Светодиод 1 ватт характеристики: Светодиод 1 ватт

Содержание

Характеристики светодиодов: достоинства и недостатки, применение

Пример HTML-страницы

Основные характеристики светодиодов

1. Эффективность свечения (светоотдача)

Наиболее значимая характеристика светодиодов, обуславливающая экономическую целесообразность их использования в системах освещения различного назначения. Определяется, как отношение потока излучения к затрачиваемой мощности (Лм/Вт).
Для сравнения:
— 10-12лм/Вт — лампа накаливания;
— 40-150Лм/Вт — газоразрядные лампы;
— 50-120Лм/Вт — светодиоды.

Таким образом, светодиоды характеризуются прекрасными показателями светоотдачи, что дает возможность им выигрышно конкурировать с натриевыми, галогеновыми и люминесцентными лампами. Помимо этого, при выпуске светодиодных светильников не требуются отражатели, потому что их световой поток направляется в одной полуплоскости.

2. Мощность

— светодиоды малой мощности: до 0,5Вт;
— светодиоды средней мощности: 0,5-3Вт;
— светодиоды большой мощности: 3Вт и выше.

3. Цветовая температура

— 2500-4000К: белый теплый свет, схож с лампами накаливания;
— 4000-6500К: белый нейтральный свет;
— 6500-9500К: белый холодный свет.
В результате экспериментальных исследований установлено, что именно белый нейтральный свет отличается наибольшей четкостью передачи цветов и является наиболее удачным для работы с документами в офисных условиях.

4. Деградация

Это процесс постепенной потери показателей работоспособности светодиодов. Обычно производители указывают около 100 тыс. час. работы и более. Существенное влияние на ресурс светодиодов оказывает чрезмерное воздействие токов, превышающих их номинальное значение, и высоких температур, для предотвращения преждевременного старения применяются специальные конструкторские решения. 

К еще одной разновидности деградации светодиодов относится пусковое воздействие. Оно невысоко и составляет порядка 5-6%, выявляется обычно в первые 1000 часов горения светильника.

5. Угол свечения

Обычно у светодиодов он равен 120-140 градусов, а в индикаторных светодиодах — 15-45 градусов.


Технологические новшества в наше время происходят постоянно. Ежегодное появление новинок электроники, бытовой техники, автомобилестроения стало привычным явлением. То, что удивляло дватри года назад, часто уже безнадежно устарело к сегодняшнему дню. Большинство изменений касается улучшения существующих вещей, например, двигатель автомобиля становится более экономичным и экологически чистым от модели к модели. Вносимые улучшения понятны в основном узкому кругу специалистов.

 

Двигатели производятся теми же фирмами на тех же заводах. Внешне индустрия меняется довольно медленно и постепенно.

 

Гораздо реже происходят принципиальные изменения – технические революции. Во время революции меняется сам подход к решению задачи. Это приводит к кардинальному изменению свойств изделий и отрасли в целом.
Сегодня в мире осветительной техники происходит как раз такая техническая революция. Эта революция в течение следующих 3-5 лет может полностью изменить рынок светильников, а также повлиять на список ключевых игроков. Есть повод задуматься над ситуацией как существующим производителям, так и новым компаниям, не занимавшимся до сих пор этой сферой.
Приведем исторический пример.

 

До 70-х годов прошлого века основой радиотехнических устройств были электронные вакуумные приборы – радиолампы. Первые компьютеры были построены именно на лампах, и именно лампам они обязаны своими циклопическими размерами и стоимостью при вычислительной мощности калькулятора.

 

В 50-х годах началось активное развитие полупроводниковой техники, появились транзисторы, а позже интегральные схемы, содержащие сотни и тысячи транзисторов. Электронные лампы были полностью вытеснены из большинства областей, объемы их призводства упали в десятки раз. Многие компании-производители вынуждены были полностью переориентироваться или исчезнуть с рынка. Полупроводники завоевали мир, открыли возможности для тысяч компаний и огромного количества новых приложений. Ниже мы вернемся к этому примеру, чтобы увидеть интересные параллели между революцией полувековой давности и тем, что происходит сейчас на наших глазах.

 

Полупроводники, эти удивительные материалы — основа современной электроники. Они обладают важными свойствами, применяемыми в транзисторах и микросхемах. Однако этим их использование не ограничивается.
Еще в начале прошлого века был замечен эффект слабого свечения в области электрического контакта полупроводников разных типов проводимости. Тогда это явление не было понято и изучено. Как считается, первый полупроводниковый светодиод был изготовлен в 1962 году в США.

 

До 90-х годов ХХ века светодиоды получили широкое распространение в качестве устройств индикации и декоративных элементов. Использованию светодиодов в осветительной технике мешали трудности в получении белого цвета свечения. Дело в том, что кристалл, на котором построен диод, может излучать свет только строго определенной длины волны. Наш глаз воспринимает такое излучение как чистый цвет из спектра, например, красный или зеленый. Мы видим белый цвет, когда в наш глаз попадает очень широкий спектр длин волн или смесь нескольких определенных основных цветов.

 

Эту проблему можно решить тремя способами.

 

Первый – собрать на одном кристалле светодиоды трех цветов, например, красного, зеленого и синего.
Этот путь нашел свое применение в видеоэкранах и элементах декоративной подсветки с изменяющимся цветом.

 

Второй – использовать принцип люминесцентных ламп: излучение ультрафиолетового светодиода попадает на люминофор, светящийся белым светом под действием ультрафиолета.

 

Третий способ – использовать синий светодиод, покрытый желтым люминофором. Смесь желтого и синего цвета также воспринимается глазом как белый цвет (рис. 1).
Последний способ оказался самым удобным и эффективным для изготовления сверхъярких светодиодов. Такие светодиоды были впервые продемонстрированы в 1997 году. С этого времени начинается и использование светодиодов для решения задач общего освещения.

 

В настоящий момент общедоступными являются светодиоды, дающие световой поток до 140 люмен на 1 ватт потребляемой мощности. В лабораторных условиях получены устройства, излучающие до 200 люмен 1 на ватт. Теоретический предел сегодняшних технологий составляет порядка 300 люмен 1 на ватт.

 

{xtypo_quote}Для сравнения: лампа накаливания дает около 7 лм/Вт, а современная энергосберегающая люминесцентная лампа до 105 лм/Вт. Сравнимую со светодиодами эффективность на уровне 130 лм/Вт имеют натриевые лампы высокого давления. Существенным недостатком натриевых ламп является их почти монохроматический оранжево-желтый свет, ухудшающий цветопередачу предметов. {/xtypo_quote}

Световой поток источника, выраженный в люменах, характеризует его излучающую способность без учета диаграммы направленности. Когда мы оцениваем полезный эффект, производимый источником света, нам важно распределение света от светильника в пространстве. Например, дорожный светильник должен давать равномерное и яркое световое пятно на дороге, при этом не слепить водителей и не освещать дальний край обочины. Чтобы достичь этого, применяются рефлекторы и линзы – отражающая или фокусирующая оптика.

 

Эффективность любого рефлектора или линзы зависит, в значительно степени, от геометрии источника света. Светодиод – это практически точечный источник, который позволяет добиться 80-90% эффективности при формировании освещенной области. Лампа излучает во все стороны и имеет большие размеры поверхности, испускающей свет. Чтобы добиться нужной диаграммы направленности, придется пожертвовать от 40 до 70% света. По этой причине, даже при одинаковой энергетической эффективности (люмен на ватт), светодиод в полтора-два раза эффективней традиционной лампы.

 

У фирмы Osram имеется уникальное решение – светодиод со встроенной линзой, имеющий диаграмму направленности, идеально подходящую для освещения улиц и автомагистралей (рис. 2). При использовании такого диода нет необходимости в применении какой-либо вторичной оптики, следовательно, нет потерь света и дополнительных денежных затрат.

 

Светодиоды претендуют на то, чтобы стать серьезной альтернативой другим источникам света.

 

Рассмотрим их преимущества и недостатки, чтобы самостоятельно оценить, насколько оправданы эти ожидания.

 

Достоинства светодиодов

 

Итак, первое и самое главное достоинство – энергетическая эффективность. Электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в кванты света – фотоны. Такое преобразование теоретически происходит без потери энергии – сколько энергии потрачено, столько и излучается. На практике потери, конечно, есть, но уже достигнуты впечатляющие результаты по сравнению с другими источниками. Светораспределение светильника создается с гораздо меньшими потерями света. 

 

Надежность и время жизни. Начнем с самого определения времени жизни устройства. Для светодиода за время жизни принято количество часов, которое он проработает до снижения его светового потока на 30%. Лидирующие производители (например, Osram) заявляют о времени жизни более 100 тыс. часов.

 

{xtypo_quote}Сравним: лампа накаливания – 1000 часов, стандартная люминесцентная лампа – 12 тыс. часов, газоразрядные лампы – до 40 тыс. часов. Данные по традиционным источникам света приведены по критерию полного выхода источника из строя. {/xtypo_quote}

Малый размер светодиода. Мощный одноваттный светодиод серии OSLON производства Osram имеет размер корпуса 3х3 мм. Это позволяет вписы-вать его в любую конструкцию светильника, а также создавать миниатюрные и при этом очень мощные осветительные приборы. (рис. 3).
Экологическая безопасность.

 

Светодиод сам по себе содержит сотые доли грамма вещества в кристаллической, крайне химически инертной форме. Люминесцентная лампочка содержит очень опасные для человека и природы вещества, такие как ртуть. Утилизация таких ламп дорогостоящий и сложный процесс.

 

Время включения-выключения и управление яркостью. Светодиоду требуются доли микросекунд (150 нс для белого одноваттного светодиода Golden Dragon Plus) для начала работы с полной отдачей после подачи на него электрического тока. Это дает возможность регулировать световой поток путем подачи коротких импульсов тока, следующих с высокой частотой.

 

Таким образом, яркость светильника может регулироваться в любых пределах с сохранением 100 % эффективности. Можно отметить и еще один эффект – светодиод некритичен к количеству циклов включений-выключений, что является бичом, например, недорогих энергосберегающих ламп.

 

Механическая прочность и стойкость к ударам. Светодиод – это твердый кристалл в пластиковой или керамической оболочке. При желании его можно уничтожить при помощи молотка. На практике он абсолютно не чувствителен к вибрациям и другим воздействиям, характерным для условий промышленного применения.

 

Стабильная работа при низких температурах без сокращения срока службы и потери яркости. Светодиодному светильнику не требуется запуск, он практически мгновенно выходит на заданный температурный режим.

Недостатки светодиодов

Самой большой проблемой при проектировании светодиодных светильников является решение вопроса о том, что делать с выделяемым теплом. Как уже говорилось, светодиод преобразует электрический ток непосредственно в световой поток.

 

Это достоинство, которое превращается в недостаток, когда речь заходит об отводе тепла. Дело в том, что светодиод практически не излучает мощности в инфракрасном диапазоне спектра. Инфракрасное излучение мы ощущаем как тепло, исходящее от лампочки. Оно бесполезно с точки зрения наших глаз, но очень хорошо отводит лишнее тепло от источника света.

{xtypo_quote}На практике в свет превращается около 25% энергии, а остальное переходит в тепло. Полупроводники не любят нагрев, их срок службы существенно падает при температуре выше 130-150 0С. (для сравнения – спираль лампочки накаливания нагревается до 2300 0С, а у галогенной – до 2700 0С). {/xtypo_quote}

 

Итак, недостаток № 1: нужно отводить тепло и делать это приходиться при помощи радиаторов, а иногда даже активных систем охлаждения. Для того, чтобы получить ожидаемую эффективность светодиодного светильника, требуется позаботиться о правильном источнике питания. Источник должен обеспечивать стабилизированный ток (а не напряжение, как требует подавляющее большинство устройств) на уровне от 100 мA до 1 А в зависимости от типа диода. Для достижения эффективности обычно используются импульсные источники с коррекцией коэффициента мощности.

 

Недостаток № 2 – относительно сложная схема питания.

 

Недостаток № 3, вероятно существующий лишь временно, – высокая цена светодиодов. В светотехнической отрасли принято говорить о люменах, получаемых на затраченный доллар или евро. На сегодняшний момент эта величина составляет до 3 евроцентов за 1 люмен, что на порядок выше, чем стоимость 1 люмена в люминесцентной лампе. Это основной фактор, препятствующий широкому распространению светодиодных светильников в быту. Однако в тех областях, где значение имеет стоимость владения, включающая стоимость обслуживания, светодиоды уже обходятся дешевле обычных ламп.

 

Чтобы в этом убедиться, достаточно подсчитать стоимость работ с применением автовышки по замене ламп в мачтах уличного освещения, не говоря уж о существенной экономии электроэнергии. Очень часто переход на светодиоды производится просто изза физической нехватки электрической мощности в районе.

 

Не случайно в начале статьи приведена история о радиолампах и транзисторах. Помимо лучших технических характеристик, которыми, кстати, первые транзисторы не особенно могли похвастаться, полупроводники открыли дорогу в отрасль для тысяч мелких компаний. С их появлением резко уменьшился финансовый и технологический барьер для выхода на рынок. Первые компьютеры новой эры были собраны в гаражах. Гиганты потеряли монополию, и в электронную индустрию пришла невероятно сильная конкуренция.

{xtypo_quote}Появление светодиодов открывает дорогу к производству светильников огромному количеству компаний, которые ранее этим не занимались. Все, что нужно на первом этапе, – это обычное оборудование для сборки электронных плат. В нашей стране существует избыток такого производства, который ждет своего часа.{/xtypo_quote}

1.2.1. Светоизлучающие диоды, СИД — Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

СИД представляет собой полупроводниковый прибор с р-n переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение. Известно много конструкций СИД, однако наибольшее применение получили поверхностные и торцевые СИД.

Спонтанное излучение обладает низкой монохроматичностью. Его называют некогерентным светом.(СИД)

Когерентными источниками называют такие источники, которые излучают синфазные оптические волны. В основе их работы лежит спонтанное излучение полупроводника охваченное  объемным резонатором (например, Фабри-Перо).

В поверхностном светодиоде волоконный световод присоединяется к поверхности излучения через специальную выемку  в полупроводниковой подложке. Такой способ стыковки СИД и стекловолокна обусловлен необходимостью ввода максимальной мощности спонтанного излучения в световод. (Рис.1.2)

Рисунок 1.2. Конструкция поверхностного светодиода

В конструкции торцевого светодиода предусмотрен вывод оптической мощности излучения через один из торцов. При этом другой торец выполнен в виде зеркала, которое отражает фотоны в активный слой. В приборе применяются дополнительные слои полупроводникового материала GaAlAs, который отличается от активного слоя показателем преломления и шириной запрещенной зоны. Это создает в активном слое оптический волновод, способствующий концентрации фотонов и усилению бегущей волны в инверсной насыщенной зарядами среде. Светоизлучающий торец СИД согласуется с волоконным световодом линзовой системой (Рис. 3).

Работа светодиодов основана на случайной рекомбинационной люминесценции избыточных носителей заряда, инжектируемых в активную область светодиода.

В результате инжекции не основных носителей заряда и дрейфа основных в активном слое происходит накопление и рекомбинация этих зарядов с выделением квантов энергии. При этом фотоны (кванты энергии),

 

 

Рисунок 1.3. Конструкция торцевого светодиода

(Ga- галлий, As – мышьяк, Al – алюминий)

 

случайно образовавшиеся, могут двигаться в любом случайном направлении, отражаться от границ различных слоев полупроводников, поглощаться кристаллами и излучаться с поверхности или из торца. Величина излучаемой мощности СИД примерно линейно зависит от величины тока инжекции.

Данная мощность больше у торцевых СИД, их еще называют СЛД – супер люминесцентными диодами.

 

Основные характеристики светодиодов

1.     Ватт-амперная характеристика светодиодов — это зависимость излучаемой мощности от тока, протекающего через прибор (рис.4)

Рисунок 1.4 Ватт-амперные характеристики светодиодов

 

Характеристики имеют линейный и нелинейные участки. Нелинейность обусловлена предельными возможностями по спонтанной рекомбинации электронов и дырок и их ограниченным числом, зависящим от насыщенности примесными компонентами и общего объема активного слоя.

Ватт-амперная характеристика зависит от температуры кристалла. С ее повышением мощность излучения может значительно снижаться .

2. Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения (Рис. 5).

 

Рисунок 1. 5. Спектральные характеристики светодиодов

По спектральной характеристике можно определить ширину спектра излучения на уровне половинной от максимальной мощности излучения. Ширина спектра СЛД Δλ1 (10 ÷ 30 нм), для поверхностного СИД Δλ

2 (30 ÷ 60 нм).

Более узкий спектр излучения СЛД объясняется волноводным эффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательных рекомбинаций.

3.     Диаграмма направленности излучения светодиода показывает распределение энергии излучения в пространстве.

Рисунок 1.6. Угловая расходимость излучения

Угловая расходимость излучения оценивается на уровне уменьшения мощности в пространстве в два раза (Рmax/2), что отмечено на рисунке точками на пересечении лучей и кривых распределения мощности (рис.6). Для поверхностного СИД величины φxy и могут составлять 110°…180°. Для СЛД величины φx и φy не равны и примерно составляют: φx = 60 °,

φy = 30.

4.    Внешняя квантовая эффективность светодиода показывает долю выводимой мощности излучения от полученной в результате спонтанной рекомбинации

Эта доля не превышает 2 – 10 %, что обусловлено большими потерями из-за рассеяния мощности внутри прибора и отражением фотонов на границе «полупроводник – воздух» и «полупроводник – световод» из-за различных показателей преломления полупроводника (n = 3,5) и среды (n = 1,5).

5.    Срок службы и надежность. Всем светодиодам присуще деградация параметров – постепенное уменьшение мощности при длительной эксплуатации. Срок службы зависит от материала и конструкции СИД, от температуры. При увеличении температуры на 100 – 200 срок службы снижается вдвое. Для использования в системах связи срок службы СИД должен составлять 105, для наземных и для подводных линий связи — 106.

Полупроводниковые СИД  являются приборами с низким входным сопротивлением и потребляют большой ток, поэтому для их возбуждения  следует использовать низкоомные транзисторы, обеспечивающие большой ток и требуемую линейность (Рис.7).

Рисунок 1. 7. Схема включения СИД в коллекторную схему транзистора

На схеме СИД включается в коллекторную цепь транзистора. Модулирующий сигнал поступает на базу транзистора и управляет коллектором и током, являющийся одновременно током инжекции СИД. С помощью резисторов R1 и R2  можно подобрать  необходимое значение начального тока, пробегающего через СИД.

Реальные схемы модуляции, как правило, включают цепь стабилизации режима работы и цепь обратной связи, которая уменьшает нелинейность ватт-амперной характеристики СИД.

Итак, сравнительно простая конструкция, высокая надежность, слабая зависимость от температуры делают СИД особенно подходящими для ВОСП на короткие расстояния при относительно невысокой информационной пропускной способности.  

 

Мощные светодиоды компании Hongli Optoelectronics

13 августа 2009

Среди сотен компаний, специализирующихся на производстве светодиодной продукции, далеко не последнее место занимают азиатские производители. Одним из них является корпорация Hongli Optoelectronics, основанная в 1998 году в городе Гуанджоу (Китай). Динамичное развитие позволило фирме быстро занять заметное место на азиатском рынке оптоэлектроники, и сегодня она предлагает широкий ассортимент высококачественной светодиодной продукции. Годовая производительность компании — более 60 миллионов светодиодов. Достижение высокого качества продукции обеспечивается применением современного оборудования, отлаженным технологическим процессом и высокой подготовкой персонала, что отражается полученными сертификатами ISO9001, ISO9002 и QS9000.

Номенклатура выпускаемой продукции широка: мощные светодиоды, выводные светодиоды и светодиоды для поверхностного монтажа, светодиоды типа «пиранья», светодиодные модули и изделия для декоративной подсветки, светодиодные балласты и контроллеры. В данной статье речь пойдет о мощных светодиодах компании Hongli Optoelectronic.

Определим основные характеристики светодиодов

Световые или фотометрические параметры характеризуются световым потоком и силой света. Световой поток — количество излучаемой энергии, протекающей через единицу площади за единицу времени. Единица измерения светового потока — люмен (лм). Величина светового потока характеризует излучающий источник, и ее нельзя увеличить никакими оптическими системами. Действие этих систем может лишь сводиться к перераспределению светового потока в пространстве, например, большей концентрации его по некоторым избранным направлениям. Сила света — это световой поток, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется. То есть сила света характеризует восприятие источника света наблюдателем. Таким образом, для тех светодиодов, которые выполняют в основном индикаторные функции, главной потребительской характеристикой является именно сила света. Для мощных светодиодов световой поток является более подходящей оценкой произведенного света при сравнении различных источников света.

Для оценочного пересчета силы света в световой поток используют следующий метод:

1. Зная плоский угол свечения светодиода q (двойной угол половинной яркости), указанный производителем, определяем телесный угол: Ω=2π (1 — cos(q/2)).

2. Вычисляем световой поток: F = Iv ґ Ω, где Iv — сила света светодиода.

Спектральные или колометрические параметры светодиодов характеризуют длиной волны, координатами цветности и цветовой температурой. Длина волны используется для характеристики цвета монохромного («не белого») светодиода. Различают пиковую и доминирующую длину волны. Доминирующая длина волны — это, по существу, цвет, фактически воспринимаемый человеческим глазом. Пиковая длина волны — это длина волны максимальной спектральной интенсивности. Пиковое значение легко определить, и поэтому оно является наиболее частым параметром, указываемым изготовителями светодиодов.

Цветовые координаты характеризуют цвет по диаграмме цветности, принятой Международной комиссией по освещению (CIE) в 1931 году (см. рис. 1 в статье Евгения Звонарева о мощных светодиодах в этом номере журнала).

Цветовые координаты используются главным образом для характеристики оттенков излучения светодиодов белого цвета и при бинировании светодиодов. Оттенки излучения белых светодиодов также характеризуют цветовой температурой (измеряется в градусах Кельвина). Не углубляясь в теорию отметим, что определяют, как правило, теплый или мягкий белый (

Warm White) с цветовой температурой от 2000 до 3500°К, натуральный белый (Natural White) с температурой от 3500 до 4500°К и холодный или чистый белый (Cool White) с цветовой температурой 4500°К и выше. Меньшая цветовая температура соответствует желтоватым оттенкам белого, характерного для ламп накаливания, а большая — голубоватым оттенкам люминесцентных ламп.

Угловые характеристики светодиодов характеризуются главным образом диаграммой пространственного распределения света или углом излучения q. Эти параметры характеризуют не столько источник света сам по себе, сколько параметры линзы, которая установлена на светодиоде. Для мощных светодиодов используются следующие типы линз:

  • Линза с распределением Ламберта (Lambertian). В общем случае дает равномерное распределение, примерно такое же, как и в обычных круглых светодиодах. Как правило, угол излучения у линз Lambertian составляет 100…140°.
  • Линза с распределением «Летучая мышь» (Batwing). Диаграмма направленности таких линз характеризуется боковыми пиками, величина которых в 1,5…3 раза превышает интенсивность излучения по центральной оси.
  • Линза с интенсивным боковым излучением (Side Emitting). Боковые пики находятся в области ±60…90 градусов, а интенсивность между ними не превышает 40% от максимума. Отметим, что если в Batwing интенсивность между пиками ровная, то в Side Emitting присутствуют явно выраженные небольшие всплески около центральной оси.
  • Узкофокусные линзы (Dome, Narrow или Focusing). Диаграмма направленности таких линз равномерная, однако угол излучения уже: 60…80°.

Типовые диаграммы пространственного распределения света представлены на рисунке 1.

 

Рис. 1. Диаграммы пространственного распределения света

Рассмотрим параметры, характеризующие эффективность применения мощных светодиодов в задачах освещения. Главным параметром является светоотдача, то есть, отношение светового потока к входной мощности (люмен/Ватт). К примеру, для ламп накаливания этот показатель равен 10…15 лм/Вт, для люминесцентных 70-100 лм/Вт. Для белых светодиодов этот параметр лежит в пределах от 30 до 70 лм/Вт, хотя у отдельных производителей это соотношение достигает значения 100 и более. Понятно, что цифра «100 и более» выглядит привлекательнее, чем 30 или 70, но здесь имеет смысл задуматься и о таком параметре, как «люмен на доллар», то есть, сколько будет стоить единица света. С этой точки зрения пиковые значения светоотдачи, достигнутые ведущими производителями, становятся менее привлекательными. Они отражают тенденцию развития мощных полупроводниковых источников света, которые во временной перспективе после массового освоения должны быть поддержаны лучшими ценовыми параметрами готовой продукции.

В товарной линейке Hongli Optoelectronic присутствуют светодиоды мощностью 0,5; 1; 3; 5; 10; 20 и 30 Вт. Их характеристики приведены в таблицах 1…5.

Таблица 1. Параметры светодиодов мощностью 0,5 Вт

МодельЦветДлина волны,
l, нм, Tc, °K
Световой потокОтно-
шение
лм/Вт
Прямое напряжениеУгол,
2q (°)
Fv, лм @ 150 мАVf, В @ 150 мА
minmaxminmax
ERLQHEA1 красный62010,723,534,22,02,8140
EYLBHEA1 желтый59010,723,534,22,02,8140
EBC2HEA1 синий4703,88,212,03,03,6140
EGNJHEA1 зеленый52523,534,958,43,03,6140
EWC2HEA3 белый (хол.)6000К23,534,958,43,03,6140

Таблица 2. Параметры светодиодов мощностью 1 Вт

МодельЦветДлина волны,
l, нм, Tc, °K
Световой потокОтно-
шение
лм/Вт
Прямое напряжениеУгол,
2q (°)
Fv, лм @ 350 мАVf, В @ 350 мА
minmaxminmax
ERLR1EA1 красный62030,645,338,02,02,8140
EYLA1EA1 желтый59023,534,929,22,02,8140
EBN11EA1 синий4708,218,113,23,03,6140
EGNh2EA1 зеленый52551,776,664,23,03,6140
EWC11EA1 белый (тепл.)3200К34,959,847,43,03,6140
EWJ41EA3 белый (хол.)6000К45,367,256,33,03,6140

Таблица 3. Параметры светодиодов мощностью 3 Вт

МодельЦветДлина волны,
l, нм, Tc, °K
Световой потокОтно-
шение
лм/Вт
Прямое напряжениеУгол,
2q (°)
Fv, лм @ 800 мАVf, В @ 800 мА
minmaxminmax
ERER3EE1 красный62051,776,621,42,02,8140
EYLA3EE1 желтый59039,867,217,82,02,8140
EBC83EA1 синий47018,130,68,13,24,0140
EGNh4EE1 зеленый52599,7113,635,63,03,8140
EWJ73EA3 белый (хол.)6000К87,4129,536,23,24,0140

Таблица 4. Параметры светодиодов мощностью 5 Вт

МодельЦветДлина волны,
l, нм, Tc, °K
Световой потокОтно-
шение
лм/Вт
Прямое напряжениеУгол,
2q (°)
Fv, лм @ 1200 мАVf, В @ 1200 мА
minmaxminmax
ERER3EE1 красный62065,080,014,52,02,8140
EYEA5EG1 желтый590110,0140,025,02,02,8140
EBN15EG1 синий47023,534,95,83,24,0140
EGNH5EG1 зеленый525168,2249,641,83,03,8140
EWJ85EA1 белый (хол.)6000К144,7218,936,43,24,0140

Таблица 5. Параметры светодиодов мощностью 10, 20 и 30 Вт

МодельМощность,
Вт
Цветовая
температура,
Tc, °K
Световой поток, Fv, лмОтно-
шение
лм/Вт
Прямое
напряжение,
Vf, В
Прямой
ток,
If, A
Угол,
2q (°)
minmax
HL-PWD3Ah2 105000…700030045037,510,01,4140
HL-PWD3CK1 205000…700070085038,815,01,4140
HL-PWD3EL1 305000…7000850111032,724,01,4140

Как мы видим, минимальные и максимальные значения интенсивности могут существенно отличаться, однако следует иметь в виду, что при заказе продукции можно указать конкретный бин.

Бинирование — это автоматическая сортировка светодиодов по таким параметрам как световой поток, длина волны (для цветных) или цветовая температура (для белых светодиодов), реже по величине прямого падения напряжения. Следует иметь в виду, что стоимость бинов различна — понятно, что цена бина с максимальным световым потоком будет велика, поскольку для выполнения такого заказа потребуется сортировка большей партии светодиодов.

Какие технические решения и технологии при производстве мощных светодиодов использует Hongli Optoelectronics для достижения высоких пользовательских характеристик?

Во-первых, используются многокристальные конструкции (то есть, в одном корпусе установлено несколько параллельно включенных светодиодов), что позволяют повысить ток и суммарную мощность устройства, а, следовательно, и световой поток, без снижения срока службы (при условии эффективного теплоотвода).

Во-вторых, использование конструкций светодиодов, обеспечивающих качественный теплоотвод. Известно, что необходимо максимально приблизить подложку, на которой закреплены кристаллы, к теплоотводящей поверхности. Технология СОВ (chip-on-board), которую использует компания Hongli Optoelectronics, является на данный момент одной из самых перспективных.

Рассмотрим основные преимущества применения мощных светодиодов для освещения.

  • Экономия электроэнергии. В общем случае, светодиодное освещение требует в 4-5 раз меньшей мощности для обеспечения одного и того же светового потока по сравнению с лампами накаливания и в 2 раза меньшей мощности по сравнению с люминесцентными лампами.
  • Длительный срок службы и, как следствие, снижение эксплуатационных затрат. Производители мощных светодиодов указывают срок службы, равный 50000…100000 часов. Это в 100 раз выше чем у ламп накаливания и примерно в 5…10 раз больше, чем у люминесцентных ламп. В настоящее время нет никакого стандарта, определяющего срок службы светодиодов, хотя существуют предложения от авторитетных организаций считать таковым время, в течении которого световой поток уменьшается до некоторого значения (до 70 или 50%) от начальной величины. Необходимо иметь в виду, что реальный срок службы существенно сокращается если, во-первых, протекающий через светодиод ток превышает номинальное значение и, во-вторых, не обеспечивается должный теплоотвод.
  • Низкое питающее напряжение, что гарантирует высокий уровень электробезопасности.
  • Светодиоды не имеют стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность.
  • Отсутствие разогрева или высоких пусковых напряжений при включении.
  • Безынерционность включения и выключения.
  • Возможность регулирования интенсивности излучения без изменения спектральных характеристик излучаемого света.
  • Отсутствие ультрафиолетового и иных вредных для здоровья излучений.
  • Не применяется никаких опасных веществ, например, ртути, что существенно упрощает процесс утилизации.

Несмотря на вышеперечисленные плюсы, есть объективные факторы, сдерживающие применение светодиодов в качестве средств освещения. Главная причина — высокая цена. Отношение люмен/доллар для обычной лампы накаливания — приблизительно 1000. А мощные светодиоды в настоящее время могут достигать лишь отношения 20…40 люменов на доллар.

Высокая цена является главным аргументом против использования светодиодов в качестве источников освещения в жилом секторе. Перспектива будущей экономии средств на обслуживание и электроэнергию не представляется в этом случае убедительной. В то же время промышленный и коммерческий секторы, где сегодня в основном применяется люминесцентное освещение, наоборот, заинтересованы в приобретении более экономичных и долговечных источников света высокой эффективности. Деятельность этих секторов в большей степени ориентирована на перспективу, поэтому снижение расходов на обслуживание, безопасность и низкие энергозатраты имеют первостепенное значение.

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка-
e-mail: [email protected]  

 

«Твердотельные» источники света: решения от ON Semicinductor

 

Cветодиодные источники света применяются в таких ответственных приложениях, как светотехнические приборы для управления дорожным движением, освещения домов и улиц, световой рекламы. Здесь применение LED-освещения обеспечивает высокую степень адаптации к потребностям конечного пользователя и низкий уровень эксплуатационных расходов.

Компания ON Semiconductor предлагает на быстроразвивающемся рынке светодиодного освещения микросхемы и платформы (наборы взаимоувязанных микросхем и эталонные проектные решения) для приложений на основе питания от 220 В/AC, 12 В/AC, 12 В/24 В/DC, а также для систем на основе батарейного питания.

Для решений на основе сетевого питания компания ON Semiconductor предлагает широкий спектр микросхемы контроллеров питания со встроенными ключами, как с цепью «поджига», так и без схемы «поджига». Самое многочисленное семейство таких микросхем на основе технологии ШИМ с фиксированной частотой включает серию микросхем NCP1200-1216, а также микросхемы NCP101Х/1028 для мощностей до 8 Вт.

Для питания светодиодов на основе вторичных источников питания компания предлагает несколько групп микросхем для создания решений по подсветке ЖК-панелей (NCP5006/7; NCP5005; NCP5010; NCP5021; NCP5602/04/23/12/08), управления яркостью OLED-дисплеев (NCP1406; NCP5010; NCP5810), световых вспышек и стробоскопическиого освещения.

В линейке предложений компании ON Semiconductor — инструментарий для выбора LED-драйверов, эталонные платформы LED-драйвера на основе сетевого питания, LED-балласта. Разработчикам предлагается поддержка: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/content.do?id=15102.

•••

Наши информационные каналы

Про диоды 3W LED Bulbs High power

Лабораторная работа №3. Сравнение светодиодов 3W, 2W и 1W LED Bulbs High power. Можно рассматривать как дополнение к предыдущему
mysku.club/blog/aliexpress/25956.html
Но это уже другие светодиоды, другой продавец.
После того, как снял зависимость яркости свечения 1Вт светодиода от мощности, которая через него проходит, решил сравнить светодиоды мощностью 3Вт, 2Вт, и 1Вт. Вот и посмотрим, у кого выше «энергоэффективность». Кому интересно, заходим.
Светодиоды покупались на замен в дневные ходовые огни. Там стояли одноваттные, с частотой 1 раз в месяц приходилось менять.
Если следовать логике эксперимента, более мощные светодиоды (3Вт) при пониженной нагрузке более эффективны, чем менее мощные (1Вт) при той же нагрузке. Вот и сравню их в одном эксперименте. Условия для всех светодиодов абсолютно равные (расстояние между светодиодами и люксометром абсолютно одинаково, шторы зашторены, световой фон ничтожно мал).
Напомню о приборах, которые мне будут помогать. В эксперименте применю вот этот прибор, со встроенным люксометром. Позволяет измерять уровень освещённости до 4000 — 40000 Lux (±5,0%). Вот так он выглядит на официальном сайте.

А вот такой он в жизни.

Расстояние до всех светодиодов около 30см. Эта величина на эксперимент не влияет, т.к. нам интересна зависимость, а не абсолютные значения. В качестве источника стабилизированного тока буду использовать Калибратор П321.
Калибратор тока П321 с ручным и программным управлением предназначен для применения в автоматизированных поверочных установках, а также, как самостоятельный прибор для поверки аналоговых и цифровых приборов на постоянном токе.
Принцип прост. Я подаю на светодиод образцовый ток с калибратора, при этом измеряю напряжение на светодиоде (т. к. при увеличении тока будет увеличиваться и напряжение) и освещённость. Все данные внёс в три таблицы. Остальные данные в таблице – получены путём расчета (перемножением и делением измеренных величин). Это необходимо для получения более наглядных цифр.



Двухваттные светодиоды взял из этой лампочки
https://aliexpress.com/item/item/3W-9W-12V-AC-DC-Candle-Light-E14-base-lED-bulb-LED-Lamp-6colors-for-choice/1591375491.html – Эту лампочку я обозревал. У продавца написано 9Вт. На самом деле она шестиваттная. Это видно из описания продукта, если вдумчиво прочитать всё то, что там написано. Это же подтверждает эксперимент (зелёная линия графика).
С помощью полученных таблиц и построю график зависимости «энергоэффективности» светодиода от той мощности, которую через него пропустили. Данные по трём светодиодам свёл в один график, но двух видов, так нагляднее. Специально построил два графика, кому как удобнее.

Ещё раз доказал практически, что «энергоэффективность» светодиода зависит от той мощности, которую через него пропускают. Чем меньше ток, тем выше эффективность. И без разницы, какой светодиод 1Вт, 2Вт или 3Вт. Всё равно, при уменьшении мощности эффективность будет расти.

Из этого графика наглядно видно, какой светодиод будет светить ярче. При подаче на светодиоды 1000мВт мощности ярче всех будет светить 3Вт-светодиод, хуже всех 1Вт-светодиод.
Светодиод мощностью 1Вт- 350 Lux.
Светодиод мощностью 2Вт- 440 Lux.
Светодиод мощностью 3Вт- 550 Lux.
Ну а теперь можно сделать и вывод. Естественно я не могу выдержать тех условий, которые необходимы для чистоты эксперимента. У меня нет такой лаборатории. Но, тем не менее, приблизительно оценить характеристики светодиодов смог. А нам больше и не надо. Главное, что получена зависимость. Осталось купить «правильные» светодиоды. Лучше покупать светодиоды мощностью 3Вт (главное, чтобы продавец не обманул). Они ярче светят, соответственно меньше греются. Это увеличивает их срок службы.
На этом всё. Я написал, а вы думайте, что дешевле, а что выгоднее.
Удачи!

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

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

эту статью

. Всем желающим добро пожаловать под кат.


Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также

первую

, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

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

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

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

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

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

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

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

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

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

Как применять

Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.

Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

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

Немного про другие характеристики

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

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

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

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

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

Что еще можно сделать

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

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:

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

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

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

Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.

Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из

предыдущей статьи

, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

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

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

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

Светодиод

Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.

Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.

По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

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

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

Применение светодиода

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

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

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

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

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

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

Что-то еще про светодиод

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

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

Стабилитрон

В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.

Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.

Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

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

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

Расчёт стабилитрона

Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).

Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

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

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

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

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

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

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

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

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

Sdm светодиоды. Виды, характеристики, маркировка SMD-светодиодов. Плюсы и минусы светодиодов SMD

Светодиодное освещение основано на способности полупроводников преобразовывать электрический ток в световой поток. По назначению устройства делятся на две группы: индикация и освещение. Первый тип имеет низкую мощность и используется для индикации приборов. Второй вид устанавливается в осветительных приборах. СМД светодиоды являются наиболее распространенным вариантом осветительных элементов.

Что такое SMD светодиоды

SMD светодиоды

Полупроводниковые приборы, изготовленные по технологии поверхностного монтажа, называются smd светодиодами. От других устройств они отличаются конструктивными особенностями. Электронный чип собирается на печатной плате из меди или алюминия. В роли чипа используется кристалл. Метод поверхностного монтажа упрощает производство и снижает стоимость светодиодов.

СМД электронные компоненты характеризуются максимальным приближением полупроводника к подложке, отводящей тепло. Для создания белого света кристалл покрывается слоем люминофора. Основные особенности устройства:

  • высокая яркость;
  • монохромный кристалл излучает один цвет – белый, красный, синий, желтый;
  • состоит из одного или нескольких кристаллов;
  • модули способны создать освещение с углом рассеивания от 100 до 160°;
  • smd диоды работают на постоянном токе.

Для всех полупроводниковых приборов характерен высокий рабочий ресурс.

Маркировка производителей

Маркировка светодиодов

Стандартную маркировку светодиодов, расшифровка которой дает сведения о линейных размерах устройства, наносят все производители. Цифровое обозначение показывает длину и ширину LED-чипа в долях миллиметра. В некоторых случаях кроме типоразмера корпуса наносятся и другие параметры – цвет и мощность. Например: SMD 2835 UWC 5 – размер матрицы 2,8×3,5 мм, цвет – белый (Ultra White Color), мощность 0,5 Вт. Для электронных компонентов поверхностного монтажа существует специальный код smd 2l.

Характеристики светодиодов

Параметры устройств влияют на возможность использования их в различных сферах. К основным характеристикам изделий относятся: вольтаж, мощность, угол свечения, цветовая температура, световой поток.

Величина тока потребления

Средняя величина силы тока на кристалле составляет 0,02 А. Для чипов с несколькими кристаллами характеристика увеличивается кратно их количеству. Колебания параметра негативно сказываются на интенсивности свечения и сроке службы. Увеличение тока повышает цветовую температуру чипа, меняет оттенок свечения. Для обеспечения стабильности характеристик подключают токоограничивающие резисторы.

Светоотдача, угол свечения, мощность

Световой поток LED-матрицы отличается от света, создаваемого лампой накаливания. Он направленный, поэтому более яркий в центральной части. Обычно угол рассеивания находится в диапазоне 100-120°. Для изменения параметра применяют линзы. По мощности устройства делятся на 3 группы:

  • малой мощности – до 0,5 Вт;
  • средней – 0,5-3 Вт;
  • большой – от 3 Вт.

Характеристика необходима при расчете блока питания. Она вычисляется по формуле – сила тока умноженная на напряжение.

Номинальное напряжение диодов низкое, оно составляет 1,1-4 В. Величина меняется из-за разницы цветов и материалов электронных компонентов. Устройство белого цвета имеет самое высокое напряжение.

Цветовая температура

Типы освещенности в зависимости от цветовой температуры света

Интенсивность излучения или цветовая температура важна для комфортного восприятия освещения человеческим глазом. Существует несколько категорий белого света:

  • 2700-3500 – теплый;
  • 3500-5000 – нейтральный или дневной;
  • выше 5000 – холодный.

Цветовая температура указывается в Кельвинах (K), она обозначается в маркировке.

Габариты и их влияние на свойства LED-источников

Разница в освещенности и направленность угла освещения

В зависимости от типа меняется размер smd светодиодов. Яркость элементов возрастает вместе с габаритами. Площадь свечения может быть круглой или прямоугольной. Чем больше параметр, тем ярче освещение. Светопоток также зависит от количества кристаллов. В различных моделях их бывает от 1 до 4 штук. Мощность устройства зависит от размера кристалла. Характеристика указывается производителем в «mil», 1 mil=0,0254 мм. Например: чип размером 45×45 mil – мощность 1 W, 24×24 mil – 0,5 W.

Цветовой диапазон

Цвет светодиода зависит от материала полупроводника и легирующих примесей. Основные цвета: красный, синий, зеленый и желтый. Белый цвет получают путем нанесения слоя люминофора на кристалл синего свечения. Двухцветные устройства используют для индикации. Трехцветные применяют в дисплеях.

Описание основных smd светодиодов

Количество типоразмеров источников LED-освещения постоянно увеличивается. Наибольшее распространение получили несколько видов.

SMD 2835

Модель размером 2,8×3,5 мм демонстрирует высокую эффективность светоотдачи. Ее параметры:

  • ток – 60, 150, 300 мА;
  • мощность – 0,2, 0,5, 1 ВТ;
  • светопоток – 20-100 Лм.

Корпус изготовлен из термостойкого полимера, рассчитанного на нагрев до 240-260°. Излучающая площадка прямоугольной формы, покрыта люминофором.

SMD 5050

Светодиодная матрица состоит из трех кристаллов, помещенных в один корпус. Его габариты – 5,0×5,0 мм. Технические характеристики LED-компонентов аналогичны параметрам диода смд 3528:

  • суммарный ток составляет – 0,02×3= 0,06 А;
  • мощность – 3×0,7=0,21 Вт;
  • Световой поток – 18-20 Лм.

Чип способен излучать все оттенки белого, синий, красный, желтый, зеленый цвет или трехцветные RGB. Используется в гибких лентах, лампах. Возможна регулировка режим свечения.

SMD 5630

Новый класс приборов поверхностного монтажа, его габариты 5,6×3,0 мм. Модели смд 5630 отличаются улучшенными характеристиками яркости:

  • номинальный ток – 0,1-0,15 А;
  • световой поток – 32-57 Лм;
  • напряжение – 3-3,6 В.

Чтобы исключить перегрев кристалла, чип устанавливает на алюминиевую подложку. Прибор применяют в уличном и промышленном освещении.

SMD 5730

Геометрические параметры корпуса 5,7×3,0 мм. Крупное устройство относится к числу сверхъярких диодов. Полупроводник изготавливается из новых материалов, повышающих мощность. Характеристики:

  • номинальный ток – 0,15,0,18 А;
  • мощность – 0,5-1 Вт;
  • световой поток – 45 Лм.

Угол освещения составляет 120°. Прибор устойчив к вибрации, влаге, обладает продолжительным сроком службы.

SMD 3014

Диод в корпусе 3,0×1,4 мм один из новых вариантов. Модель средней мощности с хорошим отведением тепла. Параметры:

  • напряжение – 2,7-3.3 В;
  • ток – до 0,3 А;
  • свечение – 9-11 Лм.

Устройства дают все оттенки белого света.

SMD 3528

Один из наиболее популярных и недорогих чипов. Длина его сторон 3,5×2,8 мм. Рабочая площадка круглая, на нее нанесен слой люминофора. Характеристики:

  • рабочий ток – 0,2-0,25 А;
  • напряжение – 3-3,2 В;
  • световой поток – до 7 Лм.

Яркость модели зависит от температуры, повышение параметра приводит к ускоренной деградации кристалла. При 75-80° прибор светит слабее на 25%.

Применение и требования к подключению

Область применения LED-устройств включает бытовое, коммерческое и уличное освещение. В зависимости от размеров смд светодиоды размещаются в лампах или ленточной подсветке. Несколько чипов, помещенных на плату, заменяют стандартные лампы накаливания и энергосберегающие люминесцентные. Устройства с широким углом освещения используются в прожекторах. Светодиодные матрицы заменили лампы в карманных фонариках, фарах, указателях, светофорах и вывесках.

Светодиоды используются в различных областях светотехники.

Самые распространенные SMD светодиоды – кристаллы, установленные на поверхность платы.

Такое исполнение позволяет получить максимальную мощность при минимальных размерах.

У этой технологии имеются как достоинства, так недостатки, над устранением которых ведущие производители работают непрерывно.

Этот вид светодиодов – плата, на поверхности которой закреплен кристалл, выращенный при помощи технологии металлоорганической эпитаксии. Самый важный этап производства – создание контактов и их покрытие пленками из металла.

Каждый диод монтируется в корпус, оснащается выводами, покрывается составом, отводящим или излучающим свет. Белые светодиоды покрываются люминофором. На кристалл устанавливается купол, фокусирующий свет. Тепло отводится через подложку, если диод мощный, устанавливается радиатор. Электрический ток превращается в свет в p-n- переходе (так же, как в любом другом диоде).

Основное преимущество СМД конструкции – максимальное приближение кристалла к подложке, отводящей тепло. На одну плату монтируется один или несколько светодиодов. Если в одном осветительном приборе их большое количество, свет достаточно мощный без установки дополнительных оптических систем. Достаточно обыкновенного стекла, потери из-за которого не превышают 8%.

Корпуса SMD отличаются по форме и размерам, они напрямую соединяются с монтажной платой при помощи контактной площадки.

Внимание! Благодаря простоте установку может выполнить неспециалист.

Как расшифровать маркировку

Маркировка обозначает тип светодиода (устанавливаемый на поверхности – от английского «surface mounted device»), и указывает типоразмеры корпуса диода в миллиметрах. Например, длина и ширина платы SMD 5050 5х5 мм. В производстве приборов для освещения используется технология поверхностного монтажа (Surface-mount technology).

Краткие технические характеристики

При изготовлении осветительных приборов производители руководствуются несколькими характеристиками:

  • габаритами платы;
  • количеством кристаллов;
  • вольтажом и током;
  • светопотоком;
  • температурой среды эксплуатации.

Таблица самых распространенных SMD светодиодов:

Тип SMDКоличество кристалловГабариты (мм)Мощность (Вт)Ток (мА)Светопоток (лм)Температура среды
352813,5х2,8х1,40,02 или 0,06205-7-40 – +85
50503 или 45х5х1,60,0260 или 8018-20-40 – +60
563015,6х3х0,750,2-0,415058-25 – +65
57301 или 25,7х3х0,750,5 или 1150 или 30050 или 158-40 – +65
301413х1,4х0,750,1-0,12309-13-40 – +85
283512,8х3,5х0,80,2, 0,5 или 160, 150 или 30020, 50 или 100-40 – +85

Эти лампочки могут быть одно-, двух- и многоцветные. Из них можно создавать жесткие и гибкие модули любой формы (круглые, прямоугольные, линейные, с цоколем). Круглый радиатор используется в прожекторах.

Справка! Количество диодов в модуле постепенно уменьшается благодаря появлению высоковольтных SMD (на 15 и даже 45 В).

Led SMD 3528 прямоугольные, благодаря им прогрессирует Surface-mount technology. На коротких сторонах расположено по 2 контакта, минус обозначен срезом. Поверхность, покрытая люминофором, круглая, яркость излучения зависит от температуры – чем она выше, тем ниже яркость (при достижении +80 снижается четверть). Основная сфера применения – изготовление лент, состоящих из 30, 60 или 120 диодов на один метр.

Читайте также Формула и пример расчета ограничительного резистора для светодиода

В 5050 3 таких же светодиода, как в 3528, то есть, мощность повышена в 3 раза. На поверхности 6 анодов и 6 катодов на срезе (по 2 от каждого кристалла). Это более совершенный вариант 3528, позволяющий изготавливать цветные светодиоды (из красных, зеленых и синих кристаллов). Цветами возможно управлять раздельно. Напряжение 3,3 В, на метр ленты устанавливается 30 или 60 диодов.

SMD 5630 и 5730

SMD 5630 обозначили новую ступень развития технологии. На производствах используются другие материалы, позволяющие увеличить мощность и световой поток, доступны изделия RGB. В ленты на один метр монтируется 60 шт., в металлические линейки – 72 шт.

SMD 5730 конструктивно похожи на 5630, основные отличия – увеличенный поток света и всего 2 контакта. Модификация с током 300 мА может работать в импульсном режиме, температура кристалла может достигать +130оС. Для повышения мощности СМД 5630 и 5730 устанавливаются на металлическую плату, эффективно отводящую тепло.

SMD 3014

SMD 3014 относятся к группе сравнительно новых светодиодов, работающих от 3-3,6 В. Минимальная светоотдача у кристаллов в белом исполнении, максимальная – у цветных. Анод и 2 катода располагаются на нижней части корпуса. Компактные габариты облегчают установку. В лентах 30-120 элементов, реже – 240 на метр.

У Led 2835 прямоугольная площадка, покрытая люминофором, яркость в 2-3 раза превышает показатели 3528. Корпус тоньше (если сравнивать с 5050), площадки контактов больше. На метр ленты устанавливается 30, 60 или 120 таких диодов.

Справка! Led SMD 3528, 2835, 5050 и 5630 – это один светодиод, отличающийся по количеству кристаллов и форме корпуса. Именно эти параметры определяют яркость и мощность. У 5050 и 5630 (5730) для вывода светового потока более широкое окно, обеспечивающее повышенные показатели эффективности в расчете на лм/Вт.

Применение SMD светодиодов

В качестве элементов общего освещения светодиоды СМД стали использовать недавно (после достижения интенсивности излучения 120 лм/Вт). Это позволила производить светодиодные лампы, способные заменить люминесцентные и с нитью накала. Производители заботятся о том, чтобы потребителям при замене не нужно было менять или перестраивать систему освещения, покупать другие светильники и прожекторы. Из СМД Led просто собрать любые матрицы и встроить в стандартные корпуса люминесцентных и галогеновых ламп.

Содержание:

Светодиоды становятся все более популярными в современных системах освещения. Они активно используются при оформлении дизайна, декорировании, для и в других областях. Светодиодные источники излучают чистый свет, являются экономичными и безопасными. В настоящее время все чаще используются SMD светодиоды, известные как surface mounted device, что означает устройство с креплением на поверхность. Их мощность и световой поток постоянно повышаются так же как и у традиционных лампочек с длинными ножками и круглой пластиковой линзой.

Общее устройство и принцип работы SMD светодиодов

Главным преимуществом таких светодиодов является их максимально близкое расположение кристалла относительно теплоотвода. Этот фактор имеет важное значение при излучении мощного светового потока с выделением большого количества тепла. Мощность одного SMD светодиода находится в диапазоне 0,01-0,2 Вт, а на отдельную керамическую подложку может быть установлено от 1 до 3 кристаллов.

Благодаря своей конструкции, контактные площадки подложки светодиодов непосредственно соединяются с монтажной платой. Широкий угол освещения и другие параметры позволяют со стандартным цоколем. Данные светодиоды широко применяются в различных дисплеях и табло за счет небольших размеров корпуса. Они легко монтируются на платы, объединяются в ленты и линейки, удобные для последующего разделения и монтажа. Широкий ассортимент типоразмеров корпусов существенно расширяет сферу использования SMD светодиодов.

Для выращивания кристаллов применяется стандартная технология, представляющая собой металлоорганическую эпитаксию. Толщина каждого выращенного слоя постоянно измеряется и строго контролируется. В отдельные слои добавляются специальные примеси — акцепторы или доноры, обеспечивающие получение р-п-перехода, когда электроны концентрируются в п-области, а дырки — в р-области.

На определенном этапе протравливаются пленки, создаются контакты к слоям переходов, контактные выводы покрываются металлической пленкой. Такая пленка выращивается на общей подложке, после чего она разрезается на множество чипов, площадью 0,06-1,0 мм. В дальнейшем эти чипы используются для изготовления светодиодов.

Готовые кристаллы устанавливаются в специальные корпуса. Затем к ним подводятся контакты, а в конце на кристалл монтируется оптическое покрытие для отражения излучения или, наоборот, для просветления поверхности. Например, при изготовлении белого светодиода выполняется равномерное нанесение люминофора. На следующем этапе от корпуса с кристаллом отводится тепло, а затем он покрывается пластиковым куполом для фокусирования света под нужным углом. Изготовление светодиодов таким способом предполагает использование новых технологий, составляющих около половины стоимости всего источника света.

Существует специальная технология размещения SMD светодиодов на единую подложку. Сокращенно она называется СОВ, что означает chip-on-board или чип на плате. При использовании данной технологии на плате размещается сразу несколько кристаллов, у которых отсутствуют керамические подложки и корпуса. Установленные кристаллы в дальнейшем покрывает общий слой люминофора, что позволяет значительно улучшить характеристики и снизить общую стоимость всей матрицы.

Независимо от технологии изготовления, все SMD светодиоды монтируются на общей металлической подложке, нередко выполняющей охлаждающую функцию. Если же светодиодная сборка обладает повышенной мощностью, устраивается дополнительное охлаждение с использованием радиатора и вентилятора.

Таким образом, маломощные SMD светодиоды, установленные в большом количестве в светильник, позволяют получить качественный рассеянный свет не применяя для этого какие-либо специальные оптические системы. В этом случае устанавливается лишь защитное стекло, поглощающее только 8% светового потока.

Плюсы и минусы светодиодов SMD

Несмотря на более низкую мощность по сравнению с люминесцентными лампами, светодиоды данного типа относятся к одним из наиболее перспективных. За счет белого излучения обеспечивается высокая точность передачи цветов и оттенков. SMD светодиоды за счет отличной световой отдачи, достигающей 146 люменов на Вт, позволяют в системах освещения.

Конструкции этих светодиодных источников света отличаются повышенной устойчивостью к вибрациям и механическому воздействию. Поэтому они активно используются в промышленном и уличном освещении. Срок службы таких светодиодов составляет около 30 тыс. часов, при ежедневной работе не менее чем 8 часов. Все типы устройств, в том числе SMD 3528, SMD 5050 и другие способны выдерживать любое количество циклов включений и выключений.

Светильники SMD отличаются широким спектром цветовой гаммы, куда входит не только интенсивность излучения, но и оттенки. В связи с этим отпадает надобность в использовании светофильтров. Многие светодиоды, например, SMD 5630 и SMD 5730 обладают низкой инерционностью, то есть они сразу начинают работать на полную мощность. Не нужно ждать нагрева и последующего свечения, как это бывает у обычных светильников.

Светодиоды SMD 3014, SMD 2835 и прочие аналогичные элементы отличаются разными углами излучения. Во время работы происходит генерация направленного светового потока, освещающего конкретную площадь, а не все окружающее пространство. Несомненным достоинством таких светильников является их абсолютная нечувствительность к холодам.

В качестве недостатков можно отметить непереносимость высоких температур, требующая проведения дополнительных мероприятий по вентиляции и отводу тепла. Следует отметить и высокую стоимость этих устройств, которая полностью окупается в процессе дальнейшей эксплуатации.

Характеристики SMD элементов

Светодиоды этого типа отличаются от других изделий собственными специфическими характеристиками. Прежде всего, вся их конструкция предназначена для поверхностного монтажа, в результате отпадает необходимость в пайке, креплениях и сборке. Большинство SMD светодиодов обладают низким тепловым сопротивлением, то есть они не нагреваются и могут располагаться на любых поверхностях — потолках, пластиковых панелях, возле натяжных полотен и т.д.

В зависимости от марки, размеры smd светодиодов могут быть самыми разными, в связи с чем они успешно используются в любых местах. В процессе работы мощность излучения этих элементов остается неизменной.

Многие светодиоды имеют силиконовое покрытие, способствующее герметизации и улучшенному отводу тепла. Для того чтобы правильно подобрать нужное изделие, применяется специальная маркировка smd светодиодов, в которой отображаются все основные параметры.

Более наглядно технические характеристики отображены в таблице:

Параметры

3528

5050

5630

5730

2835

Световой поток (Лм)

100

Мощность (Вт)

0,06

0,2

0,5

1,0

0,2

Температура (0 С)

Сила тока (А)

0,02

0,06

0,15

0,3

0,18

Напряжение (В)

3,3

3,3

3,3

3,4

3,3

Размеры (мм)

3,3х2,8

5,0 х 5,0

5,6х3,0

5,7х3,0

2,8х3,5

Разнообразие SMD светодиодов расширяется с каждым днем. SMD светодиоды 3528, 2835, 5050, 3014, 5630 и 5730 – лишь основные типоразмеры, которые уже обрели всемирную популярность. Параллельно с ними под знаком «Made in China» штампуют планарные светодиоды самых разных размеров с непредсказуемыми параметрами.

Если проверенные временем характеристики светодиодов SMD 3528 и SMD 5050, в большинстве своем, соответствуют заявленным параметрам, то к светоизлучающим диодам нового форм-фактора много вопросов. Китайцы лихо научились подделывать всё-то, что востребовано на потребительском рынке, включая LED-продукцию. Учитывая, что светодиодные лампы и ленты именитых европейских компаний тоже собираются в Китае, какое качество в них заложено?

Чтобы внести ясность и увидеть отличия среди наиболее применяемых ныне светодиодных чипов для поверхностного монтажа, предлагаем сравнить их электрические, оптические и конструкционные параметры. Но сначала несколько фраз о сфере их применения.

Область применения

SMD LED используют везде, где нужно что-то осветить, подсветить или попросту украсить. Они стали базовым элементом в лампочках общего освещения, в индикаторных панелях и ЖК-телевизорах, в системах аварийного освещения. Самым популярным товаром, собранным на SMD светодиодах по-прежнему остаётся светодиодная лента, а также её модификации в виде линеек и модулей.

В новой вариации многоцветные ленты конструируют на группах, которые состоят из четырёх мощных светодиодов разного цвета «R+G+B+W». В сумме их светоотдача намного больше, чем у привычных светодиодов SMD 5050, а наличие независимого white LED расширяет световые оттенки.

Краткие технические характеристики

Теперь рассмотрим каждый наиболее популярный типоразмер в индивидуальном порядке. С помощью цифр мы постараемся дать объективную оценку каждому виду, раскрыть сильные и слабые стороны.

Компания-изготовитель имеет право изменять опто-электрические показатели SMD светодиодов, указывая об этом в паспортных данных. Например, SMD 5730 от Samsung и Sanan будут немного отличаться световым потоком.

Планарные светоизлучающие диоды этого типа можно смело назвать первопроходцами, благодаря им технология поверхностного монтажа достигла нынешних высот и продолжает прогрессировать. LED SMD 3528 имеет прямоугольную форму с соотношением сторон 3,5 на 2,8 мм и высотой 1,4 мм. С каждой из противоположных сторон меньшей длины видно по два контакта. На корпусе со стороны катода виден срез (ключ). Рабочая поверхность имеет круглую форму, покрытую люминофором.

Падение напряжения при номинальном токе 20 мА зависит от цвета излучения. Для белых LED оно может быть в пределе 2,8-3,4В, а световой поток 7,0-7,5 лм. Яркость SMD 3528 сильно зависит от температуры и при 80°C она снижается на 25%.

Этот тип светодиода можно назвать усовершенствованной версией SMD 3528. Конструкция SMD 5050 позволила реализовать многоцветные светодиоды на базе синего, красного и зелёного кристаллов с возможностью раздельного управления каждым цветом. Внутри корпуса 5,0 на 5,0 мм расположено три кристалла с техническими параметрами идентичными SMD 3528.

Соответственно производитель не рекомендует превышать значение рабочего тока более чем 60 мА. При этом прямое напряжение составит 3,3В, а световой поток 18 лм. Суммарное энергопотребление одного SMD 5050 равняется 200 мВт в диапазоне рабочих температур -40/+65°C.

Со светодиодами осветительные приборы шагнули на новую ступень развития. В корпусе размером 5,6 на 3,0 мм ученые сделали не только новый форм-фактор, но ещё и полупроводниковый прибор с некоторыми конструктивными особенностями, изготовленный с применением новых материалов. В отличие от предшественников, SMD 5630 характеризуется большей мощностью и светоотдачей.

Световой поток может достигать 58 лм, измеренный при прямом токе 150 мА. Через фирменные SMD 5630 разрешается пропускать до 200 мА постоянного и до 400 мА импульсного тока с коэффициентом заполнения 25%. Величина прямого напряжения зависит от оттенка белого света и может составлять от 3,0 до 3,6В.

Светодиод SMD 5630 имеет 4 вывода с ключом около первого контакта. Из них задействовано всего два вывода: 2 – катод (-) и 4- анод (+). Как и во многих современных LED SMD чипах снизу есть подложка, способствующая улучшению отвода тепла.

SMD 5730

Светоизлучающие диоды этой модификации появились почти одновременно с корпусом 5630 и являются их аналогами. В свою очередь они подразделяются на два вида: SMD 5730-05 и SMD 5730-1 с мощностью потребления 0,5 и 1,0 Вт соответственно. Оба вида относятся к разряду высокоэффективных светодиодов с тепловым сопротивлением всего 4°C/Вт. В отличие от SMD 5630 светодиоды 5,7 на 3,0 мм визуально выше (на 0,5 мм) и, вместо четырёх, имеют два контакта.

SMD 5730-05 выдерживает ток до 180 мА, рассеивая при этом 0,5 Вт активной мощности. Также он прекрасно работает в импульсном режиме с амплитудой импульса до 400 мА, длительность которого не более 10% от периода. Работая на номинальном постоянном токе, SMD 5730-05 обеспечивает яркость до 45 лм.

SMD 5730-1 можно эксплуатировать на постоянном токе до 350 мА и импульсном токе с коэффициентом заполнения не более 10% до 800 мА. Типовое падение напряжение в рабочем положении – 3,2В с мощностью до 1,1 Вт. Кристалл выдерживает температуру p-n-перехода в 130°C и нормально функционирует в пределах от -40 до +65°C. В сравнении с SMD 5050 он обладает меньшим тепловым сопротивлением и в 6 раз большим световым потоком, который в фирменном исполнении достигает 110 лм.

SMD 3014

SMD 3014 – относительно новый типоразмер, относящийся к классу слаботочных светодиодов. Максимальный прямой ток кристалла не должен превышать 30 мА. Зона прямого напряжения 3,0–3,6В. У белых светодиодов теплых оттенков светоотдача минимальна (8 лм), а у холодных – максимальна (13 лм). Размеры SMD 3014 составляют 3,0х1,4х0,75 мм. Выводы анода и катода не ограничиваются пайкой с торцов. Они уходят на нижнюю часть корпуса, что должно учитываться во время изготовления печатной платы. Увеличенный размер контактных площадок улучшает отвод тепла и крепление светодиода. Вывод анода в 2 раза длиннее катода.

Разработчики SMD 2835 снабдили его самыми лучшими качествами, которые были у предшественников. Типоразмер 28 на 35 мм повторяет форму SMD 3528. Но у нового SMD 2835 гораздо больше эффективная площадь излучения, которая имеет прямоугольную форму покрытую люминофором. Высота элемента не более 0,8 мм. Несмотря на столь малые размеры, заявленный световой поток может достигать 50 лм.

По остальным электрическим характеристикам SMD 2835 очень схож с SMD 5730-05. В свою очередь, конструктив элемента идентичен светодиоду SMD 3014, когда выводы анода и катода выполняют функцию теплоотводящей подложки.

Особенности

По мере исследования китайских SMD LED нового формата этот раздел можно расширять бесконечно. Пока больше всего вопросов к мощности потребления. Приобретая, к примеру, несколько SMD 5730 для сборки светильника своими руками или линейку на SMD 3014 пользователь рассчитывает получить световой поток, приведенный в data sheet. Однако нередко простой замер тока нагрузки и несложные вычисления показывают, что реальная мощность одного светодиода ниже в 3–4 раза. Почему так?

Потому что размер 5,7 на 3,0 мм не означает, что внутри смонтирован соответствующий кристалл. Таким искусным способом китайцы вводят покупателей в заблуждение. Самое интересное то, что у покупателя практически нет выбора. Найти фирменный товар с правильно подобранными параметрами сложно.

При проектировании источника питания своими руками, нужно стремиться к тому, чтобы реальный ток в нагрузке составлял примерно 95% от указанного в технических характеристиках. Немного недогружая светодиод, можно добиться увеличения рабочего ресурса даже в случае с некачественными китайскими светодиодами.

У всех моделей светодиодов значения светового потока указаны для цветовой температуры 5000–5500°K. Более тёплые тона будут иметь светоотдачу меньше на 10%, а более холодные – больше на 10%. Кроме этого стоит помнить о погрешности во время тестирования, которая может достигать 7%. Так что не удивляйтесь, если вместо заявленных 50 люмен чип выдаст не больше 43 лм.

Перед первым включением всегда проверяйте светодиод мультиметром, так как цоколёвка, в случае с подделкой, может не совпадать. Возле ключа может быть как анод, так и катод чипа.

В дешёвых монохроматических светодиодных лентах SMD 5050 можно увидеть, как все три чипа одного светодиода включены в параллель и запитаны от одного резистора. Такой подход упрощает разводку токоведущих дорожек гибкой печатной платы, уменьшает количество используемых резисторов, а значит, снижает затраты на производство. Конечно, срок службы такой ленты тоже снижается.

Китайские умельцы научились создавать SMD светодиоды любой произвольной формы, в чём можно легко убедиться. Достаточно снять защитный рассеиватель с нескольких лампочек разных фирм (цоколь Е14, Е27) и прочесть тип установленного светодиода на плате. Кажется, разнообразию нет предела. Технические характеристики подобных чипов предугадать невозможно.

Читайте так же

Светодиод – полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. В отличие от ламп накаливания и энергосберегающих, долговечней и энергоэффективней. По исполнению делятся на два основных типа – DIP и SMD (СМД).

Различаются по конструкции корпуса и расположением контактов. В статье мы расскажем про SMD диоды.

Surface Mounted Device (SMD) – прибор, монтируемый на поверхность. Говоря другими словами, если DIP светодиод имеет длинные контактные ножки и монтируется через отверстия в электрической плате, то СМД аналоги – прямо на плату или в светодиодную ленту, так как имеют маленькие контакты.



Япония – лидер развития технологий светодиодов, СМД диода в частности. Поэтому лучшая продукция у них.

Корпуса smd элементов

Основной тип – пластмассовый корпус прямоугольной формы.

Массовое производство налажено именно для такого типа. Если брать обычные диоды, а не источники света, то там ещё есть корпус металлостеклянный цилиндрической формы. Для нужд именно освещения смысла в таком исполнении нет.

Более важны размеры СМД светодиодного элемента. Их можно узнать по маркировке.

Маркировка smd полупроводников

Четыре цифры в маркировке обозначают длину и ширину в сотых миллиметра. Например, диод 1206 длинной 12 мм и шириной 6 мм.

Приписка RGB обозначает, что светодиод может выдавать один из трех цветов – красный, зеленый или голубой.

Для радиолюбителя обычно достаточно знания этих двух параметров в маркировке СМД диодов.

Краткие технические характеристики и применение

Популярны СМД светодиоды с маркировками 5050, 3528 и 5630 (5730). Именно в светодиодной ленте используются такие SMD кристаллы, благодаря чему получили широкое распространение.

Но других типоразмеров достаточно много. Вот основные из них (краткая характеристика и сферы применения, наиболее распространенных из них):

0603. Мощность 1,9 – 2, 3 ватт. Обычно применяется в приборных панелях автомобиля и в подсветки экрана в некоторых мобильных телефонах.

2835. Мощность 0, 2 – 1. Применяются в LED-лампочках, в карманных и тактических фонариках. Хорошо экономят энергию. Но в основном только белый цвет.

Не путайте с 3528, который более старый и не такой энергоэффективный.

3528. Появился давно. В отличие от 2835 выпускается в разных цветах: теплый и холодный белый, красный, зеленый, желтый и синий.

3014. Мощность 0, 1 Вт. Современные светодиоды. Конкретную сферу применения назвать сложно, в интернете информации мало.

3030. 1,5 — 2, 2 Вт. Для ремонта ЖК и LED телевизоров.

3535. 1-3 Вт. Заняли твердое место на рынке из-за высокой теплоотдачи. Активно применяются в уличном освещении и на производстве.

5050. 0, 2 или 0, 26 Ватт. В сущности, это просто три диода 3528 в одном корпусе. Используется для красивого общего освещения – барах, ресторанах, гостиницах и проч.

5630. 0, 5 Ватт. Лучшее применение в светодиодных лентах. Требуют хорошего охлаждения, потому почти не используются в других сферах.

0805 и 1206 мало распространены. Применяются в основном радиолюбителями или для подсветки телефонов (смартфонов).

5730. Мощность от 0,5 до 1 ватта. Средние характеристики и невысокая цена. Встречается в светильниках всех видов: от декоративного освещения до уличного и промышленного. Один из самых распространенных кристаллов.

характеристики светодиодов и области их применения

Рассмотрим светодиодную продукцию, начиная от старых 5-мм, до сверхъярких мощных светодиодов мощность которых доходит до 10 Вт.

Чтобы выбрать «правильный» фонарик для своих нужд, нужно разобраться в том какие бывают светодиоды для фонариков и их характеристики.

Какие диоды используются в фонариках?

Мощные светодиодные фонари начались с устройств с матрицей 5-мм.

LED фонари в совершенно разных исполнениях, от карманных до кемпинговых, получили широчайшее распространение в середине 2000-х. Их цена заметно снизилась, а яркость и долгий срок службы от одного заряда батареек сыграли свою роль.

5-ти миллиметровые белые сверхъяркие светодиоды потребляют от 20 до 50 мА тока, при падении напряжения 3.2-3.4 вольта. Сила света – 800 мкд.

Очень хорошо показывают себя в миниатюрных фонариках-брелках. Маленький размер позволяет носить такой фонарик с собой. Питаются они либо от «мини-пальчиковых» батареек, либо от нескольких круглых «таблеток». Часто используются в зажигалках с фонариком.

Вот какие светодиоды в китайских фонариках устанавливаются уже много лет, но их век постепенно истекает.

В поисковых фонарях при большом размере отражателя есть возможность смонтировать десятки таких диодов, но такие решения постепенно отходят на второй план, а выбор покупателей падает в пользу на фонарей на мощных светодиодах типа Cree.


Поисковый фонарь на 5мм светодиодах

Такие фонари работают от батареек типа АА, ААА или аккумуляторов. Стоят недорого и проигрывают как в яркости, так и в качестве современным фонарям на более мощных кристаллах, но об этом ниже.

В дальнейшем развитии фонарей производители перебрали множество вариантов, но рынок качественной продукции занимают фонари с мощными матрицами или дискретными светодиодами.

Какие светодиоды используют в мощных фонариках?

Под мощными фонарями подразумеваются современные фонари различных типов начиная от тех, что размером с палец, заканчивая огромными поисковыми фонарями.

В такой продукции в 2017 году актуальна марка Cree. Это название американской компании. Её продукция считается одной из наиболее передовых в области светодиодной техники. Альтернативой являются LED от производителя Luminus.

Такие вещи значительно превосходят светодиоды с китайских фонариков.

Какие светодиоды Cree в фонариках устанавливаются наиболее часто?

Модели носят название состоящие из трёх четырёх символов, разделённых дефисом. Так диоды Cree XR-E, XR-G, XM-L, XP-E. Модели XP-E2, G2 чаще всего используются для небольших фонариков, а XM-L и L2 – очень универсальные.

Их используют, начиная от т.н. EDC фонарей (для повседневного ношения) – это маленькие фонари размером меньше ладони, до серьёзных поисковых фонарей большого размера.

Давайте рассмотрим характеристики мощных светодиодов для фонариков.

Название Cree XM-L T6Cree XM-L2Cree XP-G2Cree XR-E
Фото
U, В 2,92,852,83,3
I, мА 700700350350
P, Вт 2211
Рабочая температура, °C
Световой поток, Лм 280320145100
Угол свечения, ° 12512511590
Индекс цветопередачи, Ra 80-9070-9080-9070-90

Главная характеристика светодиодов для фонарей – это световой поток. От неё зависит яркость вашего фонаря и количество света, которое может дать источник. Разные светодиоды, потребляя одинаковое количество энергии, могут существенно отличаться по яркости.

Рассмотрим характеристики светодиодов в больших фонариках, прожекторного типа:

Название
Фото
U, В 5,7; 8,55; 34,2;6; 12;3,63,5
I, мА 1100; 735; 185;2500; 125050009000…13500
P, Вт 6,38,51820…40
Рабочая температура, °C
Световой поток, Лм 44051012502000…2500
Угол свечения, ° 11512010090
Индекс цветопередачи, Ra 70-9080-9080-90

Продавцы часто указывают не полное название диода, его типа и характеристики, а сокращенную, несколько иную цифробуквенную маркировку:

  • Для XM-L: T5; T6; U2;
  • XP-G: R4; R5; S2;
  • XP-E: Q5; R2; R;
  • для XR-E: P4; Q3; Q5; R.

Фонарь может так и называться, «Фонарь EDC T6», информации в такой краткости более чем достаточно.

Ремонт фонариков

К сожалению цена таких фонариков довольно большая, как и самих диодов. И не всегда есть возможность приобрести новый фонарь, в случае поломки. Давайте разберемся как поменять светодиод в фонарике.

Для ремонта фонарика необходим минимальный набор инструментов:

  • Паяльник;
  • флюс;
  • припой;
  • отвёртка;
  • мультиметр.

Чтобы добраться до источника света нужно отвинтить головную часть фонаря, она обычно закреплена на резьбовом соединении.

В режиме проверки диодов или измерения сопротивления проверьте исправность светодиода. Для этого прикоснитесь щупами черным и красным к выводам светодиода, сначала в одном положении, а затем поменяйте местами красный и черный.

Если диод исправен – то в одном из положений будет низкое сопротивление, а в другом – высокое. Таким образом вы определяете, что диод исправен и проводит ток только в одном направлении. Во время проверки диод может излучать слабый свет.

В противном случае в обеих положениях будет короткое замыкание или высокое сопротивление (обрыв). Тогда нужна замена диода в фонаре.

Теперь нужно выпаять светодиод из фонаря и, соблюдая полярность, впаять новый. Будьте внимательны при выборе светодиода, учтите его потребление тока и напряжение, на которое тот рассчитан.

Если вы будете пренебрегать этими параметрами – в лучшем случае фонарик будет быстро садиться, в худшем – драйвер выйдет из строя.

Драйвер – это устройства для питания светодиода стабилизированным током от разных источников. Промышленно изготавливаются драйвера для питания от сети 220 вольт, от автомобильной электросети – 12-14.7 вольт, от Li-ion аккумуляторов, например, типоразмера 18650. Драйвером оборудовано большинство мощных фонарей.

Увеличиваем мощность фонаря

Если вас не устраивает яркость вашего фонаря или вы разобрались как заменить светодиод в фонарике и захотели его модернизировать, прежде чем покупать сверхмощные модели изучите основные принципы работы LED и ограничения в их эксплуатации.

Диодные матрицы не любят перегрева – это главный постулат! А замена светодиода в фонарике на более мощный может привести к такой ситуации. Обратите внимание на модели, в которые устанавливаются более мощные диоды и сравните со своей, если они подобны по размерам и конструктиву – меняйте.

Если ваш фонарь меньше — потребуется дополнительное охлаждение. Подробнее о изготовлении радиаторов своими руками мы писали .

Если вы попытаетесь установить в миниатюрный фонарик-брелок такой гигант, как Сree MK-R, он у вас быстро выйдет из строя от перегрева и это будут зря потраченные средства. Незначительное повышение мощности (на пару ватт) допустимо без модернизации самого фонарика.

В остальном процесс замены марки светодиода в фонарике на более мощную – описан выше.

Фонари Police


LED фонарик Police с шокером

Такие фонари ярко светят и могут выступать в роли средства самообороны. Однако и в них случаются проблемы со светодиодами.

Как заменить светодиод в фонарике Police

Широкий модельный ряд очень трудно охватить в рамках одной статьи, но можно дать общие рекомендации по ремонту.

  1. При ремонте фонаря с электрошокером будьте аккуратны, желательно используйте резиновые перчатки, чтобы избежать удара током.
  2. Фонари с пылевлагозащитой собраны на большом количестве винтов. Они отличаются по длине, поэтому делайте пометки откуда вы выкрутили тот или иной винт.
  3. Оптическая система фонарика Police позволяет регулировать диаметр светового пятна. При разборке на корпусе сделайте отметки в каком положении стояли детали перед снятием, иначе будет трудно поставить блок с линзой обратно.

Замена светодиода, блока преобразователя напряжения, драйвера, аккумулятора возможна с применением стандартного набора для пайки.

Какие светодиоды стоят в китайских фонариках?

Многие товары сейчас покупаются на aliexpress, где можно найти как оригинальную продукцию, так и китайские копии, которые не соответствуют заявленному описанию. Цена за такие приборы бывает сопоставимой с ценой на оригинал.

В фонарике, где заявлен светодиод Cree, его может на самом деле не быть, в лучшем случае будет стоять диод откровенно другого типа, в худшем такой, который внешне будет трудно отличим от оригинала.

Что это может за собой повлечь? Дешевые светодиоды выполняются в низкотехнологичных условиях и не выдают заявленной мощности. Имеют низкий КПД, от того у них усиленный нагрев корпуса и кристалла. Как уже было сказано, что перегрев – самый злой враг для Led приборов.

Так происходит потому, что при нагревании через полупроводник увеличивается ток, вследствие чего нагрев становится еще сильнее, мощности выделяется еще более, лавинообразно это приводит к пробою или обрыву светодиода.

Если постараться и потратить время на поиск информации, можно определить оригинальность продукции.


Сравните оригинал и подделку cree

LatticeBright – это китайский производитель светодиодов, который делает продукцию очень похожей на Cree, наверное это совпадение дизайнерской мысли (сарказм).


Сравнение китайской копии и оригинала Cree

На подложках эти клоны выглядят следующим образом. Можно заметить разнообразие форм подложек для светодиодов, производимое в китае.


Определение подделки по подложке для LED

Подделки изготавливаются довольно умело, многие продавцы не указывают об этом «бренде» в описании товара и о том, где произведены светодиоды для фонарей. Качество таких диодов не самое худшее среди китайского барахла, но и далеко от оригинала.

Установка светодиода вместо лампы накаливания

У многих в старых вещах пылятся коногонки или фонари на лампе накаливания и вы можете легко сделать его светодиодным. Для этого есть либо готовые решения, либо самодельные.

С помощью разбитой лампочки и светодиодов, если добавить немного смекалки и припоя, можно сделать отличную замену.

Железный бочонок в данном случае нужен для улучшения отвода тепла от LED. Далее нужно припаять все детали друг к другу и закрепить клеем.

При сборке будьте аккуратны – избегайте замыкания выводов, в этом поможет термоклей или термоусадочная трубка. Центральный контакт лампы нужно распаять – образуется отверстие. Продеть через него вывод резистора.

Дальше нужно припаять свободный вывод светодиода к цоколю, а резистора к центральному контакту. Для напряжения 12 вольт нужен резистор 500 Ом, а для напряжения в 5 В – 50-100 Ом, для питания от Li-ion 3.7В аккумулятора – 10-25Ом.


Как сделать из лампы накаливания светодиодную

Подобрать светодиод для фонарика гораздо сложнее чем его заменить. Нужно учитывать массу параметров: от яркости и угла рассеивания, до нагрева корпуса.

Кроме того, нельзя забывать об источнике питания для диодов. Если вы освоите все описанное выше – ваши приборы будут светить долго и качественно!

Подходят различной мощности. Световая эффективность устройства не должна превышать 80 лм. Также внимание следует обращать на драйвер. Как правило, он устанавливается с выходным конденсатором. У некоторых моделей имеется усилитель. В среднем потребление тока у них равняется 3 А.

Если рассматривать чувствительные модификации, то у них установлена система защиты от перепадов напряжения. Для того чтобы более подробно разобраться в вопросе, необходимо рассмотреть конкретные модели.

Схемы с емкостными конденсаторами

Схемы фонариков на светодиодах с емкостными конденсаторами включают волновые фильтры. В данном случае триггеры используются на полупроводниковой основе. Как правило, параметр выходного напряжения у них не превышает 20 В. Для снижения чувствительности используются преобразователи. Драйверы у моделей устанавливаются с различной пропускной способностью. Если рассматривать светодиод на 30 В, то у него имеется трансивер.

Использование демпфирующих конденсаторов

Схема светодиода с демпфирующим конденсатором включает в себя контактные фильтры. Всего у моделей имеется два преобразователя. Драйвер к светодиоду подсоединяется через обмотку. У некоторых модификаций предусмотрен компактный трансивер. Чаще всего он используется с усилителем.

Характеристики LED с маркировкой 530

Это универсальные и для фонариков. Характеристики устройств указывают на высокий коэффициент проводимости. Производятся светодиоды на 20 и 25 В. Если рассматривать первый вариант, то световая эффективность устройства в среднем равняется 60 лм. Коэффициент цветопередачи в данном случае зависит от проводимости трансивера. У многих моделей усилитель используется без преобразователя.

Показатель потребления тока у светодиодов не превышает 2,5 А. Время включения моделей данного типа составляет около 6 мс. Если рассматривать светодиоды на 25 В, то у них используется только импульсный трансивер. У многих моделей предусмотрен один усилитель. Драйвер подсоединяется с помощью преобразователя. Параметр светового потока лежит в районе 65 лм. Время включения светодиодов данного типа равняется 7 мс.

LED 640 (светодиоды для фонариков): характеристики, фото

Схема светодиода указанной серии включает в себя преобразователь фазового типа. Для повышения чувствительности используются фильтры. Усилители чаще всего применяются на магнитной основе. Параметр световой эффективности в устройствах равняется 65 лм. Также важно отметить, что показатель потребления тока не превышает 4,2 А. Отклонения частоты составляет в среднем 4 Гц.

Срок службы светодиодов данного типа составляет три года. К недостаткам устройств можно отнести малую проводимость тока у драйверов. Показатель яркости у них крайне низкий. Световая отдача, как правило, не превышает 5 %. Эти светодиоды для фонариков 6 вольт подходят хорошо.

Использование светодиодов LED 765

Для устройства на 12 В используются указанные светодиоды для фонариков. Характеристики 2014 года указывают на повышенный уровень потребления тока. этой модификации равняется 45 лм. Также важно отметить, что модель подходит для импульсных усилителей. Драйвер в устройстве используется на 6,5 мк. Фазовые помехи указанным светодиодам не страшны.

Световая эффективность в среднем равняется 70 лм. Срок службы устройства не превышает четыре года. Коэффициент цветопередачи равняется 80 %. Для фонариков с регуляторами модель подходит отлично. В данном случае подключение устройств осуществляется через контактный переходник.

Схема LED 840

Это компактные и универсальные светодиоды для фонариков. Характеристики модели в первую очередь говорит о высоком показателе рассеивания. Коэффициент пульсации у нее максимум достигает 80 %. Время включения устройства составляет 5 мс. Если верить специалистам, то для фонариков на 12 В модель подходит замечательно. Усилитель в устройстве установлен поглощающего типа.

Всего у модели имеется два драйвера. Триггер у светодиода используется с переходником. Для решения проблем с тепловыми потерями стандартно применяется конденсатор. Световая эффективность представленной модели равняется 67 лм. Показатель проводимости не превышает 10 мк. В данном случае потребление тока составляет 0,3. Минимальная допустимая температура светодиода только -10 гарусов. Система защиты от перегрева у модели отсутствует.

Характеристики LED 827

Моделям с подходят указанные светодиоды для фонариков. Характеристики устройства говорят о наличие качественных проводных трансиверов. Усилители у модели установлены открытого типа. Всего в устройстве используется два конденсатора. С минимизацией тепловых потерь они справляются отлично. Минимальная допустимая температура светодиода равняется -15 градусов.

Для фонариков на 15 В они не подходят. Система защиты в устройстве используется с фильтрами. Драйвер у модели предусмотрен на 4,5 мк. Потребление тока равняется не более 4 А. Время включения светодиода в среднем составляет 6 мс. Коэффициент пульсации модели — 85 %. Световая эффективность, как правило, не превышает 50 лм.

Светодиоды LED 830

На устройства в 10 В отлично подходят данные светодиоды для фонариков. Характеристики у них довольно хорошие. Время включения — 5 мс, световая эффективность 65 лм, а потребление тока равняется 3,3 А. Преобразователь у модели используется фазового типа. Если верить специалистам, то для фонариков на 15 В модель не подходит.

Трансивер в указанном светодиоде отсутствует. Непосредственно драйвер установлен с проводимостью 4,5 мк. Проблемы с выпрямлением тока решаются благодаря конденсаторам. Коэффициент пульсации у модели максимум достигает 90 %. Срок службы представленного устройства — три года. Минимальная допустимая температура светодиода не превышает -20 градусов.

Характеристики LED серии ЛБ

Для фонариков на 15 В подходит указанный светодиод. Характеристики модели говорят о повышенном коэффициенте цветопередачи. Выходное напряжение модели — 15 В. Фильтр в устройства используется волнового типа. Драйвер в данном случае подсоединяется через проводник. Трансивер у светодиода используется с переходником. Конденсатор установлен открытого типа. Всего у модели есть два триггера. В данном случае потребление энергии составляет 2,5 А.

Световой поток устройства максимум достигает 65 лм. Коэффициент пульсации у модели незначительный. Также к недостаткам можно приписать малый уровень минимально допустимой температуры. Китайский фонарик на светодиодах включается за 4 мс. Проблемы с выпрямление тока у модели возникают редко. Для фонариков на 10 В указанная модель не подходит. Система защиты от перегрева у светодиода отсутствует. Отклонение частоты у модели равняется 5 Гц. Эти светодиоды для фонариков Cree подходят замечательно.

дневного света

Указанные светодиоды для фонариков производятся с качественными усилителями импульсного типа. Всего у модели установлено два конденсатора. Трансивер стандартно используется проводного типа. Также важно отметить, что отклонение частоты максимум составляет 4 Гц. Потребление тока у светодиода не превышает 3 А.. Световой поток устройства равняется 70 лм. Световая отдача у модели незначительная.

Если верить специалистам, то для фонариков на 12 В модель подходит замечательно. Непосредственно подключение драйвера осуществляется через переходник. В среднем время включения равняется 6 мс. Срок службы представленной модели 5 лет. Минимальная допустимая температура светодиода равняется -15 градусам.

серии ТБ (тёпло-белого света)

Это простые и не дорогие светодиоды для фонариков. Характеристика устройства говорит о том, что коэффициент цветопередачи у модели невысокий. Также важно отметить, что выходное напряжение равняется 8 В. Срок службы светодиода составляет три года. Трансивер у модификации используется высокой чувствительности. Всего у модели предусмотрено два конденсатора. Если верить экспертам, то для фонариков на 10 В устройство не подходит. Показатель потребления тока у модели равняется 2 А. Световой потока светодиода максимум достигает 65 лм.

Проблемы с отрицательной модуляцией встречаются редко. К недостаткам можно отнести только малый параметр проводимости. Фильтры в устройстве используются только открытого типа. Максимальное отклонение частоты у светодиода достигает 5 Гц. Для снижения чувствительности на конденсаторе применится триггер. Коэффициент пульсации у модели незначительный. Для установки светодиода необходим проводной переходник.

Особенности моделей LED серии ЛХБ (холодно-белого света)

Указанные светодиоды характеристики имеют хорошие. В первую очередь важно отметить, что коэффициент цветопередачи равняется 80%. В данном случае срок службы составляет три года. Непосредственно выходное напряжение составляет 12 В. Время включения равняется 5 мс. В данном случае усилитель используется с переходником. Если верить специалистам, то проблемы с тепловыми потерями встречаются редко. Конденсаторы у модели уставлены проходного типа.

Во времена увлечения туризмом был приобретен фонарь Duracell c мощной криптоновой лампой на двух больших батарейках типоразмера D (в советском варианте тип 373). Светил отлично, но высаживал батарейки часа за 3-4.

Кроме того, дважды случилась неприятность — батарейки потекли и электролитом залило все внутри фонаря. Контакты окислились, покрылись ржавчиной и даже после чистки и установки новых элементов питания, фонарь уже не внушал доверия, а уж батарейки тем более. Выбросить было жалко, а не имение возможности использовать, натолкнуло на мысль переделать фонарь на модные сейчас литиевый аккумулятор и светодиод. С полгода в закромах лежал литиевый аккумулятор Sanyo 18650 емкостью 2600 мА/ч, у китайских товарищей выписал вот такой светодиод (якобы Cree XML T6 U2) с рабочим напряжением 3-3,6 В, током 0,3-3 А (опять же, якобы — мощностью 10 Вт), световым потоком 1000-1155 люмен, цветовой температурой 5500-6500 К и углом рассеивания 170 градусов.

Поскольку опыт переделки фонарей на питание от литиевых аккумуляторов уже имелся ( и ), то решил пойти тем же путем: применить хорошо зарекомендовавшую себя связку: АКБ 18650 и контроллер заряда TP4056. Оставалось решить одну проблему — какой драйвер использовать для светодиода? Простым токоограничивающим резистором тут не отделаешься — мощность светодиода пусть и не 10 Ватт, как утверждают китайские товарищи, но все же. Изучая материал по «драйверостроению для мощных светодиодов» набрел на очень интересную, и как оказалось, часто применяемую микросхему АМС7135. На основе данной микросхемы китайцы давно и удачно завалили планету своими фонарями). Принципиальная схема питания мощного светодиода на основе АМС7135.

Как видим, допускается питание в диапазоне 2,7…6 В, а это довольно широкий спектр источников питания, в том числе и литиевые аккумуляторы. Задача чипа — ограничить ток, протекающий через светодиод на уровне 350 мА.
Согласно информации производителя чипа, конденсатор Со нужно использовать, если:

  • длина проводника между АМС7135 и светодиодом больше 3 см;
  • длина проводника между светодиодом и источником питания больше 10 см;
  • светодиод и микросхема не установлены на одной плате.

В реальности производители фонарей зачастую пренебрегаю этими условиями, и исключают конденсаторы из схемы. Но как показал эксперимент — напрасно, о чем несколько позже. К дополнительным преимуществам ИС типа АМС7135 можно отнести наличие встроенной защиты при обрыве, КЗ светодиода и диапазон рабочих температур -4О…85°С. Подробно документацию на чип АМС7135 можно .

Схема электрическая фонаря

Еще одной важной и крайне полезной особенностью данной микросхемы является то, что их можно устанавливать параллельно для увеличения тока, протекающего через светодиод. В результате родилась такая схема:

Исходя из нее, ток протекающий через светодиод, составит 1050 мА, что на мой взгляд, более чем достаточно для совсем не тактического, а хозяйственного фонаря. Далее приступил к монтажу все в единую систему. При помощи дремеля в корпусе фонаря удалил направляющие для батареек и контактные шины:


Так же дремелем убрал посадочное гнездо для криптоновой лампы и сформировал площадку для светодиода

Поскольку мощный светодиод во время работы выделяет много тепла, то для его рассеивания решил применить теплоотвод, снятый с материнской платы.


По задумке, светодиод, теплоотвод и головная часть фонаря с отражателем будут создавать одно целое и накручиваясь на корпус фонаря не должны ни за что цепляться. Для этого обрезал грани теплоотвода, просверлил отверстия для проводов и приклеил светодиод к теплоотводу термоклеем.


Для безопасности и возможности продолжать активную деятельность в темное время суток человек нуждается в искусственном освещении. Первобытные люди раздвигали темень, поджигая ветки деревьев, далее придумали факел и керосинку. И только после изобретения французским изобретателем Жорджом Лекланше в 1866 году прототипа современной батарейки, а в 1879 году Томсоном Эдисоном лампы накаливания, у Дэвида Майзелла появилась возможность запатентовать 1896 году первый электрический фонарь.

С тех пор в электрической схеме новых образцов фонарей ничего не изменялось, пока в 1923 году российский ученый Олег Владимирович Лосев не нашёл связь люминесценции в карбиде кремния и p-n-переходе, а в 1990 году ученым не удалось создать светодиод с большей светоотдачей, позволяющий заменить лампочку накаливания. Применение светодиодов вместо ламп накаливания, благодаря низкому энергопотреблению светодиодов, позволило многократно увеличить время работы фонарей при той же емкости батареек и аккумуляторов, повысить надежность фонариков и практически снять все ограничения на область их использования.

Светодиодный аккумуляторных фонарь, который Вы видите на фотоснимке попал мне в ремонт с жалобой, что купленный на днях китайский фонарик Lentel GL01 за $3, не светит, хотя индикатор заряда аккумулятора светится.


Внешний осмотр фонаря произвел положительное впечатление. Качественное литье корпуса, удобная ручка и включатель. Стержни вилки для подключения к бытовой сети для зарядки аккумулятора сделаны выдвижными, что исключает необходимость хранения сетевого шнура.

Внимание! При разборке и ремонте фонаря, если он подключен к сети следует соблюдать осторожность. Прикосновение незащищенным участком тела к неизолированным проводам и деталям может привести к поражению электрическим током.

Как разобрать светодиодный аккумуляторный фонарь Lentel GL01

Хотя фонарик подлежал гарантийному ремонту, но вспоминая свои хождения при при гарантийном ремонте отказавшего электрочайника (чайник был дорогим и в нем перегорел ТЭН , поэтому своими руками его отремонтировать не представлялось возможным), решил заняться ремонтом самостоятельно.


Разобрать фонарь оказалось легко. Достаточно повернуть на небольшой угол против часовой стрелки кольцо, фиксирующее защитное стекло и оттянуть его, затем отвинтить несколько саморезов. Оказалось кольцо фиксируется на корпусе с помощью байонетного соединения.


После снятия одной из половинок корпуса фонарика появился доступ ко всем его узлам. Слева на фотоснимке видна печатная плата со светодиодами , к которой прикреплен с помощью трех саморезов рефлектор (отражатель света). В центре расположен аккумулятор черного цвета с неизвестными параметрами, имеется только маркировка полярности выводов. Правее аккумулятора находится печатная плата зарядного устройства и индикации. Справа установлена сетевая вилка с выдвижными стержнями.


При внимательном рассмотрении светодиодов оказалось, что на излучающих поверхностях кристаллов всех светодиодов имелись черные пятна или точки. Стало ясно даже без проверки светодиодов мультиметром , что фонарик не светит по причине их перегорания.


Почерневшие области имелись также на кристаллах двух светодиодов, установленных в качестве подсветки на плате индикации зарядки аккумулятора. В светодиодных лампах и лентах обычно выходит из строя один светодиод, и работая как предохранитель, защищает остальные от перегорания. А в фонаре вышли из строя все девять светодиодов одновременно. Напряжение на аккумуляторе не могло увеличиться до величины, способной вывести светодиоды из строя. Для выяснения причины пришлось начертить электрическую принципиальную схему.

Поиск причины отказа фонаря

Электрическая схема фонаря состоит из двух функционально законченных частей. Часть схемы, расположенная левее переключателя SA1, выполняет функцию зарядного устройства. А часть схемы, изображенная справа от переключателя, обеспечивает свечение.


Работает зарядное устройство следующим образом. Напряжение от бытовой сети 220 В поступает на токоограничивающий конденсатор С1, далее на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. С выпрямителя напряжение подается на клеммы аккумулятора. Резистор R1 служит для разряда конденсатора после изъятия вилки фонарика из сети. Таким образом, исключается удар током от разряда конденсатора в случае случайного прикосновения рукой одновременно двух штырей вилки.

Светодиод HL1, включенный последовательно с токоограничивающим резистором R2 в противоположном направлении с правым верхним диодом моста, как, оказалось, светится всегда при вставленной вилке в сеть, даже если аккумулятор неисправен или отсоединен от схемы.

Переключатель режимов работы SA1 служит для подключения к аккумулятору отдельных групп светодиодов. Как видно из схемы получается, что если фонарь подключен к сети для зарядки и движок переключателя находится в положении 3 или 4, то напряжение с зарядного устройства аккумулятора попадает и на светодиоды.

Если человек включил фонарик и обнаружил, что он не работает, и, не зная, что движок выключателя обязательно необходимо установить в положение «выключено», о чем в инструкции по эксплуатации фонаря ничего не сказано, подключит фонарь к сети на зарядку, то за счет броска напряжения на выходе зарядного устройства на светодиоды попадет напряжение, значительно превышающее расчетное. Через светодиоды потечет ток, превышающий допустимый и они перегорят. При старении кислотного аккумулятора за счет сульфитации свинцовых пластин напряжение заряда аккумулятора возрастает, что тоже приводит к перегоранию светодиодов.

Еще одно схемное решение, которое удивило, это параллельное включение семи светодиодов, что недопустимо, так как вольтамперные характеристики даже светодиодов одного типа отличаются и поэтому проходящий ток через светодиоды тоже будет не одинаковым. По этой причине при выборе номинала резистора R4 из расчета протекания через светодиоды максимально допустимого тока, один из них может перегружаться и выйти из строя, а это приведет к перегрузке по току параллельно включенных светодиодов, и они тоже перегорят.

Переделка (модернизация) электрической схемы фонаря

Стало очевидным, что поломка фонаря связана с ошибками, допущенными разработчиками его электрической принципиальной схемы. Чтобы отремонтировать фонарь и исключить его повторную поломку необходимо его переделать, заменив светодиоды и внести незначительные изменения в электрическую схему.


Для того чтобы индикатор заряда аккумулятора действительно сигнализировал о его зарядке, необходимо светодиод HL1 включить последовательно с аккумулятором. Для свечения светодиода необходим ток несколько миллиампер, а выдаваемый ток зарядным устройством должен составлять около 100 мА.

Для обеспечения этих условий достаточно отсоединить HL1-R2 цепочку от схемы в местах, указанных красными крестиками и параллельно с ней установить дополнительный резистор Rd номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт. Ток заряда, протекая через Rd будет создавать на нем падение напряжения около 3 В, которое обеспечить необходимый ток для свечения индикатора HL1. Заодно точку соединения HL1 и Rd необходимо подключить к выводу 1 переключателя SA1. Таким простым способом будет исключена возможность подачи напряжения с зарядного устройства на светодиоды EL1-EL10 во время заряда аккумулятора.

Для выравнивания величины токов, протекающих через светодиоды EL3-EL10, необходимо исключить из схемы резистор R4 и последовательно с каждым светодиодом включить отдельный резистор номиналом 47-56 Ом.

Электрической схема после доработки

Внесенные в схему незначительные изменения повысили информативность индикатора заряда недорогого китайского светодиодного фонаря и многократно повысили его надежность. Надеюсь, что производители светодиодных фонарей после прочтения этой статьи внесут изменения в электрические схемы своих изделий.


После модернизации электрическая принципиальная схема приняла вид, как на чертеже выше. Если необходимо освещать фонариком продолжительное время и не требуется большой яркости его свечения, то можно дополнительно установить токоограничивающий резистор R5, благодаря которому время работы фонарика без подзарядки увеличится в два раза.

Ремонт светодиодного аккумуляторного фонаря

После разборки в первую очередь нужно восстановить работоспособность фонаря, а потом уже заниматься модернизацией.


Проверка светодиодов мультиметром подтвердила их неисправность. Поэтому все светодиоды пришлось выпаять и освободить от припоя отверстия для установки новых диодов.


Судя по внешнему виду, на плате были установлены ламповые светодиоды из серии HL-508H диаметром 5 мм. В наличии имелись светодиоды типа HK5h5U от линейной светодиодной лампы с близкими техническими характеристиками. Они и пригодились для ремонта фонаря. При запайке светодиодов на плату нужно не забывать соблюдать полярность, анод должен быть соединен с плюсовым выводом аккумулятора или батарейки.

После замены светодиодов печатная плата была подключена к схеме. Яркость свечения некоторых светодиодов из-за общего токоограничивающего резистора несколько отличалась от других. Для устранения этого недостатка необходимо удалить резистор R4 и заменить его семью резисторами, включив последовательно с каждым светодиодом.

Для выбора резистора, обеспечивающего оптимальный режим работы светодиода, была измерена зависимость величины тока, протекающего через светодиод, от величины последовательно включенного сопротивления при напряжении 3,6 В, равному напряжению аккумуляторной батареи фонаря.

Исходя из условий применения фонаря (в случае перебоев подачи в квартиру электроэнергии) большой яркости и дальности освещения не требовалось, поэтому резистор был выбран номиналом 56 Ом. С таким токоограничивающим резистором светодиод будет работать в легком режиме, и потребление электроэнергии будет экономным. Если от фонаря требуется выжать максимальную яркость, то следует применить резистор, как видно из таблицы, номиналом 33 Ом и сделать два режима работы фонарика, включив еще один общий токоограничивающий резистор (на схеме R5) номиналом 5,6 Ом.


Чтобы включить последовательно с каждым светодиодом резистор, необходимо предварительно подготовить печатную плату. Для этого на ней нужно перерезать по одной любой токоведущей дорожке, подходящей к каждому светодиоду и сделать дополнительные контактные площадки. Токоведущие дорожки на плате защищены слоем лака, который необходимо соскоблить лезвием ножа до меди, как на фотоснимке. Затем оголенные контактные площадки залудить припоем.

Подготавливать печатную плату для монтажа резисторов и припаивать их лучше и удобнее, если плату закрепить на штатном рефлекторе. В этом случае поверхность линз светодиодов не будет царапаться, и удобнее будет работать.

Подключение диодной платы после ремонта и модернизации к аккумулятору фонаря показало достаточную для освещения и одинаковую яркость свечения всех светодиодов.

Не успел отремонтировать предыдущий фонарь, как в ремонт попал второй, с такой же неисправностью. На корпусе фонарика информации о производителе и технических характеристиках не нашел, но судя по почерку изготовления и причине поломки, производитель тот же, китайский Lentel.

По дате на корпусе фонарика и на аккумуляторе удалось установить, что фонарю уже четыре года и со слов его хозяина фонарь работал безотказно. Очевидно, что прослужил фонарик долго благодаря предупреждающей надписи «Не включать во время зарядки!» на откидной крышке, закрывающей отсек, в котором спрятана вилка для подключения фонаря к электросети для зарядки аккумулятора.


В этой модели фонаря светодиоды включены в схему по правилам, последовательно с каждым установлен резистор номиналом 33 Ом. Величину резистора легко узнать по цветовой маркировке с помощью онлайн калькулятора . Проверка мультиметром показала, что все светодиоды неисправны, резисторы тоже оказались в обрыве.

Анализ причины отказа светодиодов показал, что за счет сульфатации пластин кислотного аккумулятора его внутреннее сопротивление увеличилось и как следствие, напряжение его зарядки возросло в несколько раз. Во время зарядки фонарик был включен, ток через светодиоды и резисторы превысил предельный, что и привело к выходу их из строя. Пришлось заменить не только светодиоды, но и все резисторы. Исходя из выше оговоренных условиях эксплуатации фонаря были для замены выбраны резисторы номиналом 47 Ом. Величину резистора для любого типа светодиода можно рассчитать с помощью онлайн калькулятора .

Переделка схемы индикации режима зарядки аккумулятора

Фонарь отремонтирован, и можно приступать к внесению изменений в схему индикации зарядки аккумулятора. Для этого необходимо перерезать дорожку на печатной плате зарядного устройства и индикации таким образом, чтобы цепочку HL1-R2 со стороны светодиода отсоединить от схемы.

Свинцово-кислотный AGM аккумулятор был доведен до глубокого разряда, и попытка зарядить его штатным зарядным устройством не привела к успеху. Пришлось аккумулятор заряжать с помощью стационарного блока питания с функцией ограничения тока нагрузки. На аккумулятор было подано напряжение 30 В, при этом он в первый момент времени потреблял ток всего несколько мА. Со временем ток начал возрастать и через несколько часов увеличился до 100 мА. После полной зарядки аккумулятор был установлен в фонарь.

Зарядка глубоко разряженных свинцово-кислотный AGM аккумуляторов в результате долгого хранения повышенным напряжением позволяет восстановить их работоспособность. Способ проверен мною на AGM аккумуляторах не один десяток раз. Новые аккумуляторы, нежелающие заряжаться от стандартных зарядных устройств, при зарядке от постоянного источника при напряжении 30 В восстанавливаются практически до первоначальной емкости.

Аккумулятор был несколько раз разряжен включением фонарика в рабочий режим и заряжен с помощью штатного зарядного устройства. Измеренный ток заряда составил 123 мА, при напряжении на выводах аккумулятора 6,9 В. К сожалению аккумулятор был изношен и его хватало для работы фонаря в течение 2 часов. То есть емкость аккумулятора составляла около 0,2 А×часа и для продолжительной работы фонаря необходима его замена.


HL1-R2 цепочка на печатной плате была удачно размещена, и понадобилось под углом перерезать всего одну токоведущую дорожку, как на фотоснимке. Ширина реза должна быть не менее 1 мм. Расчет номинала резистора и проверка на практике показала, что для стабильной работы индикатора зарядки аккумулятора необходим резистор номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт.

На фотоснимке представлена печатная плата с запаянным токоограничивающим резистором. После такой доработки индикатор заряда аккумулятора светится только в случае, если действительно происходит заряд аккумулятора.

Модернизация переключателя режимов работы

Для завершения работы по ремонту и модернизации фонарей необходимо выполнить перепайку проводов на выводах переключателя.

В моделях ремонтируемых фонарей для включения применен четырех позиционный переключатель движкового типа. Средний вывод на приведенной фотографии является общим. При положении движка переключателя в крайнем левом положении общий вывод подключается к левому выводу переключателя. При перемещении движка переключателя из крайнего левого положения на одну позицию вправо, общий его вывод подключается ко второму выводу и при дальнейшем перемещении движка последовательно к 4 и 5 выводам.

К среднему общему выводу (смотри фотографию выше) нужно припаять провод, идущий от положительного вывода аккумулятора. Таким образом, появится возможность подключать аккумулятор к зарядному устройству или светодиодам. К первому выводу можно припаять провод, идущий от основной платы со светодиодами, ко второму можно припаять токоограничивающий резистор R5 величиной 5,6 Ом для возможности переключения фонарика в энергосберегающий режим работы. К крайнему правому выводу припаять проводник, идущий от зарядного устройства. Таким образом будет исключена возможность включить фонарь во время зарядки аккумулятора.

Ремонт и модернизация


светодиодного аккумуляторного фонаря-прожектора «Фотон PB-0303»

Попал мне в ремонт еще один экземпляр из ряда светодиодных фонарей китайского производства под названием Светодиодный фонарь-прожектор «Фотон PB-0303». Фонарь при нажатии на кнопку включения не реагировал, попытка зарядить аккумулятор фонаря с помощью зарядного устройства к успеху не привела.


Фонарь мощный, дорогой, стоит около $20. По заявлению производителя световой поток фонаря достигает 200 метров, корпус выполнен из ударопрочного ABS-пластика, в комплекте имеется отдельное зарядное устройство и ремень для переноса на плече.


Светодиодный фонарь Фотон обладает хорошей ремонтопригодностью. Для получения доступа к электрической схеме достаточно открутить пластмассовое кольцо, удерживающее защитное стекло, вращая кольцо против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды.


При ремонте любых электроприборов поиск неисправности всегда начинается с источника питания. Поэтому первым делом было измерено с помощью мультиметра, включенного в режим , напряжение на выводах кислотного аккумулятора. Оно составил 2,3 В, вместо 4,4 В положенных. Аккумулятор был полностью разряжен.

При подключении зарядного устройства напряжение на клеммах аккумулятора не изменялось, стало очевидным, что зарядное устройство не работает. Фонариком пользовались, пока аккумулятор полностью не разрядился, а затем он продолжительное время не эксплуатировался, что и привело к глубокой разрядке аккумулятора.


Осталось проверить исправность светодиодов и остальных элементов. Для этого был снять отражатель, для чего были откручены шесть саморезов. На печатной плате находилось всего три светодиода, ЧИП (микросхема) в виде капельки, транзистор и диод.


От платы и аккумулятора пять проводов уходило в ручку. Для того, чтобы разобраться в их подключении понадобилось ее разобрать. Для этого нужно крестовой отверткой открутить внутри фонаря два винта, которые были расположены рядом с отверстием, в которые уходили провода.


Для отсоединения ручки фонаря от его корпуса ее необходимо сдвинуть в сторону от винтов крепления. Делать это нужно аккуратно, чтобы не оторвать от платы провода.


Как оказалось в ручке небыло радиоэлектронных элементов. Два белых провода были припаяны к выводам кнопки включения/выключения фонаря, а остальные к разъему для подключения зарядного устройства. К 1 выводу разъема (нумерация условная) был припаян провод красного цвета, который вторым концом был припаян к плюсовому входу печатной платы. Ко второму контакту был припаян сине-белый проводник, который вторым концом был припаян к минусовой площадке печатной платы. К 3 выводу был припаян зеленый провод, второй конец которого был припаян к минусовому выводу аккумулятора.

Электрическая принципиальная схема

Разобравшись с проводами, спрятанными в ручке можно начертить электрическую принципиальную схему фонаря Фотон.


С отрицательного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на вывод 3 разъема Х1 и далее с его вывода 2 через сине-белый проводник поступает на печатную плату.

Разъем Х1 устроен таким образом, что когда штекер зарядного устройства в него не вставлен, то выводы 2 и 3 соединяются между собой. Когда штекер вставляется, то выводы 2 и 3 разъединяются. Таким образом, обеспечивается автоматическое отключение электронной части схемы от зарядного устройства, исключающей возможность случайного включения фонаря во время зарядки аккумулятора.

С положительного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на D1 (микросхема-чип) и эмиттер биполярного транзистора типа S8550. ЧИП выполняет только функцию триггера, позволяющего кнопкой без фиксации включать или выключать свечение светодиодов EL (⌀8 мм, цвет свечения – белый, мощность 0,5 Вт, ток потребления 100 мА, падение напряжения 3 В.). При первом нажатии на кнопку S1 с микросхемы D1 на базу транзистора Q1 подается положительное напряжение, он открывается и на светодиоды EL1-EL3 поступает питающее напряжение, фонарь включается. При повторном нажатии на кнопку S1, транзистор закрывается и фонарь выключается.

С технической точки зрения такое схемное решение безграмотно, так как повышает стоимость фонаря, снижает его надежность, и в дополнение за счет падения напряжения на переходе транзистора Q1 теряется до 20% емкости аккумулятора. Такое схемное решение оправдано при наличии возможности регулировки яркости светового луча. В данной модели вместо кнопки достаточно было поставить механический выключатель.

Вызвало удивление, что в схеме светодиоды EL1-EL3 подключены параллельно к аккумулятору как лампочки накаливания, без токоограничивающих элементов. В результате при включении через светодиоды проходит ток, величина которого ограничена только внутренним сопротивлением аккумулятора и при его полном заряде ток может превысить допустимый для светодиодов, что приведет выходу их из строя.

Проверка работоспособности электрической схемы

Для проверки исправности микросхемы, транзистора и светодиодов от внешнего источника питания с функцией ограничения тока было подано с соблюдением полярности напряжение постоянного тока 4,4 В непосредственно на выводы питания печатной платы. Величина ограничения тока была выставлена 0,5 А.

После нажатия кнопки включения светодиоды засветили. После повторного нажатия – погасли. Светодиоды и микросхема с транзистором оказались исправными. Осталось разобраться с аккумулятором и зарядным устройством.

Восстановление кислотного аккумулятора

Так как кислотный аккумулятор емкостью 1,7 А был полностью разряжен, а штатное зарядное устройство было неисправно то решил его зарядить от стационарного блока питания. При подключении аккумулятора для зарядки к блоку питания с установленным напряжением 9 В, ток заряда составил менее 1 мА. Напряжение было увеличено, до 30 В — ток возрос до 5 мА, и через час под таким напряжением составил уже 44 мА. Далее напряжение было снижено до 12 В, ток упал до 7 мА. После 12 часов заряда аккумулятора при напряжении 12 В ток поднялся до 100 мА, таким током и заряжался аккумулятор в течении 15 часов.

Температура корпуса аккумулятора была в пределах нормы, что свидетельствовало о том, что ток зарядки идет не на выделение тепла, а на накопление энергии. После заряда аккумулятора и доработки схемы, о которой речь пойдет ниже, были проведены испытания. Фонарь с восстановленным аккумулятором просветил беспрерывно 16 часов, после чего начала падать яркость луча и поэтому он был выключен.

Описанным выше способом мне приходилось неоднократно восстанавливать работоспособность глубоко разряженных малогабаритных кислотных аккумуляторов. Как показала практика, восстановлению подлежат только исправные аккумуляторы, о которых на некоторое время забыли. Кислотные аккумуляторы, которые выработали свой ресурс, восстановлению не подлежат.

Ремонт зарядного устройства

Измерение величины напряжения мультиметром на контактах выходного разъема зарядного устройства показало его отсутствие.

Судя по стикеру, наклеенному на корпус адаптера, он представлял собой блок питания, выдающий нестабилизированное постоянное напряжение величиной 12 В с максимальным током нагрузки 0,5 А. В электрической схеме небыло элементов, ограничивающих величину тока зарядки, поэтому возник вопрос, а почему в качестве зарядного устройства использовался обыкновенный блок питания?

Когда адаптер был вскрыт, то появился характерный запах горелой электропроводки, что свидетельствовало о том, что обмотка трансформатора сгорела.

Прозвонка первичной обмотки трансформатора показала, что она в обрыве. После разрезания первого слоя ленты, изолирующего первичную обмотку трансформатора, был обнаружен термопредохранитель, рассчитанный на температуру срабатывания 130°С. Проверка показала, что как первичная обмотка, так и термопредохранитель неисправны.

Ремонт адаптера был экономически не целесообразен, так как необходимо перемотать первичную обмотку трансформатора и установить новый термопредохранитель. Заменил его аналогичным, который был под рукой, на напряжение постоянного тока 9 В. Гибкий шнур с разъемом пришлось перепаять от сгоревшего адаптера.


На фотографии представлен чертеж электрической схемы сгоревшего блока питания (адаптера) светодиодного фонаря «Фотон». Адаптер для замены был собран по такой же схеме, только с выходным напряжением 9 В. Такого напряжения вполне достаточно для обеспечения требуемого тока заряда аккумулятора с напряжением 4,4 В.

Для интереса подключил фонарь к новому блоку питания и измерял ток зарядки. Величина его составила 620 мА, и это при напряжении 9 В. При напряжении 12 В ток был порядка 900 мА, значительно превышающий нагрузочную способность адаптера и рекомендуемый ток заряда аккумулятор. По этой причине от перегрева и сгорела первичная обмотка трансформатора.

Доработка электрической принципиальной схемы


светодиодного аккумуляторного фонаря «Фотон»

Для устранения схемотехнических нарушений с целью обеспечения надежной и долговременной работы в схему фонаря были внесены изменения и выполнена доработка печатной платы.


На фотографии представлена электрическая принципиальная схема переделанного светодиодного фонаря «Фотон». Синим цветом, показаны дополнительно установленные радиоэлементы. Резистор R2 ограничивает ток заряда аккумулятора до 120 мА. Для увеличения тока зарядки нужно уменьшить номинал резистора. Резисторы R3-R5 ограничивают и выравнивают ток, протекающий через светодиоды EL1-EL3 при свечении фонаря. Светодиод EL4 с последовательно включенным токоограничивающим резистором R1 установлен для индикации процесса зарядки аккумулятора, так как разработчиками конструкции фонаря об этом не позаботились.

Для установки на плате токоограничивающих резисторов печатные дорожки были перерезаны, как показано на фотографии. Ограничивающий ток заряда резистор R2 был припаян одним концом к контактной площадке, к которой до этого был припаян положительный провод, идущий от зарядного устройства, а отпаянный провод припаян ко второму выводу резистора. К этой же контактной площадке был припаян дополнительный провод (на снимке желтого цвета), предназначенный для подключения индикатора зарядки аккумулятора.


Резистор R1 и светодиод индикаторный EL4 были размещены в ручке фонаря, рядом с разъемом для подключения зарядного устройства X1. Вывод анода светодиода был припаян к выводу 1 разъема X1, а ко второму выводу, катоду светодиода токоограничивающий резистор R1. Ко второму выводу резистора был припаян провод (на фото желтого цвета), соединяющий его с выводом резистора R2, припаянного к печатной плате. Резистор R2, для простоты монтажа, можно было разместить и в ручке фонарика, но так как он при зарядке нагревается, то решил его разместить в более свободном пространстве.

При доработке схемы применены резисторы типа МЛТ мощностью 0,25 Вт, кроме R2, который рассчитан на 0,5 Вт. Светодиод EL4 подойдет любого типа и цвета свечения.


На этой фотографии показана работа индикатора зарядки во время зарядки аккумулятора. Установка индикатора позволила не только следить за процессом зарядки аккумулятора, но и контролировать наличие напряжения в сети, исправность блока питания и надежность его подключения.

Чем заменить сгоревшей ЧИП

Если вдруг ЧИП – специализированная микросхема без маркировки в светодиодном фонаре «Фотон», или аналогичном, собранном по подобной схеме, выйдет из строя, то для восстановления работоспособности фонаря ее можно успешно заменить механическим выключателем.


Для этого нужно удалить из платы микросхему D1, а вместо транзисторного ключа Q1 подключить обыкновенный механический выключатель, как показано на выше приведенной электрической схеме. Выключатель на корпусе фонаря можно установить вместо кнопки S1 или в любом другом подходящем месте.

Ремонт и переделка светодиодного фонаря


14Led Smartbuy Colorado

Перестал включаться светодиодный фонарь Smartbuy Colorado, хотя три батарейки типоразмера ААА были установлены новые.


Влагонепроницаемый корпус был выполнен из анодированного алюминиевого сплава, имел длину 12 см. Фонарик выглядел стильно и был удобен в эксплуатации.

Как проверить в светодиодном фонаре батарейки на пригодность

Ремонт любого электроприбора начинается с проверки источника питания, поэтому, не смотря на то, что в фонарь были установлены новые батарейки, ремонт следует начинать с их проверки. В фонаре Smartbuy батарейки устанавливаются в специальный контейнер, в котором с помощью перемычек соединены последовательно. Для того чтобы получить доступ к батарейкам фонарика нужно разобрать, вращая против часовой стрелки заднюю крышку.


Батарейки в контейнер необходимо устанавливать, соблюдая обозначенную на нем полярность. На контейнере тоже обозначена полярность, поэтому его нужно заводить в корпус фонаря стороной, на которой нанесен знак «+».

В первую очередь необходимо визуально проверить все контакты контейнера. Если на них имеются следы окислов, то контакты необходимо зачистить до блеска с помощью наждачной бумаги или соскоблить окисел лезвием ножа. Для исключения повторного окисления контактов их можно смазать тонким слоем любого машинного масла.

Далее нужно проверить пригодность батареек. Для этого, прикоснувшись щупами мультиметра, включенного в режим измерения постоянного напряжения , необходимо измерять напряжение на контактах контейнера. Три батарейки включены последовательно и каждая из них должна выдавать напряжение 1,5 В, следовательно напряжение на выводах контейнера должно составлять 4,5 В.

Если напряжение меньше указанного, то необходимо проверить правильность полярности батареек в контейнере и измерять напряжение каждой из них индивидуально. Возможно, села только одна из них.

Если с батарейками все в порядке, то нужно вставить, соблюдая полярность контейнер в корпус фонаря, закрутить крышку и проверить его на работоспособность. При этом надо обратить внимание на пружину в крышке, через которую передается питающее напряжение на корпус фонаря и с него прямо на светодиоды. На ее торце не должно быть следов коррозии.

Как проверить исправность выключателя

Если батарейки хорошие и контакты чистые, но светодиоды не светят, то нужно проверить выключатель.

В фонаре Smartbuy Colorado установлен кнопочный герметичный выключатель с двумя фиксированными положениями, замыкающий провод, идущий от положительного вывода контейнера батареек. При первом нажатии на кнопку выключателя его контакты замыкаются, а при повторном – размыкаются.

Так как в фонаре установлены батарейки, то проверить выключатель можно тоже с помощью мультиметра, включенного в режим вольтметра. Для этого нужно вращением против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды, открутить его переднюю часть и отложить в сторону. Далее одним щупом мультиметра прикоснуться к корпусу фонарика, а вторым к контакту, который находится в глубине по центру пластиковой детали, показанной на фотографии.

Вольтметр должен показать напряжение 4,5 В. Если напряжение отсутствует нужно нажать кнопку выключателя. Если он исправен, то напряжение появится. В противном случае нужно ремонтировать выключатель.

Проверка исправности светодиодов

Если на предыдущих шагах поиска неисправность обнаружить не удалось, то на следующем этапе нужно проверить надежность контактов, подающих питающее напряжение на плату со светодиодами, надежность их пайки и исправность.

Печатная плата с запаянными в нее светодиодами фиксируется в головной части фонаря с помощью стального подпружиненного кольца, через которое по корпусу фонаря одновременно подается на светодиоды питающее напряжение от минусового вывода контейнера батареек. На фотографии кольцо показано со стороны, которой оно прижимает печатную плату.


Стопорное кольцо зафиксировано довольно крепко, и извлечь его удалось только с помощью приспособления, показанного на фотографии. Такой крючок можно выгнуть из стальной полоски своими руками.

После извлечения стопорного кольца печатная плата со светодиодами, которая изображена на фото, легко извлеклась из головной части фонаря. Сразу бросилось в глаза отсутствие токоограничивающих резисторов, все 14 светодиодов были включены параллельно и через выключатель непосредственно к батарейкам. Подключение светодиодов непосредственно к батарейке недопустима, так как величина протекающего через светодиоды тока ограничивается только внутренним сопротивлением батареек и может вывести светодиоды из строя. В лучшем случае сильно сократит срок их службы.

Так как в фонаре все светодиоды были включены параллельно, то проверить их с помощью мультиметра, включенного в режим измерения сопротивления не представлялось возможным. Поэтому на печатную плату было подано питающее постоянное напряжение от внешнего источника величиной 4,5 В с ограничением тока до 200 мА. Все светодиоды засветились. Стало очевидным, что неисправность фонаря заключалась в плохом контакте печатной платы с фиксирующим кольцом.

Ток потребления светодиодного фонаря

Для интереса измерял ток потребления светодиодами от батареек при включении их без токоограничительного резистора.

Ток составил более 627 мА. В фонарике установлены светодиоды типа HL-508H , рабочий ток которых не должен превышать 20 мА. 14 светодиодов включены параллельно, следовательно, суммарный ток потребления не должен превышать 280 мА. Таким образом, ток, протекающий через светодиоды, превысил номинальный более чем в два раза.

Такой форсированный режим работы светодиодов недопустим, так как ведет к перегреву кристалла, и как следствие, преждевременный выход светодиодов из строя. Дополнительным недостатком является быстрый разряд батареек. Их хватит, если раньше не перегорят светодиоды, не более чем на час работы.


Конструкция фонарика не позволяла впаять токоограничительные резисторы последовательно с каждым светодиодом, поэтому пришлось установить один общий на все светодиоды. Номинал резистора пришлось определять экспериментально. Для этого фонарик был запитан от штанных батареек и в разрыв положительного провода был включен амперметр последовательно с резистором номиналом 5,1 Ом. Ток составил около 200 мА. При установке резистора 8,2 Ом ток потребления составил 160 мА, что, как показала проверка, вполне достаточно для хорошего освещения на расстоянии не менее 5 метров. На ощупь резистор не нагревался, поэтому подойдет любой мощности.

Переделка конструкции

После проведенного исследования стало очевидным, что для надежной и долговечной работы фонаря необходимо дополнительно установить ограничивающий ток резистор и продублировать дополнительным проводником соединение печатной платы с светодиодами и фиксирующим кольцом.

Если раньше надо было, чтобы отрицательная шина печатной платы касалась корпуса фонаря, то в связи с установкой резистора, понадобилось исключить касание. Для этого с печатной платы по всей ее окружности, со стороны токоведущих дорожек с помощью надфиля был сточен угол.

Для исключения касания прижимного кольца к токоведущим дорожкам при фиксации печатной платы на нее были приклеены клеем «Момент» четыре резиновых изолятора толщиной около двух миллиметров, как показано на фотографии. Изоляторы можно изготовить из любого диэлектрического материала, например пластмассы или плотного картона.

Резистор был заранее припаян к прижимному кольцу, а к крайней дорожке печатной платы припаян отрезок провода. На проводник была надета изолирующая трубка, и затем провод припаян ко второму выводу резистора.



После простой модернизации фонаря своими руками он стал стабильно включаться и световой луч хорошо освещать предметы на расстоянии более восьми метров. Дополнительно срок службы батареек увеличился более чем в три раза, и многократно повысилась надежность работы светодиодов.

Анализ причин отказов отремонтированных китайских светодиодных фонарей показал, что все они вышли из строя из-за безграмотно разработанных электрических схем. Осталось только выяснить, сделано это намеренно, чтобы сэкономить на комплектующих и сократить срок эксплуатации фонарей (чтобы больше покупали новые), или в результате безграмотности разработчиков. Я склоняюсь к первому предположению.

Ремонт светодиодного фонаря RED 110

Попал в ремонт фонарик со встроенным кислотным аккумулятором китайского производителя торговой марки RED. В фонаре имелось два излучателя: – с лучом в виде узкого пучка и излучающий рассеянный свет.


На фотографии представлен внешний вид фонаря RED 110. Фонарь мне сразу понравился. Удобная форма корпуса, два режима работы, петля для подвески на шею, выдвигающаяся вилка подключения к сети для зарядки. В фонаре секция светодиодов рассеянного света светила, а узкого пучка – нет.


Для ремонта сначала было откручено кольцо черного цвета, фиксирующее рефлектор, а затем выкручен один саморез в зоне петли. Корпус легко разделился на две половинки. Все детали были закреплены на саморезах и легко снимались.

Схема зарядного устройства была выполнена по классической схеме . Из сети через токоограничивающий конденсатор емкостью 1 мкф напряжение подавалось на выпрямительный мост из четырех диодов и далее на выводы аккумулятора. Напряжение с аккумулятора на светодиод узкого луча подавалось через токоограничивающий резистор 460 Ом.

Все детали были смонтированы на односторонней печатной плате. Провода были припаяны непосредственно к контактным площадкам. Внешний вид печатной платы представлен на фотографии.


10 светодиодов бокового света были соединены параллельно. Напряжение питания на них подавалось через общий токоограничивающий резистор 3R3 (3,3 Ом), хотя по правилам для каждого светодиода нужно устанавливать отдельный резистор.

При внешнем осмотре светодиода узкого пучка дефектов обнаружено не было. При подаче питания через включатель фонарика с аккумулятора напряжение на выводах светодиода присутствовало, и он нагревался. Стало очевидным, что кристалл пробит, и это подтвердила прозвонка мультиметром . Сопротивление составило при любом подключении щупов к выводам светодиода 46 Ом. Светодиод был неисправен и требовалась его замена.

Для удобства работы от платы светодиода был отпаяны провода . После освобождения выводов светодиода от припоя оказалось, что светодиод намертво держится всей плоскостью обратной стороны на печатной плате. Для его отделения пришлось закрепить плату в настольных висках. Далее острый конец ножа установить в место соединения светодиода с платой и легонько ударить по ручке ножа молотком. Светодиод отскочил.

Маркировка на корпусе светодиода, как обычно, отсутствовала. Поэтому необходимо было определить его параметры и подобрать подходящий для замены. По габаритным размерам светодиода, напряжению аккумулятора и величине токоограничивающего резистора было определено, что для замены подойдет светодиод мощностью 1 Вт (ток 350 мА, падение напряжения 3 В). Из «Справочной таблицы параметров популярных SMD светодиодов» для ремонта был выбран светодиод LED6000Am1W-A120 белого свечения.

Печатная плата, на которой установлен светодиод выполнена из алюминия и одновременно служит для отвода тепла от светодиода. Поэтому при установке его необходимо обеспечить хороший тепловой контакт за счет плотного прилегания задней плоскости светодиода к печатной плате. Для этого перед запайкой на места контакта поверхностей была нанесена термопаста , которая применяется при установке радиатора на процессор компьютера.

Для того, чтобы обеспечить плотное прилегание плоскости светодиода к плате необходимо сначала положить его на плоскость и немного отогнуть вверх выводы, чтобы они отступали от плоскости на 0,5 мм. Далее выводы залудить припоем, нанести термопасту и установить светодиод на плату. Далее прижать его к плате (удобно это сделать отверткой с вынутой битой) и прогреть выводы паяльником. Далее убрать отвертку, ножом прижать в месте изгиба вывода его к плате и прогреть паяльником. После затвердевания припоя нож убрать. За счет пружинных свойств выводов светодиод будет плотно прижат к плате.

При установке светодиода необходимо соблюдать полярность. Правда в этом случае, если будет допущена ошибка, то можно будет поменять местами подающие напряжение провода. Светодиод припаян и можно проверить его работу и измерять потребляемый ток и падение напряжения.

Ток протекающий через светодиод составил 250 мА, падение напряжения 3,2 В. Отсюда потребляемая мощность (нужно умножить ток на напряжение) составила 0,8 Вт. Можно было увеличить рабочий ток светодиода уменьшив сопротивление 460 Ом, но я этого делать не стал, так как яркость свечения была достаточной. Зато светодиод будет работать в более легком режиме, меньше нагреваться и увеличится время работы фонарика от одной зарядки.


Проверка нагрева светодиода проработавшего в течении часа показала эффективный отвод тепла. Он нагрелся до температуры не более 45°С. Ходовые испытания показали достаточную дальность освещения в темноте, более 30 метров.

Замена кислотного аккумулятора в светодиодном фонаре

Вышедший из строя в светодиодном фонаре кислотный аккумулятор можно заменить как аналогичным кислотным, так и литий-ионным (Li-ion) или никель-металгидридными (Ni-MH) аккумуляторами типоразмера АА или ААА.

В ремонтируемых китайских фонарях были установлены свинцово-кислотные AGM аккумуляторы разных габаритных размеров без маркировки напряжением 3,6 В. По расчету емкость этих аккумуляторов составляет от 1,2 до 2 А×часов.

В продаже можно найти аналогичный кислотный аккумулятор российского производителя для ИБП 4V 1Ah Delta DT 401, который имеет напряжение на выходе 4 В при емкости 1 А×часа, стоимостью пару долларов. Для замены достаточно просто, соблюдая полярность, перепаять два провода.

Через несколько лет эксплуатации светодиодный фонарь Lentel GL01, ремонт которого описан в начале статьи, опять принесли мне в ремонт. Диагностика показала, что выработал свой ресурс кислотный аккумулятор.


Был куплен для замены аккумулятор Delta DT 401, но оказалось, что его геометрические размеры были больше, чем неисправного. Штатный аккумулятор фонарика имел размеры 21×30×54 мм и был выше на 10 мм. Пришлось дорабатывать корпус фонарика. Поэтому прежде, чем покупать новый аккумулятор убедитесь, что он вместится в корпус фонаря.


Был удален упор в корпусе и ножовкой по металлу отпилена часть печатной платы, с которой предварительно был выпаян резистор и один светодиод.


После доработки новый аккумулятор хорошо установился в корпус фонаря и теперь, надеюсь, прослужит не один год.

Замена кислотного аккумулятора


аккумуляторами типоразмера АА или ААА

Если нет возможности приобрести аккумулятор 4V 1Ah Delta DT 401, то его можно успешно заменить тремя любыми пальчиковыми никель-металгидридными (Ni-MH) аккумуляторами типоразмера АА или ААА емкостью от 1 А×часа, которые имеют напряжение 1,2 В. Для этого достаточно соединить последовательно, соблюдая полярность, три аккумулятора проводами методом пайки. Однако экономически такая замена нецелесообразна, так как стоимость трех качественных пальчиковых аккумуляторов типоразмера АА может превышать стоимость покупки нового светодиодного фонаря.

Но где гарантия, что в электрической схеме нового светодиодного фонаря не имеются ошибки, и не придется его тоже дорабатывать. Поэтому считаю, что замена свинцового аккумулятора в доработанном фонаре целесообразна, так как обеспечит надежную работу фонаря еще несколько лет. Да и всегда будет приятно пользоваться фонариком, отремонтированным и модернизированным своими руками.

Насколько ярким является ватт?

Автор: Джон Хиго

Как производителя светодиодных ламп, нас регулярно спрашивают, продаем ли мы 3-ваттную лампу или 9-ваттную MR16. Возникает вопрос, какую информацию на самом деле ищет клиент?

Как вы, наверное, догадались, большинство людей не ищут лампу определенной мощности, они пытаются определить яркость лампы. И, как и большинство людей, которые большую часть своей жизни использовали лампы накаливания или галогенные лампы, они связывают общую яркость лампы с мощностью.

Но точно так же, как не все галогенные лампы мощностью 20 Вт одинаковы, не все светодиодные лампы мощностью 6 Вт одинаковы.

Что такое мощность?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте начнем с базовой теории электричества. Ватт — это единица измерения количества электроэнергии, потребляемой устройством во время работы. W = V x A: один ватт = один вольт, умноженный на один ампер. В индустрии освещения мы часто используем такие слова, как ватты и яркость, как взаимозаменяемые, но по мере появления новых источников света важно различать потребляемую мощность (ватты) и общую выходную мощность или люмены (лм).

На самом деле ватт не имеет яркости, это просто мера потребляемой мощности, а люмен измеряет яркость. На самом деле мы измеряем светоотдачу, или насколько хорошо мы используем энергию, потребляемую для производства света.

Итак, что такое люмены?

Количество света, которое реально излучает устройство, лучше всего измерять в люменах. Типичная лампа накаливания мощностью 60 Вт дает от 650 до 850 люмен. Если вы усредните это до 750 люмен, вы можете предположить, что 1 Вт = 12.5 люмен (750 люмен разделить на 60 Вт). И если бы вы измерили типичную галогенную лампу MR16 мощностью 20 Вт при 263 люменах, вы бы пришли к такому же выводу (263 люмена, деленные на 20 Вт = 13,15 л/пВт).

Если вместо этого вы измерите мощность светодиода Illumicare MR16 6 Вт со средней мощностью 260 люмен, вы поверите, что 1 Вт = 43,3 люмен. Можно сделать вывод, что один из наших ватт более чем в 3 раза ярче одного из их ватт!

Означает ли это, что чем больше люменов у лампочки, тем больше она освещает ваш пейзаж?

Здесь все становится немного сложнее, потому что люмены также не дают нам четкого указания на то, сколько полезного света доступно.Лампа мощностью 60 Вт излучает больше света, чем одна из наших светодиодных ламп MR16 мощностью 6 Вт, но какая часть этого света используется?

В то время как лампа накаливания излучает свет во всех направлениях, который может быть трудно использовать и направить, наши светодиоды MR16 и светодиодные чипы в целом специально разработаны для направленного света.

Здесь становится важной разница между люменами и фут-свечами.

В то время как люмен является мерой общего светового потока во всех направлениях, кандела измеряет световой поток вдоль телесного угла.Таким образом, для источника света с направленным лучом, такого как MR16, кандела или сила свечи являются более подходящим средством измерения света.

В дизайне освещения мы больше всего беспокоимся о том, сколько света падает на объект. Внутреннее и внешнее освещение в этом аспекте схожи. Количество света, которое производит наша люстра в столовой, не так важно, как количество света, которое на самом деле падает на наш обеденный стол.

Почему? Потому что нам нужно видеть, чтобы есть.

При ландшафтном освещении важно убедиться, что выбранные нами лампы дают достаточно света, чтобы выделить дерево, акцентировать внимание на статуе или достаточно осветить дорожку для безопасного прохода.Независимо от того, какую мощность или световой поток выбранной вами лампы, вы хотите измерить в фут-канделях. Фут-канделы — это освещенность в определенных точках поверхности, которые находятся на небольшом расстоянии и перпендикулярны вашему источнику света, или количество света, которое падает прямо на наш объект на измеренном расстоянии от вашей лампы.

Как измерять фут-свечи?

Illumicare предоставляет стандартные V-образные графики фут-свечей, с которыми большинство из нас знакомо именно по этой причине.Если вы не знакомы с V-образными графиками фут-свечей, ими очень просто пользоваться.

В левой части диаграммы указано расстояние от источника света до объекта. Внизу по центру диаграммы у вас есть диаметр распространения луча на этом расстоянии, а внизу справа у вас есть фут-свечи в центре этого луча.

То, как вы будете использовать диаграмму, зависит от вас.

Выяснив, насколько ярким должен быть свет на вашем объекте, вы можете определить оптимальное расстояние или подходящую лампу для вашего приложения.Точно так же, если вы знаете монтажное расстояние от вашего объекта, вы можете определить количество света и распространение света, падающего на ваш объект, и либо добавить больше источников света, либо выбрать соответствующую лампу.

Сторонники чистоты освещения утверждают, что фут-свечи не так важны, как футламберты, то есть количество света, отраженного объектом, но мы оставим эту тему на другой день.

Для получения более подробной информации о сравнении люменов, кандел и фут-кандел, пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом продаж по телефону [email protected]ком

светодиодных лампочек | Светодиодные лампы Philips

| Филипс

Вы находитесь на веб-сайте освещения Philips.Для вас доступна локализованная версия.

Продолжать

Сортировать по:

По умолчаниюA-ZZ-AНовый

{{/if_checkFilterType}} {{#if_checkFilterType displayType «флажок»}}

{{отображаемое имя}}

{{#каждый ключ фильтра}} {{/каждый}}

b2b-ли.d77v2-фильтры-развернуть

b2b-li.d77v2-фильтры-свернуть

{{/if_checkFilterType}}

Закрывать Показать фильтры

Показать больше фильтров

Показать меньше фильтров

Выбранные критерии фильтрации не дали результатов.Пожалуйста, настройте фильтры.

{{/если}} {{#if valueLadder}}

{{valueLadder.label}}

{{/если}} {{название}} {{totalProducts}} {{#if_compare 1 totalProducts }} товары {{еще}} продукт {{/if_compare}} {{#если вау}} {{Вот это да}} {{/если}}

Сортировать по:

По умолчаниюA-ZZ-AНовый

Выбранные критерии фильтрации не дали результатов.Пожалуйста, настройте фильтры.

  • Отметьте продукт, чтобы добавить

     

  • Отметьте продукт, чтобы добавить

     

  • Отметьте продукт, чтобы добавить

     

Отметьте продукт, чтобы добавить

©2018-2022 Сигнифай Холдинг.Все права защищены.

Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Светодиоды

Введение

Среди наиболее многообещающих новых технологий освещения в оптической микроскопии — светоизлучающий диод ( LED ).Эти универсальные полупроводниковые устройства обладают всеми желательными характеристиками, которых лишены лампы накаливания (галогенные вольфрамовые) и дуговые лампы, и теперь они достаточно эффективны, чтобы питаться от низковольтных батарей или относительно недорогих переключаемых источников питания. Разнообразный спектральный выход, обеспечиваемый светодиодами, позволяет выбрать индивидуальный диодный источник света для обеспечения оптимальной полосы длин волн возбуждения для флуорофоров, охватывающих ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области. Кроме того, новые мощные светодиоды генерируют достаточную интенсивность, чтобы обеспечить полезный источник освещения для широкого спектра приложений флуоресцентной микроскопии (см. Таблицу 1), включая исследование фиксированных клеток и тканей, а также визуализацию живых клеток в сочетании с Frster. методы резонансной передачи энергии ( FRET ) и измерения срока службы ( FLIM ).Полная ширина на полувысоте ( FWHM ; полоса пропускания) типичного квазимонохроматического светодиода варьируется от 20 до 70 нанометров (см. рис. 1), что аналогично по размеру ширине полосы возбуждения многих синтетических флуорофоров и флуоресцентных белков. Как показано в Таблице 1, светодиоды с выходной длиной волны в диапазоне 400–465 нанометров демонстрируют уровни мощности, превышающие 20 мВт/см 2 , в то время как большинство светодиодов с большей длиной волны (от зеленого до красного) имеют выходную мощность менее 10 мВт/см. милливатт/см 2 .Широкий спектральный профиль некоторых светодиодов в диапазоне от 535 до 585 нанометров обусловлен тем, что эти диоды содержат вторичный люминофор, который возбуждается первичным светодиодом фиолетового или ультрафиолетового излучения, что снижает выходную мощность и расширяет спектральный профиль. Таким образом, область возбуждения от зеленого до желто-оранжевого цвета, одна из наиболее полезных для обычных флуорофоров, таких как TRITC, MitoTrackers и оранжевых или красных флуоресцентных белков, остается недостатком для тех приложений (таких как FRAP и фотоактивация), которые требуют высоких уровней освещенности. .

По сравнению с лазерным светом, более широкая полоса пропускания светодиодов более полезна для возбуждения различных флуоресцентных зондов, а по сравнению с чрезмерным теплом и непрерывным спектром, излучаемым дуговыми лампами, светодиоды холоднее, меньше и обеспечивают гораздо более удобный механизм. для циклического включения и выключения источника, а также для быстрого выбора определенных длин волн. Коммерческие светодиодные осветители, предназначенные для флуоресцентной микроскопии, были представлены несколькими производителями, и, несмотря на их более слабую интенсивность излучения по сравнению с яркими спектральными линиями ртутных и металлогалогенных дуговых ламп, современные тенденции в развитии светодиодов указывают на ожидание значительного увеличения яркости. во всех диапазонах длин волн в ближайшие несколько лет.Кроме того, недавние достижения в светодиодной технологии, направленные на производство кристаллов кристаллов, геометрия которых снижает потери света из-за внутреннего отражения, должны помочь в создании устройств, которые можно использовать практически во всех приложениях флуоресцентной микроскопии. На рисунке 1 показаны спектральные профили излучения светодиодов для нескольких коммерчески доступных диодов. Спектры регистрировались в фокальной плоскости объектива микроскопа с помощью широкополосного зеркала, расположенного во флуоресцентном оптическом блоке.Уровни мощности для этих светодиодов перечислены в таблице 1 с использованием как зеркала, так и обычных наборов флуоресцентных фильтров.

В отличие от дуговых ламп, которые демонстрируют высокую степень собственного излучения или яркости, светодиодная технология медленно эволюционировала от рудиментарных устройств, которые в конце 1960-х годов были способны обеспечить только тысячную долю люмена красного света. Однако за последние четыре десятилетия светодиоды развивались такими темпами, что могут соперничать с микропроцессорами. Подобно предсказанию Гордона Э.Мура, что количество транзисторов на компьютерном чипе будет удваиваться каждые два года, ученый из Agilent Technologies Роланд Хейтц предсказал, что яркость светодиодов будет увеличиваться в 20 раз каждые 10 лет. На самом деле, то, что сейчас называется законом Хайца , доказало свою надежность, поскольку яркость светодиодов исторически удваивалась каждые два года, и ожидается, что этот резкий рост производительности продолжится. Поскольку их яркость и диапазон доступных цветов увеличились, светодиоды стали использоваться во множестве новых приложений, включая роль энергоэффективной и надежной замены ламп накаливания для домашнего и промышленного освещения.Кроме того, высокопроизводительные светодиоды в настоящее время используются в ряде других промышленных, медицинских и военных приложений. Среди множества примеров — навигация, робототехника, машинное зрение, эндоскопия и диагностическое оборудование. В будущем должен возникнуть растущий спрос на источники света высокой яркости на основе светодиодных устройств в тех областях экономики, которые имеют существенно большую рыночную власть, чем оптическая микроскопия. Этот спрос, несомненно, послужит движущей силой для разработки мощных светодиодов, излучающих во всех спектральных областях, что принесет пользу всем модальностям освещения в оптической микроскопии.

Многие из первоначальных попыток использовать светодиоды в качестве источников света для микроскопии потерпели неудачу отчасти из-за низкой мощности излучения ранних устройств. Как правило, ранее запатентованные конструкции освещения микроскопов основывались на большом количестве светодиодов, сгруппированных для создания однородной картины освещения. Этот подход обеспечил относительно высокий уровень лучистого потока, но не смог решить проблему низкого излучения, возникающего из-за такого большого распределенного источника света (в отличие от характеристик точечного источника дуговой лампы).Имеющиеся в настоящее время высокопроизводительные светодиоды обладают достаточной яркостью, чтобы работать по отдельности в качестве высокоэффективного источника монохроматического света с низкой пространственной когерентностью для наблюдений при флуоресцентном эпи-освещении или с полихроматическим светом в проходящей микроскопии. Хотя их усредненная спектральная освещенность все еще ниже, чем у спектральных пиков мощной 100-ваттной дуговой лампы HBO (ртутная), она приближается к континууму 75-ваттной дуговой лампы XBO (ксенон) во многих видимых областях. части спектра.

Светодиоды

значительно более эффективны, чем дуговые лампы, при преобразовании электричества в видимый свет, часто достигая выходной мощности до 100 люменов на ватт по сравнению с 22 люменами на ватт для 100-ваттного источника HBO. Эти полупроводниковые устройства прочны и компактны и часто могут работать в течение 100 000 часов при использовании, что примерно в 500 раз дольше, чем у ртутной лампы HBO. Некоторые из зеленых светодиодов имеют эффективность преобразования до 75 процентов, хотя устройства в этом диапазоне длин волн по-прежнему страдают от снижения выходной мощности.Напротив, фиолетовые и синие светодиоды, имеющие светоотдачу 250 и 150 мВт соответственно, в настоящее время коммерчески доступны, и в ближайшем будущем должна появиться аналогичная мощность на других длинах волн. Выход светодиодов можно модулировать на высоких частотах (до 5 кГц), а их выходную яркость можно регулировать, контролируя доступный ток. Эти преимущества устраняют необходимость в механических заслонках, а также в фильтрах нейтральной плотности для управления освещением образца в микроскопии.Хотя светодиоды имеют относительно узкие спектральные профили излучения, в большинстве случаев они должны использоваться с интерференционными тонкопленочными фильтрами возбуждения для удаления остаточных длин волн на крайних значениях (на хвостах спектра).

Оптическая мощность светодиодов

Флуорофор
Возбуждение
Категория
Светодиод
Обозначение
Светодиод на полувысоте
Полоса пропускания
(нм)
Мощность
мВт/см 2
(LLG) a
Мощность
мВт/см 2
(Зеркало) б
Флуоресцентный
Набор фильтров
Возбуждение
Ширина полосы
(нм)
Мощность
мВт/см 2
(набор фильтров) b
Ультрафиолет (DAPI, BFP) 400 393-408 748 23.3 ДАПИ с 365/10 0,09
Голубой (ECFP) 445 433-453 819 24,2 ECFP 114 д 440/20 9,0
Синий (EGFP, Cy2, AF488) 465 449-473 777 21.8 ET-GFP c 470/40 17,5
Сине-зеленый (EYFP) 505 491-520 308 6,4 ET-YFP с 500/20 2,8
Зеленый (AF532) 525 503-539 273 6.6 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,5
Зеленый (TRITC, Cy3, AF546) 535 503-573 383 9,5 Штаб-квартира TRITC c 545/30 2,6
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7.3 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,9
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7,3 Штаб-квартира TR c 560/55 3,2
Желтый (TR, MitoTracker) 585 547-613 348 5.9 Штаб-квартира TR c 560/55 2,8
Апельсин (TR, mCherry) 595 587-604 112 2,7 Штаб-квартира TR c 560/55 0,51
Красный (Cy5, AF635) 635 620-637 370 4.6 Cy5 XF110 д 630/50 3,5

Стол 1

В таблице 1 представлены значения оптической выходной мощности и спектральные полосы FWHM для нескольких светодиодов ближнего ультрафиолетового и видимого диапазона, которые в настоящее время используются во флуоресцентной микроскопии.Мощность каждого светодиода указана в милливаттах/см 2 и измерялась на выходе жидкостного световода (столбец LLG в таблице 1), а также в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратное увеличение сухого флюорита, численное апертура = 0,85) с помощью радиометра на основе фотодиодов. Для проецирования света через объектив и в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров (значения указаны в столбцах, обозначенных Зеркало и Набор фильтров , соответственно, в таблице 1).Потери светопропускной способности в системе освещения микроскопа могут варьироваться от 95 до 99 процентов входной мощности в зависимости от количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи. Для типичного инвертированного микроскопа исследовательского класса, подключенного к внешнему светодиодному источнику освещения, менее 3 процентов света, выходящего из жидкостного световода, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокальной плоскости объектива. Аналогичная степень потери света происходит с внешними металлогалогенными источниками света, подключенными к микроскопу через жидкостный световод, а также с традиционными ксеноновыми и ртутными дуговыми лампами, прикрепленными непосредственно к осветителю через ламповый корпус.

В коммерческих светодиодных лампах отдельные диодные модули могут быть легко заменены, чтобы получить ширину полосы возбуждения, подходящую для различных флуорофоров, используемых в каждом эксперименте. Интенсивность каждого светодиодного модуля также можно независимо отрегулировать с точными электрическими шагами (в процентах от максимальной мощности), чтобы периоды возбуждения освещения можно было сбалансировать с чувствительностью детектора, чтобы избежать фототоксичности образца. Еще одним преимуществом светодиодов является их способность мгновенно загораться с полной интенсивностью при подаче электрического тока.В отличие от ламп дугового разряда и ламп накаливания, светодиоды можно многократно модулировать, включать и выключать без вредного воздействия на их срок службы. Кроме того, полностью электронная система освещения на диодах лишена механических частей и не вызывает проблемных вибраций, создаваемых движением затвора и фильтра нейтральной плотности.

Уникальным аспектом светодиодного освещения является выдающаяся пространственная и временная стабильность (по сравнению с традиционными источниками освещения), которая позволяет использовать высокоточные методы количественного анализа в течение продолжительных периодов времени.Светодиоды управляются полностью обратимым фотоэлектрическим эффектом во время работы. В результате светодиоды имеют самые низкие рабочие температуры среди всех источников света в оптической микроскопии и являются одними из самых стабильных во временном и пространственном отношении, а также в распределении длин волн. Кроме того, при условии, что светодиоды работают при правильном напряжении и токе, они имеют значительно более длительный срок службы, чем любой из других доступных в настоящее время источников света (см. рис. 2). Ртутные и ксеноновые дуговые лампы имеют срок службы от 200 до 400 часов (соответственно), тогда как металлогалогенные источники работают 2000 часов и более.Вольфрамово-галогенные лампы накаливания имеют срок службы от 500 до 2000 часов в зависимости от рабочего напряжения. Напротив, многие светодиодные источники демонстрируют срок службы более 10 000 часов без существенной потери интенсивности, а некоторые производители гарантируют срок службы 100 000 часов до того, как интенсивность источника упадет до 70 процентов от первоначального значения.

Все лампы, выделяющие значительное количество тепла, включая светодиоды, также демонстрируют зависимость мощности излучения от температуры источника.Для ламп накаливания и дуговых ламп требуется период времени до одного часа, пока источник освещения не станет достаточно стабильным, чтобы можно было производить воспроизводимые измерения или собирать цейтраферные видеопоследовательности без значительных изменений интенсивности во времени. Этот длительный период ожидания не требуется для светодиодов, которые способны реагировать очень быстро (в течение нескольких микросекунд). Тем не менее, версии с самой высокой мощностью также могут выделять значительное количество тепла (приблизительно от 60 до 70 процентов своей мощности) во время прогрева и из-за их высокой скорости подвержены нестабильности на высоких частотах в источнике питания.При работе светодиодов изменение тока может привести к смещению пика излучения, аналогичному по величине наблюдаемому в линиях дуговых ламп. Этот эффект часто возникает, если кристалл светодиода не является идеально однородным, а величина сдвига часто зависит от типа и качества полупроводникового кристалла, используемого при изготовлении устройства. Стабильность длины волны может быть обеспечена при использовании светодиодов путем калибровки спектрального выхода с рабочим током перед началом экспериментов.

Кремниевые диоды излучают свет в ближней инфракрасной ( ИК ) области, но диоды, изготовленные из других полупроводников, могут излучать в видимой и ближней ультрафиолетовой ( УФ ) длинах волн.Типичный светодиодный источник состоит из полупроводникового кристалла размером примерно от 0,3 x 0,3 миллиметра до 1 или 2 квадратных миллиметров. Наиболее распространенные кристаллы, используемые в производстве светодиодов, основаны на смесях элементов периодической таблицы группы III и группы V , таких как GaN (нитрид галлия), SiC (карбид кремния), ZnSe ( селенид цинка) и GaAlAsP (смесь галлия, алюминия, мышьяка и фосфора).Каждый из этих кристаллов излучает в разных диапазонах волн (см. рис. 1 и табл. 2). Тщательный контроль относительных пропорций полупроводников, а также добавление примесей для изменения электронных свойств кристаллической решетки позволяет производителям и исследователям производить диоды, излучающие красный, оранжевый, желтый или зеленый свет. Спектральная полоса этих излучений обычно находится в диапазоне от 12 до 40 нанометров без каких-либо значительных внеполосных компонентов в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн (спектральные области, вредные для визуализации живых клеток).Применение карбида кремния и нитрида галлия в светодиодах привело к созданию устройств, которые излучают в синей области (полезно для возбуждения вариантов голубого, зеленого и желтого флуоресцентных белков), а сочетание нескольких цветов в разных пропорциях может генерировать различные цветовые температуры белого. света для применения в проходящей микроскопии.

В типичной конфигурации для освещения оптической микроскопии один или несколько кристаллов встроены в более крупную светодиодную структуру для защиты и более эффективного сбора света, а также для простоты электрического подключения и термообработки.Одним из основных преимуществ светодиодной технологии является то, что небольшие отдельные блоки могут быть объединены для создания источника света, имеющего форму, наиболее подходящую для конкретного применения. Возможные геометрии источника ограничены только рассеиванием тепла и допустимой плотностью корпуса технологии поверхностного монтажа ( SMD ), используемой для интеграции нескольких кристаллов на печатной плате. Таким образом, можно изготовить очень плотные, яркие, специально разработанные источники света, чтобы они соответствовали параметрам сбора входных данных целевой оптической системы.Основные свойства светодиодов

Основные характеристики светодиодов отличаются от характеристик других источников освещения, обычно используемых в оптической микроскопии. Таким образом, светодиоды представляют собой уникальную категорию некогерентных источников света, способных обеспечивать непрерывное и эффективное освещение от простого двухэлементного полупроводникового диода (называемого чипом или кристаллом ), заключенным в прозрачный корпус из эпоксидной смолы, который, во многих случаях также выполняет двойную функцию проекционного объектива.Общая концепция работы светодиодов чрезвычайно проста. В одной из двух полупроводниковых областей чипа преобладают отрицательные заряды (область n ), а в другой преобладают положительные заряды (область p ). Когда к электрическим выводам приложено достаточное напряжение, создается ток, поскольку электроны переходят через соединение между двумя полупроводниками из области n в область p , где отрицательно заряженные электроны объединяются с положительными зарядами.Промежуточная область или соединение между двумя полупроводниками известна как обедненная область (см. рис. 3). Каждая рекомбинация зарядов, происходящая в обедненной области, связана с уменьшением уровня энергии (равного заряду, умноженному на ширину запрещенной зоны, В(г) , полупроводника), что может привести к высвобождению кванта электромагнитного излучения в форма фотона, имеющего энергию (и длину волны), равную энергии запрещенной зоны. Полоса пропускания длин волн излучаемых фотонов является характеристикой полупроводникового материала (см. Таблицу 2), поэтому различные цвета могут быть легко получены путем внесения изменений в полупроводниковый состав чипа.

Варианты цвета светодиодов

Название цвета Длина волны
(нанометры)
Полупроводник
Состав
Ультрафиолет 395 InGaN/SiC
Сине-фиолетовый 430 GaN/SiC
Супер синий 470 GaN/SiC
Зеленый 520 InGaN/сапфир
Чисто-зеленый 555 GaP/GaP
Зелено-желтый 567 GaP/GaP
Желтый 585 GaAsP/GaP
Оранжевый 605 GaAsP/GaP
Супер оранжевый 612 АлГаИнП
Супер красный 633 АлГаИнП
Ультракрасный 660 GaAlAs/GaAs
Ближний инфракрасный 700 GaP/GaP
Инфракрасный 880 GaAlAs/GaAs
Бледно-белый 6500К InGaN/SiC
Таблица 2

В качестве полупроводниковых материалов светодиоды обладают свойствами, общими для элементов из категории кремния периодической таблицы, и демонстрируют переменные характеристики электропроводности.Типичные полупроводники имеют значения электрического сопротивления, промежуточные между значениями проводников и изоляторов, и их поведение моделируется с точки зрения электронной зонной теории для твердых тел. В кристаллическом твердом теле электроны занимают большое количество энергетических уровней, которые сгруппированы в почти непрерывные энергетические зоны, ширина и расстояние между которыми значительно различаются в зависимости от конкретных свойств материала. На более высоких уровнях энергии две отдельные полосы, называемые валентной и проводимостью , используются для определения ширины запрещенной зоны для конкретного материала.Электроны валентной зоны, которые образуют фиксированные локализованные связи между атомами в твердом теле, имеют меньшую энергию, чем высокоподвижные электроны зоны проводимости. Проводники имеют перекрывающиеся валентную зону и зону проводимости, что позволяет валентным электронам переходить в зону проводимости с образованием дырок (вакансий с суммарным положительным зарядом) в валентной зоне. Электроны от соседних атомов могут легко мигрировать через решетку в дырки, создавая тем самым движение вакансий в обратном направлении.Напротив, изоляторы имеют полностью занятые валентные зоны и гораздо большую ширину запрещенной зоны, что требует значительных затрат энергии для вытеснения валентных электронов в зону проводимости.

Ширина запрещенной зоны в полупроводниках мала, но конечна, и при комнатной температуре простого теплового возбуждения достаточно, чтобы переместить часть электронов в зону проводимости. Большинство электронных устройств, включающих полупроводники (такие как диоды и транзисторы), сконструированы таким образом, что требуется приложение напряжения, чтобы вызвать изменения в распределении электронов между валентной зоной и зоной проводимости, необходимые для обеспечения протекания тока.Существуют большие различия в потенциале запрещенной зоны между различными полупроводниками, хотя расположение зон во всех этих материалах одинаково. Кремний, который является простейшим собственным полупроводником, не имеет подходящей структуры запрещенной зоны, чтобы его можно было использовать в конструкции светодиодов (но кремний по-прежнему используется во многих других устройствах, включая интегральные схемы). Тем не менее, характеристики проводимости кремния могут быть улучшены путем легирования (рис. 3), что вводит незначительные количества примесей для создания дополнительных электронов или вакансий (дырок) в естественной кристаллической структуре.

Процесс легирования лучше всего описывается с помощью элемента кремния, члена группы IV периодической таблицы. Кремний имеет четыре валентных электрона, которые участвуют в связывании с соседними атомами в чистом кристалле, не оставляя дефицита или избытка. Если небольшое количество элемента группы III (имеющего три валентных электрона) смешать с твердым кремнием, теперь будет доступно недостаточное количество электронов для удовлетворения всех требований к связыванию, что приведет к образованию дыр в кристалле и созданию общего положительного заряда для классификации. легированный кремний как полупроводник типа p .Бор является одним из элементов, который обычно используется для легирования чистого кремния для достижения характеристик типа p . Напротив, добавление элемента группы V , такого как фосфор (имеющий пять валентных электронов), к чистому кремнию создает полупроводник типа n , который имеет суммарный отрицательный заряд из-за дополнительных валентных электронов. Два наиболее распространенных полупроводниковых элемента, кремний и германий, как правило, непригодны для изготовления светодиодов из-за значительного количества тепла, выделяемого в местах соединения, а также из-за низкого уровня излучения видимого и инфракрасного света.

Фотонно-излучающий диод p-n переходы обычно основаны на смеси элементов группы III и группы V , таких как галлий, мышьяк, фосфор, индий и алюминий. Относительно недавнее добавление карбида кремния и нитрида галлия к этой полупроводниковой палитре привело к появлению синих диодов, которые можно комбинировать с другими цветами или вторичными люминофорами для получения светодиодов, излучающих белый свет. Фундаментальным ключом к управлению свойствами светодиодов является электронная природа перехода p-n между двумя различными полупроводниковыми материалами.Когда сплавляются разнородные легированные полупроводники, протекание тока в переходе и характеристики длины волны излучаемого света определяются электронным характером каждого материала. Как правило, ток легко течет в одном направлении через переход, но не в другом, что составляет базовую конфигурацию диода. Этот тип поведения лучше всего понять с точки зрения перехода электронов и дырок в двух материалах и через соединение. Электроны из полупроводника типа n переходят в положительно легированный (типа p ) полупроводник, который имеет вакантные дырки, позволяя электронам «прыгать» из дырки в дырку.Результатом этой миграции является то, что дырки кажутся движущимися в противоположном направлении или от положительно заряженного полупроводника к отрицательно заряженному полупроводнику. Электроны из области типа n и дырки из области p рекомбинируют вблизи перехода, образуя обедненную область (рис. 3), в которой не остается носителей заряда. Таким образом, в области истощения устанавливается статический заряд, который препятствует протеканию тока, если не приложено внешнее напряжение.

Для настройки диода электроды размещаются на противоположных концах полупроводникового устройства p-n для подачи напряжения, способного преодолеть эффекты обедненной области. Обычно область типа n соединяется с отрицательной клеммой, а область p соединяется с положительной клеммой (известной как прямое смещение перехода), так что электроны будут течь от n — материал типа p , и отверстия будут двигаться в противоположном направлении.Чистый эффект заключается в том, что зона обеднения исчезает, и электрический заряд перемещается по диоду, при этом электроны направляются к переходу из материала типа n , тогда как дырки направляются к переходу из материала типа p . Комбинация дырок и электронов, втекающих в переход, позволяет поддерживать непрерывный ток через диод. Хотя управление взаимодействием между электронами и дырками в p-n-переходе является фундаментальным элементом конструкции всех полупроводниковых диодов, основной целью светодиодов является эффективное генерирование света.Генерация видимого света за счет инжекции носителей заряда через p-n-переход имеет место только в полупроводниковых диодах с определенным составом материалов, что привело к поиску новых комбинаций, обладающих необходимой шириной запрещенной зоны между зоной проводимости и орбиталями валентная полоса. Кроме того, продолжаются исследования по разработке архитектур светодиодов, которые минимизируют поглощение света диодными материалами и более устойчивы при концентрации излучения света в определенном направлении.Светодиодная конструкция

К числу критических аспектов производства светодиодов относятся характер элементов, используемых в полупроводниках типа n и p , а также их физическая геометрия, конструкция корпуса устройства и конфигурация пути выхода света. . Базовая структура типичного светодиода состоит из полупроводникового материала (кристалла или микросхемы), каркаса, на котором установлен кристалл, и герметизирующего материала, окружающего сборку (см. рис. 4). В большинстве случаев светодиодный полупроводник поддерживается в чашке отражателя, которая прикреплена к электроду (катоду), а верхняя поверхность чипа соединена золотым проводом со вторым электродом (анодом).Некоторые из более сложных конструкций соединительной структуры требуют двух соединительных проводов, по одному на каждый электрод. В дополнение к очевидным различиям в длине волны излучения различных светодиодов существуют также различия в форме, размере и диаграмме направленности. Полупроводниковые светодиодные чипы имеют размер до нескольких квадратных миллиметров, а диаметр системы корпус/линза варьируется от 2 до 10 миллиметров. Чаще всего КОРПУС светодиода имеет полусферическую геометрию, но они также могут быть прямоугольными, квадратными, треугольными или многоугольными.

На рис. 4 представлены архитектурные детали двух популярных конструкций светодиодных корпусов. Обычный полусферический 5-миллиметровый светодиод с выводной рамкой, показанный на рисунке 4 (а), обычно используется в качестве индикаторной лампы для электронных приборов. Эпоксидные смолы используются для заливки герметизирующей системы в этих светодиодах, которые также имеют цилиндрическую и прямоугольную геометрию линз. Кристалл закреплен в конической чашке отражателя, которая припаяна к выводу катода, а анод соединен с кристаллом соединительной проволокой.Свет, исходящий от боковых сторон светодиода, отражается чашкой в ​​эпоксидный КОРПУС. Плоский отлив в основании купола из эпоксидной смолы служит индикатором полярности свинца. Как правило, эти индикаторные светодиоды содержат кристалл размером от 0,25 до 0,3 миллиметра сбоку, а диаметр линзы составляет от 2 до 10 миллиметров. Поперечное сечение диода с перевернутой микросхемой GaInN , показанное на рис. 4(b), построено на алюминиевой или медной пластине радиатора, которую можно припаять к печатной плате для более эффективного отвода тепла.Инкапсуляция кристалла представляет собой защитный силиконовый слой, предназначенный для преодоления полного внутреннего отражения излучаемых волновых фронтов и направления их через большую пластиковую линзу. Золотая проволока служит для соединения большого катодного вывода с матрицей, которая закреплена на кремниевой микросхеме для защиты от электростатического разряда. Анод (не показан) аналогичен по конфигурации катоду, но выступает от корпуса в противоположном направлении. Светодиоды этой конструкции в настоящее время являются предпочтительным выбором для освещения в флуоресцентной микроскопии.

Цвет излучения светодиода определяется комбинацией полупроводников, используемых в процессе изготовления, тогда как оптические характеристики обычно контролируются переменными в упаковке. Угол луча может варьироваться от узкого до широкого (см. рис. 5) и определяется формой чашки отражателя, размером и конструктивными критериями полупроводника, расстоянием от поверхности чипа до верхней части корпуса или системы линз. и геометрия объектива. Профили излучения светодиодов в целом можно разделить на два класса: краевых излучателя (рис. 4(a)) и поверхностных излучателя (рис. 4(b)).Большинство поверхностных излучателей имеют диаграмму излучения Lambertian (см. рис. 5(d)), где профиль интенсивности пропорционален косинусу угла излучения, который отсчитывается от оси, перпендикулярной поверхности кристалла. Напротив, краевые излучатели обычно излучают свет из небольшой области (размером примерно 50 микрометров) по бокам кристалла в виде сложной схемы, зависящей от оси. Свет, выходящий из краевого излучателя, несимметричен: быстрая ось перпендикулярна поперечному размеру края, а медленная ось параллельна кристаллу.Чтобы сфокусировать и коллимировать свет со всех четырех сторон светодиода с торцевым излучателем, кристалл обычно размещают внутри отражающего колпачка (рис. 4(а)) за счет увеличения размера источника.

На Рисунке 5(d) показаны диаграммы направленности излучения в дальней зоне для светодиодов с плоскими (Рисунок 5(a)), полусферическими (Рисунок 5(b)) и параболическими (Рисунок 5(c)) линзами. Три модели выбросов на рисунке 5(d) нормализованы и наложены друг на друга для целей сравнения. Обратите внимание, что при F=60 диаграмма излучения планарного ламбертовского диода снижается до 50 процентов от максимального значения, тогда как полусферический светодиод имеет более симметричное распределение.Тонирование, применяемое к некоторым эпоксидным линзам, не определяет цвет излучения светодиода, а скорее используется в качестве удобного индикатора цвета лампы, когда она неактивна. Конструкции светодиодов, предназначенные для приложений, требующих высокой интенсивности (таких как флуоресцентная микроскопия), обычно имеют прозрачные линзы без оттеночных или диффузионных добавок. Эта конфигурация обеспечивает максимальный уровень светоотдачи и обычно предназначена для использования луча нестандартной формы для наиболее эффективной передачи света в систему собирающих или проекционных линз.В качестве альтернативы светодиодные линзы диффузионного типа содержат встроенные частицы стекла, которые расширяют излучаемый световой конус под большим углом. Этот тип линз обычно используется в приложениях, в которых светодиод просматривается напрямую, например, для индикаторных ламп на панелях оборудования.

Выбор материалов и технологий изготовления светодиодов определяется двумя основными целями: максимизация генерации света в гибридных полупроводниковых материалах и эффективное извлечение света, создаваемого устройством.В типичных p-n переходах электроны и дырки из материалов типа n и p (основные носители ) инжектируются через переход, чтобы установить протекание тока и произвести свет ( излучательная рекомбинация ) в определенном диапазоне длин волн. Этому процессу часто препятствует безызлучательная рекомбинация неосновных носителей (электронов в материалах типа p и дырок в материалах типа n ) с основными носителями.Кроме того, наличие примесей, структурных дислокаций и других кристаллических дефектов в полупроводниковых материалах может привести к безызлучательной рекомбинации, не приводящей к излучению фотона. Таким образом, одной из основных целей при разработке светодиодов является максимизация излучательной рекомбинации носителей заряда за счет тщательного выбора подходящих полупроводниковых материалов для обеспечения соответствующей зонной структуры для получения благоприятных значений квантовой эффективности. Другая важная цель, как более подробно обсуждается ниже, состоит в том, чтобы гарантировать, что максимально возможное количество света, генерируемого светодиодом, может выйти из устройства и использоваться для освещения.

Длина волны (и цвет) света, излучаемого полупроводниковым диодом, определяется разницей в энергии между рекомбинирующими электронно-дырочными парами валентной зоны и зоны проводимости, как описано ранее. Приблизительные энергии носителей соответствуют верхнему уровню энергии валентной зоны и самой низкой энергии зоны проводимости. В результате длина волны ( l ) излучаемого фотона аппроксимируется следующим выражением:

л =
ч с/Е бг

, где h — постоянная Планка, c — скорость света, а E bg — ширина запрещенной зоны.Чтобы модулировать длину волны испускаемого излучения, необходимо тщательно выбирать полосу пропускания полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Арсенид галлия является популярным диодным материалом и служит прекрасным примером того, как можно изменить зонную структуру полупроводника, чтобы изменить длину волны излучения светодиода. Ширина запрещенной зоны арсенида галлия составляет примерно 1,4 электрон-вольта, что приводит к излучению примерно на 900 нанометрах в ближней инфракрасной области. Чтобы увеличить частоту излучения для достижения длин волн в видимой красной области (650 нанометров), ширина запрещенной зоны должна быть увеличена примерно до 1.9 вольт. Этого можно достичь путем смешивания арсенида галлия с совместимым материалом, имеющим большую ширину запрещенной зоны (например, фосфид галлия; ширина запрещенной зоны 2,3 электрон-вольта). Таким образом, светодиоды, изготовленные с соединением GaAsP (фосфид арсенида галлия), могут быть адаптированы для получения ширины запрещенной зоны с любым значением от 1,4 до 2,3 электрон-вольт путем регулирования соотношения содержания мышьяка и фосфора. Другие комбинации полупроводников могут аналогичным образом применяться для генерации длин волн излучения, охватывающих ближнюю ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области спектра.

Эффективное извлечение света, генерируемого светодиодом, является еще одной важной проблемой при производстве этих полупроводниковых устройств. Поскольку объемная обедненная область внутри кристалла светодиода является изотропным (ламбертовским) излучателем, обычно предполагается, что свет, покидающий переднюю поверхность кристалла, также будет изотропным во всех направлениях. Однако из-за явления полного внутреннего отражения только часть света, изотропно генерируемого в полном объеме полупроводникового чипа, действительно может выйти во внешнюю среду.В большинстве случаев около 50 процентов света, генерируемого внутри, теряется из-за отражений и других явлений, и еще меньше света излучается под большими углами.

Согласно закону Снеллиуса, свет может переходить из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления (фактически из полупроводника в окружающую атмосферу) только в том случае, если выходящие волновые фронты пересекают границу раздела двух сред под углом меньше чем критический угол для двух сред.В типичном светодиоде кубической геометрии только около 2 процентов генерируемого света может выйти через верхнюю поверхность (фактическое значение зависит от конкретных полупроводниковых материалов и характеристик перехода). Остаток поглощается внутри полупроводника, как описано выше. В качестве примера на рис. 6 показано прохождение света из слоистого полупроводника с показателем преломления n s в эпоксидную линзу с меньшим показателем преломления ( n e ).Угол, образуемый выходным конусом, определяется критическим углом q c для двух материалов. Световые волны, выходящие из светодиода под углами меньше q c , уходят в эпоксидную смолу с минимальными потерями на отражение, а волны, распространяющиеся под углами больше q c , испытывают полное внутреннее отражение на границе и не выходят наружу. Устройство. Однако из-за кривизны купола из эпоксидной смолы в примере на рис. 6 большинство световых волн, выходящих из полупроводникового материала, сталкиваются с поверхностью раздела эпоксидная смола/воздух почти под прямым углом и выходят из корпуса с небольшими потерями на отражение.

Количество света, излучаемого светодиодом, зависит от количества поверхностей, через которые свет может выходить, и от того, насколько эффективно это может происходить на каждой поверхности. Почти все светодиодные структуры состоят из многослойной конфигурации, в которой процессы эпитаксиального роста кристаллов используются для последовательного осаждения ряда материалов с согласованной решеткой друг на друга для настройки свойств чипа. Можно использовать широкий спектр структурных комбинаций, при этом каждая система имеет различную многоуровневую архитектуру для оптимизации характеристик производительности.В большинстве случаев требуется вторичный этап роста для нанесения монокристаллического слоя на поверхность материала подложки, выращенного в объеме. К числу соображений, необходимых для обеспечения высокого уровня производительности, относятся физические свойства полупроводниковых материалов, расположение перехода p n (где происходит излучение света) и строгий контроль кристаллических дефектов, все из которых могут повысить или понизить эффективность генерации света.

Эпитаксиальный рост кристаллов включает жидкостное или химическое осаждение из паровой фазы одного материала на другой при попытке уменьшить количество дефектов в слоистой структуре за счет сохранения точного соответствия постоянных атомной решетки и коэффициента теплового расширения.Для создания эпитаксиальных слоев используется ряд методов, в том числе жидкофазная эпитаксия ( LPE ), парофазная эпитаксия ( VPE ), металлоорганическое эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ) и молекулярно-лучевая эпитаксия ( MBE). ). Каждая методология имеет определенные преимущества в отношении оптимальных полупроводниковых материалов и условий производства. Среди множества стратегий, лежащих в основе применения различных многослойных полупроводниковых конфигураций, можно назвать микроструктурирование областей p и n , параметры перехода, требования к отражающему слою для повышения внутренней квантовой эффективности, добавление буферных слоев с градиентным составом (предназначенных для преодоления несоответствия решеток). между слоями) и цели ширины запрещенной зоны для управления профилем излучения.

Источники освещения на основе светодиодов

, предназначенные для микроскопии, используют три разных принципа для отражения и сбора света, генерируемого внутри полупроводникового кристалла. В первом и наиболее распространенном подходе используется прозрачный формованный пластик (полимер) для сбора и фокусировки излучаемого света. Несмотря на то, что этот метод подходит для приложений с низким уровнем светлого поля, он не особенно полезен в общей микроскопии из-за ограниченной оптической мощности, доступной от одного диода. Второй подход предполагает организацию небольшого массива светодиодных кристаллов непосредственно на печатной плате и использование специализированной оптической системы коллектора.Плотность упаковки светодиодов ограничена только необходимостью соединять каждый кристалл отдельными соединительными проводами и включать механизм рассеивания тепла. Основным недостатком вложенных печатных светодиодов является потеря света, происходящая с краев устройств. Третий метод заключается в размещении кристалла светодиода в зеркальном углублении, которое служит отражателем, а затем в размещении этих блоков на печатной плате. Однако, поскольку отражатели больше, чем отдельные кристаллы, этот метод приводит к меньшей плотности упаковки.

Поскольку каждый кристалл светодиода представляет собой отдельный источник света, при построении большой диодной матрицы с использованием нескольких устройств сбор излучаемого света требует стратегии, отличной от той, которая используется с обычными лампами. Наиболее эффективный механизм сбора света от вложенных друг в друга светодиодов включает в себя применение матрицы микролинз, расположенной на надлежащем расстоянии от печатной платы диодов. Подходящая матрица линз может быть изготовлена ​​из формованного пластика или стекла и должна быть сконструирована таким образом, чтобы каждый светодиод имел отдельную собирающую линзу.Затем массив микролинз проецирует свет от отдельных источников на макроскопическую собирающую линзу оптической системы микроскопа с меньшей числовой апертурой и большим фокусным расстоянием, чем это требуется для традиционной лампы. Дополнительным преимуществом этого типа оптической системы является более низкая степень хроматической и сферической аберраций. Основная цель конструкции микролинза-светодиод (как и любого другого источника освещения) состоит в том, чтобы захватить как можно больше света и эффективно доставить его в угол приема оптической системы освещения микроскопа, чтобы полностью и однородно заполнить Конденсорная (или объективная) апертурная диафрагма с аксиальным, параллельным светом.Светодиоды белого света

Наиболее широко используемые светодиоды текущего поколения в основном представляют собой монохроматические излучатели высокой яркости, но все большее число приложений (например, микроскопия в проходящем свете) требуют широкого спектра или белого света. Существует два основных подхода к получению белого света от устройств, которые в основном являются монохроматическими. Один метод основан на объединении диодов трех разных цветов в одной оболочке или различных полупроводниковых материалах в общем кристалле (в такой пропорции, чтобы выходной сигнал казался белым).В другом методе используется фиолетовый или ультрафиолетовый светодиод для получения энергии, возбуждающей вторичный люминофор, который затем излучает белый свет (см. рис. 7 (а)). Светодиоды белого света потенциально очень энергоэффективны по сравнению с лампами накаливания. Например, в то время как обычные источники света имеют среднюю мощность от 15 до 100 люмен на ватт, эффективность белых светодиодов, по прогнозам, достигнет более 300 люмен на ватт в результате постоянного развития. Возможно, наиболее важным критерием выбора светодиодов белого света является средняя цветовая температура профиля излучения, которая колеблется примерно от 4500 К до 8000 К, в зависимости от свойств устройства.Выбор наилучшего совпадения цветов для оптической микроскопии должен основываться на характеристиках детектора и возможностях программного обеспечения, но оптимальными должны быть значения, близкие к 5500 К.

Комбинация красных, зеленых и синих диодов в одном корпусе или в ламповом узле, содержащем группу диодов, позволяет генерировать белый свет или любой из 256 цветов за счет использования схемы, которая управляет тремя диодами независимо ( Рисунок 7(б)). В приложениях, требующих полного спектра цветов от одного точечного источника, этот тип диодного формата RGB является предпочтительным методом.Однако большинство диодов белого света изготавливаются с использованием светодиода, излучающего на короткой длине волны (от 365 до 450 нанометров; ультрафиолет в синий цвет), и преобразователя длины волны , который поглощает свет от диода и подвергается вторичному излучению на большей длине волны. Такие светодиоды излучают свет с двумя или более длинами волн, которые при объединении выглядят как белые. Качество и спектральные характеристики комбинированного излучения зависят от материалов, из которых изготовлено устройство. Наиболее распространенные материалы преобразователя длины волны называются люминофорами, которые представляют собой материалы, которые проявляют люминесценцию, когда они поглощают энергию от другого источника излучения.Светодиодные лампы

Одним из преимуществ использования светодиодов для освещения в флуоресцентной микроскопии является то, что каждый вариант этих полупроводниковых устройств имеет одинаковую эффективность преобразования энергии с ограничением излучения в узком диапазоне длин волн, а светодиоды работают при гораздо более низкой температуре, чем дуговые лампы или лампы накаливания. . В результате для достижения того же оптического выхода, что и у традиционного источника света, требуется гораздо меньше электроэнергии. Кроме того, светодиоды значительно более компактны, чем дуговые лампы, и их можно подключать непосредственно к радиатору, который легко охлаждается с помощью небольшого вентилятора с компьютерным управлением.Такая технология позволяет устанавливать светодиодные источники непосредственно внутри системы микроскопа, ближе к образцу, чтобы потенциально избежать значительной потери интенсивности света (часто превышающей 95 процентов), которая происходит со всеми источниками света, когда они проецируются через оптическую систему. Несмотря на такой высокий уровень гибкости, следует отметить, что источникам на основе светодиодов абсолютно необходим эффективный теплоотвод, поскольку работа при температуре выше комнатной сокращает их ожидаемый срок службы и приводит к потере эффективности оптического выхода.

Оптический выход типичного светодиода (измеряемый как общий поток излучения) приблизительно пропорционален уровню тока, подаваемого на питание устройства. Конструкции источников питания светодиодов должны учитывать время отклика (порядка микросекунд), нелинейность зависимости напряжения от эмиссии и максимальный рекомендованный управляющий ток. Еще одна первоочередная проблема связана с внутренним уровнем шума светодиодов, хотя эти устройства гораздо более стабильны (по крайней мере, на порядок), чем вольфрамовые галогенные или дуговые лампы.Дальнейшие соображения должны включать возможность быстрого переключения или модуляции светодиодов для приложений в микроскопии. Несмотря на то, что соотношение между входным током и светоотдачей может быть нелинейным, его можно точно измерить и соответствующим образом откалибровать источник питания. В качестве альтернативы, линейное управление может быть достигнуто с помощью широтно-импульсной модуляции, которая регулирует интенсивность светодиода, изменяя количество времени, которое диод проводит во включенном состоянии по сравнению с выключенным состоянием. Такая конструкция позволяет модулировать интенсивность света относительно воспроизводимым образом, изменяя управляющий ток, что устраняет необходимость в шторках или фильтрах нейтральной плотности.

На рис. 8(а) представлена ​​типичная электронная схема, предназначенная для управления одним синим светодиодом поверхностного излучения, который можно использовать для флуоресцентного освещения. Интенсивность выхода светодиода регулируется с помощью потенциометра, а излучение можно включать и выключать с помощью сигнала переключения, полученного от слаботочного 5-вольтового TTL-входа (предпочтительно исходящего от главного компьютера). При настройке фонаря для нескольких светодиодов необходимо учитывать безопасный максимальный ток возбуждения для каждого диода.Светодиоды из одной и той же партии (и дистрибьютора) могут значительно различаться (до вольта) по прямому падению напряжения, а также другим электрическим свойствам из-за присущих им производственных различий, возникающих из различных источников, включая неоднородность исходных материалов. Таким образом, чтобы поддерживать постоянную производительность между диодными блоками, необходимо заранее определить соотношение между удерживающим напряжением и током для каждого светодиода, который будет использоваться в индивидуальном фонаре. В качестве примера производительности светодиода взаимосвязь между временем отклика светодиода на вход прямоугольной формы показана на рисунке 8(b).Обратите внимание, как точно интенсивность выходного сигнала светодиода соответствует шагу напряжения.

В ситуациях, когда для широкополосного освещения требуются светодиоды белого света, можно использовать одноканальный источник тока, интенсивность и переключение которого регулируются путем изменения тока, протекающего через один или несколько светодиодов, согласованных по рабочим характеристикам. В более продвинутых сценариях используются сложные конфигурации светодиодов (сочетающие несколько кристаллов с разными профилями излучения) для получения либо узкополосного излучения для флуоресценции, либо белого света для светлопольного освещения.Этими более сложными конструкциями можно управлять с помощью многоканального источника тока, способного изменять интенсивность или длину волны излучения в микросекундном (или даже наносекундном) временном масштабе. Этот тип источника питания, получивший название импульсного режима , полезен в технологиях, требующих чрезвычайно коротких световых вспышек, таких как визуализация в течение всего срока службы. Схема импульсного режима полезна для преодоления сдвигов пиковой длины волны излучения из-за неоднородности светодиодов путем предварительной настройки каждого диодного блока на пиковый ток, необходимый для получения желаемой выходной длины волны.Таким образом, среднюю яркость источника можно регулировать, изменяя ширину импульса при фиксированном пиковом токе, что обеспечивает управляемый спектральный выход. Как показано на рис. 8(b), оптический выход следует за текущим импульсом без значительной задержки, а частоты импульсной модуляции возможны в диапазоне мегагерц.

За последние несколько лет было представлено несколько коммерческих светодиодных ламп для флуоресцентной и широкопольной микроскопии в проходящем свете (белый свет), пример которых показан на рисунке 9.Блок лампы на рис. 9 предназначен для непосредственного соединения с входным портом осветителя микроскопа и содержит до четырех модульных светодиодов с независимым управлением для последовательного или одновременного возбуждения нескольких флуорофоров. Отдельные светодиодные модули можно легко заменить, чтобы обеспечить возбуждение флуоресценции во всем видимом и ультрафиолетовом спектре. Модульная конструкция предназначена для того, чтобы будущие светодиоды, независимо от их конфигурации, можно было сделать совместимыми для использования в фонаре.Многоцветные флуоресцентные изображения, полученные с помощью этого лампового блока (называемого Colibri и производимого ZEISS), отличаются очень высокой контрастностью и большим динамическим диапазоном.

Одним из преимуществ встроенного светодиодного фонаря является возможность установки интенсивности освещения для каждого диода в соответствии с требуемым временем интеграции камеры вместо использования нескольких настроек камеры. Кроме того, управление яркостью и переключение светодиодов полностью электронное, что исключает необходимость в механических заслонках и колесах фильтров для большей скорости и виброустойчивости.Низкая выходная мощность светодиодов, которые преобразуют электричество в свет с высокой эффективностью, как обсуждалось выше, устраняет необходимость в вентиляторах или вспомогательных охлаждающих устройствах. Кроме того, поскольку светодиоды не находятся под высоким давлением, их режим отказа безвреден (без взрывов) по сравнению с дуговыми лампами.

Прозрачная светодиодная лампа Westinghouse S11 мощностью 1 Вт (эквивалент 7,5 Вт) со средним цоколем

Westinghouse S11 (1 Вт), прозрачная (2700K) E26 (средний), цоколь, специальная светодиодная лампа без регулировки яркости 45113

Эта энергосберегающая светодиодная лампа S11 является идеальной энергосберегающей заменой ламп накаливания S11.Он производит такой же световой поток, что и лампа накаливания мощностью 7,5 Вт, но потребляет всего 1 Вт энергии. Специальность S11 идеально подходит для струнных светильников и светильников для сувениров, где важна долговечность. Эта лампа имеет теплую цветовую температуру 2700K, обеспечивая мягкий белый свет и атмосферу. Подходит для использования в закрытых помещениях и во влажных помещениях, отличный выбор для наружных струнных светильников на крытых патио или верандах.

Перейдите на светодиодные лампы Westinghouse, чтобы получить значительную экономию электроэнергии и средств.Westinghouse — всемирно известный бренд. Мы знаем толк в освещении и предлагаем продукцию исключительного качества, надежности и функциональности.

ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

  • Светодиод S11 снижает затраты на электроэнергию до 87 % в течение всего срока службы лампы
  • Мгновенное включение и срок службы дольше, чем при обычном освещении
  • Качественные компоненты обеспечивают оптимальный световой поток в течение всего срока службы лампы
  • Эта светодиодная лампа не содержит вредной ртути и является экологически безопасным выбором.
  • Более низкая рабочая температура, чем у ламп накаливания или галогенных источников света
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ
  • Использование в качестве энергосберегающей замены ламп S11 со средним цоколем
  • Струнные светильники
  • Знаки
  • Подсветка шкафа Curio
РАЗМЕРЫ
  • 2 дюйма (Д)
  • 1-5/16 дюймов (D)
УСТАНОВКА
  • Предназначен для использования внутри и вне помещений; подходит для влажных мест
  • Подходит для влажных помещений при использовании в светильнике для наружного применения
  • Может использоваться в полностью закрытых светильниках
  • Без регулировки яркости
ГАРАНТИЯ Как купить

Можно приобрести во многих интернет-магазинах и розничных магазинах.

Как правильно выбрать сменную светодиодную лампочку

Электричество существует уже давно. Мы знаем о статическом электричестве с 1600-х годов, но Бен Франклин не использовал молнию до 1759 года. Затем в 1879 году мы получили патент Эдисона на лампочку. В тот момент все зависело от мощности и напряжения.

Но затем, в 1962 году, были изобретены светодиоды, и теперь, когда мы прочно вошли в 2020-е годы, основное внимание уделяется люменам. Прежде чем вы совсем заблудитесь, нам нужно пройтись по двум основным терминам, которые мы здесь обсуждаем.И люмены, и ватты являются обычными единицами в пространстве лампочек.

Люмены и ватты

Но в то время как люмены говорят вам, насколько ярка ваша лампочка, ватты говорят вам, насколько высок будет ваш счет. Люмены относятся к количеству света, которое вы можете видеть, а ватты рассчитывают количество потребляемой энергии . Это два основных фактора, которые следует учитывать, когда вам нужно вставить новую лампочку в розетку.

Например:

  • С новыми лампочками при выборе энергосберегающей лампочки выбор энергосберегающей лампочки будет важнее, чем выбор по ваттам.Лампа накаливания 40 Вт = 450 люмен
  • Лампа накаливания 60 Вт = 800 люмен
  • Лампа накаливания 100 Вт = 1600 люмен

Новые этикетки

Федеральная торговая комиссия разработала новую этикетку с производителями помочь потребителям приобрести энергосберегающие лампы. Она похожа на этикетки пищевых продуктов и содержит более краткую информацию о мощности и экономии лампочки (см. изображение справа).

На этикетках будут указаны:
  • Яркость (в люменах),
  • Расчетная годовая стоимость энергии,
  • Ожидаемый срок службы лампы,
  • Внешний вид и
  • Потребляемая энергия.

Производители также меняют внешний вид своей упаковки, чтобы помочь еще больше. Например, КЛЛ на фотографии справа говорит, что КЛЛ Sylvania Super Saver является заменой 100-ваттной лампочке с выходной мощностью 1500 люмен (яркость). Используемая энергия составляет 24 Вт, что позволяет сэкономить 60 долларов на затратах на электроэнергию и прослужит 7 лет. Цвет мягкий белый, похожий на мягкий белый цвет ламп накаливания.

Помните, что простой способ сравнить лампы — это использовать государственную маркировку, которая должна появиться на всех лампах к январю 2012 года.

Давайте рассмотрим шаги, которые необходимо предпринять, когда вы покупаете светильники.

Как правильно выбрать сменную светодиодную лампочку

Шаг 1. Проверьте свою старую лампочку

Вероятно, у вас нет оригинальной коробки, в которой поставлялась лампочка. Большинство из нас выбрасывает ее, как только получает домой из магазина. Те из нас, кто больше заботится о мусоре, могут положить старую лампочку в новую коробку, прежде чем выбросить их обе. Это снижает вероятность того, что кто-то порежется о старую стеклянную колбу при уборке вашего домашнего мусора.

Но прежде чем выбросить свою старую лампочку, изучите ее, чтобы увидеть, есть ли на ней какие-либо маркировки. У многих ламп мощность и напряжение указаны на стекле. У них может быть и другая информация, например, где была произведена лампа или какой у нее номер партии. Если вы делаете покупки лично, вы можете принести старую лампочку в хозяйственный магазин в качестве ориентира.

Полезно знать о различиях в измерениях. Напряжение — это количество электричества, которое проходит через ваши цепи в любой момент времени.Ватт — это количество электричества, которое любое устройство потребляет за секунду. Люмены описывают объем видимого света, который вы можете видеть. Так, например, у восковой свечи есть люмены, но нет ни ватт, ни вольт, потому что она не использует электричество. Проверьте:

  • Вольты = количество доступной электроэнергии (питание)
  • Ватт = количество электроэнергии, используемой в секунду (потребление энергии)
  • Люмены = количество света, которое вы можете видеть (яркость)
  • Температура = тепло или прохлада цвета света (измеряется в градусах Кельвина)

Шаг 2: Учет функции и местоположения

Для чего вы используете эту лампочку и в какой части дома или офиса она находится? Лампа фонарика не обязательно должна быть мощной.Особенно, если это просто для проверки темных магазинов или электронных коробок. Но фонарику для кемпинга нужен длинный луч, чтобы вы могли перемещаться на большие расстояния в темноте. С другой стороны, настольная лампа в лаборатории должна быть очень яркой, чтобы вы могли оценивать образцы.

Но тот же самый письменный стол — если он используется детьми для чтения — может потребовать более мягкого крепления, чтобы не вызывать утомления глаз. Контекст тоже имеет значение. Свет в спальне может быть тусклее, чтобы создать успокаивающее настроение, а свет на кухне может быть ярче, чтобы вы не перепутали специи.Для игровой комнаты вам могут понадобиться разноцветные светодиоды, а для теплицы может потребоваться светодиодная лампа для выращивания.

Использование и положение сменной лампы может повлиять на расстояние между лампами. Если у вас несколько розеток, вы можете купить несколько более тусклых и разложить их. Или вы можете купить одну лампу с высоким люменом, которая обслуживает все пространство. Это может потребовать повторной проводки, если вы хотите, чтобы лампочка висела выше или ниже. Если он управляется дистанционно, дальность сигнала тоже имеет значение.

Шаг 3. Выберите тип лампы, который вам нужен

Вероятно, вас смущает количество доступных вариантов ламп.Но прежде, чем вы начнете смотреть на марки и напряжение, проверьте патрон лампы. Это самый важный фактор. Некоторые патроны имеют резьбу, поэтому вам придется вкрутить лампочку на место. У других есть крючки и зажимы, так что вы покачиваете и крутите лампочку, пока она не зафиксируется на защелке. Дважды проверьте стиль монтажа на розетке.

Вы также должны понимать основные типы ламп на рынке. Есть четыре общие категории: стандартные вольфрамовые лампы, галогенные лампы, энергосберегающие люминесцентные лампы и светодиоды.Стандартные лампы — это лампы старого типа, в которых вольфрамовые нити нагреваются для испускания света. Галогенные лампы представляют собой вольфрамовые лампы с добавлением йода или брома. Этот добавленный газ повышает температуру.

Чем выше температура, тем ярче свет без перегорания лампочки. Кроме того, есть энергосберегающие лампы, иногда называемые КЛЛ (компактные люминесцентные лампы). Это люминесцентные лампы, в которых нить накала скручена или сложена, чтобы занимать меньше места, увеличивая при этом площадь поверхности, доступную для излучения света.Светодиоды являются последней и наиболее распространенной категорией лампочек.

Шаг 4. Узнайте, как работают лампочки

Мы коснулись основных типов лампочек, но вам может понадобиться дополнительная информация, чтобы помочь вам выбрать лампочку. Лампы работают, преобразовывая тепло в свет. Электрический ток проходит от выключателя по кабелям в нить накала. Эта нить сильно нагревается и начинает светиться, и это свечение освещает ваше пространство. Различные лампочки имеют разные «наполнители», которые помогают вам зажечься.

Лампы накаливания, также известные как стандартные вольфрамовые лампы, заполнены азотом. Некоторые вообще не имеют наполнителей. Вместо этого у них есть вакуум. Вольфрамовые лампы могут работать 1000 часов, а свет имеет качество «желтого заката». Галогенные лампы содержат инертные газы в качестве наполнителя. Как мы уже говорили выше, к таким газам относятся галоген, йод и бром. Они заставят вашу нить светиться ярче.

Флуоресцентные лампы — будь то длинные трубки или свернутые катушки — покрыты фосфором и наполнены ртутью и другими газами.КЛЛ были изобретены, чтобы пользователи могли наслаждаться белым флуоресцентным светом, несмотря на наличие обычных (вольфрамовых) розеток. Они могут работать до 10 000 часов и излучать более холодный свет. В светодиодах используются электроны, фотоны и диоды, а не газ и стекло.

Шаг 5: Подтвердите необходимое количество света

Для домашнего использования большинство людей покупают вольфрамовые лампы мощностью 60 Вт, которые производят световой поток от 700 до 800 люмен. И по опыту у нас есть фиксированное представление о том, насколько яркой, по нашему мнению, является лампочка мощностью 60 Вт. Итак, у нас есть мысленный образ того, как выглядят 800 люмен.Но чего мы не знаем, так это того, сколько энергии делает лампочку такой яркой. Для традиционных вольфрамовых ламп требуется 1 Вт, чтобы выдать 15 люмен.

Но со светодиодами 1 Вт производит 60 люмен и более. Таким образом, вольфрамовая лампа мощностью 60 Вт может излучать 800 люмен света, а светодиодная лампа мощностью 60 Вт может излучать более 2400 люмен на лампу. Это может легко испортить ваше зрение, поэтому вам нужно быть очень осторожным. Между тем, КЛЛ мощностью 60 Вт будет излучать почти 3000 люмен. Давайте рассмотрим приведенные ниже таблицы, чтобы получить дополнительные рекомендации.

+700

Тип лампы

LEAD

12W +900
CFL 15W

+850

+850

Halogen

+750 +750
Tungsten 60W

+700

Это сложно проверить точное количество энергии, которое вам нужно, но по грубой оценке, вольфрамовые лампы и светодиодные лампы имеют соотношение 1:4.Это означает, что при той же мощности светодиодные лампы производят в четыре раза больше видимого света. Поэтому, когда вы конвертируете ватты в люмены для светодиодных ламп, начните с умножения ваших ватт на 4. Таким образом, вольфрамовая лампа мощностью 60 Вт аналогична светодиоду мощностью 15 Вт.

Шаг 6. Проверьте количество лампочек

Обычно вы заменяете одну лампочку другой одинарной лампочкой. Но вы можете делать ремонт, поэтому вы можете захотеть, чтобы в вашей комнате был другой набор огней. Может быть, вы хотите заменить одну лампочку на люстру.Или вы можете заменить подвесной светильник на световые ленты или гирлянды. После того, как вы подтвердите количество света и количество лампочек, продолжайте.

Светодиодные ленты иногда имеют самоклеящуюся ленту. Таким образом, вместо установки одной центральной лампочки мощностью 60 Вт вы можете выбрать полосу из 5 мини-лампочек или диодов. В этом случае каждый светодиодный чип будет иметь мощность 3 Вт, поэтому общая мощность 5 светодиодных чашек составит 15 Вт. Они будут излучать от 700 до 800 люмен, как и ваша вольфрамовая лампа мощностью 60 Вт. Вы можете получить ту же яркость 800 лм от 2 КЛЛ.

Каждый из этих компактных люминесцентных ламп будет иметь мощность 5 Вт или 6 Вт, что означает, что пара компактных люминесцентных ламп будет иметь общую мощность 12 Вт и излучать те же 700–800 люмен, которые вы ищете. Ознакомьтесь с таблицей ниже, чтобы лучше понять концепцию. На нем показаны различные варианты ламп на +700 люмен. Когда вы переключаетесь между типами ламп, убедитесь, что патрон подходит. В противном случае вы замените все свои светильники.

Количество Watts

Количество Watts

Тип лампы

Накаливание

90w

+700 60W
Галоген + 700

42W

CFL

+700 15W 15W
0

10w

Шаг 7: Проверьте свой светодиодный стиль 9246

Светодиод означает светоизлучающий диод.Эти огни известны тем, что производят яркое освещение при минимальном потреблении энергии. Таким образом, ваши лампочки будут ярче и красивее, но ваш счет за электроэнергию может быть в четыре раза ниже. Эти фонари бывают разных конфигураций. Наиболее распространенным типом является самоклеящаяся лента, которую мы только что упомянули. Они продаются в дюймах или метрах.

Еще один вид лампы — это светодиодная чашка. Эти фонари имеют диод, установленный в центре вогнутого отражающего стакана. Чашка регулирует направление и интенсивность светового луча.Светодиодные чашки распространены в автомобильных фарах и камерах. Светодиодные лампы также могут быть сконфигурированы парами или тройками, когда два светодиодных чипа устанавливаются на одном основании, чтобы одновременно производить больше люменов.

Тип светодиода, который вы покупаете, может быть ограничен текущими настройками освещения. Например, в то время как вы можете установить световую ленту в любом месте, вы не можете вставить зачищенные чипы в гнездо для чашки. А если вы попытаетесь установить однокристальную лампу в многокристальную розетку, может произойти короткое замыкание, поэтому перед тем, как платить за новую лампу, проверьте совместимость электрических выходов.Вы не хотите, чтобы все взорвалось.

Шаг 8. Проверьте цвет и оттенок

Как правило, вольфрамовые лампы излучают теплый «желтый свет», напоминающий восход солнца или закат. КЛЛ и галогенные лампы больше склоняются к белому свету. Лампы холоднее и выделяют меньше тепла. Это связано с тем, что они более энергоэффективны. Отходов меньше, потому что больше генерируемого тепла преобразуется в свет. Вот почему вы можете получить более высокие люмены, потребляя при этом меньшую мощность.

Таким образом, если вы заменяете вольфрамовую лампу, вам не обязательно покупать лампу с точно таким же числом люменов.Если вы хотите, чтобы ваши лампочки оставались теплыми, вы можете выбрать более высокую яркость. Со светодиодами вы не получите такого количества тепла, потому что светодиоды в 4 раза эффективнее. Вместо этого вы можете купить цветные лампы кремового или желтого цвета, чтобы имитировать желтый свет.

Эти разноцветные лампочки создадут такое же настроение, как и вольфрамовые лампочки, но не согреют вас. Поэтому, если целью является физическая температура, рассмотрите возможность использования ленточных светодиодов с несколькими лампочками. Кроме того, если вы используете абажуры для ламп накаливания, возможно, вам придется отказаться от них в пользу светодиодов.Качество света отличается, а световые волны более рассеяны, поэтому вы можете отказаться от тени.

Включи свет!

Итак, что нужно сделать, чтобы купить правильную светодиодную лампу на замену?

  • Осмотрите текущую лампу, чтобы проверить ее характеристики.
  • Подумайте о расположении и функциях существующей лампочки.
  • Решите, хотите ли вы заменить ее одной лампочкой или несколькими.
  • Обратите внимание на дополнительные функции, такие как многоцветные опции для хромотерапии.
  • Вы также можете приобрести светодиодную подсветку для растений.
  • Оцените люмен на ватт (световая отдача) вашей лампочки.
  • Чтобы преобразовать вольфрамовые ватты в светодиодные люмены, умножьте на 4.

Какие светодиодные лампы сейчас стоят в вашем доме? Покажите нам в комментариях!

Тонкая схема светодиодного освещения

В августе прошлого года, , Министерство энергетики США объявило первого победителя в продолжающемся конкурсе по поощрению более эффективного освещения — Bright Tomorrow Lighting Prize, или L Prize.Министерство энергетики присудило компании Philips Lighting North America 10 миллионов долларов США за разработку лампы, которая по размеру и яркости эквивалентна стандартной 60-ваттной лампе накаливания, но служит как минимум в 25 раз дольше и потребляет менее 10 Вт.

Несмотря на то, что лампы с почти такой же эффективностью доступны уже более года, отмеченный наградами дизайн поступил в продажу только сейчас. Подобно подсветке современных мобильных телефонов и компьютерных мониторов, в этих лампах используются светодиоды для генерации белого света.Они отличаются долгим сроком службы, приятными цветами и, самое главное, феноменальной энергоэффективностью.

Не пора ли выбросить лампы накаливания, которые все еще прячутся в ваших светильниках, и даже компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), на которые вы перешли, и заменить их на суперсветодиоды? Поскольку затраты часто колеблются в районе 25 долларов за штуку, немногие домовладельцы спешат сделать такой решительный шаг. Но цены падают, а производительность быстро улучшается. Так что ясно, что день, когда светодиодные лампы будут доминировать в освещении как жилых домов, так и предприятий, не за горами.

Почему светодиодные лампы лучше, и что делает их такими сложными в разработке? Вы можете себе представить, что ответы будут зависеть от тонкостей физики твердотельных полупроводников, которые управляют светодиодами высокой яркости. Они делают, но только до определенного момента. Практичность этих новых фонарей также зависит от более приземленной части пакета, которую часто упускают из виду: схемы, необходимой для их управления. Здесь я объясню, какие требования предъявляются к этой схеме и почему разработка соответствующей электроники может быть сложной задачей, хотя и не такой, которая должна замедлить внедрение этой фантастической новой формы освещения.

Нравится вам это или нет, но лампы накаливания — вымирающий вид. Австралия и Европейский Союз начали постепенно отказываться от традиционных ламп накаливания в 2009 году. Соединенные Штаты неуверенно движутся в том же направлении, а Китай намерен отказаться от ламп накаливания к 2016 году. Причина проста: устаревшие лампочки тратят впустую огромное количество электроэнергии.

Целых 90 % энергии, которую вы вкладываете в обычную лампочку накаливания, идет на тепло, а не на свет.Стандартная лампа мощностью 60 Вт генерирует около 850 люменов света, что составляет около 14 люменов на ватт. Галогенные лампы (более сложный вид ламп накаливания с более высокой температурой нити накала) могут обеспечить около 20 лм/Вт. КЛЛ значительно более эффективны, производя около 60 лм/Вт, но у них есть и другие проблемы.

Одна из распространенных жалоб заключается в том, что вы не можете затемнить их. (По правде говоря, некоторые из них могут быть затемнены, но их диапазон обычно ограничен.) Кроме того, КЛЛ медленно загораются, а поскольку их лампы содержат пары ртути, они представляют опасность для окружающей среды.Даже при наличии возможностей для переработки миллионы таких лампочек ежегодно попадают на свалки.

У ламп на основе светодиодов

нет ни одного из этих недостатков, и они гораздо более эффективны, некоторые из них предлагают более 100 лм/Вт. Эти номинально белые лампы на самом деле содержат синие светодиоды, а также люминофорное покрытие, которое преобразует излучаемый ими свет с узкой длиной волны в то, что человеческий глаз воспринимает как белый. Подбирая подходящее сочетание люминофорных материалов, дизайнеры могут устанавливать тон света от холодного до теплого, в зависимости от того, какое применение они имеют в виду.

Наряду с высокой энергоэффективностью наиболее привлекательным качеством светодиодных светильников является их долговечность. То, как долго они прослужат, зависит от того, как они спроектированы и работают, но большинство из них будут работать в течение 25 000 часов или более, сохраняя при этом не менее 70 % их первоначального светового потока. И многие производители заявляют о сроке службы 35 000 часов. Таким образом, если вы используете светодиодную лампу по 10 часов в день, вы можете ожидать, что она прослужит от 7 до почти 10 лет. Это далеко от стандартной лампы накаливания, которая в среднем гаснет примерно через 1000 часов использования.Он также превосходит КЛЛ, срок службы которых обычно составляет от 6000 до 10 000 часов.

Такой долгий срок службы снижает одну из скрытых затрат на освещение, особенно для коммерческих и промышленных пользователей: расходы на техническое обслуживание и замену. Это, а также экономия энергии, которая накапливается, объясняет, почему крупные пользователи были первыми пользователями. Например, в городе Лос-Анджелес в настоящее время проводится замена 140 000 натриевых уличных фонарей высокого давления на светодиоды. Крупные ритейлеры, такие как Walmart и McDonald’s, также в некоторых местах переходят на светодиодное освещение.На самом деле, единственное, что сдерживает такие предприятия, — это высокие первоначальные затраты и перспектива того, что технология светодиодного освещения вскоре улучшится и станет еще выгоднее.

Один недостаток светодиода, однако, заключается в том, что, в отличие от лампы накаливания, он не может работать прямо от электросети. Рабочее напряжение стандартного светодиода белого света обычно находится в диапазоне от 3 до 3,6 вольт, что примерно соответствует напряжению литий-ионной батареи в вашем мобильном телефоне. Хотя это упрощает использование светодиодов в мобильных устройствах, большинство осветительных приборов получают питание от сети.Таким образом, требуется схема преобразования для преобразования сетевого напряжения переменного тока в форму, которая может управлять отдельными светодиодами.

Необходимая схема аналогична схеме зарядного устройства для мобильного телефона или адаптера для ноутбука с некоторыми ключевыми отличиями. Во-первых, поскольку светодиоды могут работать много лет, силовая электроника, управляющая ими, должна либо прослужить столько же, либо быть сконфигурирована так, чтобы можно было легко заменить любую подверженную сбоям схему. Кроме того, поскольку приводная электроника часто должна быть встроена в ввинчивающийся источник света, схема должна быть очень компактной.Он также должен быть энергоэффективным, потому что любые потери в электронике привода увеличивают общую мощность, которая должна потребляться от настенной розетки. Наконец, что довольно неожиданно, схема привода должна выдерживать относительно высокие рабочие температуры.

Последнее утверждение требует пояснений. Как я уже отмечал, лампы накаливания превращают только 10 процентов потребляемой ими электроэнергии в свет, а остальная часть расходуется впустую в виде тепла. Светодиоды преобразуют около 50 процентов поступающей к ним энергии в свет, что делает их гораздо более эффективными.Но есть одна сложность: лампы накаливания излучают отработанное тепло в окружающее пространство в виде инфракрасных волн, тогда как светодиоды излучают только видимый свет. Кроме того, керамические основания ввинчивающихся светодиодных ламп выполняют роль изоляторов. Таким образом, их отработанное тепло, каким бы скромным оно ни было, имеет тенденцию оставаться в источнике. Это означает проблемы по нескольким причинам.

Во-первых, нагрев вызывает повышение температуры светодиодов, и в этом случае чем горячее, тем лучше. Светоотдача падает по мере увеличения температуры лампы (прямо противоположно тому, что происходит с люминесцентными лампами).Хуже того, высокие температуры сокращают срок службы светодиодов. Другая проблема заключается в том, что по мере нагрева схемы привода различные электронные компоненты, особенно электролитические конденсаторы, изнашиваются быстрее.

Разработчики систем решают эти проблемы с помощью металлического радиатора, позволяющего конвекции отводить тепло в окружающую среду. Другой способ — избежать образования большего количества отработанного тепла, чем это абсолютно необходимо, за счет разработки высокоэффективной схемы привода.

Хотя к отдельным светодиодам иногда подключаются специализированные схемы, чаще всего один комплект приводной электроники питает несколько светодиодов, соединенных вместе.Действительно, некоторые производители светодиодов монтируют массив светодиодов в интегрированном корпусе для достижения более высокой светоотдачи, хотя также распространены одиночные светодиоды с высокой выходной мощностью.

Изображение: Эмили Купер

Внутренние дела: Светодиодные лампы содержат набор высокотехнологичных компонентов. Общий пример, показанный здесь, включает в себя массив светодиодов белого света и электронную схему для их управления, все упаковано в компактный ввинчивающийся блок.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

В большинстве случаев отдельные светодиоды в каждой группе соединены последовательно. Такое их подключение гарантирует, что через каждый из них будет протекать одинаковая величина тока, даже если существуют незначительные различия в их электрических характеристиках. И это именно то, что вам нужно, потому что ток привода определяет их светоотдачу и цвет. Поэтому вам нужно сделать все возможное, чтобы поддерживать заданный текущий уровень.

В большинстве электронных устройств нет необходимости в постоянном токе. Микропроцессор, например, принимает фиксированное напряжение и, в зависимости от того, какую задачу он выполняет, потребляет больше или меньше тока. Однако вы не можете просто подать фиксированное напряжение на светодиод и ожидать, что через него пройдет определенное количество тока. Это связано с тем, что напряжение на диоде зависит от температуры, а также от величины потребляемого им тока. Кроме того, между светодиодами могут быть значительные производственные различия, не говоря уже о различиях между аналогичными устройствами от разных поставщиков.

Однако часто нецелесообразно соединять все необходимые светодиоды в одну большую последовательно соединенную цепочку. Для желаемого количества света вам может понадобиться столько светодиодов, что напряжение для их питания станет чрезмерным, если вы подключите их все последовательно. Очевидным решением является ограничение количества светодиодов в каждой цепочке и, при необходимости, параллельное питание нескольких цепочек.

Это просто, если каждая цепочка имеет собственную схему привода, но если несколько цепочек используют один и тот же источник питания, жизнь усложняется.Во-первых, параллельное подключение светодиодов требует, чтобы компоненты были хорошо согласованы, иначе ток (и светоотдача) в каждой цепочке не будут одинаковыми. И есть опасность, что один светодиод выйдет из строя и перекроет поток электричества через цепочку, в которой он находится, как то, что досадно часто случалось со старомодными лампочками для рождественской елки. Это плохо, конечно, потому что вся струна темнеет. Кроме того, он посылает больше тока в параллельные струны, что увеличивает их температуру и может повредить их, если ток слишком велик.Однако дизайнеры могут избежать таких каскадных отказов, соединив светодиоды в параллельных цепочках. В этом случае единственная точка отказа повлияет только на несколько других светодиодов.

В идеале, однако, каждая последовательно соединенная цепочка должна иметь свой собственный регулируемый драйвер, обеспечивающий необходимое количество тока. Производители светодиодов тщательно документируют величину тока, необходимого для данного светового потока, поэтому нетрудно решить, какой ток обеспечить. Напряжение, необходимое для поддержания этого уровня тока, может варьироваться, скажем, от 3 до 3.6 вольт. Таким образом, если, например, в одной лампе последовательно соединены восемь светодиодов, схема управления для нее должна обеспечивать желаемый уровень тока при напряжении в диапазоне от 24 до примерно 29 вольт.

Электроника привода должна включать в себя два основных функциональных элемента: схему преобразования мощности (по сути, транзисторный переключатель, который быстро включается и выключается) и схему датчика, которая отслеживает средний ток через светодиоды и обеспечивает сигнал обратной связи для регулирования пропорции время, в течение которого переключатель преобразования мощности остается включенным.Во многих случаях для изменения напряжения и изоляции светодиода от высоковольтной сети используется трансформатор. В таких конструкциях сигнал обратной связи часто передается оптическим путем от сенсорной электроники к схеме преобразования мощности, чтобы не нарушать электрическую изоляцию между этими двумя каскадами.

Разработать все это достаточно просто для инженеров, разбирающихся в разработке импульсных источников питания, таких как зарядные устройства для мобильных телефонов или настольные компьютеры.Тем не менее, одна надвигающаяся проблема со светодиодным освещением заключается в том, что оно обещает сделать импульсные источники питания еще более распространенными, чем сейчас. Это отлично подходит для таких компаний, как On Semiconductor, в которой я работаю, базирующаяся в Фениксе, которая создает микросхемы для использования в таких расходных материалах. Но это может стать головной болью для электроэнергетических компаний, если не будут приняты дополнительные меры для обеспечения того, чтобы эти источники питания были безопасными для сети. Позволь мне объяснить.

Величина тока, потребляемого обычной лампочкой накаливания в любой момент времени, пропорциональна приложенному к ней напряжению.Поскольку величина этого переменного напряжения колеблется, ток, протекающий через лампочку, колеблется вместе с затраченной энергией. В результате энергия, вырабатываемая местной коммунальной компанией, плавно поступает в лампочку, где она преобразуется в свет и тепло.

Однако многие электрические нагрузки содержат конденсаторы или катушки индуктивности, которые могут накапливать энергию и, таким образом, изменять то, как устройство потребляет ток из электрической сети. Значительная емкость или индуктивность будут смещать синхронизацию колебаний напряжения и тока, позволяя энергии течь туда и обратно между нагрузкой и сетью.Другой проблемой является генерация гармоник основной частоты сети.

Энергетические компании могут справиться с этими сбоями, но тем не менее они неприятны. Вот почему регулирующие органы пытаются ограничить проблемы, которые может создать светодиодное освещение. Обычный показатель для оценки называется коэффициентом мощности, который варьируется от 0 (когда энергия просто течет туда-сюда, не потребляясь) до 1 (когда вся энергия плавно поступает в нагрузку). В Соединенных Штатах, например, любая светодиодная лампа, потребляющая более 5 Вт, или любой осветительный прибор на основе светодиодов, предназначенный для бытового использования, должен иметь коэффициент мощности больше 0.7, чтобы претендовать на рейтинг Energy Star. А светодиодные светильники, предназначенные для коммерческого использования, должны иметь коэффициент мощности более 0,9.

Внедрение светодиодов для общего освещения, несомненно, будет как эволюционным, так и революционным. С одной стороны, многие люди будут постепенно переходить на светодиоды, используя лампы, которые они всегда использовали, и просто покупая замену своим ввертным лампам накаливания и компактным люминесцентным лампам. С другой стороны, светодиоды предоставляют дизайнерам способы создания гораздо более инновационных форм освещения, которые используют преимущества длительного срока службы, направленности и тонкой масштабируемости света, которые предлагают светодиоды.Дизайнерам освещения для дома и бизнеса потребуется время, чтобы открыть для себя возможности, но как только они это сделают, фантастические новые виды освещения, несомненно, начнут освещать наши дома и офисы. И если схемы, управляющие ими, построены правильно, эти фонари окажутся такими же надежными, как и привлекательными.

Первоначально эта статья вышла в печати под названием «За рулем света 21-го века».

Об авторе

Берни Вейр, менеджер по приложениям и маркетингу компании On Semiconductor, получил степень по электроэнергетике в Технологическом институте Роуз-Халман.Он начал работать с электроникой, управляющей светодиодными лампами, в начале 2000-х годов, но только в последние несколько лет технические разработки и отраслевая стандартизация светодиодного освещения объединились, говорит он.

О фотографе

Дополнительную информацию о рентгеновских снимках в этой статье см. в предыстории «Проникновение в суть».

7 основных характеристик светодиодных светильников для выращивания растений, о которых следует знать

Продукция

Сравните светодиодные лампы для выращивания растений и выберите подходящую

Как и многие новые технологии, диапазон цен и качества светодиодных светильников для выращивания широк, и это может затруднить выбор наилучшего варианта.

Как выбрать среди всех светодиодных ламп для выращивания ту, которая подходит вам и вашим растениям ?

Вот некоторые из наиболее важных вещей, которые я узнал, работая со светодиодными лампами для выращивания растений, написанные на языке, предназначенном для людей-растений. Если вы новичок в светодиодах, я надеюсь, что это ускорит ваше обучение. И если вы эксперт, поделитесь комментариями, которые также могут помочь людям, которые только вступают в эту замечательную новую эру света.

Прежде чем идти дальше, возникает один очевидный вопрос: почему кто-то должен переходить на светодиоды для освещения растений? Ведь они, как правило, дороже.

Ответ: Выбирайте для выращивания высококачественные светодиодные лампы для выращивания, потому что ваши растения будут процветать, ваши счета за электроэнергию не возрастут, а светодиоды лучше подходят для окружающей среды, чем другие типы ламп для выращивания. Из онлайн-введения Общества инженеров по освещению в основы освещения (которое не имеет маркетинговой программы) мы можем узнать о нескольких ключевых причинах, по которым светодиоды быстро меняют мир освещения для выращивания:

«Светодиодное освещение принципиально отличается от обычных источников света, таких как лампы накаливания, люминесцентные и газоразрядные лампы.В светодиоде не используется ртуть, свинец, газ или нить накала, в нем нет хрупкой стеклянной колбы и нет движущихся частей, которые могут выйти из строя. Светодиодные источники супер зеленые! Они не содержат ртути (как КЛЛ) или свинца (как лампы накаливания). Светодиодное освещение более эффективно, долговечно, универсально и долговечно, чем лампы накаливания. … В хорошо продуманном продукте; Светодиоды в основном холодные на ощупь [и излучают видимый свет в виде определенных цветов]». Источник : https://www.ies.org/lighting/sources/led.

куб. футов в минуту

Роберт Морроу из Orbital Technologies Corporation написал в статье для журнала HortScience: «…использование светоизлучающих диодов (LED) потенциально является одним из самых больших достижений в садоводческом освещении за последние десятилетия».

Приобретите светодиодные светильники для выращивания растений прямо сейчас

 

Немного контекста

Как ООО «LED Habitats» пришло в мир светодиодного освещения? Выбор и разработка правильного освещения для роста и цветения растений были частью моей работы с 90-х годов, когда я начал работать в Университете Висконсин-Мэдисон с исследовательским заводом Brassica под названием Wisconsin Fast Plants.Эти быстрорастущие растения выращивают в помещении при круглосуточном электрическом освещении, и качество света оказывает огромное влияние на их рост и здоровье. Благодаря этой работе Дэн (также соучредитель LED Habitats LLC) был вовлечен в проект НАСА, который включал отправку быстрых растений в космос для экспериментов. Этот проект познакомил Дэна с миром высокотехнологичных осветительных решений, поскольку инновационный партнер — WCSAR — разработал камеры для выращивания для использования на «Шаттле». С тех пор Дэн разработал и протестировал широкий спектр систем освещения, что привело к работе со светодиодным освещением, которое стало возможным, когда были изобретены синие светодиоды.

В течение последних нескольких лет я участвовал в поиске Дэном высокопроизводительных светодиодных фонарей. Каждый из нас обладает разным опытом, и все вместе — вместе с профессиональными инженерами по светодиодному освещению, с которыми мы работаем, — мы полностью погружаемся в мир светодиодного освещения для садоводства.

Выход длины волны

Я много читал в Интернете, что растения не могут расти при светодиодном освещении. Когда-то такие утверждения были правильными, но все изменилось с открытием синих светодиодов.Чтобы оценить важность синего света для садового освещения, давайте рассмотрим некоторые аспекты физики света.

Обычно, когда мы говорим о «свете», мы имеем в виду ту часть спектра электромагнитного излучения, которая видна человеческому глазу. Для растений существуют определенные длины волн, которые, как мы узнали в ходе экспериментов, особенно важны для фотосинтеза, роста и развития. Термин PAR или p хотосинтетически a активное r излучение определяется диапазоном длин волн, которые, по мнению ученых, важны для растений, и i

t соответствует видимому спектру (длины волн света, которые может видеть человеческий глаз). ).

В диапазоне PAR эксперименты показали, что определенные длины волн способствуют росту растений и/или цветков, а некоторые длины волн могут также препятствовать росту некоторых видов растений. Научные эксперименты показали, что особенно важны длины волн красного и синего света. Таким образом, пока Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура не изобрели синий светоизлучающий диод (СИД), за который они были удостоены Нобелевской премии по физике в 2014 году, мы просто не могли создавать освещение для садоводства только с помощью светодиодов.И мы продолжаем учиться: например, теперь у нас есть исследования, показывающие физиологическую важность света во всем спектре (включая некоторые длины волн за пределами области ФАР).

При покупке светодиодных светильников для выращивания растений длина излучаемой волны имеет решающее значение. Светодиодный свет, продаваемый для освещения магазина или лампы (для освещения человека), был разработан, чтобы хорошо работать для человеческого зрения, а не для того, чтобы подчеркивать синий и красный цвета, которые, как мы знаем, нужны растениям или обязательно включают весь спектр ФАР.

Показания выходной мощности светодиодного двигателя LED Habitat, полученные с помощью Ocean Optics USB2000+

Если производитель светодиодных ламп для выращивания растений заявляет, что их свет обеспечивает идеальный спектр для ваших растений, то это довольно самонадеянно.Подобные утверждения выдвигаются уважаемыми исследователями Сноуденом, Коупом и Багби в первом предложении их исследовательской работы 2016 года: «Несмотря на десятилетия исследований, влияние спектрального качества на рост и развитие растений изучено недостаточно». Итак, для нашей светодиодной лампы для выращивания Habitat мы выбрали:

.
  • полный спектр ФАР с выделением синих и красных длин волн,
  • те длины волн, которые предпочитали видеть испытатели (их растения выглядели прекрасно!) и
  • Мы протестировали 90 114 длин волн, и наши растения процветали — как во время роста, так и во время цветения.

Подробнее об этом ниже.

Магазин светодиодных светильников для выращивания растений

 

Понимание Ватт

Вт говорят нам, сколько энергии требуется для освещения. Когда почти все освещение было лампами накаливания, тогда Ватт был полезной мерой, потому что потребляемая мощность напрямую зависела от общей выходной интенсивности света, которая измерялась в люменах.

Входная мощность 24,8 Вт для LED Habitat

Вот полезное определение ватта от Общества инженеров по светотехнике (IES): ВАТТ: Ватт — это единица мощности, обозначающая скорость, с которой используется электричество.

Однако светоотдача светодиодного светильника зависит не только от потребляемой мощности. Вместо этого он определяется качеством его компонентов и общей конструкцией, включая конкретный используемый светодиодный чип, плотность чипа, используемую оптику, радиатор и драйвер. Фактически, светодиоды становятся менее эффективными по мере увеличения мощности, поскольку повышение температуры электронной платы, содержащей светодиоды (объединительная плата), приводит к значительному снижению эффективности светодиодов. Другими словами, светодиод мощностью 3 Вт излучает примерно в три раза меньше света, чем тот же светодиод мощностью 1 Вт!

Выход PAR

LED Habitat, измеренный с помощью датчика Apogee Quantum на типичном расстоянии от верхушек растений, постоянно превышает 420 мкмоль м-2с-1.

Таким образом, если производитель светодиодных светильников для выращивания растений хвастается мощностью в ваттах как мерой своей удивительной способности выращивать потрясающие растения (а не как чрезвычайно низкую потребляемую мощность), будьте подозрительны. Предстоящая статья: Предлагаемая этикетка продукта для электрических ламп, используемых в садоводстве и биологии растений , которая должна быть опубликована позднее в 2017 году в журнале HortTechnology Journal, может помочь «осветить» лучшие стандарты для описания и сравнения светодиодов. Однако до тех пор, пока стандарты не будут приняты, мы должны полагаться на производителей, чтобы предоставить как можно больше информации, включая входную мощность и выходную мощность PAR.

Наш светодиодный модуль (один модуль/LED Habitat, три модуля/Habitat Pro и четыре модуля/Habitat 420) потребляет меньше ватт, чем лампочка мощностью 30 Вт, но при этом он намного ярче (больше люменов) и имеет стабильную мощность ФАР >420 мкмоль м -2 с -1 .

Читайте дальше, чтобы узнать о лучших способах сравнения светоотдачи светодиодов для выращивания растений.

Люмен, ФАР и люкс

Как упоминалось в предыдущем разделе, производители осветительных приборов, производители-любители и профессионалы в области садоводства используют разные термины для описания светильников для выращивания растений, что затрудняет сравнение различных систем освещения.Далее следует прямое обсуждение типов измерений, которые обычно используются в электрическом освещении, и их значения для ваших растений.

Люмен — это единица измерения, описывающая общее количество света видимого спектра, излучаемого источником света (во всех направлениях). Но важнее всего не то, сколько света может излучать лампа для выращивания — важно знать, сколько света на самом деле достигнет ваших растений.Освещенность является мерой количества света, достигающего поверхности, и определяется как люмен на метр в квадрате или люкс . Однако люкс измеряется человеческим глазом и не рекомендуется для применения в растениях, хотя существуют коэффициенты преобразования, которые можно использовать для преобразования его в микромоль (и другие единицы освещенности).

Ключевым является различие между тем, как люди воспринимают интенсивность света (измеряется в люменах) и тем, как растения поглощают и используют свет.Эта разница заключается в том, почему мы действительно должны измерять светоотдачу от ламп для выращивания с помощью других типов измерителей, чем те, которые используются для измерения светоотдачи от ламп, предназначенных для людей. PAR фотонная освещенность (часто сокращенно просто PAR) — это измерение, которое дает нам наиболее полезную информацию для сравнения освещения для выращивания. Рекомендуемые единицы измерения ФАР, мкмоль м -2 с -1 .

Итак, если светодиодная лампа для выращивания растений описывает мощность только в люменах, знайте, что вы получаете только часть информации, которая полезна для выбора лампы для выращивания.

Высококачественные светодиодные лампы для выращивания растений предоставят вам информацию о распределении длин волн света, излучаемого светом, размере области, предназначенной для освещения, и мере энергии, доступной для фотосинтеза (фотонное излучение ФАР) на уровне растений. . Наиболее точным инструментом для измерения светоотдачи является спектрорадиометр, и некоторые лампы для выращивания растений включают в свои спецификации график длин волн, излучаемых при измерении спектрорадиометром.Однако спектрорадиометры являются очень дорогими приборами, которые редко используются производителями света, у которых нет биологов растений, понимающих их ценность.

При разработке нашей светодиодной матрицы нам посчастливилось иметь доступ к спектрорадиометру для тестирования прототипов, потому что мы также использовали наши светодиоды в наших университетских исследованиях растений. На фото результаты, показывающие полный выходной спектр.

Если вам нужна более подробная информация о PAR, люменах, люксах, измерении/сообщении параметров окружающей среды для растений и многом другом, вы найдете список ресурсов из авторитетных источников, доступных в Интернете, в конце этой статьи.

Сила света

Если у вас есть доступ к люксметру, который измеряет люмены, люксы или PAR, попробуйте провести измерения на разных расстояниях от любого типа источника света. Вскоре вы обнаружите, что по мере того, как вы перемещаете измеритель дальше от источника света, интенсивность света быстро падает.

Эта взаимосвязь между интенсивностью света (мощностью) и расстоянием от источника света хорошо понимается как физический закон (называемый законом обратных квадратов ), и интенсивность света для каждого источника света для выращивания ведет себя одинаково.

Это важно знать при сравнении различных ламп для выращивания. Если производитель хвастается, что освещает большую площадь, а светодиоды должны располагаться высоко над растениями, чтобы распространять свет по всей площади, то светоотдача должна быть намного выше, чем если бы лампы были спроектированы так, чтобы располагаться близко к растениям, и вы можете ожидать, что интенсивность света, вероятно, ниже по краям следа.

То, на что вы можете легко обратить внимание при сравнении источников света, это то, что высококачественные светодиодные лампы для выращивания растений обычно хвастаются тем, насколько близко можно выращивать растения к источнику света.Это одна из причин, почему светодиоды преображают садоводство, потому что хорошо спроектированные светодиодные светильники для выращивания растений работают достаточно прохладно, так что ткань листа может практически касаться светодиодов без вреда для себя, поэтому светильники можно держать очень близко к растениям, где светоотдача самая высокая (с наименьшим энергозатраты). Это связано с тем, что большая часть тепла от светодиодов уходит от их печатной платы (объединительной платы), где хорошо спроектированные лампы для выращивания растений используют радиаторы для эффективного рассеивания тепла.

Интенсивность света — один из самых важных параметров, который необходимо знать при сравнении ламп для выращивания.Хотя, большая интенсивность света только лучше до определенного момента. Слишком высокая интенсивность света обжигает растительную ткань, как показано в эксперименте, показанном справа, при сравнении реакции проростков Brassica на 2 световые обработки: 350 и 1000 мкмоль м-2с-1

Ключевые особенности, благодаря которым светодиодные среды обитания работают исключительно хорошо, включают:

  • Высоту лампы для выращивания легко отрегулировать так, чтобы ее можно было держать близко (2-3 дюйма) от самых верхних листьев ваших растений.
  • Интенсивный световой поток по всей площади основания, это вся область под светодиодной матрицей (в куполе).

Приобретите светодиодные светильники для растений прямо сейчас

 

Качество светодиодного чипа

Качественное производство диодов имеет свою цену. Каждый диод должен быть изготовлен в соответствии с точными спецификациями, чтобы излучать правильные длины волн и сохранять свою целостность с течением времени. «Светоизлучающие диоды изготавливаются из экзотических полупроводниковых соединений, таких как арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP), фосфид арсенида галлия (GaAsP), карбид кремния (SiC) или нитрид галлия-индия (GaInN), смешанных вместе в различных соотношениях для производят различную длину волны цвета (источник: https://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_8.html)».

Каждый диод должен быть изготовлен в соответствии с точными спецификациями, чтобы излучать правильные длины волн и сохранять свою целостность с течением времени.

Как вы можете себе представить, есть уважаемые производители, которые используют сложные технологические процессы, чтобы гарантировать, что производимые ими диоды излучают правильные длины волн света и являются высоконадежными электронными компонентами. С другой стороны, существует множество дешевых светодиодов, целью которых является привлечение покупателей с ограниченным бюджетом, которые могут не знать о различиях в качестве светодиодов.Дешевые светодиоды могут излучать или не излучать длины волн, которые нужны нашим растениям, и интенсивность излучаемого ими света также может изменяться по длине волны и/или снижаться в течение недель или месяцев после начала использования и нагрева диодов.

Во всех типах светильников количество излучаемого света (измеряемое в люменах или фотонной освещенности ФАР) уменьшается по мере использования. Мощность традиционных ламп накаливания снижается гораздо быстрее, чем у светодиодов. Хорошо спроектированные светодиодные светильники могут сохранять 70% своей первоначальной мощности в течение 50 000 часов и более, в зависимости от условий эксплуатации и других факторов.(источник: ИЭС)

В наших светодиодных двигателях используются только компоненты от надежных и передовых производителей. Мы используем высокопроизводительные светодиоды Cree, потому что знаем, что качество светодиодной технологии определенно стоит своей цены.

Светодиодные линзы имеют большое значение в светоотдаче и занимаемой площади

Светоизлучающие диоды

представляют собой электрические трансформаторы, сконструированные и заключенные в прозрачную твердую пластиковую эпоксидную смолу, которая защищает светодиод, а также действует как линза.

Подробнее см. в разделе «Связи, полосы и легирование: как работают светодиоды?» Кэсидей и Фрей

В зависимости от того, как изготовлена ​​линза, она может фокусировать или рассеивать свет от диода.Некоторые типы линз концентрируют излучаемый свет непосредственно под светодиодным чипом, в то время как другие используют отражатели и рассеиватели для распространения света на более широкую область. Специализированное производство светодиодной линзы или добавление вторичной линзы может использоваться для распространения света по предполагаемой растущей площади поверхности лампы или «следу». Сравнение того, как производители осветительных приборов используют линзы, может быть сложной задачей, потому что, к сожалению, «не существует единого показателя, который мог бы полностью описать оптические характеристики данной линзы (Digi-Key, 2016).

Если линзы используются для расширения зоны освещения лампы для выращивания растений, они обычно снижают эффективность (Digi-Key, 2016). Иногда вы увидите это в лампах для выращивания, где светодиоды установлены в один ряд. Хотя линза отражательного типа в светодиодном чипе более широко распределяет излучаемый свет, результатом может быть то, что большая площадь получает более низкую «плотность света». Думайте об этом как о разрезании торта на более мелкие кусочки, чтобы угостить большее количество людей. Каждый получает торт, но он получает меньше, чем если бы он был разделен между меньшим количеством людей.

В качестве альтернативы, несколько светодиодных чипов с линзами, которые концентрируют излучаемый свет под чипом, могут быть установлены на общей плате для создания светодиодного двигателя. Благодаря этой конструкции плотность света под отдельными светодиодными чипами максимальна, и можно разработать индивидуальную световую матрицу, состоящую из светодиодов определенного цвета. Освещенный след становится областью непосредственно под светодиодным двигателем.

В LED Habitats LLC мы работаем исключительно с производителем компонентов, который постоянно поставляет светодиоды с сильным сочетанием эффективности и контроля луча, поэтому мы можем изготовить на заказ долговечный светодиодный двигатель с высокой производительностью и надежной выходной мощностью на всей его площади.

Вам нравятся шумные вентиляторы?

Несмотря на то, что светодиоды чрезвычайно эффективно используют энергию электричества, они выделяют тепло при излучении света. Однако, в отличие от традиционных ламп для выращивания растений, хорошо спроектированные светодиодные лампы для выращивания растений, которые правильно питаются (приводятся в действие) и построены из высококачественных компонентов, работают настолько прохладно, что ткани растений (листья) могут без вреда подойти очень близко к светодиодным чипам. Высококачественные светодиодные чипы монтируются в теплорассеивающие подложки, а затем их можно монтировать в более крупные радиаторы, охлаждающие с поразительной эффективностью.

Если тепло, выделяемое светодиодами, не рассеивается, срок службы светодиодных микросхем сокращается и/или микросхемы могут выйти из строя. Существует два основных способа производства светодиодных светильников для рассеивания тепла:

  1. Светодиоды вмонтированы в материалы, отводящие тепло от диода
  2. Светодиодные чипы, установленные в радиатор

При проектировании светодиодных светильников для выращивания инженер определяет, какой радиатор подходит для использования, исходя из монтажных материалов для светодиодов и других конструктивных требований, таких как корпуса светильников, материалы для ламп, соображения бюджета и т. д.Как вы можете себе представить, материалы для высокоэффективных теплоотводов более дороги в производстве.

Итак, еще одно решение, используемое производителями светодиодных светильников для выращивания растений, — это охлаждающие вентиляторы, которые работают, когда свет включен. Это нормально, если вы не возражаете против постоянного гудения вентилятора в качестве фонового шума или если вы растете далеко от своего жилого помещения. Но что это за удовольствие?

Другим фактором, влияющим на температуру (и срок службы) светодиодных чипов, является питание чипов. Электричество должно подаваться на светодиод, и это обычно делается с помощью «драйвера», который посылает постоянное напряжение на диоды.Светодиодные чипы рассчитаны на определенные уровни мощности, поэтому очень важно разработать правильное соответствие между драйверами и светодиодами. «Слишком большой ток и напряжение могут повредить светоизлучающий переход светодиода», — объясняет Домитрович в журнале Международной ассоциации инспекторов по электротехнике, апрель-май 2014 г.

Несмотря на то, что срок службы светодиодов рассчитан на 50 000 часов, в недорогих светильниках для выращивания растений с плохим охлаждением или слишком мощными светодиодами интенсивность света может значительно снизиться при нормальном использовании через несколько месяцев.Это действительно важно для растений, которым для фотосинтеза, роста и развития цветков необходим свет высокой интенсивности.

LED Habitat оснащены сложными радиаторами, которые сверхэффективно охлаждаются без охлаждающего вентилятора, поэтому все светодиодные светильники Habitat работают бесшумно. Они также были разработаны с использованием высококачественных светодиодов, которые работают менее чем на 50% своей мощности, чтобы максимально продлить срок их службы. Результатом стал высокоэффективный светодиодный светильник для выращивания растений, который может жить с вами в любой комнате в течение очень долгого времени и не сводить вас с ума громким охлаждающим вентилятором, который работает всякий раз, когда он включен.

 

Готовы ли вы выбрать светодиодный светильник для выращивания растений? Я надеюсь, что представленная здесь информация поможет вам понять, что выбор светодиодной среды обитания означает, что вы выбираете чрезвычайно хорошо спроектированный светодиодный светильник для выращивания растений, рассчитанный на длительный срок службы и обеспечивающий исключительно хорошее выращивание растений.

Мы настолько уверены в долговечности наших Habitats и в том, насколько они вам понравятся, что гарантируем удовлетворение и предоставляем ограниченную 90-дневную гарантию на все компоненты. Кроме того, если вам удастся изнашивать светодиодный двигатель в вашем Habitat после его использования в течение 50 000 часов, свяжитесь с нами, и мы поможем вам заменить ваш светодиодный двигатель Habitat только по стоимости компонентов плюс доставка.Наша цель — сделать вас сильнее!

– Хеди

Приобретите светодиодные светильники для выращивания растений прямо сейчас

 

Особая благодарность доктору Роберту Морроу за то, что он нашел время, чтобы просмотреть эту запись в блоге и предложить дополнительные актуальные и актуальные исследования и публикации.


Ресурсы, цитируемые в этом блоге и рекомендуемые для получения дополнительной информации

Существует много источников с более подробной информацией о компонентах светодиодного освещения и измерении входных и выходных сигналов светодиодного света, но я предостерегаю вас критиковать их происхождение и полагаться только на авторитетные источники.Я был поражен количеством дезинформации и лженауки по этому вопросу, которые публикуются в Интернете любителями и предприятиями. Я рекомендую следующие ресурсы:

Некоторые из наиболее актуальных и глубоких работ по изучению эффективности светодиодов и их использования в выращивании растений принадлежат доктору Брюсу Багсби из Университета штата Юта. Он и его ученик Джейкоб Нельсон опубликовали в 2014 году результаты своего исследования, в котором сравнивали варианты освещения для садоводства (https://www.cpl.usu.edu/htm/publications/publication=15594)

.

Новый взгляд на классификацию и маркировку электрических ламп в садоводстве, особенно светодиодных ламп для выращивания растений, написанный доктором С.А.Дж. Оба и их коллеги: Предлагаемая маркировка для электрических ламп, используемых в садоводстве и биологии растений. Это будет опубликовано позже в 2017 году в журнале HortTechnology.

Обновленный взгляд на светодиоды в садоводстве: Mitchell, C.A., M.P. Dzakovich, C. Gomez, R. Lopez, J.F. Burr, R. Hernandez, C. Kubota, C.J. Curry, Q. Meng, E.S. Ранкл, К.М. Бурже, Р.К. Морроу и А.Дж. Оба. Светодиоды в садоводстве. В: Дж. Яник (редактор) Садоводческие обзоры, том 43: 1-87.

Техническое руководство Филиппа Дэвиса под названием Освещение: принципы, доступно бесплатно в Интернете https://horticulture.ahdb.org.uk/sites/default/files/u3089/Lighting_The-principles.pdf

Информационная статья Купера 2007 года в журнале LEDs Magazine: https://www.ledsmagazine.com/articles/print/volume-4/issue-8/features/driving-led-lamps-some-simple-design-guidelines.html

Статьи, опубликованные в Интернете компанией Apogee Instruments, известным производителем приборов.

Светодиод 1 ватт характеристики: Светодиод 1 ватт

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.