Сверхяркие светодиоды: особенности монтажа, питания, конструкции

На фото — сверхъяркая led-лента со светимостью до 2000 Лм/м

За счет чего сверхъяркие светодиодные ленты обладают настолько высокой светимостью? Насколько хороши они в качестве основного освещения? Наконец, как правильно монтировать систему освещения из таких лент? Попробуем ответить на эти вопросы.

Первое знакомство

Сверхъяркая светодиодная лента называется так благодаря светимости в 1000 и более люменов на погонный метр. Максимальные значения — около 3000 Лм/м.

Для сравнения: использующаяся для монтажа скрытой подсветки  бюджетная лента на светодиодах 3528 отдает не больше 300-500 Лм/м.

Что такое те самые 3000 люменов, которые способен отдать метр ленты?

Согласно действующим нормам освещенности, этой светимости достаточно для следующей площади:

Изображение	Тип и площадь помещения, соответствующие освещению в 3000 Лм
Гостиная: норма освещенности — 150 Лк (люкс, или люменов на квадратный метр)	Кабинет или гостиная — 20 м2.
Норма освещенности детской — 200 Лк	Детская комната — 15 м2.
Прихожая: норма освещенности — 50 Лк	Коридор, прихожая — 60 м.

Столь высокий уровень светимости достигается за счет:

• Подбора наиболее эффективных светодиодов. В зависимости от поколения они имеют разную максимальную светимость: скажем, типичный smd 3528 может отдать 5 люменов, 5050 — уже 15, а более современный 5630 — все 40 Лм;
• Подачи на светодиоды повышенного напряжения путем изменения номиналов ограничивающих его резисторов. Светимость растет вслед за ростом напряжения;

Капитан Очевидность подсказывает: по мере роста напряжения увеличивается ток потребления сверхъярких светодиодов, а вслед за ним — энергопотребление на единицу длины ленты и ее теплоотдача. Любопытно, что ток потребления сверхъяркого светодиода растет куда быстрее напряжения: увеличение последнего вдвое поднимет ампераж цепи питания в 5-7 раз.

Зависимость между напряжением питания и потребляемым током

• Увеличения количества светодиодов на погонный метр. Очевидно, что 120 или 240 одинаковых светодиодов будут светить ярче, чем 30 или 60.

Оценка

А теперь давайте выясним, как лента светодиодная сверхъяркая выглядит на фоне конкурирующих решений — ламп накаливания, галогенок и люминесцентных ламп (компактных и полноразмерных).

Экономичность

По этому параметру светодиоды последних поколений не дают соперникам ни единого шанса. Судите сами:

Сравнительная энергоэффективность для разных типов освещения

• Светоотдача современных светодиодов на потребляемый ватт достигает 150-170 люменов;

Однако: потери в токоведущих цепях и преобразователе блока питания уменьшают это значение до 90-120 Лм/Вт.

• Полноразмерная люминесцентная лампа отдает около 70-80 Лм/Вт;
• Компактная люминесцентная (энергосберегающая) лампа дает еще более скромный результат (50 Лм/Вт) за счет потерь в компактном драйвере;
• Галогенки и лампы накаливания уныло замыкают колонну с результатами 15-20 и 12-15 Лм/Вт.

Подсказка: светоотдача на ватт линейно зависит от температуры спирали. У галогенных ламп она выше: специфичный состав заполняющего колбу газа препятствует испарению материала спирали при нагреве.

Срок службы

Светодиодные ленты — сверхъяркие и любые другие — служат, по заверениям производителей, не менее 30000 часов. А что творится у конкурентов?

• Лампы накаливания — в среднем 1000 часов (что примерно соответствует 3 месяцам службы в реальных условиях);

Карьера лампы накаливания редко длится хотя бы полгода

• Галогенки — не менее 2000 часов;
• Недорогие энергосберегающие лампы от малоизвестных производителей — до 8000;
• Качественные компактные люминесцентные лампы (компактные и полноразмерные) — 12-15 тысяч часов.

Похоже, наш герой снова лидирует.

Расходы

Цена пятиметровой  бюджетной ленты на светодиодах 5630 со светимостью 1000 Лм/м примерно равна 1400-1500 рублям. БП мощностью в 100 ватт обойдется еще в 400 — 500 рублей.

Справка: блок питания желательно подбирать с запасом по мощности в 20-30%. Работа с нагрузкой, близкой к предельной, пагубно сказывается на сроке службы конденсаторов стабилизатора питания: при нагреве они вздуваются и утрачивают электрическую емкость.

Итого: освещенность в 1000 люменов будет стоить покупателю (1500+500)/5=400 рублей.

Для работы освещения нужен комплект из led-ленты и блока питания

Как поживают прочие источники света?

• Ту же светимость в исполнении энергосберегающей лампы производители оценивают в 70-120 рублей в зависимости от бренда;
• Галогенка на 1000 Лм стоит 40-60 рублей;
• Старая добрая лампочка Ильича на 75 ватт (что даст нам те же 1000 Лм) облегчит карман покупателя на… 15-20 рублей.

Фиаско?

Нет уж, позвольте, давайте считать с учетом эксплуатационных расходов.

Светодиодная лента сверхъяркая длиной 1 метр потребляет с учетом всех потерь не больше 12-14 ватт. Сутки ее работы будут означать израсходованные 0,014*24=0,336 кВт·ч электроэнергии, которые по нынешним (середина 2017 года) ценам обойдутся владельцу в 1,68 рубля.

Московские тарифы на свет во второй половине 2017 года

Лампа накаливания израсходует за сутки 0,075*24=1,8 кВт·ч, которые стоят уже 9 рублей. С учетом разницы в стоимости решений (максимально 400-15=385 р.) период окупаемости будет равен 385/(9-1,68)=52,6 дня (разумеется, при непрерывной работе освещения).

Светильник или лента

Мы убедительно доказали преимущество светодиодов перед прочими источниками света. Однако, помимо лент, на рынке давно присутствуют светодиодные лампы и светильники. Разве они чем-то хуже обсуждаемого нами решения?

Только одним: они дают тени.

Точечные источники света дают мешающие работе тени

Лента представляет собой несколько десятков или сотен точечных источников света, размещенных на некотором расстоянии друг от друга, поэтому она теней практически не дает.

Где это важно:

• При любых работах с мелкими деталями (сюда входят ремонт радиоэлектронной аппаратуры, моделирование, шитье и многое другое);
• При наборе текстов (если, конечно, вы не владеете слепой печатью);
• В работе парикмахеров, стилистов и визажистов. Тени способны до неузнаваемости исказить образ, который собирается создать мастер.

Отсутствие теней очень важно в работе визажиста

Правила монтажа

Греющиеся при работе сверхъяркие светодиоды и ток потребления ленты накладывают ряд ограничений на ее монтаж своими руками.

Узнать больше о ее монтаже вам поможет прикрепленное к статье видео.

• При мощности в 14 Вт/м и более ее нужно клеить только на рассеивающий тепло профиль или любую другую поверхность с высокой теплопроводностью. В противном случае перегрев ленты приведет к быстрой деградации светодиодов с сопутствующей потерей части их светимости;

Алюминиевый теплоотводный профиль

• Две пятиметровых ленты нельзя соединять последовательно: большой ток в токоведущих жилах ближней к БП ленты опять-таки вызовет перегрев вплоть до отпайки светодиодов и резисторов;

Больше того: пятиметровую ленту желательно разрезать на два отрезка по 2,5 метра, запитав каждый из них отдельным проводом. Резать можно только по меткам, расположенным через каждые 3 (реже — через каждые 6) светодиодов.

• БП должен стоять в вентилируемой нише. Инструкция связана с отсутствием у абсолютного большинства блоков питания активного охлаждения: при работе они ощутимо греются;

Блок питания на фото лишен принудительного охлаждения и должен устанавливаться в вентилируемой нише

• Закрывать ленту пластиковыми рассеивателями можно только при монтаже на алюминиевый профиль: пластик ограничит теплоотвод.

Кроме того: он будет поглощать до трети излучаемого светодиодами света. Процент поглощения будет расти по мере того, как рассеиватель покрывается пылью.

Рассеиватель поглощает существенную часть света

Заключение

Надеемся, что нам удалось доказать читателю: светодиодная сверхъяркая лента вполне способна выполнять функции основного освещения. Успехов!

Источник: https://Elektrik-a.su/osveshhenie/vnutrennee/lenty-sverhyarkie-svetodiodnye-1381

Сверхяркие светодиоды: типы, характеристики, назначение :

Сейчас светодиоды используются довольно часто, причем в большинстве сфер. Они бывают совершенно разных типов и отличаются между собой многими факторами. Конкретно в данной статье речь пойдет о сверхярких светодиодах. Эта продукция несколько специфическая, имеет собственные плюсы и минусы и используется в определенных условиях. Все вопросы будут раскрыты далее в статье.

Общее описание

По названию продукции можно понять, что такие диоды являются источниками, дающими довольно яркое излучение. Они были разработаны для ситуаций, когда обычные ленты стандартного типа не способны обеспечить нужный уровень света. Характеристиками таких изделий позволяют часто использовать их в автомобилях.

Сверхяркие светодиоды – источники света, которые имеют особенные показатели и свойства работы. Для функционирования такой продукции присущи следующие нюансы: лента экономична, дает высокий уровень свечения, имеет длительный эксплуатационный срок, позволяет использовать изделие в различных условиях.

Нужно обратить внимание на то, что часто сверхяркие диоды выпускаются с напряжением, равным 12 Вольт. Все источники данного типа функционируют на одном принципе.

Изделие имеет чип, который производится из полупроводникового материала. Он покрыт специальными примесями для более эффективной работы. Вкратце: принцип функционирования заключается в том, что ток переходит с анода на катод.

Одновременно с этим проходит передача напряжения лишь в одном направлении.

Цвет получаемого в результате освещения и длина волн определяются за счет того, насколько широка рабочая зона, передающая сигнал составляющим. Часто используется кремний и германий, позволяющие облегчить переход.

Светодиоды разделяются на два типа: инфракрасные, ультрафиолетовые. В их перечень входят модели как с напряжением 12 Вольт, так и другим. Подложкой выступает сапфир. Кроме такой классификации, существует еще несколько. Ниже рассмотрим их более подробно.

Типы сверхярких светодиодов

На данный момент существует популярная классификация моделей. Рассмотрим то, на какие виды делятся сверхяркие диоды.

• Cree. Изделия такого типа работают за счет особого состава, в который входят нитрид галлия и карбид кремния. Соедние их характеристик в итоге дает довольно длительный период работы самого диода. Как и все другие, этот вид потребляет немного электроэнергии (не более 12 Вольт). Зачастую, диоды используются на улице, где необходимо освещать дороги, переходы (как подземные, так и надземные), автомагистрали. Более того, их часто применяют для фонарных столбов. Чипы этих устройств оцениваются довольно дорого, так как имеют высокий уровень качества. Часто применяют такие сверхяркие светодиоды для фонариков обычного типа.
• Epistar. Диоды этого вида характеризуются небольшими размерами. Качество устройств хорошее. Имеют длительный эксплуатационный срок. В современное время используются практически везде.
• Smd. Также довольно распространены. Часто используются для наружной подсветки здания. Также могут применяться для подсветки различных предметов в помещении. Эти ленты характеризуются плотным свечением, поэтому и получили популярность во всем мире.

Используя любое из описанных изделий, нужно обязательно применять специальные драйвера, которые позволят подключить их к сети напряжением 220 Вольт. Это связано с низким потреблением ресурса (12 Вольт). Имеющийся драйвер сможет снизить нагрузку, чтобы изделие не сгорело.

Преимущества

За небольшое количество времени сверхяркие и другие диоды стали довольно популярными и востребованными в различных сферах. Причина же скрывается именно в преимуществах, которые сейчас рассмотрим.

• Изделия энергоэффективные. Среди всех имеющихся источников света данный вид считается максимально экономичным. Как правило, использование диодов позволяет снизить запросы на электричество до 80 %. Светодиод сверхяркий белый потребляет больше всего по сравнению с остальными.
• Продукт способен долго работать, не требуя особенного обслуживания или профилактического осмотра.
• Диод не сильно избирателен, что касается температурного режима. Поэтому использовать его можно в любых условиях.
• Если необходим источник света, который защищен от попадания влаги и способен выдерживать удары, то среди сверхярких диодов есть такие модели.
• При работе изделие не нагревается. Единственное, за чем необходимо следить – блок питания. Именно он принимает всю нагрузку на себя и нагревается.

Недостатки

Параметры работы изделий довольно хороши и выгодны. Однако нужно учитывать, что имеются еще и недостатки. Какие?

• Из-за того, что со временем ухудшается проводимость света, падает яркость излучения.
• Если совершается процесс изменения мощности сигнала, то чип может сгореть. Такие ситуации происходят не сильно часто, однако вероятность поломки имеется.
• К чересчур высокой температуре диоды все же восприимчивы. К каким именно показателям тепла — необходимо узнавать конкретно по отношению к приобретенной модели.
• Для того чтобы диод работал, необходимо устанавливать специальный радиатор.
• Если изделие используется в открытом пространстве, придется обеспечивать дополнительную защиту от влаги, грязи, повреждений.

Сфера использования

Сейчас сверхяркие диоды используются широко в промышленной сфере, рекламной, бытовой и в качестве подсветки на различных транспортных средствах. Касательно бытовой — речь идет о свечении LCD техники и других объектов. Также наиболее известный пример использования данного изделия – светофор. Светодиоды сверхяркие – для авто самый востребованный источник света.

Даже с имеющимися недостатками достаточно правильного монтажа, способного снизить минусы до минимума. Как понятно, используется данный продукт довольно много и часто, поэтому приходится говорить о его незаменимости. Такой диод с легкостью создаст нужный уровень света в доме или на улице. Главное, правильно подобрать модель.

Сверхяркие светодиоды — характеристики

Самой важной и определяющей характеристикой можно назвать рабочий ток. Из-за того, что диоды функционируют на постоянном получении ресурса, его превышение может привести к поломке всей конструкции. Средним значением сверхяркого изделия считается 15-20 мА. Ток одного из наиболее мощных диодов может достигать 1 А.

Сверхяркие светодиоды имеют различное напряжение. Оно, в зависимости от модели и назначения, может колебаться от 1.5 до 4 В. Как правило, именно этот показатель влияет на то, какой цвет излучения получается в результате. Например, низкое напряжение позволяет добиться инфракрасного цвета (1.5 В), тогда как наиболее высокое – белого (3.7 В).

Сверхяркие изделия продаются в различных цветовых решениях. В магазинах имеются янтарные, оранжевые, синие, зеленые, красные и белые модели. Последний вариант можно найти в трех различных оттенках: холодный, теплый и средний.

Особенности монтажа

Для того чтобы сверхяркие светодиоды работали долго и выдавали яркий свет постоянно, необходимо при монтаже организовать теплоотвод. Сделать это можно при помощи радиатора.

Из-за того, что основание диодов, изготовленное из полупроводников, способно проводить ток, нужно позаботиться о создании электроизоляции.

Основные процессы такие же, как и при монтаже обычных изделий, поэтому проблем не должно возникнуть.

Итог

Сверхяркие диодные ленты способны создать мощное освещение при минимальном затрачивании электричества. За счет этого можно решить вопрос о сильно большом расходе средств на оплату за потребляемый ресурс. На сегодняшний день сверхяркие светодиоды являются важными, незаменимыми и значительными источниками, которые с легкостью создадут нужное освещение в любых условиях.

Источник: https://www.syl.ru/article/305462/sverhyarkie-svetodiodyi-tipyi-harakteristiki-naznachenie

Сверхяркие светодиоды — что это такое, разновидности и применение

Сверхяркие светодиоды – это источники светодиодного освещения мощностью от 1 Ватта с силой тока 300 мА и выше, обладающие высокой яркостью свечения. Светодиод мощностью 10 Ватт получают при использовании 10 таких светоизлучающих диодов в виде матрицы.

Светодиодная матрица мощностью 80 Ватт.

Как устроен сверхъяркий светодиод

Ультраяркий светодиод имеет такую же конструкцию, как и обычный, c той лишь разницей, что светоизлучающие кристаллы в нем устанавливаются на специальное основание, а в мощном сверхъярком led в конструкции предусмотрен теплоотвод. Во всем остальном – это такой же светоизлучающий диод с p-n переходом, который в результате протекания электрического тока создает оптическое излучение.

Разновидности

Деление сверхярких светодиодов на виды является довольно условным, т.к. каждый имеет свои уникальные характеристики.

На сегодняшний день основными странами-производителями ультраярких светодиодов являются США (компания «CREE»), Тайвань (компания «Epistar») и, конечно же, Китай.

Наиболее полную классификацию таких светоизлучающих диодов предоставила компания «CREE», в  соответствии с которой их можно разделить на следующие типы:

• в стандартных корпусах круглого (3 и 5мм) или овального (4 и 5мм) сечения с двумя выводами STD (серии 374, 503, 512, 535, 4SM, 5SM и т.д.);
• в корпусе типа P4 («Пиранья») (серии Р41, Р42, Р43);
• в корпусах для поверхностного монтажа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LA1, LN6, LP6 и т.д.).

Последняя группа led является наиболее разнообразной и востребованной. В нее входят светодиоды разных цветов с различным количеством кристаллов. Они также отличаются углами рассеивания и размерами.

На фото показан внешний вид ультраярких и мощных светоизлучающих диодов согласно классификации фирмы «CREE».

Мощные сверхяркие

В отдельную группу можно выделить мощные сверхяркие светодиоды XLamp. Их главной конструктивной особенностью является наличие радиатора для отвода тепла, вызванного большим рабочим током (350мА и выше).

Чем эффективнее отвод тепла – тем больше время работы сверхъяркого мощного светодиода.

Данная группа имеет три варианта исполнения – XR, XP и MC. Они отличаются между собой формами и размерами корпусов. Именно они нашли широкое применение во внутреннем и наружном освещении автомобилей.

Светодиоды SMD

LED SMD также можно условно отнести к мощным сверхъярким светоизлучающим диодам. Они имеют несколько серий (3528, 5050,3014, 3020, 2835 и т.д.). Но самым востребованным на рынке светодиодного освещения является SMD 5050.

Он нашел широкое применение в светильниках благодаря белому цвету свечения. Мощность такого led может достигать 1Вт, поэтому его корпус имеет теплоотвод.

На фото мы можем увидеть, как выглядит LED SMD 5050.

Характеристики

Самой важной из всех характеристик является рабочий ток. Ультраяркие мощные светодиоды работают на постоянном токе, и превышение его значения приводит к выходу из строя led. Средний рабочий ток сверхъяркого равняется 15 – 20мА, ток мощного ультраяркого светодиода может достигать и 1А.

Рабочим напряжением (далее U) называют величину падения напряжения на светодиоде. Светоизлучающие диоды выпускаются с рабочим U равным 1,5 – 4 В.

Диоды разных цветов имеют различное U(самое низкое имеют диоды инфракрасного цвета – 1,5-1,9В, а самое высокое – белый диод – 3-3,7В).

Одним драйвером с постоянным выходным U = 12В возможно подключение, например, четырех светоизлучающих диодов с рабочим U = 3В или двенадцати светодиодов с рабочим U = 1В.

Средний показатель мощности для ультраярких светодиодных источников составляет 0,2-0,3Вт, а для мощных сверхярких источников — 1 Вт.

Если на коробке мощного светодиода указаны ток и напряжение, но не указана мощность, определить ее довольно легко,  перемножив указанные значения между собой.

Для получения необходимой интерьерной подсветки важными показателями будут: цвет свечения, угол рассеивания, световой поток.

Сверхяркие мощные светодиоды представлены в следующей цветовой гамме: янтарный, оранжевый,  синий, зеленый, красный и белый. В свою очередь белый цвет может выдавать холодный белый свет (5000 – 7000K), белый (3500-5000К), теплый белый (2700-3500К).

Световой поток играет важную роль для получения заданного уровня освещенности помещения.

Особенности питания

Перед подключением светодиода необходимо внимательно изучить, на какой ток и напряжение он рассчитан. Ультраяркие подключают через драйвер, который дает возможность стабилизировать ток, необходимый для нормальной работы LED. Драйвер с выходным напряжением 12В подключается к сети 220В.

Ниже приведена простейшая схема подключения нескольких светодиодов через драйвер.

Особенности монтажа

Основным условием при установке и подключении led является необходимость соблюдения полярности питания.

Мощные сверхяркие светодиоды нуждаются в дополнительном охлаждении, так как во время работы они интенсивно нагреваются.

• В мощных ультраярких  led температура нагрева кристалла влияет на нормальную работу сверхяркого светодиода, поэтому при его монтаже необходимо сделать теплоотвод, который можно осуществить с помощью радиатора.
• Применяемые теплопроводящие основания являются проводниками электричества, поэтому при установке светоизлучающего диода необходимо обеспечивать их электроизоляцию.
• Кроме того, светоизлучающий диод — хрупкое изделие, следует осторожно устанавливать во избежание деформации его корпуса.
• Автор видео рассказывает про виды и применение мощных светодиодов, а в конце дает не большой, но познавательный урок по монтажу smd led, показывает, как определить полярность и припаять.

Плюсы и минусы

Сверхъяркие led становятся все более востребованными на рынке освещения.  Причина кроется в преимуществах, которыми обладают данные источники света:

• большой срок эксплуатации (50 000-100 000 часов);
• высокая экономичность;
• устойчивость к перепадам напряжения;
• возможность работы при низких температурах окружающей среды;
• компактность. Сверхяркие светодиоды имеют небольшие размеры, что позволяет монтировать их в совсем маленькие приборы;
• экологичность (отсутствие ртути, паров газов или других опасных веществ);
• ударопрочность и виброустойчивость;
• светодиодные технологии обеспечивают большое разнообразие при проектировании интерьерного, декоративного освещения, а также цифровой контроль цвета и интенсивности света;
• устойчивость к многократным включениям.

Как видим, параметры работы подобных устройств выгодно отличаются от других источников света. Но кроме достоинств, имеются и некоторые недостатки:

• высокая цена, значительно увеличивающая срок окупаемости осветительного прибора;
• низкие технические характеристики в некачественных изделиях;
• необходимость применения драйверов, что увеличивает стоимость;
• невозможность использования регуляторов освещения для всех видов сверхярких светодиодов. Устройство этих регуляторов сложнее, чем для традиционных источников света, что также сказывается на их стоимости;
• заявленные названия цветопередачи не всегда соответствуют реальным характеристикам;
• небольшой угол рассеивания света;
• сложности в получении равномерного освещения из-за уникальности характеристик каждого LED и т.д.

Несмотря на перечисленные недостатки при правильном подходе к выбору и монтажу часть их можно нивелировать.

Особенности применения

Сегодня, благодаря  положительным качествам, сверхяркие светодиоды нашли широкое применение:

• в качестве светоизлучающих элементов в светофорах, дорожных знаках и светодиодных экранах;
• в автомобилестроении (приборы освещения и индикации внутри автомобиля и снаружи); Существуют комплекты, в которых ультраяркие светодиоды на напряжение 12В уже готовы к подключению в электрическую схему питания автомобиля;
• в рекламной сфере;
• в ландшафтном освещении, освещении жилых и общественных зданий и т.д.

Светодиодный светофор — не редкость в современном мире

Итоги

Сверхяркие светодиоды позволяют получать большой световой поток  при малом потреблении электроэнергии. Такие свойства позволят решить вопрос с большими затратами электроэнергии на освещение, которые на сегодняшний день остаются значительными, а также создать необходимый уровень освещения внутри зданий и снаружи.

Источник: http://ledno.ru/svetodiody/sverhyarkie-led.html

Характеристики, виды и особенности сверхярких светодиодов

Светодиодные приборы появились сравнительно недавно, но уже заметно потеснили другие виды осветительной техники. Они превосходят их по долговечности, экономичности и надежности в несколько раз. Единственным недостатком LED ламп до недавнего времени считалась высокая цена, но и этот вопрос производителям удалось успешно преодолеть.

Одним из последних новшеств стало появление светильников нового поколения. Они называются сверхяркие светодиоды, демонстрируют высокие эксплуатационные показатели по сравнению с более старыми образцами. Рассмотрим их внимательнее.

Характеристика сверхъярких светодиодов

Светодиоды высокой яркости (так более точно следует их называть) представляют собой результат развития технологий и научных изысканий.

К этой группе светильников принято относить элементы мощностью от 1 Вт и силой тока от 300 мА.

Поскольку четкой классификации LED приборов не вводилось, для обозначения этих устройств используются разные синонимы — суперяркие, ультраяркие или сверхяркие светодиоды.

Все эти термины являются следствием вольного перевода английского HB LED (High Brightness LED) — светодиоды высокой яркости. Никакого принципиального различия между ними нет, все эти названия относятся к единой группе светильников.

Более точную идентификацию можно произвести по анализу технологии изготовления. В производстве сверхярких светодиодов используются два типа полупроводников:

• AlInGaP. На базе этого материала создают
  красные, оранжевые, желтые и зеленые элементы;
• InGaN. Служит основой для изготовления синих,
  сине-зеленых, зеленых и белых светодиодов. Для производства последних
  дополнительно используется фосфор.

Интересно! Один 5-мм светодиод способен продемонстрировать яркость свечения в несколько сотен мкд (милликандел).

С возрастанием роли сверхярких LED ламп появилась необходимость в использовании более удобных единиц измерения светового потока, поэтому для обозначения принято использовать люмены.

Они более реалистично отображают ситуацию, поскольку человеческий глаз неодинаково воспринимает световые волны разной длины.

Виды

Существует несколько разновидностей светодиодов повышенной яркости. Они различаются по названию фирм-изготовителей этих устройств или по типу монтажа на несущую поверхность:

• Epistar. Название этих изделий пошло от наименования
  тайваньской компании-производителя. Это компактные высококачественные сверхяркие
  светодиоды, которые имеют большой срок службы. Широко используются в разных областях светотехники;
• Cree. Такие лампы — детище американской
  одноименной компании. Светодиоды отличаются низким энергопотреблением,
  продолжительным сроком эксплуатации и высоким качеством. Это является причиной
  дороговизны элементов Cree;
• SMD.
  Название означает способ монтажа — непосредственно на несущую поверхность
  (surface mount device). Эта группа устройств наиболее распространена и обширна.
  Состоит из элементов в корпусе PLCC различных серий — LN, LA, LN, LP и
  т.д.
• STD.
  Стандартные и всем известные круглые или овальные светодиоды сигнального типа.
  Серии — 374, 503, 4SM, 5SM и т.п.;
• P4
  (Пиранья). Светодиод, напоминающий по форме корпуса SMD, но приподнятый над
  поверхностью несущей плоскости для увеличения вентиляции и отведения тепла.
  Серии — P41, P42, P43.

  Виды и подключение RGB-контроллера для светодиодной ленты

Существуют также мощные сверхяркие
LED-элементы фирмы Cree, известные как XLamp. Они оснащены радиаторами для
теплоотведения, поскольку высокая мощность способствует увеличенному нагреву,
который губителен для светодиодов. Выпускается три разновидности
светильников — XR, XP и MC. Они активно используются для установки в
автомобильную систему освещения.

Область применения

Сверхяркие конструкции используются в различных областях применения. Различают два основных направления:

• сигнальное применение;
• освещение.

Разница между ними состоит в
принципе пользования — сигнальные устройства выполняют функции оповещения,
передачи информации. Они широко используются в светофорах, электронных табло,
указателях и т.п. Проще говоря, сигнальные приборы человек рассматривает, а
осветительные используются только как сторонние источники света. Области
применения ультраярких
светодиодов:

• наружные рекламные стенды, объемные конструкции;
• внутреннее и наружное освещение автомобилей;
• оформление дорожных оповещающих знаков;
• основное освещение жилых, общественных или
  производственных помещений;
• транспортная сигнализация, в т.ч. на железной
  дороге, авиации, судоходстве;
• ландшафтная, подводная подсветка;
• медицинские приборы — эндоскопия,
  дерматология и прочие установки.

Поскольку потребление энергии сверхярких элементов значительно ниже, чем у альтернативных разновидностей светильников, использование этих приборов для наружного освещения или дальней индикации вполне обосновано. Кроме того, большой срок службы позволяет не слишком активно участвовать в работе сверхярких светильников, обходясь периодической очисткой от загрязнений и мелким ремонтом.

Конструкция

Суперяркие LED приборы принципиально не отличаются от устройства обычных светодиодов. Единственными дополнениями для них стал теплоотвод, на который монтируется элемент, тогда как обычные устройства крепятся на простое основание. В остальном это такие же светоизлучающие диоды.

Устройство мощных сверхярких ламп типа XR представляет собой металлический корпус, который одновременно выполняет функции рефлектора. Кристаллы изготовлены из карбида кремния, из него же в связке с нитридом алюминия делается подложка. Такое сочетание позволяет решить проблему теплового расширения материалов. Линза изготовлена из кварцевого стекла.

Важно! Она не имеет жесткого крепления к корпусу и удерживается благодаря липкой поверхности корпуса, покрытого специальным герметизирующим составом. Благодаря такой системе крепления появляется возможность избежать температурных напряжений. Кроме того, плавающая линза может выполнять автофокусировку несмотря на температуру в данный момент времени.

Возможности сверхярких устройств
напрямую зависят от типа и размера излучающих кристаллов, использованных в
данной модели светильника. Первые образцы делались на базе сравнительно
небольших образцов, однако, в настоящее время появились технологии выращивания
более крупных кристаллов.

Особенности монтажа

Важными условиями работы ультраярких светодиодов являются:

• правильное соблюдение полярности при
  подключении;
• обеспечение качественного теплоотведения.

Монтаж производится на
специальные теплоотводящие основания.

Они способны проводить электричество
(чаще всего, изготовлены из металла), поэтому во время монтажных работ надо
сразу обеспечивать качественную изоляцию.

Кроме этого, необходимо действовать
аккуратно, поскольку сверхяркие светильники довольно хрупкие. Если к ним
отнестись без осторожности, можно сломать или вывести конструкцию из строя.

В остальном монтажные работы ничем не отличаются от обычных. При пайке рекомендуется использовать теплоотвод или ограничить время прикосновения паяльника к контактам до 10 секунд (не более).

Основные выводы

Сверхяркие светодиоды представляют собой LED элементы нового поколения. Они демонстрируют повышенную яркость свечения, обладают длительным сроком службы и низким энергопотреблением. Высокие эксплуатационные качества сделали сверхяркие приборы востребованными в разных областях светотехники, рекламы и прочих направлениях.

Свои варианты использования сверхярких светодиодов излагайте
в х.

ПредыдущаяСледующая

Источник: https://svetilnik.info/svetodiody/sverhyarkie-svetodiody.html

Сверхъяркие светодиоды белого свечения

Технологии электроники

Сейчас, наверное, только глухой не слышал о светодиодных лампах и сверхъярких светодиодах. В среде радиолюбителей сверхъяркий светодиод уже давно стал объектом пристального изучения и главным элементом самодельных новаторских устройств.

Да, это и не мудрено, сверхъяркие светодиоды интересны в первую очередь своей экономичностью и хорошими характеристиками по светоотдаче. Светодиоды обладают хорошей механической прочностью, не бояться вибрации и тряски.

Не зря мощные светодиоды всё больше применяют в автомобилестроении.

Ещё одним важным положительным качеством светодиодов можно считать то, что они начинают излучать мгновенно после подачи питания. Люминесцентные лампы, например, в этом плане уступают светодиодам. Для долговечной работы люминесцентной лампы рекомендуется горячий запуск, когда происходит предварительный разогрев нитей накала. Лампа при этом включается спустя несколько секунд.

В начале девяностых годов фирма Nichia представила миру первый светодиод синего и белого цвета свечения. С тех пор началась технологическая гонка в производстве сверхъярких мощных светодиодов.

Сам по себе светодиод не может излучать белый свет, так как белый свет является суммой всех цветов. Светоизлучающий диод излучает свет строго определённой длины волны. Цвет излучения светодиода зависит от ширины энергетической запрещённой зоны перехода, где и происходит рекомбинация электронов и дырок.

Ширина энергетической запрещённой зоны в свою очередь зависит от материала полупроводника. Для получения белого света на кристалл синего светодиода наносят слой люминофора, который под действием синего излучения испускает жёлтый и красный свет. В результате смешения синего, жёлтого и красного получается белый свет.

Это одна из нескольких широко распространённых технологий получения белого света посредством светоизлучающих диодов.

Напряжение питания сверхъярких белых светодиодов, как правило, лежит в пределах от 2,8 до 3,9 вольт. Точные характеристики светодиода можно узнать из описания (datasheet).

Мощные сверхъяркие белые светодиоды хоть и доступны, но всё ещё дороги по сравнению с индикаторными светодиодами красного и зелёного цвета свечения, поэтому при использовании их в осветительных установках следует уделять внимание качественному питанию светодиодов.

Несмотря на то, что ресурс светодиодов довольно велик, любой светоизлучающий полупроводник очень чувствителен к перегрузкам по току.

В результате перегрузок светодиод может сохранить работоспособность, но светоотдача его будет существенно меньше.

В некоторых случаях частично рабочий светодиод может служить причиной выхода из строя и остальных, включенных совместно с ним светодиодов.

Чтобы исключить перегрузки светодиодов, а, следовательно, и выход их строя, применяются драйверы питания на специализированных микросхемах. Драйвер питания представляет собой не что иное, как стабилизированный источник тока. Для регулировки яркости светодиодов рекомендуется применять импульсную модуляцию.

Не исключено, что в скором времени производители мощных светодиодов будут встраивать чип стабилизатора тока непосредственно в конструкцию мощного светодиода, по аналоги с мигающими светодиодами (blinking led), в которых встроен чип генератора импульсов.

Такими параметрами обладают, например, мощные светодиоды Lumileds. Для отвода избыточного тепла в таких светодиодах применяется алюминиевый радиатор, конструктивно объединённый с кристаллом светодиода. Производители мощных белых светодиодов также рекомендуют устанавливать их на дополнительные радиаторы.

Вывод очевиден – хочешь длительной работы светодиода – обеспечь хороший отвод тепла.

При монтаже мощных светодиодов нужно помнить, что теплопроводящее основание светодиода не является нейтральным электрически. В связи с этим необходимо обеспечить электрическую изоляцию оснований светодиодов при монтаже на общем радиаторе.

Так как типовое напряжение питания сверхъярких светодиодов составляет 3,6 вольт, то такие светодиоды можно легко использовать для светодиодных фонариков совместно с аккумуляторными батарейками формата AA.

Для питания светодиода понадобятся 3 последовательно включенных аккумуляторных батарейки напряжением по 1,2 вольт. Суммарно напряжение составит как раз необходимое 3,6 вольт.

В этом случае не понадобиться никаких преобразователей напряжения.

Всё ещё высокая цена мощных светодиодов связана со сложностью изготовления мощного светодиода. Стоимость современных технологических установок, на которых производят кристаллы мощных светодиодов методом эпитаксиальной технологии, составляет 1,5 – 2 млн. долларов!

Конструктивно мощный светодиод представляет довольно сложное устройство.

На рисунке показано устройство сверхъяркого светодиода Luxeon III фирмы Lumileds, мощностью 5 Ватт.

Как видно из рисунка, современный сверхъяркий светодиод представляет собой сложное устройство, требующее многих технологических этапов при изготовлении.

В настоящее время производители мощных светодиодов пробуют различные технологии изготовления светодиодов с применением различных материалов и компонентов. Всё это направлено на снижение себестоимости светодиодов и обеспечения необходимого качества продукта.

Следует заметить, что мощный светодиод, изготовленный с нарушением технологического процесса и применением некачественных материалов, спустя некоторое время работы теряет свою расчётную светоотдачу. Как правило, такие светодиоды дешевле аналогов.

Дешёвые светодиоды в течение первых 4000 часов работы теряют свою яркость на 35%. Связано это с тем, что желтеет эпоксидный материал светодиодной колбы, а также снижается излучающая способность синего светодиодного чипа и нанесённого на него слоя люминофора.

У качественных светодиодов за 50 000 часов наработки яркость снижается не более чем на 20%.

Главная » Технологии » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/super%20led.html

Сверхяркие светодиоды. Типы и устройство. Работа и применение

Сверхяркие светодиоды– это специальные полупроводниковые приборы, которые выделяются высочайшей яркостью свечения. Подобные изделия появились в результате развития технологического процесса в светодиодной технике. Благодаря этому образовалась отдельная ниша, в которой стали использоваться светодиоды высокой яркости. Эти изделия имеют свои специфические характеристики, плюсы и минусы, которые выделяют их среди остальных элементов. К примеру, они отличаются высокой мощностью и светоотдачей.

Однако подобные светодиоды все еще остаются достаточно дорогими вследствие их конструктивных особенностей. Поэтому еще сравнительно недавно такие светодиоды использовались ограниченно. Однако сегодня они находят все большее применение в самых разных областях. Спрос на данные изделия растет с каждым днем. Планируется, что лет через 5-10 подобные светодиоды будут применяться повсеместно.

Виды

Сверхяркие светодиодыв большинстве случаев имеют следующую классификацию:

• Epistar. Представляют диоды высокого качества, которые выделяются компактными габаритами. Их особенностью являются длительный период работы. Такие изделия широко применяются в различных областях.

• Cree. Подобные световые диоды действуют на базе карбида кремния, а также нитрида галлия. Эти изделия также выделяются продолжительным временем работы. К тому же диоды этого вида потребляют минимум электрической энергии, в частности это 12 вольт. В большинстве случаев их применяют для освещения пешеходных и подземных переходов, автомобильных дорог. К тому же производители используют их в осветительных приборах, к примеру, в фонарях. Необходимо отметить, что светодиоды cree выделяются высоким качеством, вследствие чего их стоимость несколько выше моделей других разновидностей.

• Smd. Относятся к распространенной светодиодной продукции. Эти изделия часто встречаются в различных областях. В особенности они популярны для подсветки зданий и сооружений, в том числе интерьерного дизайна внутри помещений. К примеру, при помощи светодиодных лент smd создаются уникальные в дизайнерском плане интерьеры помещений. Однако подобные ленты чаще всего используются совместно со специальными драйверами, то есть блоками питания. Подобные приборы снижают действующее напряжение с 220 до 12 вольт.

На данный момент главными производителями указанных светодиодов являются американские, тайванские и китайские компании.

Отдельной группой выступают светодиоды XLamp, которые выделяются особой мощностью. Их конструктивное исполнение предполагает присутствие теплоотводящего радиатора, что вызвано большим током в 350мА и выше.

Светодиоды XLamp в большинстве случаев применяются для наружного и внутреннего освещения автомобилей.

Устройство

Сверхяркие светодиодыпрактически всегда имеют конструкцию, которая практически полностью повторяет устройство стандартного светодиода. Типичные изделия монтируются на стандартное основание, тогда как продукция высокой яркости монтируется на теплоотводящую подложку. В остальном – это типичный диод с p-n переходом.

Так, благодаря техническим новациям компании CREE, устройство светодиодов группы XR имеет следующее строение:

• В виде корпусного основания выступает подложка, выполненная из металла и керамики, которая выделяется высокой теплопроводностью. В результате обеспечивается минимальное тепловое сопротивление, в том числе электроизоляция корпуса кристалла от теплоотводящего элемента.
• Кристаллы создаются из кристаллов карбида кремния.
• Материал подложки выполнен из карбида кремния, а также нитрида алюминия. Благодаря этому решается проблема появления механических напряжений в кристалле вследствие смены температуры.
• Металлический корпус также выступает в качестве рефлектора.
• Плавающая линза выполнена из кварцевого стекла. Она установлена в корпусе не жестко и сохраняет свое положение благодаря адгезии к желеобразному герметику. В результате она как бы плавает. Использование такой конструкции дает возможность исключить появление механических напряжений. Также это дает возможность выполнить автофокусировку в широчайшем диапазоне температур;

Показатели указанных светодиодов находятся в прямой зависимости от вида кристаллов, которые установлены в них.

Ранее кристаллы были небольшого размера, однако в последнее время промышленность использует новые кристаллы, которые выделяются достаточно большой площадью, в том числе высокой световой отдачей. Они способны действовать при больших токах, а значит светить очень ярко.

Принцип действия

Сверхяркие светодиодывне зависимости от вида действуют по одинаковому принципу. Диоды выполнены в виде чипа, из полупроводникового материала. Для образования р-n перехода чип покрывается легированными примесями. Подобная конструкция свойственна моделям светодиодов типа cree и smd.

Принцип действия в данном случае базируется на перетекании электрического тока от р-анода к n-катоду. В результате напряжение передается в одном направлении. Цвет и длина волны светового излучения зависит от ширины рабочей зоны р-n перехода. Довольно часто для изготовления подобного перехода применяется германий и кремний.

Для создания высокой яркости применяется сапфир в виде подложки.

Применение

Сверхяркие светодиодынаходят довольно широкое применение

• Они применяются для подсветки в жидкокристаллических дисплеях мобильников и коммутаторов.
• Для производства светодиодной рекламы.
• Для автомобильной светотехники, в частности для подсвечивания салона, а также индикации поворотов, элементов торпеды. Они часто монтируются в фарах, стоп-сигналах и габаритных огнях.
• Они выступают в качестве светоизлучающих элементов в дорожных указателях и светофорах.
• Довольно часто их используют для освещения помещений мастерских, различных производств, в том числе домов, квартир, подсобных помещений и так далее.
• В качестве сигнальных излучающих элементов в авиации, судоходстве и на железной дороге.
• Для подводного освещения.
• Для ландшафтного освещения.
• Сверхяркие светодиодышироко применяются в медицинской отрасли. В частности, их используют в эндоскопических приборах, дерматоскопах, лампах и ином оборудовании.
• Подобные светодиоды часто используются для тюнинга машин. При помощи них можно заменить практически все стандартные лампочки. К примеру, в автомобильных магазинах продаются готовые комплекты, которые можно сразу включить в электрическую схему машины без каких-либо усовершенствований.
• Для рекламной сферы и так далее.

Светодиоды высокой яркости создают значительный световой поток при небольшом потреблении электрической энергии.

Благодаря указанным свойствам можно решать проблемы значительных затрат электрической энергии на освещение, которые на данный момент все еще являются существенными. К тому же при помощи подобных светодиодов можно создать требуемый уровень освещения помещений.

Плюсы и минусы

Сверхяркие светодиодыза последние несколько лет стали невероятно востребованными. Причин тому несколько:

• Энергоэффективность. На данный момент это наиболее экономичные источники света, потребляющие минимум электрической энергии. При применении подобных изделий удается сэкономить порядка 80% электрической энергии.
• Существенный срок службы.
• Возможность функционирования в широких температурных режимах.
• Минимальный нагрев.
• Наличие ударопрочности, в том числе в ряде случаев и влагостойкости.

Как выбрать

• Если Вы хотите приобрести сверхяркие светодиоды, то для начала следует определиться, где Вы их будете применять. Эти изделия могут иметь разное напряжение, что определяется назначением и моделью. В большинстве случаев оно составляет в пределах 1,5-4 В, но может быть и 12 В. В большинстве случаев это влияет на цвет излучения. К примеру, низкое напряжение, как правило, обеспечивает инфракрасный цвет, тогда как высокое обеспечивает создание белого цвета. Средняя мощность для весьма сильных диодов равняется 1 Вт, для типичных представителей – порядка 0,3 Вт.
• В магазине можно приобрести светодиоды в разных цветовых решениях: белые, синие, красные, оранжевые и другие модели.
• Не стоит прельщаться дешевыми изделиями. Вызвано это тем, что яркие светодиоды, произведенные с нарушением технологии или некачественных материалов, через определенное время понизят свою светоотдачу. К примеру, дешевые модели спустя 4 тысячи часов работы лишаются порядка 35% яркости. Тогда как качественные светодиоды даже через 50 тысяч часов работы сохраняют свою яркость практически на прежнем уровне. Колебания яркости могут быть не более 20%

Экономия в будущем

На данный момент широкое внедрение указанных светодиодов невозможно, так как они стоят довольно дорого. Однако в будущем внедрение новых разработок и технологий позволит внедрить их повсеместно. К примеру, города и каждый житель смогут значительно экономить электроэнергию, расходы снизятся в 14-18 раз.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/sverkhiarkie-svetodiody/