Как устранить помехи от светодиодных ламп? изготовление светодиодного фильтра

Наиболее важные особенности

Рассматривая подробное устройство и принцип работы светодиода, нельзя не отметить некоторые особенности. Излучение приборов находится в прямой зависимости от угла направленности, который зависит от конструкции. Определенное влияние на интенсивность излучения оказывают:

• материал, применяющийся непосредственно для защиты кристалла;
• установленная линза.

Полупроводниковый прибор способен выделять не только узконаправленный, но и рассеянный свет. Температурный режим внешней среды может оказывать влияние на свойства светодиодов. От него зависит их яркость. При повышении температуры свечение становится тусклее, а при понижении – ярче. В связи с этим сфера эксплуатации имеет особое значение.

Высокие требования предъявляются к продукции, предназначенной для наружного применения. Она должна исправно функционировать при значительных колебаниях температур. Яркость света в ходе эксплуатации не должна заметно изменяться. Современные решения позволяют обеспечить нормальное свечение, независимо от температуры окружающей среды.

Принцип работы светодиода основывается на высокой скорости действия. Излучение появляется в течение нескольких секунд после прямого воздействия электрического тока непосредственно на полупроводник. Изготавливаемые приборы могут иметь технологические отличия, от которых будет зависеть сфера применения.

Устройство LED-диодов

Учимся управлять светодиодной лентой

Устройство светодиодной лампы на 220 вольт не отличается большой сложностью и вполне может быть рассмотрено даже на любительском уровне. Классическая светодиодная лампа на 220 вольт включает в свой состав следующие обязательные элементы:

• Несущий корпус с цоколем;
• Специальную рассеивающую линзу;
• Отводящий тепло радиатор;
• Модуль светодиодов LED;
• Драйверы светодиодной лампы;
• Блок питания.

Ознакомиться со строением LED-лампы на 220 вольт (технология СОВ) можно на размещённом ниже рисунке.

Строение светодиодного осветителя

Этот светодиодный прибор изготавливается как единое целое и содержит в своей конструкции большое количество однородных кристаллов, распаиваемых при сборке с образованием многочисленных контактов. Для его подключения к драйверу достаточно присоединить всего одну из контактных пар (остальные кристаллы подключены параллельно).

По своей форме эти изделия могут быть круглыми и цилиндрическими, а к сети они подсоединяются посредством специального резьбового или штырькового цоколя. Для светодиодной системы общего пользования, как правило, выбираются светильники, показатель цветовой температуры которых составляет 2700К, 3500К или 5000К (при этом градации спектра могут принимать любые значения). Такие приборы довольно часто применяются в декоративных целях и для освещения рекламных баннеров и щитов.

Рассмотрим отдельные модули светодиодной лампы более подробно.

Драйвер

В упрощённом виде схема драйвера, используемого для питания лампы от сети 220 Вольт, выглядит, как это изображено на рисунке ниже.

Схема простейшего драйвера

Количество деталей в этом устройстве, выполняющем согласовательную функцию, относительно невелико, что объясняется особенностями схемного решения. Его электрическая схема содержит в своём составе два гасящих резистора R1, R2 и подключённые к ним по встречно-параллельному принципу светодиоды HL1и HL2.

Дополнительная информация. Такое включение ограничительных элементов обеспечивает защищённость схемы от обратных выбросов напряжения питания. Помимо этого, в результате такого включения частота поступающего на лампы сигнала возрастает вдвое (до 100 Гц).

Сетевое напряжение питания с действующим значением 220 Вольт подаётся в схему через ограничительный конденсатор С1, с которого оно поступает на выпрямительный мостик, а затем – непосредственно на лампу.

Источник питания

Типовая схема источника питания LED-лампы изображена на рисунке, представленном ниже.

Схема модуля питания с драйвером

Эта часть осветительного прибора выполнена в виде отдельного блока и поэтому может свободно извлекаться из корпуса (с целью её ремонта своими руками, например). На входе схемы имеется выпрямительный электролит (конденсатор), после которого пульсации с частотой 100 Герц частично исчезают.

Резистор R1 необходим для образования цепочки разряда конденсатора при отключении схемы от источника питания.

Что такое RGB-светодиод

Обычные светоизлучающие полупроводниковые приборы имеют один p-n переход в одном корпусе, либо представляют собой матрицу из нескольких одинаковых переходов (COB-технология). Это позволяет в каждый момент времени получить один цвет свечения – непосредственно от рекомбинации основных носителей или от вторичного свечения люминофора. Вторая технология дала разработчикам широкие возможности в выборе цвета свечения, но менять окраску излучения в процессе эксплуатации прибор не может.

RGB светодиод содержит в одном корпусе три p-n перехода с разным цветом свечения:

• красным (Red);
• зеленым (Green);
• синим (Blue).

Аббревиатура из английских названий каждого цвета и дала название этому типу LED.

Виды и типы светодиодных ламп.

Четкая классификация у светодиодных ламп отсутствует: изделия производятся слишком разных форм, цветов и конфигураций.  

По способу применения:

1. Источники света общего назначения для освещения квартир и офисов. Характеризуются углом рассеивания от 20 до 360.
2. Изделия направленного света. Такие лампочки называют спотами. Они используются для создания подсветок или выделения интерьерных зон в комнате.
3. Изделия линейного типа, схожие с привычными люминесцентными лампами. Изготавливаются в виде трубок. Применяются в технических помещениях, офисах, залах магазинов и в других пространствах, где важна пожарная безопасность. Создают яркую, красивую подсветку, которая подчеркнет необходимые детали.

По назначению светодиодные лампы делятся на:

1. Изделия для уличного применения. Изготавливаются в пыле- и влагозащищенном корпусе.
2. Изделия для производственных целей, коммунальных служб. Дополняются антивандальным прочным корпусом. Изготавливаются с особыми требованиями к характеристикам освещения: стабильность, срок службы, условия эксплуатации.
3. Бытовые лампы. Характеризуются невысокой мощностью, стильным дизайном, электро- и пожаробезопасностью, качеством светового потока (индекс цветопередачи, коэффициент пульсации и др.).

Исходя из потребляемого напряжения тоже выделяют три вида ламп:

1. С питанием 4 В. Маломощные светодиоды, которые потребляют от одного до 4,5 В. Излучают свет разных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.
2. С питанием 12 В. Такое напряжение безопасно для человека, поэтому эти источника света подходят для помещений с повышенной влажностью. Часто выпускаются  со штырьковыми цоколями, что усложняет процесс подключения. Дополнительная трудность может быть в необходимости специального блока питания, который снизит напряжение сети до 12 В. Удобны для использования автолюбителям и туристам: они могут организовать освещение от аккумулятора.
3. С питанием 220 В. Самый распространенный вид. Широко применяются для бытовых нужд.

Типы цоколей.

Чтобы LED источники света подходили к уже применяемой схеме электроснабжения домов, их оснащают винтовыми цоколями. В качестве альтернативы светильникам галогенного типа выпускают лампы со штырьковыми цоколями. Основные типы представлены в таблице.

Светодиод и его устройство:

Светодиод – это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, чья задача – трансформировать (преобразовывать) электрический ток непосредственно в видимое свечение. Его официальное название – light-emitting diod (кратко – LED), что в переводе на русский точно характеризует его назначение – «диод, излучающий свет».  Состоит он из:

– чипа – полупроводникового кристалла;

– электродов (катода и анода),

– тонкого проволочного контакта, соединяющего анод (в некоторым конструкциях также и катод) с чипом (полупроводниковым кристаллом),

– подложки, на которой размещен сам чип (полупроводниковый кристалл);

– корпуса, оснащенного контактными выводами;

– оптической системы.

Оптическое излучение возникает в результате прохождения прямого электрического тока через кристалл, а излучаемый цвет зависит от материала (химического состава), из которого тот изготовлен, а также возможного включения в состав чипа (кристалла) различных добавок. Большинство светодиодов имеет один полупроводниковый кристалл, но существуют диоды с двумя и более чипами. Такие приборы изготавливаются, если требуется увеличить их мощность или получить разноцветное свечение.

Обычно светодиод подключается к электрической сети через резистор, устанавливаемый на вводе. Резистор предохраняет светодиод от скачков напряжения и высокой силы тока. В случае отсутствия резистора светодиод может перегореть.

Светодиоды нашли широкое применение благодаря своим характеристикам и преимуществам относительно других видов ламп. Они используются в таких устройствах, как: светодиодные ленты, переносные фонари, уличные светильники, специализированные светодиодные взрывозащищенные светильники, а так же в других устройствах, помимо задач освещения, например, в: светофорах, дорожных знаках, декоративном освещении, и пр.

Устройство светодиодных источников света

Светодиодный источник состоит из следующих конструктивных элементов:

• LED-диоды;
• драйверы;
• корпус;
• радиатор;
• цоколь.

Светодиоды

Несколько лет назад конструкция светодиодной лампы незначительно отличалось из-за отсутствия широкого ассортимента LED-диодов. Самыми распространенными были чипы на 3–5 мм. Позже появились изделия на 10 мм.

Сегодня светодиодов намного больше. Чаще всего используются SMD 5050, SMD 3528, SMD 5730, SMD 2835, 1W, 3W и 5W.

Количество светодиодов бывает разным, его задает производитель. При монтаже нескольких диодов производят специальные расчеты, чтобы вывести оптимальный ток потребления. Припой осуществляется к текстолитовым или алюминиевым платам. Светодиоды собираются в группы, соединяемые последовательно. Опять же, количество групп неограниченно.

Последовательное соединение обеспечивает постоянный ток, но есть существенный недостаток — если выйдет из строя хотя бы один LED-диод, то перестает работать все изделие. С другой стороны, диод можно без проблем заменить на новый.

Платы, к которым припаиваются источники света, классифицируются по форме и бывают круглыми, прямоугольными, овальными, многоугольными и т. д.

Драйверы

Драйверы предназначены для преобразования входящего напряжения в пригодную для питания устройства величину. Причем питание для каждой группы светодиодов может быть разным. Самыми распространенными являются трансформаторные схемы с драйверами.

Конструктивные элементы могут быть двух типов — открытыми и закрытыми (в корпусе). Монтируют их в корпус ламп, осветительных приборов.

Китайские производители нередко пытаются сэкономить на приборах, устанавливая вместо драйверов обычные ограничители тока со схемой на основе конденсатора. Избегайте покупки таких изделий, поскольку помимо крайней неэкономичности они негативно воздействуют на здоровье человека (высокая пульсация).

Цоколь

Поскольку светодиодные изделия позиционируются как лучшие аналоги лампам накаливания, то нет ничего удивительного в том, что они изготавливаются со стандартными цоколями — E27 и E14. Последние часто применяются в ночных и настенных светильниках.

За рубежом иные стандарты, поэтому там чаще можно встретить светодиодные лампы E26.

Корпус

В отличие от ламп накаливания для светодиодных нет необходимости в полной герметичности колб, да и газовая среда внутри отсутствует. Одна из разновидностей светодиодных светильников — филаментный источник, повторяющий устройство лампы накаливания и нуждающийся в газовой среде.

Радиаторы

Данные электротехнические изделия боятся высокой температуры и перегрева. По этой причине для повышения срока эксплуатации необходимо устройство для отвода тепла. Алюминиевые платы частично снижают влияние перегрева, но этого недостаточно. Дорогие и качественные лампы обязательно используют радиаторы, размер которых зависит от количества светодиодов в приборе.

Наличие радиатора повышает стоимость и габариты изделия, но является обязательным условием для создания качественного и долговечного прибора.

Преимущества

Особенности того, как работает светодиод, дали ему несколько важных эксплуатационных и функциональных достоинств перед другими видами преобразователей электрической энергии в световую:

• современные светодиоды не уступают по параметрам светоотдачи металлогалогенным и натриевым газоразрядным лампам;
• конструкция практически полностью исключает выход из строя каких-либо компонентов из-за вибрации и механических повреждений;
• LED-светильники малоинерционные, то есть моментально достигают полной яркости после включения;
• современный ассортимент позволяет выбирать модели со спектром от 2700 до 6500 K;
• внушительный рабочий ресурс – до 100 000 часов;
• ценовая доступность индикаторных светодиодов;
• светодиодное освещение, как правило, не требует большого напряжения и сохраняет пожарную безопасность,;
• температуры ниже 0˚С почти не сказываются на работоспособности устройств;
• строение светодиода не предусматривает использование фосфора, ртути, других опасных веществ или ультрафиолетового излучения.

Что такое светодиод

Внешне светоизлучающий диод выглядит как кристалл на металлической основе, покрытый пластиковой линзой. Осветительный элемент состоит из таких частей:

• основа из алюминия или меди;
• полупроводниковый кристалл;
• катод (-) и анод (+);
• слой силикона;
• линза из пластика;
• защитный корпус.

На металлической основе зафиксирован катод и анод. На первом электроде закреплен полупроводниковый чип (кристалл). Контакты имеют проводники, которые подсоединяются к чипу p-n-переходом (электронно-дырочный переход). На этом участке с помощью соединительной проволоки объединяются 2 полупроводника с дырочным и электронным типом проводимости. Сверху конструкция покрыта слоем силикона и пластиковой колбой и помещена в корпус с выводами для подключения к цепи.

Особенности подключения RGB и COB светодиодов

Светодиоды с аббревиатурой RGB – это полихромные или многоцветные излучатели света разных цветов. Большинство из них собираются из трех светодиодных кристаллов, каждый из которых излучает свой цвет. Такая сборка называется цветовая триада.

Подключение RGB-светодиода производят так же, как и обычных светодиодов. В каждом корпусе такого многоцветного источника света располагаются по одному кристаллу: Red – красный, Green – зеленый и Blue – синий. Каждому светодиоду соответствует свое рабочее напряжение:

• синему – от 2,5 до 3,7 В;
• зеленому – от 2,2 до 3,5 В;
• красному – от 1,6 до 2,03 В.

Кристаллы могут быть соединены между собой по-разному:

• с общим катодом, т. е. три катода соединены между собой и с общим выводом на корпусе, а аноды – каждый имеет свой вывод;
• с общим анодом – соответственно для всех анодов вывод общий, а катоды – индивидуальные;
• независимая цоколевка – каждый анод и катод имеет собственный вывод.

Поэтому номиналы токоограничивающих резисторов будут разными.

Соединение кристаллов RGB-светодиода по схеме с общим катодом.

Соединение «с общим анодом».

В обоих случаях корпус диода имеет по 4 проволочных вывода, контактных площадок в SMD-светодиодах или штырька в корпусе «пиранья».

В случае с независимыми светодиодами выводов будет 6.

В корпусе SMD 5050 кристаллы-светодиоды располагают так:

В корпусе многоцветного 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов помните – каждому цвету соответствует свое напряжение диода.

Подключение светодиодов типа COB

Аббревиатура COB – это первые буквы английского словосочетания chip-on-board. По-русски это будет – элемент или кристалл на плате.

Кристаллы клеят или паяют на теплопроводящую подложку из сапфира или кремния. После проверки правильности электрических соединений, кристаллы заливают желтым люминофором.

Светодиоды типа COB – это матричные конструкции, состоящие из десятков или сотен кристаллов, которые соединены группами с комбинированным включением полупроводниковых p-n-переходов. Группы – это последовательные цепочки светодиодов, количество которых соответствует напряжению питания светодиодной матрицы. Например, при 9 В это 3 кристалла, 12 В – 4.

Цепочки с последовательным включением соединяют параллельно. Таким образом набирают требуемую мощность матрицы. Кристаллы синего свечения заливают желтым люминофором. Он переизлучает синий свет в желтый, получая белый.

Качество света, т. е. цветопередачу регулируют в процессе производства составом люминофора. Одно- и двухкомпонентный люминофор дает невысокое качество, т. к. имеет в спектре 2-3 линии излучения. Трех- и пятикомпонентный – вполне приемлемую цветопередачу. Она может быть до 85-90 Ra и даже выше.

Подключение этого вида излучателей света не вызывает проблем. Их включают как обычный мощный светодиод, питаемый источником тока стандартного номинала. Например, 150, 300, 700 мА. Производитель СОВ-матриц рекомендует выбирать источники тока с запасом. Он поможет при запуске светильника с COB-матрицей в эксплуатацию.

Получение светодиода определенного цвета

Для получения светодиода того или иного цвета используется три технологии – покрытие люминофором, использование RGB светодиодов и применение разных полупроводниковых материалов.

Покрытие люминофором

Люминофором называется вещество, которое может преобразовать поглощаемую энергию в свет. Получение светодиодов путем нанесения люминофора на поверхность имеет свои преимущества:

• простота конструкции;
• низкая стоимость производства;
• экономия.

К недостаткам относятся:

• снижение светоотдачи из-за потери световой энергии;
• влияние на цветовую температуру;
• быстрее стареет при эксплуатации.

Люминофор используется в белых светодиодах. С помощью люминофорного покрытия создаются диоды с различной цветовой температурой.

RGB-технология

Смешивание цветов по RGB технологии также помогает получить светодиоды различного спектра (обычно используются для белого). На матрице устанавливаются 3 монокристалла, каждый из них дает свой спектр RGB. Путем конструирования оптической системы цвета смешиваются и дают нужный оттенок.

Преимущества:

• возможность поочередного включения того или иного цвета вручную или автоматически;
• можно вызывать разные оттенки, меняющиеся по времени;
• создание эффектных осветительных конструкций для рекламы и дизайна.

Недостатки:

• неравномерность светового пятна;
• неравномерность нагрева и отвода тепла.

Отрицательные качества вызваны расположением кристаллов полупроводника на поверхности. Из-за этого качественно организовать RGB модель сложно.

Применение различных примесей и полупроводников

Работа светодиода напрямую зависит от материала, из которого он выполнен. Использование полупроводников с различной шириной запрещенной зоны можно добиться нужного света от диода. От ширины запрещенной зоны зависит длина волны.

Для получения приборов в инфракрасном и красном цветовом спектре используются твердые растворы на основе арсенида галлия. Оранжевые, желтые и зеленые цвета получаются при помощи фосфида галлия. Синие, фиолетовые и ультрафиолетовые изготавливаются на основе нитрида галлия.

Индикаторные и осветительные LED

Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.

Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.

Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.

Принцип работы и характеристики

Новых принципов в основу работы COB-светодиодов не положено. Все тот же p-n переход из арсенид-галлия, фосфида индия или других материалов. Та же рекомбинация основных зарядов с излучением светового кванта при приложении прямого напряжения. Тот же монохроматический свет с узким спектром. Те же принципы получения недоступных цветов — при подаче питания излучение светодиодов (в оптическом диапазоне или УФ) инициирует свечение люминофора. Этот известный способ позволяет получить цвета, которых нельзя достичь при непосредственном свечении полупроводниковых переходов. Nакже никуда не делась проблема отведения тепла. Новизна элементов – только в технологии производства, позволяющей вывести светоизлучающие приборы на новый потребительский уровень.

Управление

Управление COB-светодиодом сводится к коммутации питающего напряжения, и в этом плане принципиальных отличий от обычных приборов нет. Включать и выключать такой элемент можно:

• ручным выключателем на соответствующее напряжение;
• электромагнитным реле или пускателем;
• электронным ключом (транзистор, тиристор).

Надо только учитывать, что мощность такого светодиода может достигать 100 Вт, а рабочее напряжение – 220 В. Коммутационный элемент должен иметь соответствующие параметры.

Яркость свечения светодиода

Многие покупатели задают вопрос — что означают все эти характеристики светодиодов, указанные на упаковках и в спецификациях? Ватты, люмены, длина волны, свечи, канделы, мили канделы — это лишь немногая часть терминов, которые используются для определения яркости света. Вот несколько параметров, которые необходимо знать для бытового определения яркости, не вдаваясь в подробности фотометрии:

Сила света (luminous intensity, обычно измеряемая в канделах -cd или миликанделах mcd). Яркость одной канделы примерно равна яркости одной обычной свечи. Миликандела (или мкд) одна тысячная канделы, отсюда приставка «мили». 1000 миликандел = 1 кандела.

Поскольку свет распределяется неравномерно, угол освещения (viewing angle) является очень важным параметром для светодиодов. Восприятие освещенности зависит от местоположения смотрящего, поэтому необходимо определить какую часть комнаты необходимо осветить и определить необходимое количество и расположение ламп. Этот параметр зависит, в том числе, от типа линзы. Рассеивающая (матовая) линза будет формировать более широкий угол освещения, но такой свет может восприниматься более тусклым, чем от светодиода с прозрачной линзой.

Другой важный параметр — световой поток (Luminous flux) или «мощность» света в потоке, который можно определить, если известна сила света и угол освещения. Световой поток — это показатель «мощности» света, с учетом длины волны, которая воспринимается человеком. Световой поток измеряется в люменах.

Нетрудно заметить, что угол освещения очень сильно влияет на световой поток. Светодиодная 5000 мкд лампа с углом освещения в 60 градусов в четыре раза мощнее чем аналогичная с углом освещения в 30 градусов.

Потребляемая мощность в ваттах — это параметр, который не так давно был для нас единственным для определения яркости лампы накаливания, но для светодиодных ламп этот параметр не является определяющим. Технология производства развивается и у светодиодов одинаковой яркости может быть разное потребление энергии. Но для упрощения восприятия производители указывают на упаковке ламп бытового применения аналог лампы накаливания/ галогенной лампы по энергопотреблению. Этим значениям в большинстве случаев можно доверять, если вы приобретаете лампы известных производителей, таких как Philips, Cree, Osram.

Для ориентира, приведем следующее сравнение различных ламп General Electric:

сравнение эффективности ламп освещения General Electric

Предыдущая статья: Как снизить стоимость света? Купите светодиодные лампы для дома Следующая статья: Светодиодный дюралайт

Основные выводы

На осветительном рынке представлены разные виды светодиодов. При выборе изделия нужно ознакомиться с его характеристиками, чтобы подобрать наиболее подходящее для вас

Важно учитывать величину тока, напряжение, сопротивление, мощность светового излучения, угол свечения, цветовую температуру. Также необходимо уметь расшифровать маркировку на ЛЕД-устройстве, которая указывает на его размер

Кроме того, необходимо знать, что существуют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые применяются для цветовой индикации, а вторые – для освещения. Если вы будете разбираться в этой информации, то без проблем подберете наиболее подходящие led-элементы для конкретных целей.

Предыдущая

Лампы и светильникиОсобенности и характеристики распространенных типов ртутных ламп

Следующая

Лампы и светильникиКак правильно паять светодиодную ленту

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис