Как определить параметры светодиода?

Принцип работы.

Кристалл состоит из полупроводниковых материалов, которые расположены слоями. Свечение появляется после протекания электричества между границами их соприкосновения. В одном полупроводнике (n) преобладают электроны (отрицательные частицы), а в другом (p) –  ионы – дырки (положительные частицы). Полупроводниковые соединения способны пропускать электричество только  от p -слоя к n -слою, т.е. в одну сторону.

Схема появления излучения.

Под воздействием электричества электроны из n-слоя и дырки из р-слоя начинают двигаться к р-n-переходу. Происходит рекомбинация дырки и электрона — между р-n-границей протекает ток. Электроны переходят на низший энергетический уровень, с высоких орбиталей на более низкие. Освобождается энергия, которая  излучается в виде фотонов.

Описанный процесс протекает во всех полупроводниковых диодах. Но длина волны фотона не всегда находится в заметном человеческому глазу спектре. Для появления видимости необходимо движение элементарных частиц в определенном интервале: от 400 до 700 нм. Это достигается подбором определенных химических веществ. У каждого есть особая длина волны и цвет излучения.

Самые удачные материалы получаются из соединений типа AIIIBV и AIIBVI где II, III, V и VI – валентности элементов. Например, уже упоминавшийся арсенид галлия, фосфат индия или селенид цинка  и теллурид кадмия. Подобные соединения называют прямозонными. Возможно получение разнообразных  по свечению светодиодов: от ультрафиолетовых до инфракрасных.

К другой группе относятся непрямозонные полупроводники. Это карбид кремния, сам кремний, германий и другие. Диоды из них свет светят очень неярко. Впрочем, научные работы по использованию таких веществ продолжаются. Основные поиски решения ведутся в области технологий квантовых точек и фотонных кристаллов.

Кроме света при p-n-переходе освобождается еще и тепло. Для его отвода необходим теплоотвод (часто в этой роли выступает корпус изделия) или радиатор.

Семь раз подумай перед просчётом освещения

Зачем нужны подсчёты по свету и что следует знать

Комфортная среда нахождения в доме для человека создаётся искусственным светом от ламп. При недостаточности или излишках ощущения света возникает дополнительное напряжение зрения и раздражение глаз, появляется потребность в очках, снижаются ресурсы с упадком сил, ухудшается самочувствие. Поэтому делается обязательный расчёт освещения помещения, определяется соответствие установленным санитарным нормам, подбирается оптимальный вариант источников света близкий к естественному освещению.

По оформлению и способам распределения необходимого в доме, в помещениях света, везде электроосвещение подразделяют на 3 вида: общее, акцентированное, местное. Бывает сложно разобраться с вычислениями общего освещения светодиодными лампами для жилого дома. При расчёте потребуется понимание основных параметров и определений объекта-света.

Основные световые характеристики, единицы измерения

Свет можно измерить и описать, как и многое другое на «свете». В физике освещённость – есть величина «интегральная», определяемая многими параметрами, изучаемыми наукой фотометрией.

Таблица 1. Используемые физические понятия света, обозначения и единицы измерения:

Основные параметры светоизлученияИсточник infourok.ru

Люмены потока света – энергия волн от источника, излучаемая по всем направлениям, воспринимаемая как «яркость» по зрительному ощущению. Световые потоки по распределению лучей света бывают отражёнными, рассеянными, прямыми. Определяется тем большее число люменов, чем больше весь учитываемый поток света.

Сила света (I) похожа на плотность в пространстве потока света, его интенсивность. При определении I световой поток (Ф) делится на телесный угол (ꭥ) в стерадианах по направлению потока.

Понятие освещённости связывает количество света (светового потока) приходящегося на площадь освещаемой поверхности (E=Ф/S). Величина люксов прямо зависит от силы света источника и обратно пропорционально от квадрата расстояния до источника (при условии перпендикулярности потока к поверхности).

Прослеживается при определении величин света их взаимосвязь и качественное различие: что сам светильник ярче при больших люменах, а поверхность освещена больше при достаточно высоких величинах люксов.

Источник характеризуется эффективностью преобразования электроэнергии в свет (световая отдача Н). Она измеряется в люменах на ватт.

Светотехнические величиныИсточник rusenergetics.ru

Обмен энергией (излучением света) между электрическим источником и внешним помещением (по яркости) – по сути, работа в физическом представлении (1 Джоуль = 1 Ватт * 1 сек). Работой считается мощность излучения, умноженная на время. При известном усреднённом значении световой отдачи (Н) лампы можно примерно определить световой поток. Более ярким будет источник света при большей мощности освещения. Из источников с равной силой света (I) потребляют меньшую электрическую мощность светодиодные лампы.

Сравнение по светоотдаче источников:

1. Вакуумная лампа накаливания с вольфрамовой нитью – от 8 до 10 лм/Вт..
2. Галогеновая лампа – от 12 до 15 лм/Вт.
3. Люминесцентная лампа с преобразованием напряжения в цоколе – от 50 до 70 лм/Вт.
4. Светодиодные современные светильники – от 100-120 лм/Bт.

Для визуального понимания предмета каждому человеку важно воздействие света и цвета (особенно для художников). Определённое восприятие зрительным нервом конкретного установленного цвета спектра и фиксирует понятие цвета

Цветовая температура (К) обозначает цветность излучения света. Обычная температура и цветовая температура – разные понятия; у неба зимой, в мороз, цветовая температура составляет 12000К, у зажжённой свечи в 10 раз меньше – 1200К.

Цветовая температураИсточник ds04.infourok.ru

Применяют в практике определения цветности белого света:

• дневного света – более 5000 К,
• нейтрального – от 3300 до 5000 К,
• тёплого – менее 3300 К.

Глаз так устроен, что наличие синих оттенков в излучении источника снижает яркость его визуального восприятия.

Таблица сравнения ламп накаливания и энергосберегающих ламп

Сравнения ламп накаливания, энергосберегающих и светодиодных

Для того, чтобы определиться, какая лампа лучше: энергосберегающая, лампа накаливания и светодиодная, можно рассмотреть таблицу мощностей по каждому изделию. В таблице сравнения ламп накаливания энергосберегающих и светодиодных приведена подробная характеристика мощности всех видов ламп. Здесь видно, что энергосберегающая лампа 20 Вт соответствует потреблению мощности 5-7 Вт люминесцентной лампы и 2-3 Вт – светодиодной. Эта таблица показывает, что светодиодная лампа самая экономичная и имеет много преимуществ.

Достоинства и недостатки светодиодов

Плюсы

• Высокая механическая и вибрационная стойкость.
• Небольшой разогрев.
• Маленькие габаритные размеры, легкий
• Долговечность.
• Низкое энергопотребление и мощность.
• Возможность регулирования интенсивности свечения.
• Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
• Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
• Возможность работы при низких температурах.
• Низкая цена индикаторных светодиодов.
• Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.

Минусы

• Высокая цена SMD.
• Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
• Повышенные требования к источнику питания.
• Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.

Стоимость ламп

С учетом стоимости светодиодных и люминисцентных ламп более выгодным является приобретение качественной светодиодной лампы, которая будет работать не один год, позволяя как экономить на платежах за электроенергию, так и на замене ламп.

При стоимости электрической энергии в 1,5 рублей за 1кВт расходы на одну люминесцентную лампу составят:

365 дней х 5 часов в день х 0,021кВт/час х 1,50 руб = 57 рублей.

на одну светодиодную лампу:

365 дней х 5 часов в день х 0,01 кВт/час х 1,50 руб. — 27 рублей.

С учетом того, что в среднестатической квартире от 10 до 30 ламп, экономия за год составит от 300 до 900 рублей. С увеличение количества ламп, стоимости электроэнергии экономия будет только расти.

Какой тип ламп выбрать — каждый для себя решает сам, наши электрики всегда помогут советом какой тип ламп выбрать, правильно подобрать мощность и количество таких ламп.

Так что, если Вам необходимо сделать «новое» освещение в Вашей квартире/доме/на даче/в офисе в Симферополе, Севастополе либо иных городах Крыма — наша компания это то, что Вам нужно.

Свет необходим людям. В нашей стране, где солнечного света не очень много и в холодное время года темнеет рано, невозможно обойтись без искусственного освещения. Электроэнергия, используемая для этого, требует расхода угля, нефти, газа при ее производстве, поэтому стоит не дешево.

Мы уже давно не представляем свою жизнь без электричества, в том числе используемого на освещение, а кто-нибудь пытался подсчитать, сколько электроэнергии потребляет лампочка, и какую цену придется заплатить при расчетах с энергосбытовой компанией. Эти расчеты невозможно произвести, не зная характеристики различного вида ламп.

Особенности конструкции и принципа работы

Внешне лед лампы практически не отличаются от своих аналогов с вольфрамовой нитью накала. Стандартный цоколь с винтовой резьбой позволяет использовать их в тех же приборах, не внося изменений в конструкцию электрооборудования. На этом сходство заканчивается. Внутреннее устройство светодиодных изделий гораздо сложнее.

Цоколь изготавливается из латуни и покрывается сплавом никеля, предотвращающим коррозию. Винтовая резьба обеспечивает контакт с патроном и качественное крепление. Основание из полиэтилентерефталата надежно защищает корпус прибора.

Драйвер, состоящий из импульсного трансформатора, микросхем и конденсаторов, преобразует величину входящего напряжения. Это самая дорогая часть устройства. Качественный преобразователь максимально снижает коэффициент пульсации.

Основной функцией алюминиевого радиатора является отвод тепла от элементов устройства. Благодаря этому повышается эксплуатационный срок. Размер радиатора напрямую связан с количеством светодиодов. Он может быть гладким или ребристым. Его форма зачастую зависит от общей конструкции.

На плате из того же материала размещены чипы, последовательно соединенные в группы. Форма платформы также соответствует конструкции лампы и может быть круглой, квадратной или овальной.

Рассеиватель изготавливается из ударопрочного пластика, реже из стекла, матового цвета. Он крепится к радиатору посредством защелок или специального герметика.

Принцип работы светодиодной лампочки прост. Чипы, расположенные на плате – не что иное, как кристаллы-полупроводники, которые начинают испускать свет при прохождении через них электротока. Последний идет только в одном направлении: от анода к катоду. Основное отличие от лампы с вольфрамовой нитью накала заключается в температуре нагрева. Светодиод нагревается до 38°С, в то время как металлическая нить до 2000°С. При этом на разогрев первого тратится 4% потребляемой энергии, тогда как во втором случае значение доходит до 96%.

Расчёт мощности 1 метра светодиодной ленты

Имея на руках все необходимые данные, несложно рассчитать, сколько потребляет 1 метр LED-ленты:

• U_пит – напряжение питания, В;
• I_1м – ток одного светодиода, А;
• N – количество SMD-светодиодов в 1 метре ленты, шт.;
• K – коэффициент, учитывающий количество светодиодов, включенных последовательно.

Известно, что любая LED-лента с питанием от +12 В состоит из групп светоизлучающих диодов, соединённых параллельно. В свою очередь, в каждой группе по 3 светодиода, соединённых последовательно, а значит, через них протекает одинаковый ток. Поэтому К = 3. Для светодиодной ленты, работающей от +24 В значение К = 6.

Для большей наглядности рассчитаем мощность потребления 1 метра светодиодной ленты типа SMD 5050-30 шт./м с питанием от источника +12 В:

Зависимость потребления светодиодных лент от их типа

Светодиодные ленты 3528

Сегодня продаются полоски диодов трех основных типов, при этом потребляемая мощность светодиодной ленты отличается от одного типа к другому. Первыми на рынке были светодиоды 3528. Они имели простую конструкцию и небольшую мощность, сегодняшние полоски 3528 значительно отличаются от первых и моделей. Сегодня они выпускаются как на обычной полоске, так и на прорезной (им нестрашна ни вода, ни влага), благодаря чему их теперь используют в помещениях с повышенной влажностью. Перед тем как разбираться с энергопотреблением, необходимо знать, что количество потребляемого тока во многом зависит от количества размещенных на изделии диодов. Ниже мы перечислим, сколько потребляет светодиодная лента (1 метр) 3528 трех основных видов:

1. LF-3528 240Led – устройства со 240-а диодами на один погонный метр, потребление такой ленты составляет 19,2 Вт (1,6 А). 2. LF-3528 120Led – полоски с 120-ю диодами на один метр, потребляемый ток светодиодной ленты такого типа 0,8 А (9,6 Вт). 3. LF-3528 60Led – это полоски, на которых установлено 60 светодиодов на один метр, ее потребление составляет 4.8 Вт (0,4 А).

При этом на рынке можно найти изделия 3528, на которых размещено по 30, 90 диодов. Стоит учесть и тот факт, что полоски первого и второго типа используются достаточно редко, виной тому сложность их монтажа, кроме того они достаточно сильно нагреваются.

Светодиодные ленты 5050

Не так давно на рынке появились диоды нового поколения, это чипы 5050. Светодиоды 5050 представляют собой ленты с меньшим количеством диодов, чем в чипах 3528, но имеющиеся лампы горят намного ярче. Это более мощные изделия, их потребление зависит от длинны (количества диодов). Так же как и предыдущие изделия, эти полоски делятся на несколько типов, всего их четыре:

1. LF-5050120Led — это устройство со 120 диодами на один метр. А сколько ампер потребляет светодиодная лента данного типа? – не более 25 Вт (2,4 А). 2. LF-5050 72Led – изделия с 72-мя диодами на один метр, потребляют не более 15 Вт (1,4 А). 3. LF-5050 60Led – полоски, на которых установлено 60 диодов, потребление 15 Вт (1,2 А). 4. LF-5050 30Led — изделие с минимальным количеством диодов их всего 30. Сколько потребляет светодиодная лента (12 вольт) данного типа? – не более 7,2 Вт (0,6 А).

Именно последний вариант является самым популярным в квартирах и домах, гораздо реже используются изделия LF-5050 60Led. Такие варианты как LF-5050 72Led и LF-5050120Led используются для подсвечивания различных конструкций и сооружений, рекламных билбордов и так далее.

Виды и характеристики светодиодов.

Светоизлучающие диоды различают по конструкции корпуса:

1. DIP – маломощные индикаторные цилиндрические элементы. Востребованы для подсветок экранов, индикации, световых гирлянд.
2. «Пиранья» — четырехконтактный DIP. Они крепче держатся на своем месте и меньше греются. Востребованы в автомобильной промышленности для подсветок.
3. SMD – внешне выглядит, как параллелепипед. За счет своей надежности и универсальности востребованы во многих отраслях светотехнической промышленности.
4. PCB Star светодиоды. Разновидность SMD.
5. СОВ – плоский SMD. Новейший тип.

Независимо от исполнения корпуса выделяют светодиоды:

1. Двухцветные. Они излучают одновременно два цвета. Обладают тремя контактами, один из которых общий.
2. Полноцветные RGB (красный-зеленый-синий). Изготавливаются из трех полупроводниковых кристаллов под общей линзой, обладают четырьмя электродами. По одному выводу для каждого полупроводникового элемента и один общий вывод. В SMD у прибора будет шесть выводов.

Пропорциональное смешение цветов дает всевозможные оттенки света. Например, при включении на 100% красного и зеленого получится желтый.

1. Адресные светодиоды − разновидность полноцветных. Отличаются от обычных RGB тем, что включаются по собственному индивидуальному коду. Востребован в лентах, где на адресном светодиоде можно задать неповторяющийся цветовой оттенок. При этом led-диод обладает собственным адресом, на который поступают команды от специального управляющего драйвера. Управление цветами происходит через микрочипы, которые встраиваются рядом с адресными светодиодами.
2. Сверхмощные (сверхяркие) светодиоды – элементы мощностью выше 1 Вт с силой тока от 300 мА. (Мощность обычных светодиодов измеряется чаще всего в милливаттах). Такие устройства светят очень ярким светом. Используются в фонариках, фарах, прожекторах и т.п.

Также led-элементы подразделяются на:

1. Индикаторные — маломощные.
2. Осветительные — приборы большой мощности.
3. Инфракрасные – излучают невидимый человеческому глазу инфракрасный спектр.

Инфракрасные диоды. Благодаря специально подобранным материалам проводников они испускают невидимые глазу инфракрасные лучи. Они безвредны для живых существ, но заметны для электронных систем регистрации. Востребованы во многих технических устройствах  и станках во всевозможных отраслях промышленности.

Индикаторные led-диоды. Выступают в роли индикаторов для техники,  подсветок дисплеев и т.п. Их делят по типу используемых полупроводников на:

• двойные – светят зеленым и оранжевым;
• тройные – светят желтым и оранжевым;
• тройные – светят красным и желто-зеленым.

Независимо от вида светодиоды характеризуются некоторыми параметрами.

Цвет излучения. Обусловлен химическим составом полупроводников. Некоторые вещества и соответствующие им цвета обозначены в таблице.

Яркость. Она пропорциональна силе тока, текущей сквозь элемент. Среди led-диоды, которые светят белым светом, выделяют яркие (20-25 милликандел) и сверхяркие (свыше 20 тысяч милликандел).

Сила тока. Светодиоды весьма чувствительны к силе тока. При превышении ее значения выше номинального led может перегореть. Поэтому не рекомендуется превышать максимальный прямой ток элемента. Точные значения для конкретного светодиода приводятся в техническом описании.

Падение напряжения. Характеризует допустимую разницу между величинами входного и выходящего напряжения. У значения напряжения для светодиодов есть максимальное значение, превышение которого приведет к поломке led. Значения указываются в техническом описании.

Полярность. Поскольку ток в светодиоде течет только от p -слоя к n -слою, для предотвращения поломок стоит полярность. Обычно ее определяют по внешнему виду, маркировке или особым пометкам на корпусе. (Подробнее смотрите в статье «определение полярности»). Также узнать полярность можно из технической документации.

Угол рассеивания света. Определяется формой линзы, конструкцией кристалла и от используемых для изготовления кристалла веществ. Может меняться от 15 до 180 градусов.

Расчет для SMD 5050

Большой интерес представляют качественные и яркие LED-ленты (или просто LED). Нередко изделия данного типа имеют маркировку SMD 5050.

Аббревиатура SMD означает особую технологию производства. Эта технология предполагает монтаж всех компонентов в автоматическом режиме на печатную плату. А цифра после аббревиатуры говорит о типе светодиодов. Каждый из них в данном случае имеет трёхкристальную структуру и размер 5 на 5 миллиметров.

Для работы описываемой LED обязательно понадобится специальный блок питания. Если напрямую пытаться подсоединить устройство к розетке, то оно просто сгорит и придёт в негодность. Как раз для того, чтобы совершить грамотную покупку адаптера, и необходимо вести расчет мощности.

Потребление электроэнергии энергосберегающими лампами

Световой поток у них такой же, как у обычных, а энергопотребление в 5 или более раз меньше. Пусть у лампочки излучающей 60 Вт, потребляемая мощность 12 Вт. Рассчитаем потребление электроэнергии лампочкой такого типа если в помещении включены все те же 7 штук, и работают они 4 часа в день, при тарифе 4,01 рубль, излучаемая мощность как в первом примере, а потребление за месяц будет:

(7*12*4)*30/1000=10,08 кВт.

Заплатить придется:

10,08*4,01=40,42 рубль.

Разница очевидна!

Промышленность выпускает такие лампы двух типов:

Люминесцентные – содержат небольшое количество ртути, поэтому при повреждении становятся опасными для здоровья людей, следовательно, требуют осторожного обращения и утилизации в специально отведенных местах. Стоят такие лампы от 30 рублей отечественного производства до 150 – импортные, но у них большой срок службы.
Светодиодные – безопасные, не требуют специальной утилизации, потребляют от 3 до 7 Вт

Стоят дороже от 160 до 350 рублей. Срок работы гарантированный производителем у них самый большой, значит быстрая окупаемость за счет срока службы и энергосбережения.

Потребление электроэнергии лампочкой играет немаловажную роль в энергосбережении, следовательно и в ваших затратах на оплату электроэнергии.

Все системы освещения работают на электрической энергии, на производство которой также требуются различные ресурсы. Поэтому у многих потребителей плата за свет составляет довольно большую статью расходов. В связи с этим очень часто возникает вопрос, сколько киловатт в час потребляет лампочка и нельзя ли каким-то образом сократить эти расходы? В настоящее время эта проблема решается достаточно легко, поскольку появилось множество новых видов ламп, технические характеристики которых позволяют существенно снизить затраты на оплату электроэнергии.

Для чего необходимо выяснять

Светодиодная лента представляет собой прибор, имеющий гибкую основу, на которой размещены последовательно подключенные диоды. Данная продукция при своей работе использует низкое напряжение (12 или 24 вольт).

Из-за того, что данная продукция является низковольтной, имеются трудности подключения ее к стандартной сети в 220 вольт. Ведь если подключение будет идти напрямую, то лента на 12 вольт просто сгорит. Поэтому для подключения светодиодной продукции такого плана используют специальные преобразователи напряжения – блоки питания.

Блоки питания для светодиодных лент

Блок питания осуществляется понижение напряжения 220 вольт для требуемого уровня – 12 или 24 вольт. Для питания данной продукции на сегодняшний день существует достаточно большой выбор преобразователей, что затрудняет выбор. Для того, чтобы правильно выбрать блок питания, необходимо знать какой ток или сколько ампер будет потреблять светодиодная лента, применяемая для подсветки. А это не постоянная величина, которая зависит от следующих параметров:

длина (сколько метров используется). Это изделие может нарезаться на различные отрезки. Главное, чтобы нарезка осуществлялась в четко определенных местах. Иначе лента будет повреждена и не сможет работать;

Место для разрезания

• тип led;
• тип светодиодов;
• плотность размещения источников света.

Все перечисленные выше параметры необходимы для того, чтобы рассчитать потребляемую мощность светодиодной ленты, а именно, какой ток или сколько ампер она способно потреблять.

Итоговые советы (8 советов)

Подводя итоги о том, как выбрать прожектор для улицы, следует выделить такие рекомендации:

несмотря на большой выбор различных ламп освещения, наиболее простыми и удобными в эксплуатации являются светодиодные прожекторы;
выбирая светодиодный прожектор, лучше брать модель с одним мощным светодиодом, чем наборную светодиодную матрицу;
выбирая форму плафона, исходите из ваших задач – круглые прожекторы подходят для небольшого расстояния, квадратные устанавливают для дальнего воздействия, сферические для освещения окружающего пространства под ним;
максимальную экономию электроэнергии можно обеспечить при помощи фотореле и датчика движения, первый будет включать свет только в темное врем суток, а второй, только при наличии движения;
выбирая материал корпуса, остановите свое внимание на металлических моделях, они значительно крепче, чем пластиковый светильник и не бояться механических воздействий;
если в вашем регионе случаются частые перебои с электричеством, лучше устанавливать модели оснащенные аккумуляторами;
если подвод электроэнергии к участку вообще отсутствует или тянуть линию к прожектору не рентабельно, можно использовать вариант с солнечной батареей;
выбирая световой поток, учтите, что многие производители намеренно завышают этот показатель для повышения продаж, поэтому лучше проверить работу конкретной модели перед покупкой.