Что внутри светодиодного светильника
Перейти к содержимому

Что внутри светодиодного светильника

  • автор:

Анатомия светодиодных ламп

Эффективность компактных люминесцентных ламп достигла предела, а эффективность светодиодных ламп продолжает свой рост. Цены на светодиодные лампы продолжают падение, что повышает их привлекательность и делает их альтернативой люминесцентным лампам.

Cветодиодная революция в технологии освещения продолжается. Производительность светодиодных ламп (LED-ламп) быстро увеличивается, а цена падает. В прошлом году светодиодные лампы формата A19 – стандартный бытовой формат — продавались по цене от 10 до 30 долл. Существовала сильная зависимость между ценой и качеством изделия. В этом же году продукцию, занимающую в рейтинге по качеству верхние позиции, можно приобрести уже за 7 дол.

LED-лампы, по сравнению с компактными люминесцентными лампами (КЛЛ), имеют примерно одинаковую эффективность — от 50 до 60 лм/Вт. Однако, эффективность LED-ламп продолжает расти, в то время как эффективность КЛЛ уже достигла предела. LED-лампа мощностью 7,5 Вт излучает 485 лм, т.е эффективность этой LED-лампы составляет 65 лм/Вт. Те же 485 люмен обеспечит старомодная 40-Вт лампочка накаливания, но при этом её эффективность составит только 12 лм/Вт, т.е. будет в пять раз меньше.

При замене в настольном светильнике обычной лампы на LED-лампу, включая и уже упоминавшуюся выше LED-лампу, обнаружится, что помимо направленного вниз, на поверхность стола светового потока, какая-то часть светового потока направлена вверх. Это связано с горизонтальным размещением светодиодных излучателей внутри корпуса LED-лампы. Для решения этой проблемы, в лампах компании Philips используются три вертикально ориентированные LED-панели. Несмотря на имеющиеся проблемы, LED-светильники, настольная лампа или лампа направленного действия обеспечивают равномерное освещение рабочей поверхности и не нагревают освещаемую поверхность.

Конструкция настольной лампы предполагает установку в неё лампочки, которая излучает свет во всех направлениях. Цоколь лампы обеспечивает соединение с линией электроэнергии, а абажур выполняет функции отражателя. Абажур, будучи открытым сверху и снизу, также обеспечивает естественную конвекцию воздуха и позволяет устранить нежелательное тепло. Он также позволяет легко заменять недолговечные лампочки.

По мере создания новых осветительных ламп совершенствовалась и конструкция электрической настольной лампы, и этот процесс происходил на протяжении более века. Конструкция современных настольных ламп значительно отличается от их предшественников – масляных ламп.

У самых первых электрических ламп не было высокой эффективности и они не сразу стали популярными, но они обладали определёнными преимуществами, и использование керосиновых ламп стало сокращаться. В течение некоторого времени — вероятно, весьма быстро — конструкции светильников будут развиваться, чтобы адаптироваться к особенностям светодиодных источников. Когда срок службы светодиодных источников будет измеряться десятилетиями, и их замена больше не будет проблемой, конструкции светильников будут принимать различные формы и очертания. А пока фирмы продолжают производить LED-лампы по конструкции совпадающие с лампой Эдисона, что сродни забиванию квадратного в сечении колышка в круглое отверстие.

Strategies Unlimited (исследовательская компания, специализирующаяся на маркетинговых исследованиях на рынке светодиодной продукции) прогнозирует, что —«объём мирового рынка источников освещения, необходимого для замены существующих источников освещения, вырастет с 2,2 млрд долл. в 2011 г. до 3,7 млрд долл. в 2016 г.» Как отмечают эксперты, LED-лампы обеспечивают существенно более приятное освещение чем КЛЛ, и рынок их ожидает с нетерпением. LED-лампы служат дольше КЛЛ, они не содержат ртути и мгновенно включаются. У КЛЛ же, по сравнению с LED-лампами, есть одна неприятная особенность – КЛЛ требуется значительное время для перехода в режим максимального уровня освещённости.

Компоненты конструкции LED-лампы

LED-лампы являются сложными электронными устройствами. Светодиоды являются полупроводниковыми диодами, для питания которых требуется низкое напряжение постоянного тока — как правило, около 3 В. В зависимости от географического положения сетевое напряжение в домах — 220 В или 110 В переменного тока. Упомянутая выше лампа LG не имеет режима димминга. В более дорогих моделях заложена функция димминга, хотя, по мере падения цен на LED-лампы, в новых лампах эта функция может стать стандартной.

Подобно КЛЛ, внутри LED-лампы находится небольшая плата управления.Компоненты конструкции LED-лампы

Печатная плата

На рисунке видно, что печатная плата покрыта компаундом

На печатной плате этой лампы находится трансформатор, несколько конденсаторов и транзисторов.

На установленной вертикально дочерней плате находится контроллер LED-лампы HS01G (полумостовой резонансный контроллер).

Наблюдая излучаемый лампой большой световой поток, очень необычно осознавать реальный размер светодиодов. В LED-лампе используется от 16 до 48 светодиодов, каждый размером не менее 0,5 х 0,5 мм. По сравнению с этими размерами зерна риса (размером в среднем 5 х 2 мм) кажутся просто огромными! Светодиоды сгруппированы в матрицу четыре на четыре и размещены под желтыми флюоресцирующими куполами, которые, преобразуют излучаемый нитрид-галлиевыми кристаллами светодиодов поток синего света в поток белого света.

Термин «фосфор» обычно используется для обозначения флюоресцирующей среды, даже если в этой среде нет фосфора. В светодиоде излучателем является эмиттер, который состоит из мелких частиц ИАГ (иттрий-алюминиевого граната) и бария, стронция и силиката кальция, удерживаемых вместе чистым силиконом. Для достижения холодного или тёплого оттенка белого светового потока используются различные материалы.

Светодиоды

Четыре светодиода, каждый размером 0,5мм x 0.5мм x 0.1мм установлены на плату под жёлтыми куполами

Поскольку светодиоды выделяют тепло, необходимо, чтобы конструкция задней части эмиттеров позволяла рассеивать тепло.

Конструкция эмиттеров позволяет отводить тепло

Кристалл светодиода крупным планом

Каждый светодиодный кристалл имеет очень маленькие размеры и устанавливается с помощью вспомогательных материалов. Кристалл светодиода разрезается по диагонали, при этом формируются две излучающие поверхности. Каждая из распиленных частей кристалла представляет собой очень тонкий слой нитрида галлия (GaN) толщиной всего 7 микрон и размещается на сапфировой подложке толщиной 0,1 мм. Сапфировая подложка служит основой для установки нитрид-галлиевого кристалла.Вид светодиодного кристалла в электронном микроскопе. Один из встраиваемых электродов подключён к катоду, а другой электрод к аноду

Сапфировая подложка снижает плотность дислокаций в кристалле GaN. Во время работы кристалла подложка работает как радиатор, рассеивая выделяющуюся тепловую энергию. Основание излучающего GaN-кристалла толщиной около 6 микрон не используется для создания светового потока и обеспечивает лишь механическую связь с сапфировой подложкой. Толщина слоя, в котором прогрессивно нарастает мощность излучаемого сигнала, составляет около 1 микрона. Область наиболее интенсивного светового излучения находится примерно на 100 нм ниже верхней поверхности кристалла.

Поперечный вид светодиодного кристалла показан на следующем фото.

С помощью электронного микроскопа можно наблюдать и слой GaN.Поперечныйвидкристалла. Шкала линейки 0,1 мм. На верхней поверхности виден тонкий слой GaN. Ближе к центру виден электрод, соединённый с катодом.

Множество квантовых ям InGaN

Слой GaN. Синие стрелки показывают приблизительный район, где формируется световой поток. Над этой областью кристалла GaN находится легированная область р-типа; ниже области – легирование n-типа.

Синий свет генерируется в очень тонкой области, содержащей несколько квантовых ям InGaN с разной концентрацией индия. Область, где располагается «множество квантовых ям» (МКЯ) имеет толщину порядка 50 нм, т.е. её толщина меньше показанной на предыдущем рисунке стрелки. Через р-область протравлен канал и т.о. МКЯ имеет контакт с n-областью перехода. Поскольку свет не может выделяться из области травления, площадь этой области сведена к минимуму. Тем не менее, эта область достаточна для того чтобы обеспечить хороший контакт, установить электрод для подачи тока и избежать проблем, связанных с неравномерным распределения тока.

Очень приятным для глаз является излучаемый LED-лампой световой поток с цветовой температурой около 3000 К. Флюоресцирующая среда преобразует излучаемый кристаллом поток синего света в световой поток, спектр которого очень близок к солнечному свету. При этом отсутствует избыточное тепло, возникающее при инфракрасном излучении. Некоторые производители устанавливают внутри колбы лампы красные светодиоды, что добавляет в световой поток компоненты, находящиеся в конце спектра видимого света, где чувствительность человеческого глаза не так велика.

С добавлением красных светодиодов увеличивается сложность схемы, потому что необходимо управлять двумя наборами светодиодов, отличающимися напряжением включения. Однако одновременно повышается эффективность лампы, обеспечивая больший световой поток при той же потребляемой мощности.

Заключение

Спектр излучения лампы ограничен видимым светом. Пиковый уровень при длине волны 450 нм соответствует излучению синего светодиода.

С понижением цен на LED-лампы их привлекательность растёт и они становятся прекрасной альтернативой содержащим ртуть компактным люминесцентным лампам. У LED-ламп, также как и у КЛЛ, слабым звеном конструкции является печатная плата. Однако встречаются производители, конструкция печатной платы которых имеет отличное качество, что должно обеспечить срок службы изделия сверх ожидаемых значений.

Автор:
Мартин Симард-Нормандин — президент и главный исполнительный директор
компании MuAnalysis (Оттава, Канада)

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Светодиодные светильники: плюсы и минусы в сравнении с другими лампами

В чем преимущества светодиодных светильников: сравнение с люминесцентными лампами

Светодиоды постепенно продолжают вытеснять другие виды ламп, уже ставших привычными. LED-технологии используются во многих сферах: промышленности, торговле, медицине, причем и для внутреннего, и для наружного освещения. Чтобы понять причины популярности, вы можете изучить особенности, преимущества и недостатки светодиодных светильников, в том числе в сравнении с другими типами ламп.

Светодиодные светильники

Принцип работы, плюсы и минусы светодиодных ламп

В основе светодиодных светильников лежат светодиоды, внутри которых находится полупроводниковый диодный переход. Он начинает излучать свет под воздействием протекающего тока, причем этот свет всегда синий. Чтобы придать ему другой оттенок, излучающие кристаллы диода покрывают слоем люминофора.

Преимущества светодиодных светильников:

  • повышенное качество света;
  • длительный срок службы (самый большой среди всех типов ламп);
  • экономичное энергопотребление;
  • минимальные потери яркости со временем;
  • низкий коэффициент пульсации (ниже 5%);
  • отсутствие шума при работе;
  • стойкость к колебаниям напряжения.

Основным недостатком светодиодных светильников в сравнении с другими видами ламп считают высокую стоимость. Но она полностью компенсируется перечисленными плюсами, включая долговечность и экономичность. Не менее важно, что светодиодные лампы могут применяться рядом с легковоспламеняющимися веществами. Поэтому эти лампы используют во взрывозащищенных светильниках.

Светодиодная лампа

Преимущества светодиодных светильников на фоне люминесцентных ламп

Вопрос, что лучше – люминесцентные или светодиодные светильники, возникает одним из первых при сравнении разных ламп. Люминесцентные представляют собой газоразрядные источники света, где свечение возникает из ультрафиолетового излучения под действием разряда между электродами. Ультрафиолет воздействует на люминофор, которым покрыта внутренняя поверхность колбы, что и вызывает светящийся эффект.

Светодиодный светильник

Светодиодные лампы работают по другому принципу. В них не происходит никаких дополнительных преобразований энергии, поэтому коэффициент полезного действия оказывается несколько выше – 75-90% против 75-85% у люминесцентных ламп. В последних часть напряжения уходит на пускорегулирующее устройство, необходимое для устранения эффекта пульсации, из-за которого человек может ощущать себя подавленным. Понять, в чем разница между светодиодными и люминесцентными светильниками, проще при сравнении по другим важным критериям, приведенным в таблице.

Критерий сравнения Люминесцентные лампы Светодиодные лампы
Мощность 21 Вт 10 Вт
Срок службы 10 тыс. часов. Здесь важно количество циклов включения-выключения. В сутки их должно быть не более 6, поскольку лампы чувствительны к частому включению. Для продления срока службы такие лампы рекомендуют оставлять включенными, нежели лишний раз их выключать. 50 тыс. часов. Светодиоды не зависят от того, сколько раз их включают и выключают.
Степень нагрева Средняя Низкая, но для светодиодов, особенно мощных, важно наличие качественной вентиляции.
Прочность конструкции Хрупкая конструкция Высокая прочность
За сколько образуется максимальный световой поток За 2-3 с после включения. Время разгорания еще больше увеличивается при температуре ниже +10 °C. Мгновенно, сразу при включении. Светодиоды могут нормально работать при температуре от -20 до +40 °C.
Светоотдача В пределах 50-80 Лм/Вт. Обладают более высокой светоотдачей, поскольку почти всю энергию преобразуют в свет. К примеру, светильник LGT-Prom-AirTube-35 со световым потоком 4500 Лм и мощностью 36 Вт имеет светоотдачу 125 Лм/Вт. Для сравнения: световой поток 2500 Лм обеспечивает люминесцентная лампа мощностью 60-80 Вт и светодиодная лампа мощностью 25-30 Вт.
Экологичность Ввиду наличия паров ртути внутри колбы лампы относятся к опасным отходам, поэтому требуют специальной утилизации, обычно через фирмы, предоставляющие подобную услугу. Экологичные светильники, которые не приносят вреда окружающей среде при неправильной утилизации. Но специалисты рекомендуют не выбрасывать лампы в обычный мусор. Лучше сдавать их в пункты приема отходов, основанные на раздельном сборе мусора.

Одним из главных преимуществ светодиодных светильников перед люминесцентными считается низкое энергопотребление. Люминесцентные лампы слишком энергоемкие, что можно подтвердить их более высокой мощностью. Экономия электроэнергии особенно ощутима в долгосрочной перспективе. На фоне долговечности, более высокой прочности и меньших требований к обслуживанию это делает светодиодные светильники еще более выгодными.

Пример освещения светодиодными светильниками

Выводы

Рассмотрев плюсы и минусы светодиодных светильников, можно сказать, что по своим параметрам они лучше других существующих сегодня источников искусственного света. Кроме экономичности и долговечности они обладают хорошими светотехническими характеристиками.

Отсутствие эффекта пульсации и шума при работе позволяет использовать LED-светильники на производстве, в складских комплексах и медучреждениях, а благодаря высокой светоотдаче с их помощью можно организовать привлекательное торговое и качественное офисное освещение. Компания «КСО-1» предлагает свои услуги по подбору подходящих LED-светильников. Все вопросы вы можете задать в форме на сайте или по нашему контактному номеру.

Сборка линейного светодиодного светильника

Сейчас одним из самых популярных и модных решений освещения являются линейные светодиодные светильники. В этой статье мы разберемся, как устроены современные LED системы освещения и соберем один светильник своими руками.

Конструкция

image

Линейный светильник включает в себя: алюминиевый светодиодный профиль с поликарбонатным светорассеивающим стеклом, источник света (светодиодная лента или светодиодная линейка), LED драйвер. Так же к профилям предлагается огромное множество комплектующих (подвесы, заглушки, крепления и многое др.)

Из плюсов такой простой конструкции можно отметить широкие возможности конфигурации и выбора. Практически каждый такой светильник является уникальным. Неоспоримое преимущество линейных систем освещения заключается в том, что мы можем делать светильники любой длины.

Разновидности

Линейные светильники бывают: встраиваемые, подвесные, накладные. Отличаются они по способу монтажа, который предусмотрен производителем.

Приступим

Выбор корпуса

image

Мы приняли решение собрать подвесной светильник, который найдет свое применение как в гараже, так и в офисе. Среди широкого ассортимента алюминиевых светодиодных профилей мы нашли подходящий. Наш выбор остановился на профиле который называется U-S35. Габариты этого профиля 35*35*2500мм.

Выбор источника света

image

Изучив рынок светодиодных лент, посмотрев обзоры и прочитав отзывы, мы захотели применить в нашем будущем светильнике новинку.

Японский светодиодный модуль HOKASU. Модуль обладает огромным преимуществом перед светодиодной лентой.

Злейший враг светодиодов это тепло. От температуры, которую выделяют мощные LED’ы, светодиоды деградируют, теряют проценты своей первоначальной яркости. Очень важен мгновенный отвод точечного тепла, которое концентрируется у самого основания кристалла. Так как, светодиодная лента — это гибкий проводник с smd- светодиодами, при монтаже их на охлаждающую поверхность у нас получается тепловой зазор. Лента не очень плотно клеится к поверхности, мгновенному отводу тепла мешает клей (двойной скотч 3M). Линейки лишены этого недостатка, т.к плата на заводе припаяна к алюминиевой полосе, которая в свою очередь уже крепится к поверхности.

Итак, характеристики в студию:

  • Напряжение питания, V: 24
  • Световой поток, lm / m: 2700
  • Мощность, Вт / м: 26
  • Размер светодиодов: 2835 (2.8×3.5мм)
  • Цветовая температура, K: 4000

Комплектация

Из материалов мы использовали

image

  • Алюминиевый профиль
  • Заглушки + подвесы + крепления для накладного монтажа
  • Светодиодный модули
  • Источник питания 24v 150w
Для сборки нам понадобится

image

  • Паяльник
  • Мультиметр
  • Щипцы для резки и зачистки проводов
  • Флюс, олово
  • Прямые руки

Сборка

Для начала мы примерим линейки в профиле и обрежем их до нужного нам размера.
Кстати, их можно резать каждые 4 см.

image

image

После того как мы обрезали линейку, желательно проверить её на сопротивление, т.к после первой попытки, когда я резал обычной пилой, линейка замыкала с самого края.

Это связано с тем, что основание изготовлено из алюминия и проводит ток. И при неаккуратном разрезе с торца медные дорожки задевают подложку.

image

Далее мы проклеиваем линейки (у них предусмотрен клейкий слой 3M):

image

Сейчас наш светильник практически готов, нам осталось запаять все линейки между собой. Как заявляет производитель: допустимо последовательное соединение до 3м. (Это мы проверим позже, замерив общую мощность готового линейного светильника.)

image

Припаиваем с одного конца провод и закрываем экран. (Для провода нужно сделать отверстие и вывести его за профиль, но мы пока делать этого не будем.)

image

Я подключил светильник к лабораторному источнику питания для того, чтобы посмотреть какой ток потребляют светодиоды. Довольно распространенная проблема, что при подключении мощных лент более 2м идет потеря мощности. Это связано с недостаточной проводимостью медных дорожек. У меня получилось, что суммарная мощность светильника 2.7*24 = 64.8Вт (26 Вт/м).

Показатели скакали от температуры, но усреднено 26 Вт/м. С учетом того, что заявленная мощность одного модуля 26Вт, я считаю это идеальный показатель.

Применимость

Для наглядности я повесил светильник над рабочим столом и сделал несколько фотографий. В будущем найду ему постоянное место.

image

image

image

Стоимость

Линейный светильник 65Вт, 2.5м.

  • Профиль U-S35: 2400р
  • Модули HOKASU: 2370
  • Комплектующие: ~300р
  • Источник питания: 1150р

Одного такого светильника хватит на 2 или даже на 3 рабочих места. Его можно разрезать пополам и установить над разными столами, подключив к одному источнику питания.

Строение светодиодной лампы

Все мы знаем, что светодиодные лампы на сегодняшний день являются самым экономичным источником света. Интересовались ли вы, что их делает такими, какие они есть? Почему их называют экологически безопасными и самыми долговечными лампами? Давайте «заглянем» внутрь этого устройства, чтобы наконец разобраться, стоит ли эта лампа такого внимания.

LED-лампа состоит из четырех основных частей:

1. Колба с рассеивателем. В отличие от колб ламп накаливания и люминесцентных ламп, она не бьется, поскольку сделана из пластика, а не стекла. Поэтому, при падении вам не придется собирать обломки по всему полу. Также, она не нагревается. Удобно, не так ли? Колба бывает двух видов: матовая и прозрачная. При выборе светодиодной лампы, стоит отдать предпочтение устройству с матовой колбой. Она предназначена для равномерного рассеивания света по всей площади помещения.

2. Плата со светодиодами. 90% тепла, излучаемого светодиодами, приходится на плату. Поэтому, важно, чтобы она была с алюминиевой подложкой. На сторону, которая расположена возле радиатора, наносится термопаста, которая предотвращает его нагрев.

В светодиодных лампах могут использоваться три типа светодиодов:

DIP светодиоды. Крепятся на плату с помощью сквозных отверстий на плате. Имеют довольно низкую светоотдачу.

SMD светодиоды. Они отличаются, в первую очередь, способом монтажа на плату. SMD светодиоды напаяны непосредственно на поверхность платы. Такие диоды отличаются высокой светоотдачей, по сравнению с DIP светодиодами. На сегодняшний день наиболее распространенным видом являются SMD светодиоды.

COB светодиоды. Кристаллы напаиваются на плату и покрываются общим слоем люминофора. Это позволяет производить лампы малых размеров, и обеспечивает отвод тепла.

3. Драйвер — это один из основных элементов светодиодных ламп. Благодаря ему, ток передается в источник питания. Драйвер влияет на качество, количество света, а также на ресурс работы лампы. Драйвер предотвращает пульсации, а значит светодиодные лампы не мерцают. Благодаря ему наши глаза не устают от искусственного освещения. Также, благодаря этому устройству, лампы могут так долго светить даже при перепадах напряжения. Драйвер стабилизирует ток и предотвращает преждевременное перегорание лампы.

4. Корпус лампы с цоколем. Основная задача корпуса лампы — вместить все внутренние элементы и организовать качественный отвод тепла. В ранних моделях LED-ламп использовались очень сложные конструкции корпуса (балласта). Они были выполнены из массивного алюминия в виде радиаторов. Это позволяло очень эффективно отводить тепло, которое излучается элементами драйвера и светодиодами, но при этом очень их удорожало. Впоследствии производители нашли компромиссное решение: сочетание тонкостенного алюминиевого стакана с термопластиком. Эта пара вполне справляется с задачей теплоотвода при относительной дешевизне конструкции, что сделало светодиодную лампу доступной по цене. Все элементы драйвера располагаются внутри стакана, который с одного конца закрыт цоколем, а с другой — алюминиевой пластиной, на которой расположены светодиоды. Иногда на этой же пластине располагают элементы драйвера. Чаще всего используют три решения, позволяющие эффективно отводить тепло от пластины со светодиодами на стакан: термоклей; сочетание винтов и термоклея, что обеспечивает плотный контакт; использование пластины с «юбочкой», которая запрессовывается в стакан. Это обеспечивает лампам хороший отвод тепла, что положительно влияет на срок службы устройства. Цоколь — это часть лампы, с помощью которой устройство прикрепляется к патрону люстры. Как и в других источниках освещения, цоколь в светодиодных лампах имеет разнообразие видов: от Е14 и Е27, которые чаще всего используют в быту, до MR, которые применяются для точечного освещения.

Прекрасным примером светодиодных источников освещения являются светодиодные лампы Vestum. Их цена в полной мере оправдана качеством. Эти лампы станут лучшим приобретением для дома, квартиры, офиса, гаража, дачи или любого другого помещения. Ведь они экономичны, безопасны, экологичны и долговечны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *