Выбор, применение и характеристики светодиодов: полезные сведения и профессиональные рекомендации

Содержание

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

Первые удачные эксперименты были проведены более ста лет назад. Но только в конце 70-х прошлого века удалось создать образцы, пригодные для коммерческого применения.

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

Для зеленого цвета применяют AlGaInP (Алюминий-Галий-Фосфид индия). Красный получается с использованием AlGaAs (Алюминий-Арсенид галлия). Долгое время не могли найти комбинацию для синего. Только в 90-х годах был найден подходящий состав, за который авторы получили Нобелевскую премию. Сочетание перечисленных цветов позволило создать белый свет. С этого времени был дан старт массовому внедрению технологий данной категории в разные сферы человеческой деятельности.

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

Для концентрации светового потока функции отражателей выполняет опорная пластина и стенки. Такие приборы выпускают с выпуклыми линзами и прямоугольными торцами диаметром от 3 до 10 мм. Их подключают к источникам питания 2,5-5 В с ограничением по току до 20-25 мА. Угол рассеивания не превышает 140°. Яркость – до 1,1 люмен.

Индикаторные светодиоды ранее применяли для создания фонарей, светофоров, информационных стендов и рекламных табло. В наши дни появились новые модификации полупроводниковых приборов с большей силой света.

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

  • низкая стоимость;
  • хорошая защищенность от влаги и других неблагоприятных внешних воздействий;
  • безопасные токи и напряжение питания;
  • небольшое потребление энергии.

Последний пункт надо дополнить низким выделением тепла. Такие устройства способны функционировать долгосрочно в широком температурном диапазоне без специальных охлаждающих радиаторов.

Осветительные светодиоды

Полупроводниковые приборы SMD, как наиболее распространенные изделия, подробно рассмотрены ниже. Их создают в стандартных размерах на специальной подложке, которая хорошо приспособлена для последующего монтажа на печатную плату.

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

Для улучшения защищенности полупроводники закрепляют на подложке внутри литого пластикового корпуса. Верхняя полусферическая часть образует линзу, что помогает сузить световой поток.

«Пиранья». Грозное название этой категории подчеркивает высокую эффективность приборов

Следующая группа изделий создана специально для освещения. На подложке размещают синие светодиоды. Сверху – слой люминофора. В данном случае применяют большее количество кристаллов на единицу поверхности по сравнению с технологией SMD. Это позволяет получить сильный световой поток.

Мощную матрицу категории COB (Chip On Board) надо охлаждать. Такие лампы устанавливают в автомобильные фары ближнего и дальнего светаТехнология Chip On Glass («Чип-на-стекле»)

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

  1. Создается подложка из стекла нужной формы.
  2. На ней закрепляют последовательно полупроводниковые кристаллы.
  3. Сверху устанавливают слой люминофора.
  4. Далее – финишное защитное покрытие.

В цоколе лампочки размещают блок питания, который создает постоянное напряжение с нужной силой тока.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

Выяснив, какие бывают светодиоды, надо перечислить их преимущества по сравнению с альтернативными изделиями:

  • Лучшие полупроводниковые приборы способны обеспечить более 200 люменов на 1 Вт энергии. Это потребление на 80-85 % меньше по сравнению с типовыми лампами накаливания.
  • Качественные светодиодные светильники устойчивы к вибрациям, перепадам напряжения в сети. Долговечность лучших изделий приближается к 100 тыс. часов, что эквивалентно белее чем 11 годам непрерывной эксплуатации.
  • Отсутствие ртутных и других вредных соединений вместе с прочной рассеивающей колбой повышает уровень безопасности.

Не забывайте, что в экономический расчет надо включать все сопутствующие расходы. Светодиодные источники, сделанные известными производителями, стоят дорого. Только через несколько лет получится окупить первоначальные инвестиции. Также надо отметить:

  • Мерцание при недостаточно качественной сборке блока питания.
  • Небольшой угол рассеивания.
  • Различные технические характеристики в одной товарной партии.
  • Узкий диапазон цветовой температуры, несоответствие параметра паспортным данным.

Интересно почитать

Лестница на второй этаж своими руками из дерева с поворотом на 90: особенности конструкции

Схема включения на 12 вольт

Прямое напряжение, на которое рассчитан светодиод 5730, составляет 3 В, поэтому непосредственно включать его в 12-вольтовую цепь нельзя. Нужен балластный резистор. Он ограничит ток в цепи и погасит излишек напряжения.


Включение единичного светодиода 5730 в цепь 12 В

Рассчитывается он по такому алгоритму:

  1. Вычисляется падение напряжения на резисторе – разность между напряжением питания 12 В и падением напряжения на диоде (3 В): Uрез=Uпит-Uled=9 В.
  2. По закону Ома рассчитывается номинал резистора: R= Uрез/Iраб, где Iраб – рабочий ток светодиода, 150 или 300 мА в зависимости от исполнения LED. Полученное значение не всегда попадет в стандартный ряд, поэтому надо выбрать ближайшее значение.
  3. Мощность резистора рассчитывается по формуле P=Uрез*Iраб. Полученное значение надо округлять в сторону ближайшего большего стандартного значения.


Включение цепочки LED 5730 в цепь 12 В

Светодиоды можно соединять в цепочку. Общее количество должно быть не более 3 – ограничение накладывает напряжение питания. Четыре и больше прибора от 12 вольт не открыть, а еще что-то должно упасть на балластном резисторе. Расчет в этом случае принципиально не отличается от вычислений при использовании одного LED, но формула напряжения на резисторе должна учитывать количество элементов:

Uрез=Uпит-N*Uled, где N=2 или 3, по количеству полупроводниковых элементов.

В расчете не учтено сопротивление светодиодов в открытом состоянии, но оно невелико, поэтому принципиально на результат не повлияет.

Результаты расчетов для всех вариантов включения светодиода 5730 в цепь постоянного напряжения 12 В собраны в таблицу.

Количество светодиодов в цепи 1 2 3
Количество кристаллов в корпусе 1 2 1 2 1 2
Сопротивление резистора, Ом 62 33 39 или 43 20 20 10
Мощность резистора, Вт 1,5 3 1 2 0,5 1


Параллельное соединение цепочек LED

Цепочки можно соединять параллельно, соблюдая два момента:

  1. Мощность источника питания должна выдерживать итоговую нагрузку.
  2. На каждую цепочку должен быть свой резистор. Параллельно соединять светодиоды не рекомендуется. Из-за разброса характеристик яркость свечения будет разной. При худшем варианте развития событий элементы начнут выходить из строя.

Логичный вопрос: почему не выходят из строя p-n переходы при установке двух и более кристаллов в один корпус? Ведь они тоже установлены параллельно. Ответ прост: эти элементы изготовлены в одной партии, поэтому разброс их характеристик минимален.

Принцип работы и характеристики

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

Управление

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

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

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

COB led против smd led, кто кого.COB led против smd led, кто кого.

Сравнение SMD светодиодов

Применение
SMD диодов повсеместно. Эти
относительно маломощные светодиоды
являются основой лампочек общего освещения, индикаторных панелей и систем
аварийного освещения. Наибольшей популярностью пользуются светодиодные ленты на
СМД диодах. Существуют и их вариации в виде модулей и
линеек, где используются планарные
светодиоды.

Определить тип и размер
корпусов SMD диодов можно по
маркировке
, цифры которой обозначают ширину и длину. Новые модификации
конструируются на группах, состоящих из четырёх равных по мощности светодиодов
разных цветов – «G+R+W+B». Это увеличивает светоотдачу и расширяет
световые оттенки, поэтому такой тип
светодиодов самый яркий.

Классификация
светодиодов по типоразмерам следующая:

Маркировка SMD 3528 5630 3014 5050 5730-05 5730-1 2835
Световой поток, Лм 5 40 8 15 40 100 25
Мощность, Вт 0,06 0,5 0,07 0,2 0,5 1 0,2
Температура,оС до 65 до 80 до 65 до 65 до 80 до 80 до 65
Ток, мА 20 150 30 60 150 30 60
Напряжение, А 3,3 3,3 3,3 3,3 3,4 3,4 3,4
Габариты, мм 3,5х2,8 5,3х3 3х1,4 5х5 4,8х3 4,8х3 2,8х3,5

Таблица включает усреднённые технические характеристики, которые показывают лучшие светодиоды с белым светом. Самые мощные лампы холодного и
тёплого белого света обладают меньшим световым потоком и, имея равную яркость светодиодов, дают лучшее
освещение, чем цветные.

Обратите внимание! Светоотдача тёплых тонов может быть на 10% меньше той, что отражают маркировка и характеристики, а холодных – на 10% больше, поэтому они самые энергоэффективные. Реальные
технические характеристики и качество светодиодов в значительной
степени определяет марка светодиодов,
причём колебания могут доходить до 15%

Качественные
светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же
устройства неизвестных китайских
производителей, занесённые в каталог,
обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже
0,09

Реальные
технические характеристики и качество светодиодов в значительной
степени определяет марка светодиодов,
причём колебания могут доходить до 15%. Качественные
светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же
устройства неизвестных китайских
производителей, занесённые в каталог,
обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже
0,09.

Такие
низкие показатели мощности объясняются тем, что внутри корпуса смонтирован
кристалл меньшего размера. Это характерно для низкокачественной китайской
продукции. Поэтому, самостоятельно проектируя источник питания, стоит
стремиться к реальным показателям тока в нагрузке, равным около 95% от
заявленного. При небольшой недогрузке можно увеличить рабочий ресурс даже для
устройств, где используются не самые лучшие
светодиоды.

Диоды иностранных производителей

Похожий принцип с некоторыми отличиями используется в системе маркировки диодов импортного образца. Отличают три стандарта:

  1. JEDEC – американский. Каждый диод представлен в виде набора обозначений в виде 1NXY, где X – это серийный номер, а Y – модификация. Первые два символа есть у всех приборов, поэтому в цветовой маркировке их не учитывают. Каждой цифре или литере соответствует свой цвет, согласно таблице.
  2. PRO-ELECTRON – европейский. Две буквы в начале – материал и подкатегория диода. Серийный номер может иметь вид значения от 100 до 999 (бытовые приборы) либо с добавлением литер (Z10-A99), подразумевающих промышленное применение. Каждое из значений кодируется в цветовой элемент.
  3. JIS – японский. Заметно отличается от предыдущих – в начале указывается функциональный тип: фотодиод, обычный диод, транзистор или тиристор. Затем идет S – обозначение полупроводника; следующая литера – тип прибора внутри категории, затем серийный номер и буква модификации (одна или две).

Цветовая маркировка по зарубежным системам

Запомнить все сочетания практически невозможно. Если усвоить хотя бы основные соответствия, разобраться в назначении диода удастся гораздо быстрее.

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

  • VS–напряжение питания;
  • VL –номинальное напряжение для светодиода;
  • I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель

Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов

Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель

Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов

Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

Планировка и отделка ванной в каркасном доме

Планировка курятника — фото

Цоколевка светодиода путем подачи питания

Преимущество этого метода в том, что его можно использовать для светоизлучающих диодов с любыми параметрами (падение напряжения и номинальный ток). Для такой проверки лучше использовать источник питания с установкой ограничения тока, или хотя бы с его индикацией для контроля. В противном случае можно вывести чувствительный полупроводниковый прибор из строя.


Неправильная полярность подключения LED к источнику напряжения – свечения нет.

Если имеется регулируемый источник, надо произвольным образом подключить светодиод к его выходу и подать напряжение, постепенно увеличивая его от нуля. Выше 2-3 В питание поднимать не следует, чтобы элемент не сгорел. Если он не зажегся, надо снять напряжение и переключить выводы противоположным образом.


Правильная полярность подключения LED к источнику напряжения – светодиод зажегся.

Постепенно поднимая напряжение, можно визуально определить момент зажигания светодиода. В этом случае плюсовой вывод источника присоединен к аноду, а минусовой – к аноду излучающего элемента.

Если и в том, и в другом случае светодиод не загорается, можно попробовать провести проверку с увеличенным напряжением. Если элемент неисправен, ему это вреда не принесет, а если он рассчитан на повышенное напряжение, то появится вероятность узнать правильное расположение выводов.

Размеры

Для фиксации различных материалов надо выбирать дюбель-гвозди соответствующего размера. Его маркировка содержит 2 цифры, к примеру, 5х30 – первая из них показывает диаметр крепления, а вторая – размер самого метиза в миллиметрах. Наиболее востребованными являются метизы следующих типоразмеров:

  • 5х25, 5х30, 5х40;
  • 6х30, 6х32, 6х49, 6х35, 6х40, 6х50, 6х60, 6х70;
  • 8х80, 8х50, 8х60, 8х80, 8х100, 8х120, 8х140;
  • 10х80, 10х100, 10х120, 10х130, 10х140, 10х160.

Любые типы крепежа имеют свои ограничения по предельной нагрузке, поэтому подбор длины прямо зависит от величины самого закрепляемого материала. Так, дюбель с параметрами 6х40 станет удачным решением для закрепления профиля в строениях КПД, где стенки и потолки не предусматривают полости. Для кирпичных блоков оптимальны дюбель-гвозди размера 6х60 либо 6х80.

Для кухонных стен

24 МАЯ – ДЕНЬ СЛАВЯНСКОЙ ПИСЬМЕННОСТИ

Краткая характеристика ленты SMD 5730

Светодиоды, относящиеся к довольно высокоэффективным. Многие даже считают 5730 одной из лучших марок в линейке SMD-светодиодов. Основные плюсы их в хорошей проводимости тепла и очень невысоком сопротивлении. Служат они довольно продолжительное время. Весьма неплохо переносят вибрацию, сырость и резкое изменение температур. Реализуются в основном лентой в катушке. Обладают комфортной светопередачей и высокой энергоэффективностью, в результате чего завоевали доверие предпринимателей, использующих 5730 в основном в торговых и офисных помещениях, в качестве надежных и мощных светодиодов. Также у них есть несколько преимуществ перед более ранними моделями:

  1. значительный срок службы, стабильные показатели и качественное исполнение;
  2. уменьшение освещаемости – не более одного процента после 3 000 часов;
  3. материал, из которого они изготовлены, способен выдержать температуру до 260 градусов.

Одноцветная лента с LED SMD 5730

Как работают светодиоды?

Каким же образом функционируют светодиоды? Рефлектор соответствующего элемента включает кристалл светодиода. Соответствующий компонент задает особый угол рассеивания. Свет, образующийся вследствие подачи напряжения на светодиод, проходит через слои корпуса, после чего попадает на линзу, а затем начинает рассеиваться.

Можно отметить, что светодиоды способны функционировать как в видимом цветовом диапазоне, так и в инфракрасном. Данная особенность подчеркивает универсальность изделий, о которых идет речь. Для обозначения цвета соответствующего изделия может применяться маркировка светодиодов. Рассмотрим ее особенности подробнее.

Расшифровка кода унифицированной маркировки светодиодной ленты: пример

Как может выглядеть пример унифицированного кода в рассмотренной нами структуре?

Так, например, маркировка SMD-светодиодов может выглядеть так: LED-R-SMD-5050/60 IP68. Она означает, что:

На ленте размещены именно светодиоды LED;

Соответствующие изделия имеют красное свечение — R;

Лента изготовлена с использованием светодиодов типа SMD — то есть, предназначенных для установки на поверхности;

Светодиод имеет величину корпуса 50 на 50 кв. миллиметров;

На ленте размещено 60 светодиодов, тот факт;

В соответствии с международным стандартами лента может использоваться в пыльном помещении, а также при длительном размещении в воде — IP68.

Производители светодиодных лент, таким образом, предлагают своим пользователям удобную и информативную классификацию изделий. С ее помощью может быть осуществлена эффективная как маркировка SMD-светодиодов, так и тех, что относятся к категории DIP.

В числе иных распространенных типов продукции, при выпуске которой применяются рассматриваемые изделия — автомобильные фары и фонарики. Полезно будет изучить то, каким образом осуществляется, соответственно, маркировка фар под светодиоды, а также изделий, устанавливаемых в фонарики различных типов.

Галстук для врача-ратолога (специалист по грызунам) или программиста

Принцип работы и устройство ламп.

Конструкция LED лампы.

Светодиодный источник света состоит из нескольких элементов, соединенных в одном корпусе. Это цоколь, драйвер, радиатор, светодиод и светорассеивающая колба.

  • Цоколь – элемент, который вкручивается в патрон люстры или другого светильника. Чаще всего для бытового применения выпускают винтовой цоколь типа Е27 и Е14. Он изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием. Для других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
  • Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение, преобразуя переменный ток в постоянный. Также он обеспечивает питание светодиода. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. В недорогих LED изделиях драйвер может отсутствовать. Вместо него применятся простой блок питания, не обеспечивающий стабилизации тока и напряжения. Также драйвер не устанавливают в миниатюрных лампочках из-за нехватки места внутри корпуса.
  • Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает для них оптимальный температурный режим работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса осветительного прибора. Радиатор может изготавливаться из различных материалов: от дорогой керамики до дешевого пластика. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю нишу: они достаточно бюджетны и качественно отводят тепло.
  • Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Кроме этого рассеиватель предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
  • Светодиоды – главный рабочий элемент лампы. За счет работы диода и появляется свечение.

Принцип работы светодиодных ламп основан на физических процессах в полупроводниках. Свечение появляется после прохождения электрического тока через границу соприкосновения двух полупроводников (n и p), в одном из которых должны преобладать отрицательно заряженные электроны, а в другом – положительно заряженные ионы. Стоит отметить, что данные материалы пропускают ток только в одну сторону. При его прохождении в носители заряда осуществляют рекомбинацию – электроны переходят на другой энергетический уровень. В результате появляется видимое глазу световое излучение. Кроме свечения происходит еще и выделение тепла, которое отводится от светодиода при помощи радиатора.

Схема появления оптического излучения в LED-элементе.

На заре появления светодиоды могли испускать только определенную световую волну: зеленую, красную или желтую. Поэтому LED-элементы встраивались в электрические схемы в виде индикаторов. В процессе развития микроэлектроники были найдены материалы, позволяющие получить световую волну широкого спектра. Однако полностью эта проблема не решена: в свечении светодиодных ламп преобладает или синяя длина волны или красная с желтым.  По этой причине они и делятся на холодные и теплые соответственно.

Фотогалерея – садовый декор

Поделки из бутылок: лучшие идеи изготовления своими руками для начинающих мастеров и детей (135 фото)

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий