Как устроены светодиодные лампы высокой мощности? Лампы светодиодные как устроены
Как работает светодиод: принцип работы
В переводе с английского сокращение LED дословно означает «диод, который излучает свет». Это полупроводниковое устройство, способное трансформировать электрический ток в световое излучение. Это простое приспособление, конструкция которого довольно сильно отличается от привычных нам изделий для освещения (лампы накаливания, разрядные, люминесцентные лампы и т. д.).
Как работает светодиод, будет интересно узнать каждому. Этот прибор не имеет изначально ненадежных хрупких элементов конструкции и стеклянной колбы (в отличие от других ламп). Стоимость диодов настолько мала, что ненамного отличается от батареек, которые служат их источником питания. Популярность подобных изделий объясняется рядом факторов, в том числе и их конструкцией.
История возникновения
Рассматривая вопрос, почему работают светодиоды, следует изучить историю их возникновения. Впервые подобное устройство было создано в 1962 г. ученым Н. Холоньяком. Это был монохромный диод красного свечения. Он имел ряд недостатков, но сама технология была признана перспективной.
Спустя 10 лет после создания красного диода появились зеленые и желтые разновидности. Их применяли в качестве индикаторов во многих электронных приборах. Интенсивность светового потока диодов благодаря научным разработкам постоянно возрастала. В 90-х годах был создан осветитель с эффективностью потока 1 люмен.
В 1993 году С. Накамура создал первый синий диод, который характеризовался высокой яркостью. С этого момента стало возможным создавать любой цвет спектра (в том числе белый). Технологии неустанно развивались.
При соединении синего и ультрафиолетового типа диодов получается белый люминофорный осветитель. Они стали постепенно вытеснять лампы накаливания. К 2005 году выпускались диоды с мощностью светового потока до 100 лм и даже выше. Стали изготавливать белые осветительные приборы с разными оттенками (теплые, холодные).
Устройство светодиода
Чтобы понять, как работает точечный светодиод, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Этот осветительный прибор, по мнению представителей Ассоциации развития оптоэлектронной индустрии и департамента энергетики, в скором времени станет самым востребованным источником освещения в обычных домах, офисах, учреждениях.
Светодиод имеет основой полупроводниковый кристалл. Он пропускает электрический ток только в одну сторону. Кристалл расположен на особой подложке. Она не проводит ток. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий. Он имеет выходы в виде контактов, а также оптическую систему.
Чтобы повысить продолжительность эксплуатации прибора, пространство между пластиковой линзой и самим кристаллом заполнили прозрачным силиконовым компонентом. Чтобы отводить избыточное тепло, применяется алюминиевая основа. Это обычное устройство современного диода. При работе он выделяет относительно небольшое количество теплоты. Это также является преимуществом прибора.
Принцип работы
Рассматривая, как работает светодиод, необходимо вникнуть в основной принцип работы подобных устройств. Прибор представленного типа имеет один электронно-дырчатый переход. Это связано с разным принципом проводимости компонентов осветителя. Один полупроводник имеет излишек электронов, а другой – излишек дырок.
При помощи процесса легирования дырчатый материал обогащается носителями отрицательного заряда. Если в месте обогащения полупроводников противоположными зарядами приложить ток, получится прямое смещение. Через переход этих двух материалов побежит электричество.
При этом в корпусе диода происходит сплавление носителей зарядов с различным электрическим статусом. Когда дырки и электроны сталкиваются, выделяется определенное количество энергии. Это квант светового потока. Его называют фотоном.
Цвет светодиода
При создании диодов применяются различные полупроводниковые материалы. Это определяет цвет, который испускает при работе представленное устройство. Разные материалы способны посылать в пространство волны разной длины. Это позволяет человеческому глазу увидеть тот или иной цвет видимого спектра.
Изучая вопрос, как работает светодиод, следует рассмотреть материалы полупроводников. Раньше в подобных целях применялись фосфид галлия, тройные соединения GaAsP, AlGaAs. При этом прибор мог посылать в пространство красный, желто-зеленый световой поток.
Представленная технология ныне применяется только для индикаторных устройств. Сегодня для таких изделий используют алюминий индий-галлий (AllnGaP) и индий-нитрид галлия (InGaN). Они выдерживают довольно высокий уровень проходящего тока, высокие показатели влажности и нагрева. Возможна комбинация светодиодов разных типов.
Смешение цветов
Современные диодные ленты могут выдавать разные оттенки светового потока. Один прибор может производить монотонный цвет. При создании многокристального устройства возможно получить огромное количество различных оттенков. Подобно монитору телевизора или компьютера, диод может создать любой цвет при помощи модели RGB (расшифровывается как красный, зеленый, синий).
Это простой принцип, позволяющий понять, как работают RGB-светодиоды. При помощи этой технологии можно создавать и белое освещение. Для этого все три цвета смешиваются в равной пропорции.
Однако, помимо представленной технологии, можно получить белое свечение при соединении диода коротковолнового излучения (ультрафиолетовый, синий) вместе с желтым покрытием люминофорного типа. При комбинации фотонов желтого и синего цвета в итоге получается белое свечение.
Производство
Чтобы понять, от скольких вольт работают светодиоды, необходимо рассмотреть производство этих устройств. В первую очередь следует отметить, что приборы с матрицей типа RGB стоят дороже, чем люминоформы. Причем последние позволяют добиться освещения высокого качества.
Недостатком люминофоров является меньшая светоотдача, а также различная окраска (температура) потока. Это устройство стареет быстрее, чем светодиод. Поэтому в продажу поступают осветительные приборы обоих принципов работы. Для создания индикаторов производятся диоды с потреблением 2-4 В напряжения постоянного типа (при токе 50 мА).
Для создания полноценного освещения необходимы устройства с таким же потреблением напряжения, но более высоким уровнем тока - до 1 А. Если в одном модуле диоды подключить последовательно, суммарное напряжение будет достигать 12 или 24 В.
Усиление яркости
Рассматривая вопрос, от какого напряжения работают светодиоды, следует сказать о повышении яркости представленных устройств. Мощность таких приборов достигает 60 мВт. Если подобные диоды установить в средний по габаритам корпус, световых элементов потребуется установить 15-20 шт.
Диоды с усиленной яркостью свечения могут нести в себе мощность до 240 Вт. Чтобы обеспечить нормальную подсветку, подобных элементов потребуется 4-8 шт. В продаже представлены устройства, способные полноценно освещать помещения, наружную рекламу, витрины и т. д. Некоторые ленты создаются для выполнения подсветки средней или малой интенсивности.
Для подключения представленного оборудования применяют блоки управления соответствующей мощности. Для цветных лент возможно применять контроллеры, управляющие не только интенсивностью освещения, но и задающие оттенки и режимы работы устройства.
Управление свечением
Существует огромное количество вариантов представленного оборудования. Есть светодиоды, работающие от батареек (например, в фонариках), запитанные в стационарную сеть. Их применяют как для внутренней, так и внешней работы. В зависимости от условий применения подбирается соответствующий класс защиты диода.
Чтобы отрегулировать яркость свечения, напряжение питания не снижают. Для уменьшения интенсивности свечения применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В этом случае приобретается блок управления.
Представленный метод заключается в подаче на диод импульсно-модулированного тока. Частота сигнала при этом достигает тысяч герц. Может изменяться ширина импульсов и интервалов пауз. При этом можно управлять свечением прибора. Диод в этом случае не погаснет.
Долговечность
Диоды считаются долговечными устройствами. Это объясняется их конструкцией. Однако если не работают светодиоды на лампе, возможно, срок их эксплуатации вышел. Это можно определить по насыщенности свечения и изменению цвета.
Также специалисты отмечают, что срок эксплуатации маломощных устройств гораздо продолжительнее. Но даже в самых ярких лентах или лампах диоды гарантированно работают 20-50 тыс. часов. Так как они не имеют хрупких элементов конструкции, механические воздействия с большей вероятностью не нанесут вреда подобным осветителям.
Изучив, как работает светодиод, можно понять принцип устройства этого прибора, а также его эксплуатационные характеристики. Это оборудование считается осветителями будущего поколения.
fb.ru
Лампочка светодиодная. Принцип работы и преимущества :: SYL.ru
Одной из основных причин, почему на правительственном уровне было обращено внимание на необходимость замены ламп накаливания светодиодными, является экономия электроэнергии. Но это не единственное их достоинство.
Преимущества светодиодов
Говоря об обычных лампах, люди сразу вспоминают о том, что они недолговечны. Правда, цена на них вполне приемлемая, а замена одного освещающего элемента другим чрезвычайно проста. Но не все знают, что, например, люминесцентные осветительные приспособления еще и вредны из-за постоянного мерцания, которое становится причиной раздражительности и повышенной утомляемости человека.
Лампочка светодиодная создана по другой технологии. Она вырабатывает свет, близкий к дневному. Это обеспечивает больший комфорт для глаз человека. Помимо удобства, также важна и экономия. Потребление электроэнергии в светодиодных лампах практически в 10 раз меньше, чем в обычных. Кроме того, они более долговечны.
Такие осветительные приборы предпочтительнее устанавливать в охраняемых помещениях, так как они не создают помех для камер ночного видения и других устройств.
Немаловажно и то, что лампочка светодиодная практически не греется. Благодаря этому у нее отсутствует тепловое излучение, и она является пожаробезопасной. К достоинствам можно отнести и то, что такие осветительные приспособления не требуют специальной утилизации.
Классификация
Сейчас производители выпускают разные светодиодные лампочки для дома. Они различаются по форме, способу вкручивания и мощности. Так, в продаже можно найти варианты с обычным цоколем, заменители для галогенных или люминесцентных ламп.
Каждая лампочка светодиодная должна проработать не менее 40-50 тыс. часов. В пересчете это получится 6 лет непрерывного освещения. При условии, что она будет работать около 8 часов, ее может хватить более чем на 15 лет. Преимущества становятся очевидными, если учесть тот факт, что привычные лампы накаливания рассчитаны на 1 тыс. часов работы, а люминесцентные – не более чем на 15 тыс.
Производители предлагают как обычные варианты для дома, рассчитанные на напряжение 220 вольт, так и автомобильные экземпляры, для которых достаточно двенадцати. Практически все изготовители дают на свою продукцию двухлетнюю гарантию.
Принцип работы
Говоря о том, почему лампочка светодиодная предпочтительнее, надо разобраться, как именно она функционирует. Современные технологии позволили сделать так, что 90% тока преобразовывается в них в свет. В то время как в обычных лампах накаливания этот показатель составляет всего 5%, в люминесцентных вариантах – 25%.
Это достигается благодаря специальной технологии производства светодиодов. Они состоят из нескольких прослоек, в которые входит сапфировая подложка, буферный Gan, токопроводящий n-GaN, активный InGaN, еще один токопроводящий p-GaN слои. Также в каждый светодиод включен анод и катод. Активная часть состоит из тонких слоев полупроводников n- и p-типов. Это все позволяет преобразовывать электроны в фотоны. Правда, достигнуть 100% конверсии не под силу даже этой технологии.
Но для получения белого света необходимо его преобразование из других спектров, а это влечет за собой повышение себестоимости. Конечно, такие светодиодные лампочки для дома достаточно дороги. Но если высчитать себестоимость часа работы, то окажется, что они в разы экономичнее привычных ламп накаливания.
Лучшие варианты
Если выбирать наиболее оптимальный вариант освещения, то желательно обратить внимание не на продукцию безымянных китайских производителей, а на зарекомендовавшие себя компании. На отечественном рынке можно найти лампы «Оптоган». Также в продаже часто встречается продукция российских производителей Radiy и SvetaLED. Кроме того, лучшие светодиодные лампочки выпускают такие компании, как Maxus, Intelite, Geen, Electrum, Delux, Eurolamp.
www.syl.ru
Как устроен светодиодный светильник | LeDron.ru
Как появились светодиодные светильники? Начнем эту статью с рассказа о том, как устроен светодиодный светильник – удивительный продукт ученых, инженеров и производственников.
Новые, современные, высокоэффективные, экономичные и яркие светильники интересует многих покупателей.
Основой светодиодного светильника является полупроводниковый светоизлучающий диод или светодиод. В мировой технике он носит название LED-элемент. Название образовано от словосочетания на английском языке – Light-emitting diode, которое дословно переводится как «свето-излучающий диод».
Появились в технике эти электронные элементы в 70-х годах прошлого тысячелетия как тускленькие заменители сигнальных лампочек. В 1990-х изобрели синий, а потом и белый светодиод, повысили их яркость и стали применять в освещении.
Несколько десятков светодиодов поместили в колбу обычной лампы и получили аналог лампы накаливания. Так появились светодиодные лампы-ретрофиты – тех же габаритов, с тем же цоколем и вкручивались в обычный патрон светильника.
Выберите на нашем сайте современный светодиодный светильник.
Устройство и принцип действия светодиодного светильника
В основе принципа действия светодиодных светильников лежит эффект излучения света p-n-переходом. При прохождении тока через такой переход происходит рекомбинация электронов и «дырок», в результате чего излучается свет строго определенной спектральной составляющей.
Для получения белого света кристалл «синего» светодиода, т. е. излучающего синий свет, покрывают «желтым» люминофором. Синий свет, проходя через люминофор, возбуждает в нем атомы, которые излучают желтый свет. Он смешивается с синим, и получают белый свет. Током через светодиод регулируют яркость излучения, а толщиной люминофора – оттенок света.
Светоизлучающий кристалл устанавливают в защитный и теплоотводящий корпус. Корпуса светодиодов паяют на плату, проводники которой соединяют светодиоды в схему и подводят напряжение питания.
Обычно кристалл в корпусе имеет угол излучение 120 – 140 градусов. Если нужно получить узкий луч света, на корпус устанавливают оптическую линзу. Таким образом можно сделать луч любой ширины – и 30, и 15 градусов.
Плату или модуль со светодиодами устанавливают на радиатор пассивного теплоотвода, обычно изготавливаемого из алюминия, и закрывают защитным прозрачным или матовым стеклом. В корпус светильника устанавливают источник питания светодиодов постоянным током или постоянным напряжением.
По устройству светодиодные светильники бывают:
- накладные, устанавливаются на поверхность стены или потолка;
- встраиваемые – устанавливаются или в отверстие в подвесном потолке или в монтажную коробку, вмурованную в стену;
- подвесные – подвешиваются на проволоке или тросике к потолку или стене;
- поворотные – перемещением корпуса или его части можно менять направление луча света;
- почти всенаправленные – свет распространяется почти во всех направлениях, кроме направления корпуса или патрона светильника;
- узконаправленные – луч света от светильника небольшой ширины;
- «светящиеся плоскости» или панели – несколько десятков или сотен светодиодов располагают на плате с размерами 300 х 300 или кратными размерами с матовым рассеивателем, они образуют светящуюся поверхность.
Есть еще множество других вариантов светодиодных светильников.
ledron.ru
Как сделать светодиодную лампу
Всем хороши китайские люминесцентные светильники: красивы необыкновенно, продаются на каждом лотке строительного рынка и самое главное — дешевы.
Одна только беда — лампы в них сгорают чаще, чем хотелось бы.
Дело в том, что для увеличения рентабельности, китайцы ставят в них самые простые электронные балласты, без задержки подачи высокого напряжения. В момент включения светильника, с еще холодных катодов лампы оно «срывает» бариевое покрытие, выводя ее из строя и существенно снижая срок службы (конечно, это очень упрощенное представление, на самом деле все несколько сложнее, но суть та же).
Покупать качественный ЭПРА и все равно менять люминесцентные лампы, хотя и реже, особого смысла не было. Решил установить светодиодную лампу, но где ее взять? Решено — сделаю сам, тем более что опыт работы со светодиодной подсветкой спальни уже есть и остались обрезки светодиодной ленты.
Поначалу думал просто выпотрошить сгоревшую лампу и в ее колбу вставить led-ленту. Снял пассатижами алюминиевый колпачок с контактами. Во избежание взрыва лампы и вдыхания паров ртути, под водой отломил стеклянный запаянный отросток на ее торце. Вода заполнила колбу и все вроде бы хорошо, но при попытке отпилить алмазным надфилем конец колбы, она неизбежно ломалась, сводя на нет все мои героические усилия. Плюнул и решил сделать светодиодную лампу открытой.
От прошлых ремонтов остался белый пластиковый профиль для направляющих стеклянных дверок. Его-то и решил применить в качестве несущей основы. Конечно, гораздо лучше было бы применить специальный алюминиевый профиль. Он эффективно отводит тепло от светодиодов, что предотвращает их деградацию. Но конкретно этот светильник включается относительно редко и ненадолго. Так что пластик подойдет. Для полной совместимости со светильником на контакты самодельной светодиодной лампы пошли алюминиевые колпачки от старых ламп.
Стандартная длина 18 Вт люминесцентной лампы 590 мм, но я не стал морочить себе голову и отмерил длину профиля по образцу (сгоревшей лампе) — так наверняка подойдет. Для закрепления торцевых колпачков использовал очень плотный пенопласт, марку не знаю, но если им постучать по столу, раздается звук, словно стучишь куском дерева. Легко режется обыкновенным обойным ножом, к тому же он приятного белого цвета.
Из пенопласта вырезал два диска диаметром и толщиной колпачка. Затем в них слегка вдавил торец пластикового профиля, для того чтобы наметить его контур. Намеченный контур вырезал обойным ножом — у меня получились две части: верхняя и нижняя. Так как отрезок профиля самостоятельно слегка изгибается (пластмасса все же), для выравнивания средней части по высоте, вырезал и вставил в его середину дополнительную подпорку из того же пенопласта.
Перед сборкой лампы, изнутри припаял к каждому контакту одного колпачка по два отрезка медного провода (из витой пары). Потом наклеил на плоскую поверхность пластиковой заготовки светодиодную ленту в два ряда. Четыре отверстия диаметром 1 мм служат благородной цели повышения эстетических качеств изделия — сквозь них к контактам подводятся проводники, спрятанные сзади от придирчивого взора домочадцев.
На концы профиля надел части пенопластовых дисков. Отверстия под профиль в них вырезались с таким расчетом, чтобы он входил в них с некоторым усилием, для лучшей фиксации. Затем диски вставил в алюминиевые колпачки: один с припаянными проводами, второй без них. Чтобы не помять мягкий металл, использовал дощечку с двумя отверстиями под штырьки (лампу держал вертикально). Припаять предварительно облуженые концы — дело пяти секунд. Вот и все — самодельная светодиодная лампа готова!
В качестве драйвера был использован встроенный блок питания старого хаба D-Link DE-816 TP — 12 вольт, максимальный ток 1 ампер.
Потребляемая мощность лампы составила 3,6 Вт, световой поток 360 лм (светит как лампа накаливания 40 Вт). Но самое главное — она теперь практически вечная и что немаловажно, безопасная!
budumuzhi.com
Как устроены светодиодные лампы
В статье рассказывается об устройстве светодиодных ламп. Рассматриваются несколько разных по сложности схем и даются рекомендации по самостоятельному изготовлению светодиодных источников света, подключаемых к сети 220 В.
Проблема энергосбережения
В результате мирового кризиса проблема энергосбережения стала во всем мире еще более актуальной. В связи с этим в 27 странах Евросоюза с 1 сентября 2009 года уже запретили продажу ламп накаливания мощностью 100 и более ватт. А уже в 2011 в странах Европы планируется ввести эмбарго на продажу наиболее популярных у покупателей 60-ти ваттных лампочек. К концу 2012 года планируется полный отказ от ламп накаливания.
Конгресс США принял закон об отказе от ламп накаливания в 2013 году. Согласно этим законам жители Евросоюза и США полностью перейдут на энергосберегающие источники света –люминесцентные и светодиодные лампы. В России, согласно постановлению правительства РФ, прекращение выпуска и продажи ламп накаливания ожидается уже в 2011 году.
Преимущества энергосберегающих ламп
Преимущества энергосберегающих ламп широко известны. В первую очередь это собственно низкое потребление энергии, а кроме того высокая надежность. В настоящее время наиболее широко распространены люминесцентные лампы. Такая лампа, потребляющая мощность 20 Ватт, дает такую же освещенность как стоваттная лампа накаливания. Нетрудно подсчитать, что экономия электроэнергии получается в пять раз.
В последнее время в производстве осваиваются светодиодные лампы. Показатели экономичности и долговечности у них намного выше, чем у люминесцентных ламп. В этом случае электроэнергии потребляется в десять раз меньше, чем лампами накаливания. Долговечность же светодиодных ламп может достигать 50-ти и более тысяч часов.
Источники света нового поколения, конечно, стоят дороже простых ламп накаливания, но потребляют значительно меньшую мощность и обладают повышенной долговечностью. Два последних показателя призваны скомпенсировать дороговизну ламп новых типов.
Практические схемы светодиодных ламп
В качестве первого примера можно рассмотреть устройство светодиодной лампы разработанной фирмой «СЭА Электроникс» с применением специализированных микросхем. Электрическая схема такой лампы показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема светодиодной лампы фирмы «СЭА Электроникс»
Еще десять лет назад светодиоды можно было использовать только в качестве индикаторов: сила света составляла не более 1,5…2 микрокандел. Сейчас появились сверхяркие светодиоды, у которых сила излучения доходит до нескольких десятков кандел.
При использовании мощных светодиодов совместно с полупроводниковыми преобразователями появилась возможность создания источников света, выдерживающих конкуренцию с лампами накаливания. Подобный преобразователь и показан на рисунке 1. Схема достаточно проста и содержит небольшое количество деталей. Это достигнуто за счет применения специализированных микросхем.
Первая микросхема IC1 BP5041 - AC/DC преобразователь. Ее структурная схема представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Структурная схема BP5041.
Микросхема выполнена в корпусе типа SIP показанный на рисунке 3.
Рисунок 3.
Преобразователь, подключенный к осветительной сети 220В, обеспечивает на выходе напряжение 5В при токе около 100 миллиампер. Подключение к сети производится через выпрямитель, выполненный на диоде D1 (в принципе возможно использование мостовой схемы выпрямителя) и конденсаторе C3. Резистор R1 и конденсатор C2 устраняют импульсные помехи.
Все устройство защищено предохранителем F1, номинал которого не должен превышать указанный на схеме. Конденсатор C3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя. Следует заметить, что выходное напряжение не имеет гальванической развязки от сети, что в данной схеме совсем не нужно, но требует особой внимательности и соблюдения правил техники безопасности при изготовлении и наладке.
Конденсаторы C3 и C2 должны быть на рабочее напряжение не менее 450 В. Конденсатор C2 должен быть пленочным или керамическим. Резистор R1 может иметь сопротивление в пределах 10…20 Ом, что достаточно для нормальной работы преобразователя.
Использование данного преобразователя позволяет отказаться от применения понижающего трансформатора, что значительно уменьшает габариты всего устройства в целом. Отличительной особенностью микросхемы BP5041 является наличие встроенной катушки индуктивности как показано на рисунке 2, что позволяет уменьшить количество навесных деталей и в целом размеры монтажной платы.
В качестве диода D1 подойдет любой диод с обратным напряжением не менее 800 В и выпрямленным током не менее 500 мА. Таким условиям вполне удовлетворяет широко распространенный импортный диод 1N4007. на входе выпрямителя установлен варистор VAR1 типа FNR-10K391. Его назначение защита всего устройства от импульсных помех и статического электричества.
Вторая микросхема IC2 типа HV9910 представляет собой ШИМ стабилизатор тока для суперярких светодиодов. При помощи внешнего MOSFET транзистора ток может устанавливаться в пределах от нескольких миллиампер до 1А. Этот ток задается резистором R3 в цепи обратной связи. Микросхема выпускается в корпусах SO-8 (LG) и SO-16 (NG). Ее внешний вид показан на рисунке 4, а на рисунке 5 структурная схема.
Рисунок 4. Микросхема HV9910.
Рисунок 5. Структурная схема микросхемы HV9910.
С помощью резистора R2 частота внутреннего генератора может изменяться в диапазоне 20…120 КГц. При указанном на схеме сопротивлении резистора R2 она будет около 50 КГц.
Дроссель L1 предназначен для накопления энергии в то время, когда транзистор VT1 открыт. Когда транзистор закроется, то энергия, накопленная в дросселе, через высокоскоростной диод Шоттки D2 отдается светодиодам D3…D6.
Здесь самое время вспомнить о самоиндукции и правиле Ленца. Согласно этому правилу индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, которое (изменение) вызвало этот ток. Поэтому направление ЭДС самоиндукции имеет направление противоположное направлению ЭДС источника питания. Именно поэтому светодиоды включены в обратную сторону по отношению к питающему напряжению (вывод 1 микросхемы IC2, обозначенный на схеме как VIN). Таким образом светодиоды излучают свет за счет ЭДС самоиндукции катушки L1.
В данной конструкции применены 4 сверхярких светодиода типа TWW9600, хотя вполне возможно применение других типов светодиодов производства других фирм.
Для управления яркостью светодиодов в микросхеме имеется вход PWM_D, ШИМ – модуляция от внешнего генератора. В этой схеме такая функция не используется.
При самостоятельном изготовлении такой светодиодной лампы следует воспользоваться корпусом с винтовым цоколем размера E27 от негодной энергосберегающей лампы, мощностью не менее 20 Вт. Внешний вид конструкции показан на рисунке 6.
Рисунок 6. Самодельная светодиодная лампа.
Хотя описанная схема достаточно проста, рекомендовать ее для самостоятельного изготовления можно не всегда: либо не удастся купить указанные на схеме детали, либо недостаточная квалификация сборщика. Некоторые просто могут испугаться: «А вдруг у меня не получится?». Для подобных ситуаций можно предложить еще несколько вариантов более простых как по схемотехнике, так и в вопросе приобретения деталей.
Простая светодиодная лампа для изготовления в домашних условиях
Более простая схема светодиодной лампы показана на рисунке 7.
Рисунок 7.
На этой схемы видно, что для питания светодиодов используется мостовой выпрямитель с емкостным балластом, который ограничивает выходной ток. Такие источники питания экономичны и просты, не боятся коротких замыканий, их выходной ток ограничивается емкостным сопротивлением конденсатора. Подобные выпрямители часто называют стабилизаторами тока.
Роль емкостного балласта на схеме выполняет конденсатор C1. При емкости 0,47 мкФ рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 630В. Емкость его рассчитана так, чтобы ток через светодиоды был около 20 мА, что является для светодиодов оптимальным значением.
Пульсации выпрямленного мостом напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором C2. Для ограничения зарядного тока в момент включения служит резистор R1, который также выполняет функцию предохранителя в аварийных ситуациях. Резисторы R2 и R3 предназначены для разряда конденсаторов C1 и C2 после отключения устройства от сети.
Для уменьшения габаритов рабочее напряжение конденсатора C2 выбрано всего 100 В. В случае обрыва (перегорания) хотя бы одного из светодиодов конденсатор C2 зарядится до напряжения 310 В, что неизбежно приведет к его взрыву. Для защиты от подобной ситуации этот конденсатор зашунтирован стабилитронами VD2, VD3. Их напряжение стабилизации может быть определено следующим образом.
При номинальном токе через светодиод в 20 мА на нем создается падение напряжения в зависимости от типа в пределах 3,2…3,8 В. (Подобное свойство в некоторых случаях позволяет использовать светодиоды в качестве стабилитронов). Поэтому нетрудно подсчитать, что если в схеме используется 20 светодиодов, то падение напряжения на них составит 65…75 В. Именно на таком уровне будет ограничено напряжение на конденсаторе C2.
Стабилитроны следует выбрать так, чтобы суммарное напряжение стабилизации было несколько выше падения напряжения на светодиодах. В этом случае при нормальном режиме работы стабилитроны будут закрыты, и на работу схемы влиять не будут. Указанные на схеме стабилитроны 1N4754A имеют напряжение стабилизации 39 В, а включенные последовательно – 78 В.
При обрыве хотя бы одного из светодиодов стабилитроны откроются и напряжение на конденсаторе C2 будет стабилизировано на уровне 78 В, что явно ниже рабочего напряжения конденсатора С2, поэтому взрыва не произойдет.
Конструкция самодельной светодиодной лампы показана на рисунке 8. как видно из рисунка она собрана в корпусе от негодной энергосберегающей лампы с цоколем Е-27.
Рисунок 8.
Печатная плата, на которой размещаются все детали выполняется из фольгированного стеклотекстолита любым из доступных в домашних условиях способов. Для установки светодиодов на плате просверлены отверстия диаметром 0,8 мм, а для остальных деталей 1,0 мм. Чертеж печатной платы показан на рисунке 9.
Рисунок 9. Печатная плата и расположение деталей на ней.
Расположение деталей на плате показано на рисунке 9в. Все детали, кроме светодиодов устанавливаются со стороны платы, где нет печатных дорожек. На этой же стороне устанавливается перемычка, также показанная на рисунке.
После установки всех деталей со стороны фольги устанавливаются светодиоды. Монтаж светодиодов следует начинать от средины платы, постепенно передвигаясь к периферии. Светодиоды должны быть запаяны последовательно, то есть плюсовой вывод одного светодиода соединяется с отрицательным выводом другого.
Диаметр светодиода может быть любым в пределах 3…10 мм. При этом следует выводы светодиодов оставлять длиной не менее 5 мм от платы. В противном случае светодиоды можно просто перегреть при пайке. Длительность пайки, как рекомендуют во всех руководствах, не должна превышать 3-х секунд.
После того, как плата будет собрана и налажена, ее выводы надо подпаять к цоколю, а саму плату вставить в корпус. Кроме указанного корпуса возможно применение более миниатюрного корпуса, однако при этом придется уменьшить размеры печатной платы, не забывая, однако, о габаритах конденсаторов С1 и С2.
Самая простая схема светодиодной лампы
Такая схема показана на рисунке 10.
Рисунок 10. Самая простая схема светодиодной лампы.
Схема содержит минимальное количество деталей: всего 2 светодиода и гасящий резистор. На схеме видно, что светодиоды включены встречно – параллельно. При таком включении каждый из них защищает другой от обратного напряжения, которое у светодиодов невелико, и напряжение сети явно не выдержит. Кроме того такое двойное включение увеличит частоту мерцания светодиодной лампы до 100 Гц, что будет не заметно на глаз и не будет утомлять зрение. Здесь достаточно вспомнить, как в целях экономии подключали через диод обычные лампы накаливания, например, в подъездах. На зрение они действовали весьма неприятно.
Если нет в наличии двух светодиодов, то один из них можно заменить обычным выпрямительном диодом, который защитит излучающий диод от обратного напряжения сети. Направление его включения должно быть тем же, что и у недостающего светодиода. При таком включении частота мерцания светодиода составит 25 Гц, что будет заметно на глаз, как уже было описано чуть выше.
Для ограничения тока через светодиоды на уровне 20 мА резистор R1 должен иметь сопротивление в пределах 10…11 КОм. При этом его мощность должна быть не менее 5 ватт. Для уменьшения нагрева его можно составить из нескольких, лучше всего трех, резисторов мощностью 2 Вт.
Светодиоды можно применить те же, что были упомянуты в предыдущих схемах или какие удастся приобрести. При покупке следует точно узнать марку светодиода, чтобы определить его номинальный прямой ток. Исходя из величины этого тока, и подбирается сопротивление резистора R1.
Конструкция лампы, собранная по этой схеме мало отличается от двух предыдущих: ее также можно изготовить в корпусе от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Простота схемы даже не предполагает наличия печатной платы: детали могут быть соединены навесным монтажом, поэтому, как говорят в таких случаях, конструкция произвольная.
Борис Аладышкин, http://electrik.info/
clubsounds.com.ru
Светодиодные лампы своими руками: как изготовить?
В свете подорожания электроэнергии и ухудшения экологии в современном мире все большим спросом начинают пользоваться экономичные осветительные приборы. Лампы накаливания постепенно оставляют свои позиции и уходят в прошлое. Чтобы обеспечить свой дом дешевым, экологически чистым и экономичным осветительным прибором, пригодится светодиодная лампа — своими руками ее изготовить вполне возможно.
Сравнительные характеристики фитоламп.
Итак, мировой кризис диктует потребителям свои правила, и приходится подстраиваться под экономические веяния. Но не только кризис заставляет предприятия и рядовых жителей переходить к использованию экологически чистых и экономичных осветительных приборов. Экологические стандарты и требования меняются со временем, и сама планета нуждается в бережливом использовании ее ресурсов.
Следовательно, внести свой вклад в сбережение экологии может каждый, смастерив самодельную светодиодную лампу. В данных лампах используются светодиодные фонари, изобретенные в 1907 году в Британии, но запатентованные лишь в 1961 году.
Преимущества светодиодных ламп
Преимущества данных осветительных приборов вполне очевидны. Они обладают высокой световой отдачей, превосходящей свет обычных ламп.
Их осветительная способность охватывает угол от 15 до 180 градусов. Кристалл светодиода способен служить десятилетиями, его срок службы составляет от 30 до 100 000 часов. К тому же абсолютно понятно, что, благодаря отсутствию нити накаливания, фонари обладают высокой прочностью и практически не подвержены перегреву. Предыдущий пункт обеспечивает и безопасность. При включении диод сразу светит в свою полную силу и в широком цветовом диапазоне, не меняя качество от количества включений и выключений.
Светодиоды устойчивы к холоду и ледяным морозам, но, как и все полупроводники, они ломаются при воздействии высоких температур. Но это компенсируется их экологичностью и дешевизной, по сравнению с традиционными источниками освещения и другими экономичными приборами. Исключение составляют лишь промышленные диоды, применяющиеся в фарах автомобилей и в промышленных прожекторах, — их стоимость достаточно велика и находится в районе 8-10 долларов за штуку. Лампы из светодиодов также достаточно дороги.
Вернуться к оглавлению
Как изготовить светодиодную лампу
Устройство светодиодной лампы для теплицы.
Перед ее изготовлением нужно запастись всеми необходимыми материалами. Важно знать их стоимость, чтобы цена самодельной лампы не превысила цену готовой. Чтобы изготовить светодиодную лампу, понадобится:
- использованная галогенная лампа без переднего стекла;
- комплект ярких светодиодов, исходя из планируемых размеров прибора;
- ограничительные резисторы;
- хороший клей;
- лист алюминия толщиной, как у пивных банок.
Изготовление самодельной лампы начинается с извлечения использованного осветительного элемента из галогенной. Для этого нужно с помощью тонкой отвертки расковырять посадочное место со стороны контактов. После очистки места нужно, не повреждая внешний корпус, избавиться от его остатков, выбив их молотком.
Также понадобится светоотражатель. Он изготавливается при помощи алюминиевого листа, в котором прокалываются отверстия в зависимости от нужного узора и порядка.
После этого светодиодные фонари устанавливаются в изготовленный отражатель. Здесь в дело вступает клей. При помощи него прикрепляются светодиоды, каждый по отдельности. Для удобства желательно прикрепить отражатель к какому-либо держателю.
Затем светодиоды спаиваются друг с другом, используя специальную схему. Во время этого процесса должна быть соблюдена полярность. Выводы светодиодов загибаются, срезается лишнее, при этом не должно быть пересечений, иначе возникнет короткое замыкание. Припаиваются ограничительные резисторы. Выводы необходимо свести к «плюсу» и к «минусу» и припаять к толстым проводам из меди. Чтобы придать жесткость и дополнительно защитить провода от короткого замыкания, контакты обволакиваются и спаиваются силиконом.
Проделав эти процедуры, нужно переместить светодиодную трубку в сам корпус, а стороны цоколя залить силиконом в том месте, где были удалены остатки отверткой.
На цоколь также нужно нанести полярность при помощи маркера. Выводы лампы снова укорачиваются кусачками. Сама светодиодная лампа подключается к аккумулятору по полярности. После чего она ярко загорается, если все было проделано правильно.
Итак, светодиодная лампа очень экономична в хозяйстве, ведь ее мощность составляет всего 1.44 Вт, к тому же она весьма экологична. Она станет отличной альтернативой традиционным источникам света. А при желании цвета кристаллов можно менять по своему вкусу.
www.parnikiteplicy.ru
Как устроены светодиодные лампы высокой мощности?
22.02.2018
Светодиодные источники света нашли широкое применение не только в быту, но и на промышленных объектах, в офисных комплексах, в сфере торговли и других отраслях. Однако если для жилых помещений вполне достаточно изделий мощностью до 14–16 Вт, способных генерировать световой поток в 1400 люмен, то для адекватного освещения гостиной в загородном доме или конференц-зала уже понадобятся устройства на 22-50 ватт. В свою очередь, для цехов и складов потребуются, как минимум, 100-ваттные модели, выдающие порядка 13–14 тысяч люменов.
Интересно, что по цене мощные светодиодные лампы оказываются в несколько раз дороже стандартных, и это вызывает закономерное недоумение у покупателей. Ведь если вспомнить о традиционных лампах накаливания, то стоимость 200-ваттных моделей ненамного выше 40-ваттных, в то же время их оптические свойства заметно различаются. Так почему же в случае с LED-устройствами разница столь существенна? Чтобы это понять, необходимо разобраться, какие именно технологии применяются в производстве светодиодных ламп высокой мощности.
Особенности высокомощных светодиодов
Первая, и основная причина дороговизны производительных LED-ламп — использование в их составе светодиодных модулей повышенной мощности. В основе большинства таких чипов лежат полупроводниковые гетерокристаллы сине-голубого свечения, получаемые из металлоорганического соединения методом газовой эпитаксии. Чтобы достичь цветовой температуры в 4 000 К, рекомендуемой СНиП 23-05-95, они покрываются желто-зеленым люминофором.
В некоторых моделях устанавливаются модули, содержащие четыре кристалла: красного, синего, голубого и белого свечения. Четырехцветные светодиоды позволяют добиться точной балансировки яркости по каждому оттенку, а значит — получить результирующий поток, оптические свойства которого приближены к естественному солнечному свету, что особенно важно при организации подсветки зимнего сада или оранжереи.
Готовая конструкция помещается в керамический корпус (может быть оснащен миниатюрным отражателем, уменьшающим потери бокового освещения) и заливается прозрачным силиконовым компаундом, из которого формируется полимерный купол, играющий роль фокусирующей линзы. Благодаря тому, что получившийся модуль имеет стандартный типоразмер (площадь основания обычно составляет 3.45x3.45 мм), его можно использовать в лампах любой конструкции, в том числе — оснащенных вторичной оптикой. Такие изделия пригодны для создания направленной подсветки рабочей зоны или расстановки световых акцентов.
Светодиоды рассчитаны на номинальный ток в 350 мА и максимальный рабочий ток до 1000 мА, а их потребляемая электрическая мощность варьируется в пределах от 1 до нескольких десятков ватт. Одной из отличительных черт высокомощных чипов является значительное тепловыделение (кристаллы разогреваются до 125–150°C), что провоцирует ускорение деградационных процессов в полупроводниковой структуре.
Для решения данной проблемы вместо алюминиевых MCPCB (Metal Core Printed Circuit Board — печатная плата на металлической основе) и теплоотводящего фланца, соединяющего модуль с радиатором, используются медные компоненты. А наилучший результат достигается за счет размещения между кристаллом и подложкой тончайшего изолирующего слоя, теплопроводность которого в несколько сотен раз выше (вплоть до 385 Вт/м*К) по сравнению с традиционными диэлектриками (около 1–5 Вт/м*К).
Перечисленные особенности закономерно влияют на цену изделия, однако помогают и существенно повысить его надежность, нивелировав пагубное воздействие высоких температур. Как следствие, период наработки на отказ у высокомощных светодиодов достигает 50 000 часов и более.
LED-лампы мощностью от 100 Вт и выше
Когда речь заходит о высокомощных светодиодных лампах от 100 ватт, любая, даже самая “продвинутая” система пассивного охлаждения оказывается малоэффективной. Чтобы исключить вероятность термического повреждения люминофора и максимально продлить срок службы устройства, в составе осветительных приборов данного типа предусмотрен ряд дополнительных модулей, поддерживающих их работоспособность.
- Встроенный кулер
Помимо массивного радиатора, в каждую лампу устанавливается миниатюрный вентилятор, обеспечивающий непрерывную циркуляцию воздуха. Скорость его вращения управляется микроконтроллером и регулируется автоматически в зависимости от показаний термодатчиков. Благодаря этому, температура светодиодов во время работы не превышает 50°C.
- Система аварийного отключения
В случае значительного перегрева (например, при недостаточном кондиционировании помещения), лампа автоматически отключается, что позволяет предотвратить ее выход из строя. По достижении приемлемой температуры питание подается вновь. По этой причине мощные LED-лампы не рекомендуется устанавливать в герметичные светильники.
- Улучшенный драйвер
Выполнен на основе твердотельных конденсаторов. Обладает встроенной защитой от перепадов напряжения, короткого замыкания и холостого хода. Печатная плата также имеет специальное покрытие, защищающее распаянные на ней электронные компоненты от воздействия коррозионных агентов — такие устройства становятся пригодны для эксплуатации в неотапливаемых помещениях и на объектах с повышенной влажностью (склады, ангары).
Светодиодные лампы высокой мощности являются гораздо более сложными и комплексными устройствами, нежели подавляющее большинство бытовых моделей. Усложнение производства LED-чипов, необходимость разработки и внедрения вспомогательных компонентов — все это влияет на себестоимость изделия, а значит — и на его конечную цену. Однако взамен покупатель получает по-настоящему надежный продукт, рассчитанный на многие годы бесперебойной работы.
x-flash.su
