Supersvítivé LED jsou LED osvětlovací zdroje s výkonem 1 watt a více s proudem 300 mA a více, které mají vysokou svítivost. 10 wattová LED se získá použitím 10 těchto světelných diod v matici.
LED matice s výkonem 80 wattů.
Jak funguje supersvítivá LED
Ultrasvítivá LED má stejný design jako konvenční, jen s tím rozdílem, že krystaly vyzařující světlo v ní jsou instalovány na speciální základně a u výkonné supersvítivé LED je v designu umístěn chladič. . Ve všech ostatních ohledech jde o stejnou světelnou diodu s pn přechodem, která v důsledku toku elektrického proudu vytváří optické záření.
Odrůdy
Rozdělení ultrasvítivých LED do typů je spíše libovolné, protože. každý má své vlastní jedinečné vlastnosti.
K dnešnímu dni jsou hlavními zeměmi vyrábějícími ultrajasné LED diody Spojené státy americké (CREE), Tchaj-wan (Epistar) a samozřejmě Čína.
Nejúplnější klasifikaci takových světelných diod poskytla společnost CREE, podle které je lze rozdělit do následujících typů:
- ve standardních kulatých (3 a 5 mm) nebo oválných (4 a 5 mm) pouzdrech se dvěma STD vývody (řada 374, 503, 512, 535, 4SM, 5SM atd.);
- v případě typu P4 (“Piranha”) (řada P41, P42, P43);
- v balíčcích pro povrchovou montáž PLCC (řada LM1, LM3, LM4, LA1, LN6, LP6 atd.).
Poslední vedená skupina je nejrozmanitější a nejžádanější. Obsahuje LED diody různých barev s různým počtem krystalů. Liší se také úhly rozptylu a velikostí.
Fotografie ukazuje vzhled ultrajasných a výkonných světelných diod podle klasifikace společnosti “CREE”.
Výkonná supersvítivost
Výkonné ultrasvítivé LED diody XLamp lze vyčlenit jako samostatnou skupinu. Jejich hlavním konstrukčním rysem je přítomnost chladiče pro odvod tepla způsobeného velkým provozním proudem (350 mA a více).
Čím efektivnější je odvod tepla, tím delší je provozní doba supersvítivé vysoce výkonné LED.
Tato skupina má tři verze – XR, XP a MC. Liší se od sebe tvary a velikostí pouzder. Jsou široce používány při osvětlení interiéru a exteriéru automobilů.
SMD LED diody
LED SMD lze také podmíněně připsat výkonným superjasným světelným diodám. Mají několik sérií (3528, 5050,3014, 3020, 2835, 5050 atd.). Ale nejžádanější na trhu LED osvětlení je SMD XNUMX.
Široké uplatnění našel ve svítidlech díky bílé barvě záře. Výkon takové ledky může dosáhnout 1W, takže její pouzdro má chladič.
Na fotografii můžeme vidět, jak LED SMD 5050 vypadá.
Vlastnosti
Nejdůležitější ze všech charakteristik je provozní proud. Ultra jasné vysoce výkonné LED diody pracují na stejnosměrný proud a překročení jeho hodnoty vede k selhání LED. Průměrný provozní proud supersvítivé LED je 15 – 20mA, proud výkonné ultrasvítivé LED může dosáhnout 1A.
Provozní napětí (dále U) je hodnota úbytku napětí na LED. Světelné diody se vyrábějí s pracovním U rovným 1,5 – 4 V. Diody různých barev mají různé U (nejnižší mají infračervené diody – 1,5 – 1,9 V a nejvyšší – bílá dioda – 3 – 3,7 V). Na jeden budič s konstantním výstupem U = 12V lze připojit např. čtyři svítivé diody s pracovním U = 3V nebo dvanáct LED s pracovním U = 1V.
Průměrný indikátor výkonu pro ultra jasné LED zdroje je 0,2-0,3 W a pro výkonné super jasné zdroje – 1 W.
Pokud jsou proud a napětí indikovány na krabici výkonné LED, ale výkon není indikován, je poměrně snadné jej určit vynásobením uvedených hodnot dohromady.
Pro získání potřebného osvětlení interiéru budou důležité ukazatele: barva záře, úhel rozptylu, světelný tok.
Super jasné vysoce výkonné LED diody jsou k dispozici v následujících barvách: oranžová, oranžová, modrá, zelená, červená a bílá. Bílá barva zase může produkovat studené bílé světlo (5000-7000K), bílé (3500-5000K), teplé bílé (2700-3500K).
Úhel paprsku se pohybuje od 15º do 120º v závislosti na typu. Nejmenší rozptylový úhel má řadu ve standardním kruhovém průřezu a největší – řada PLCC. Použití ultrajasných LED diod s různými úhly rozptylu umožňuje umístit do interiéru potřebné akcenty.
Světelný tok hraje důležitou roli při dosažení dané úrovně osvětlení místnosti.
Vlastnosti jídla
Před připojením LED musíte pečlivě prostudovat, na jaký proud a napětí je určena. Ultrajasné jsou připojeny přes driver, který umožňuje stabilizovat proud nezbytný pro normální provoz LED. Driver s výstupním napětím 12V je připojen k síti 220V.
Níže je nejjednodušší schéma připojení několika LED pomocí ovladače.
Montážní funkce
Hlavní podmínkou pro instalaci a připojení LED je nutnost dodržet polaritu napájecího zdroje.
Výkonné ultrasvítivé LED diody potřebují dodatečné chlazení, protože se během provozu intenzivně zahřívají.
U výkonných ultrajasných LED ovlivňuje teplota zahřívání krystalu normální provoz supersvítivé LED, takže při jeho instalaci je nutné vyrobit chladič, což lze provést pomocí radiátoru.
Použité teplovodivé podložky jsou vodiče elektřiny, proto je při instalaci svítivé diody nutné zajistit jejich elektrickou izolaci.
Kromě toho je světelná dioda křehkým produktem a měla by být instalována opatrně, aby nedošlo k deformaci jejího těla.
Autor videa hovoří o typech a aplikacích vysoce výkonných LED a na konci dává malou, ale informativní lekci o instalaci smd led, ukazuje, jak určit polaritu a pájku.
Výhody a nevýhody
Ultra jasné LED diody jsou na trhu osvětlení stále oblíbenější. Důvodem jsou výhody, které tyto světelné zdroje mají:
- dlouhá životnost (50 000-100 000 hodin);
- vysoká ziskovost;
- odolnost proti poklesu napětí;
- schopnost pracovat při nízkých okolních teplotách;
- kompaktnost. Ultra jasné LED diody mají malou velikost, což umožňuje jejich montáž do velmi malých zařízení;
- šetrnost k životnímu prostředí (nepřítomnost rtuti, plynových par nebo jiných nebezpečných látek);
- odolnost proti nárazům a vibracím;
- LED technologie poskytují velkou rozmanitost v designu interiéru, dekorativního osvětlení, stejně jako digitální ovládání barev a intenzity světla;
- odolnost vůči opakovaným inkluzím.
Jak vidíte, provozní parametry takových zařízení jsou příznivě srovnatelné s jinými světelnými zdroji. Ale kromě výhod existují i nevýhody:
- vysoká cena, která výrazně zvyšuje dobu návratnosti osvětlovacího zařízení;
- nízké technické vlastnosti u nekvalitních výrobků;
- nutnost používat ovladače, což zvyšuje náklady;
- nemožnost použití stmívačů pro všechny typy ultrasvítivých LED. Zařízení těchto regulátorů je složitější než u tradičních světelných zdrojů, což také ovlivňuje jejich cenu;
- deklarované názvy barevného podání nemusí vždy odpovídat skutečným charakteristikám;
- malý úhel rozptylu světla;
- potíže při získávání rovnoměrného osvětlení kvůli jedinečným vlastnostem každé LED atd.
Přes uvedené nedostatky lze se správným přístupem k výběru a instalaci některé z nich vyrovnat.
Funkce aplikace
Dnes se díky pozitivním vlastnostem široce používají superjasné LED:
- jako prvky vyzařující světlo v semaforech, dopravních značkách a LED obrazovkách;
- v automobilovém průmyslu (osvětlovací a indikační zařízení uvnitř i vně automobilu); Existují sady, ve kterých jsou připraveny ultrasvítivé 12V LED diody pro připojení k napájecímu obvodu vozu;
- v oblasti reklamy;
- v krajinném osvětlení, osvětlení obytných a veřejných budov atd.
Výsledky
Ultra jasné LED diody umožňují získat velký světelný tok s nízkou spotřebou energie. Takové vlastnosti umožní vyřešit otázku vysokých nákladů na elektřinu na osvětlení, které jsou dnes stále významné, a také vytvořit potřebnou úroveň osvětlení uvnitř i vně budov.
Osvětlovací zařízení, kde jsou jako světelné zdroje použity ultrasvítivé LED diody, nikoho nepřekvapí. Poptávka po takových zařízeních neustále roste, to přímo souvisí s nízkou spotřebou těchto zařízení. Vzhledem k tomu, že asi 25–35 % spotřebované elektřiny jde na osvětlení, budou úspory velmi citelné.
Různé typy ultrajasných LED světelných zdrojů
Ale vzhledem k relativně vysokým nákladům na ultrasvítivé LED diody, vzhledem k jejich konstrukčním vlastnostem, ještě není čas mluvit o úplném přechodu na tento typ osvětlení. Podle odborníků bude tento proces trvat od 5 do 10 let, tolik potrvá odladění a zavedení nových technologií.
Krátce o účinnosti
Za účinnost osvětlovacího zařízení se považuje poměr vytvořeného světelného toku (měřeno v lumenech) ke spotřebované elektrické energii (watty). Kvalitní žárovka má účinnost cca 16 lumenů na watt, zářivka (úsporná) jednu čtyřikrát více (64 lm/W), u žárovek s dlouhým denním svícením se tento údaj pohybuje kolem 80 lm/W.
Účinnost ultrasvítivých LED, které se v současnosti sériově vyrábějí, je přibližně stejná jako u zářivek. Upozorňujeme, že mluvíme o sériové výrobě. Pokud jde o teoretický limit pro ultrasvítivé LED zdroje, ten je definován prahem 320 lm/W.
Jak mnoho výrobců slibuje, v příštích letech lze účinnost zvýšit až na úroveň 213 lm/W.
Vliv konstrukčních prvků na cenu
Pro výrobu ultrajasných LED světelných zdrojů lze použít jednu ze dvou metod:
- pro získání světla blízkého bílému spektru jsou použity tři krystaly instalované v jednom krytu. Jeden je červený, druhý modrý a třetí zelený;
- používá se krystal, který vyzařuje v modrém nebo ultrafialovém spektru, osvětluje čočku potaženou fosforem, v důsledku toho se záření přemění na světlo, které se spektrem blíží přirozenému.
Navzdory skutečnosti, že první možnost je účinnější, její implementace je poněkud dražší, což negativně ovlivňuje prevalenci. Navíc spektrum světla vyzařovaného takovým zdrojem se liší od přirozeného.
Zařízení vyrobená pomocí druhé technologie mají nižší účinnost. Je třeba také vzít v úvahu, že fosfor obsahuje komplexní složení na bázi ceru a yttria, které samy o sobě nejsou levné. Ve skutečnosti to vysvětluje relativně vysoké náklady na ultra jasné bílé světlo LED. Konstrukce takového zařízení je znázorněna na obrázku.
Super jasné LED zařízení
Označení:
- A – tištěný vodič;
- B – základna se zvýšenou tepelnou vodivostí;
- C – ochranné pouzdro zařízení;
- D – pájecí pasta;
- E – LED krystal vyzařující ultrafialové nebo modré světlo;
- F – fosforový povlak;
- G – lepidlo (lze nahradit eutektickou slitinou);
- H – vodič spojující krystal a výstup;
- K – reflektor;
- J – základna odvádějící teplo;
- L – výstupní výkon;
- M je dielektrická vrstva.
Montážní funkce
Činnost supersvítivých LED je ovlivněna stupněm zahřátí krystalu a samotným pn přechodem. Životnost zařízení přímo závisí na prvním, úroveň světelného toku závisí na druhém. Proto je pro dlouhou životnost superjasných LED diod nutné zorganizovat spolehlivý chladič, to se provádí pomocí radiátoru.
Je třeba si uvědomit, že tepelně vodivé báze těchto polovodičů obecně vedou elektřinu. Proto, když je na jednom radiátoru instalováno několik prvků, je třeba dbát na spolehlivou elektrickou izolaci základů.
Dobrý odvod tepla výrazně zvyšuje životnost ultrajasných LED
Zbytek instalačních pravidel je téměř stejný jako u konvenčních diod, to znamená, že musí být dodržena polarita, a to jak při instalaci samotného dílu, tak při připojení napájení.
Vlastnosti jídla
Vzhledem k relativně vysoké ceně ultrasvítivých LED je velmi důležité pro jejich provoz používat spolehlivé a kvalitní napájecí zdroje, protože tyto polovodičové prvky jsou kritické pro proudové přetížení.
Po nouzovém režimu může zařízení zůstat v provozu, ale výkon vyzařovaného světelného toku se výrazně sníží. Navíc takový prvek pravděpodobně způsobí poškození dalších společně připojených LED.
Než budeme mluvit o ovladačích pro ultrasvítivé LED, pojďme si krátce promluvit o vlastnostech jejich napájecího zdroje. Nejprve musíte vzít v úvahu následující faktory:
- síla světelného toku emitovaného těmito prvky přímo závisí na velikosti elektrického proudu, který jimi protéká;
- supersvítivé LED se vyznačují nelineární CVC (napěťově-ampérová charakteristika);
- teplota má silný vliv na IV charakteristiky těchto polovodičových součástek.
Níže je uvedena změna CVC při teplotě polovodičového prvku (superbright smd-LED) 20 °C a 70 °C.
Změna charakteristik vlivem teploty
Jak je z grafu patrné, při přivedení stabilního napětí 2 V na polovodič se mění elektrický proud, který jím prochází, v závislosti na teplotě. Když se krystal zahřeje na 20 °C, bude se rovnat 14 mA, když teplota stoupne na 70 °C, tento parametr bude odpovídat 35 mA.
Výsledkem takového rozdílu bude změna výkonu světelného toku při stejném napájecím napětí. Na základě toho je nutné stabilizovat nikoli napětí, ale elektrický proud procházející polovodičem.
Takové napájecí zdroje se nazývají ovladače LED, jsou to obyčejné stabilizátory proudu. Toto zařízení lze zakoupit hotové nebo sestavit sami, v další části uvedeme některá typická schémata ovladačů.
Domácí LED ovladač
Ukažme vám několik možností pro řidiče na základě specializovaných mikroobvodů z Monolithic Power System, jejichž použití výrazně zjednodušuje design. Schémata jsou uvedena jako příklad, úplný popis typického zařazení lze nalézt v datovém listu pro mikroobvody.
První možnost je založena na snižovacím převodníku MP4688.
Příklad zapnutí MP4688
Tento ovladač může pracovat s napětím od 4,5 do 80 V, maximální práh výstupního elektrického proudu je 2 A, což umožňuje napájet svítilnu pomocí vysoce výkonných ultrasvítivých LED. Úroveň elektrického proudu procházejícího LED diodami je regulována odporem RFB . Implementace PWM stmívání s frekvencí 20 kHz umožňuje plynule měnit proud protékající LED.
Druhá verze ovladače založená na čipu MP2489. Jeho kompaktní pouzdro (QFN8 nebo TSOT23-5) umožňuje umístit ovladač do patice MR16 používané halogenovými žárovkami, což umožňuje jejich nahrazení LED žárovkami. Typické schéma zapojení MP2489 je znázorněno na obrázku.
Ovladač založený na MP2489
Výše uvedený obvod umožňuje zapnout dvě paralelní LED diody, z nichž každá má pracovní proud 350 mA.
Nejnovější verze ovladače založené na čipu MP3412, který lze použít v přenosných svítilnách. Charakteristickým rysem takového obvodu je schopnost pracovat z baterie AA.
