либо встроенного диммирующего оборудования, и хотя они хороши, если вы хотите сэкономить доллар или два на лампе, предназначенной для светильника без диммирования, это последнее, что вам нужно, если вам нравится приглушенный свет.
низко.
Моя вторая рекомендация? Начните с одной лампочки от крупного производителя и держитесь за чек. Попробуйте это с диммерами в вашем доме, и если это сработает, не стесняйтесь покупать столько, сколько вам нужно. Если нет, большинство крупных розничных продавцов будут рады позволить вам вернуть лампочку и обменять ее на что-то другое. В какой-то момент вы также можете подумать об обновлении своих диммеров до более новых моделей, предназначенных для работы со светодиодами. Такие громкие имена, как Лутрон и Левитон, — ваш лучший выбор.
И последнее замечание: если диммирование действительно важно в вашем доме, вам действительно стоит подумать об умных лампочках. Большинство из них используют свои собственные встроенные механизмы для управления затемнением, поэтому вам вообще не нужен диммер. Подобные механизмы затемнения великолепны, потому что они не мерцают и не жужжат, и вы обычно можете синхронизировать вещи с голосовым помощником, таким как Siri или Alexa, который открывает двери для таких команд, как «установите свет на 20%».
.»
5. Не все осветительные приборы
должны использовать светодиодыЗнание того, где можно разместить светодиод, гарантирует, что лампа не перегорит раньше времени.
Вы, наверное, знаете, что светодиодные лампы намного холоднее, чем их собратья накаливания, но это не значит, что они не выделяют тепла. Светодиодные лампы нагреваются, но тепло отводится радиатором в основании лампы. Оттуда тепло рассеивается в воздухе, а светодиодная лампа остается холодной, помогая сдержать свое обещание долгой жизни.
И в этом кроется проблема: лампочке нужен способ рассеивания тепла. Если светодиодную лампочку поместить в закрытый корпус, теплу некуда будет деваться, оно будет возвращаться обратно в лампочку и приговаривать ее к медленной и мучительной смерти.
Помните, что светодиодные лампы — это электронные устройства. Как и в случае с вашим телефоном или ноутбуком, не стоит позволять им перегреваться.
Вот почему можно использовать лампы накаливания, люминесцентные и галогенные лампы для закрытых светильников.
