Svetlobno vodena: načelo uporabe in dela

Svet sveti v novi luči svetlobnih diod

V zadnjem desetletju je LED osvetlitev dobesedno praska v naša življenja in jo spremenila v nepriznavanje. Svetleče diode (LED) se uporabljajo skoraj povsod. Zamenjali so luminiscenčne sijalke in prispevali k novemu krogu razvoja zaslonov s tekočimi kristali: tehnologija je postala kompaktna, telefoni so bili tanki, nato pa pametni telefoni, tablični računalniki, ultra tanki televizorji in monitorji.

Vse to je prispevalo k znatnemu zmanjšanju porabe električne energije. Iz istih razlogov je v razvitih mestih že dolgo norma javne razsvetljave. Kot ste že razumeli, bo današnji članek v celoti namenjen LED.

Prednosti in slabosti LED osvetlitve

LED koronska žarnica

Kot vsaka druga, imajo LED diode pozitivne in negativne lastnosti, ki jih je treba poznati.

Prednosti LED osvetlitve

Začnimo s tem, kar imenujemo prednosti takšne razsvetljave, da bi popolnoma razumeli, zakaj je hitro postala priljubljena in sposobna premikati svoje konkurente.

Primerjava luminescentnih in LED svetilk

• V primerjavi s prejšnjimi generacijami virov svetlobe svetleče diode (LED, LED, svetleče diode) veliko bolj ekonomično uporabljajo električno energijo. V kombinaciji z resonančnim napajanjem svetloba doseže 120 lumnov pri 1 vatih. Za primerjavo - fluorescenčne sijalke imajo indeks 60-100 Lm /W, in žarnice z žarilno nitko - 10-24.
• Zelo dolga življenjska doba, ki je predvsem odvisna od vezij virov energije in kakovosti uporabljenih radijskih komponent. V termičnem načinu delovanja lahko ta indikator doseže neverjetno število 36-72 tisoč ur. Za primerjavo - življenjska doba žarnice je 1000 ur, luminiscentno napajanje - 10–20 tisoč ur. Zato varčevanje ni le zaradi manjše porabe energije
.

Zanimivo vedeti! Pravzaprav proizvajalci ne morejo izvajati polnega delovnega časa testiranja življenjske dobe, s stalnimi spremembami in razvojem tehnologije, ter določiti pogoje uporabe z različnimi metodami napovedovanja, kot so: TM-21 in IESNA LM -80.

• Za čas trajanja operacije število vključitev /izjem nima učinka.
• Da bi dobili žar v želenem območju, ni treba uporabljati filtrov, kot so fluorescenčne sijalke.
• S svetlečimi diodami lahko uredite smerno osvetlitev brez uporabe odsevnikov, vendar se ta funkcija lahko šteje za minus, vendar malo kasneje. Z uporabo kompaktnih leč je mogoče spreminjati kot sevanja LED.

Svetleče diode v avtomobilskih žarometih

• Druga pomembna prednost pred luminiscenčno razsvetljavo je pomanjkanje vztrajnosti pri vklopu in izklopu. Zaradi tega se lahko LED diode uporabljajo v dinamičnih svetlobnih instalacijah.
• Pri uporabi posebnih LEDzatemnitve, je mogoče gladko spremeniti intenziteto žarnice svetilk.
• Svetleče diode so okolju prijazne, ne uporabljajo živega srebra, kot pri fluorescentnih svetilkah.
• Svetleče diode so kompaktne. Sestavljeni so iz veliko manjše količine redkih zemeljskih materialov.

Lahka LED-ohišje

\ t

• Večina svetlečih diod in ohišje svetilk za njih sta zelo močni. Poglejte sliko zgoraj. Svetilka ima trdno plastično bučko in številna rebra v podstavku, ki je poleg tega radiator za odvajanje toplote. Takšna oblika je odporna na padce in vibracije, saj ni nobenih filamentov in drugih občutljivih komponent.
• Praktično brez infrardečega in ultravijoličnega sevanja.
• Energetsko učinkovite svetilke oddajajo malo toplote, kar omogoča, da se jih uporablja v požarnih in kompaktnih prostorih, brez strahu pred ognjem.
• Poleg tega je treba omeniti električno varnost takih svetilk. Delujejo pri nizkih napetostih.

Strinjam se, da je seznam dajatev precej velik.

Slabosti LED osvetlitve

Vendar, kot vedno, obstaja "žlica katrana". Spomnimo probleme LED, ki še niso rešene:

Masivni radiatorji za hlajenje LED svetilk

\ t

• Glavna pomanjkljivost LED osvetlitve je odvajanje toplote, ki se ne razprši skupaj s svetlobnim sevanjem, temveč se spremeni v pokrov, kar povzroči pregrevanje SD.​​Zaradi tega morajo biti pri visokih zmogljivostih svetilke opremljene s toplotnim odvodom, dokakovosti, ki so visoke zahteve. Torej, da bi razpršili 5 vatov toplotnega sevanja polprevodnika, je treba uporabiti radiator s površino 100 cm?
• Zaradi potrebe po namestitvi radiatorja je svetilka dražja in močno otežuje proizvodnjo kompaktnih žarnic z močjo več kot 15 W za standardne baze E14 in E27.
• Pri pregrevanju svetleče diode hitro izginejo, zato jih ni priporočljivo namestiti na mestih, kjer temperatura okolja presega 100 stopinj Celzija.Mednje spadajo: osvetlitev vodene savne, razsvetljava znotraj pečic ali mikrovalovnih pečic itd.
• Za napajanje LED je potrebna nizkonapetostna napetost.Ker je v javnih električnih omrežjih 220, je za napajanje posameznih LED potrebno uporabiti enosmerni pretvornik. To ne more vplivati ​​na dimenzije in zanesljivost takšne sheme, ki poleg tega zahteva dodatno zaščito.

Shema priključitve LED-lučk

• Svetleče diode so enosmerni svetlobni vir.Osvetlitev v večini teh svetilk ne presega 120 stopinj.
• Nekatere vrste LED so dosledne.Zaradi tega se žarnica ne more nadaljevati, tudi če zgori le ena dioda (na primer girlanda).
• Druga pomanjkljivost je cena, ki je nekajkrat višja od cene dobrih žarnic.Vendar pa je v zadnjem času obstajala težnja po zmanjšanju stroškov, danes pa je mogoče kupiti dobro žarnico s kapaciteto 6-8W za 120-150 rubljev.
• Vse LED-lučke nimajo zgornjega kazalnika izhodne svetlobe.Pri poceni svetilkah za masovno proizvodnjo je ta številka 80-110 Lm /W. V skladu s tem indikatorjem, natrijeve sijalke s plinsko razelektritvijo DNaT zasedajo vodilne položaje - svetlobna moč 1 W je 150-200 lumnov. To so natrijeve sijalke, ki se v glavnem uporabljajo za ulično razsvetljavo, čeprav je ulična razsvetljava na ledu zelo priljubljena in dobiva zagon.
• Spekter žarjenja LED je drugačen od sončnega, zato so proizvajalci nenehno prisiljeni izbirati med kakovostjo in močjo.Vendar pa pravilno izbrani luminofori omogočajo ustvarjanje sijaja, ki glede prenosa barv ne bo najboljši predstavnik luminiscenčne razsvetljave.
• Pri LED-sijalkah lahko uporabite zatemnilnik za žarnice z vgrajenim sekundarnim napajanjem, čeprav svetilke, primerne za takšno povezavo, še vedno obstajajo.Njihovi stroški bodo višji za 30%, regulacija svetlosti luminiscence pa se iz nominalnega zniža na 20% moči in popolne izključenosti. Če uporabljate zatemnilnik LED, nastavitev ne bo drugačna od običajne.

LED-zatemnilnik

• Poceni žarnice imajo neprijetno utripanje, ki je dvakrat večje od frekvence električnega omrežja, to je v Rusiji in državah SND, bo svetilka utripala s frekvenco 100 Hz. Tutripa, čeprav neopazno za človeško oko, vendar povzroča nelagodje in lahko negativno vpliva na zdravje.

ModraSpekter LED svetlobe je prav tako škodljiv - zategne oči in lahko pri daljši izpostavljenosti poškoduje očesno mrežnico.

Poleg tega smo posneli video za vas, kjer se pripovedujejo LED svetilke in prikažejo veliko zanimivih stvari.

Uporaba LED osvetlitve

Kje so najpogosteje uporabljene LED diode? Kot smo se prepričali, ta tehnologija še ni v celoti izkoriščena in včasih pomanjkljivosti prevladajo nad vsemi koristmi. Ampak, seveda, obstajajo področja, v katerih je zamenjava razsvetljave na vodi, več kot upravičena.

LED ulična razsvetljava

Prvič, govorimo o zunanji razsvetljavi ulic mest in primestnih poti (glej Kje je uporaba zunanje razsvetljave LED). Mnoge države so začele zamenjati stare žarnice z novim, LED. Evropa je bila vodilna, kjer so bile naložbe v LED osvetlitev dvakrat večje od običajnih. Pričakovani prihranki so 60-70%.

Zasebna mesta, kot je finski Turku, načrtujejo popoln prehod na LED osvetlitev. Na primer, v že omenjenem mestu so uspeli prihraniti 1,38600 KW, kar je primerljivo s povprečno letno porabo 1300 enonadstropnih stavb.

Ročna LED svetilka

\ t

Zaradi svoje stroškovne učinkovitosti, svetlosti in varnosti se LED diode pogosto uporabljajo v reflektorjih, svetilkah, avtomobilskih žarometih, semaforjih, svetilkah za domače razsvetljave in kompaktnih prenosnih ročnih svetilkah, katerih svetlobna moč lahko doseže do 5000 Lm.

Uporabljajo se tudi:

StanovanjeLED semafor

• Kot indikatorji na različnih napravah, vključno z prikazom elektronske ure;

LED prikazovalna plošča

• Veliki ulični tabloidi in tekalne proge;

Optospojnik z LED v sredini

• V optičnih sklopih;
• Ustvarjanje optično moduliranega sevanja;

Duralight Cord

• Gibke vrvice iz PVC - Duralight;
• Na USB-ju;
• Različne igrače;

Prometni znak LED

• Svetlobni znaki na cesti;
• Pred kratkim so rastlinske rastline priśle do LED.

Dekorativna razsvetljava s svetlečimi diodami je enostavno namestiti z lastnimi rokami

Svetleče diode se odlično prilegajo praznični in dekorativni ulični razsvetljavi. Razvit je bil LED trak, ki omogoča namestitev po obodu zgradb in drugih težko dostopnih mest.

S svojo pomočjo lahko dokončate osvetlitev objekta s kompleksno geometrijo v katerem koli razpoložljivem barvnem spektru. Trak visi na hišah, drevesih, spomenikih in drugih predmetih.

Zanimivosti o LEDs

To poglavje bo zanimivo za ljudi, ki želijo razširiti svoja obzorja in podrobno spoznati značilnosti IUD. Govorili bomo o stvareh, ki so ponavadi padle v podobnih člankih, vendar se ta informacija zdi zelo zanimiva.

Kaj je LED in kakodeluje

Razkrijmo skrivnost svetlečih diod

LED diode - To je polprevodniška naprava s p-n-stičiščem (elektron-luknja). Pri prehodu skozi to električni tok ustvarja elektromagnetno sevanje, ki ga vidi človeško oko - svetloba.

V trenutku prehoda električnega toka v smeri naprej, se elektroni in luknje (nosilci naboja), ker elektroni prehajajo iz ene ravni v drugo, rekombinirajo s sevanjem fotonov.

Številnim polprevodnikom je človeštvu znano, vendar se ne morejo vsi učinkovito izžarevati. Prednostno se prižgejo drugi polprevodniki, kot sta AIIIBV in AIIIBVI. Proizvajalci združujejo sestavo polprevodnikov za ustvarjanje potrebnih valovnih dolžin sevanja - od infrardeče do ultravijolične.

Zgodovina videza

Razvoj svetlobnih naprav

Britanski eksperimentator Henry Round, leta 1907, je najprej zaznal žarek, ki izhaja iz trdne diode. Izpustil je električni tok skozi silicijev karbid (karbid) in opazil oranžno, rumeno in zeleno svetlobo na katodi. V bistvu je najprej odkril in opisal učinek elektroluminiscence.

Leta 1923 je isto odkritje ponovilo sovjetski znanstvenik-fizik O.V. Losev Delo v radijskem laboratoriju v Nižnem Novgorodu je odkril šibek sijaj na točki stika med dvema različnima materialoma (delal je s parom karborunda - jeklene žice).

O.V. Losev - sovjetski eksperimentalni fizik

To je bilo odkritjeobjavljena v znanstveni literaturi, vendar praktična uporaba v tistem času ni bila najdena, zato nadaljnje raziskave niso bile več kot ducat let. Toda Losev je bil sposoben najti skoraj veliko teže, kar je nakazovalo, da bi bilo mogoče odkritje uporabiti za ustvarjanje trdnih, brezsušnih virov svetlobe, ki lahko delujejo pri zelo nizki napetosti (približno 10 V). Dokazal je tudi, da se električna luminiscenca pojavlja v območju stičišča dveh materialov.

Leta 1961 sta dva fizika Harry Pittman in Robert Brayard prejela patent za izum prve infrardeče svetleče diode.

LED infrardeče diode

\ t

Zanimivo vedeti! Te diode se še vedno uporabljajo v daljinskem upravljalniku za gospodinjske aparate.

Prvo svetlobo, ki oddaja svetlobo v vidnem območju (rdeča), je razvil Nick Holoniac, ki je delal za General Electric. On je tisti, ki se šteje za ustvarjalca modernih LED.

Malo kasneje je njegov nekdanji študent George Crowford pokazal prvo svetlobno diodo, ki izžareva rumeno svetlobo. Končal je zasnovo diode Hologany, izboljšal njeno učinkovitost za 10-krat - to je bilo storjeno leta 1972.

"Oče" LED osvetlitve Nicholas Holonyak

Prva svetovna dioda na svetu z visoko svetlostjo ustvarja leta 1976 T. Pirsol. Njegov izum je bil namenjen za uporabo v telekomunikacijah pod optičnimi komunikacijskimi linijami.

Ker je bila leta 1968 cena LED diod izjemno visoka (do 200 dolarjev na kos), je bila njihova praktičnostpraktično ni bilo. Leta 1971 je raziskava Jacquesa Pankova v ameriškem laboratoriju RCA privedla do oblikovanja modre LED. Hkrati je bila organizirana prva množična proizvodnja.

LED televizorji so zelo tanki in svetli

V zgodnjih devetdesetih letih so japonski razvijalci, Isam Akasaka in Hiroshi Amano, ustvarili poceni modro LED, ki je leta 2014 prejela Nobelovo nagrado. Ta dioda v kombinaciji z rdečo in zeleno daje svetlo belo svetlobo z visoko energetsko učinkovitostjo. Ta pojav je bil spodbuda za ustvarjanje LED osvetlitve in LED zaslonov s tekočimi kristali.

Krog za LED

Shema gonilnikov LED

LED začne delovati, ko prehaja skozi tok v smeri naprej (kakor tudi polprevodnik, prehaja tok samo v eni smeri). To pomeni, da imajo anoda in katoda različne potenciale. Tok se začne teči samo pri doseganju praga napetosti v tokokrogu, kar omogoča visoko stopnjo verjetnosti za določitev materiala polprevodnika.

Svetleče diode zahtevajo gonilnike - tokovne pretvornike.

Svetleča dioda je povezana z virom toka zaradi močnega naraščanja volt-ampernih značilnosti prehoda elektron-luknja. SD je priključen na napetostni vir preko upora, ki omejuje tok v tokokrogu. Del svetlečih diod je razporejen tako, da tok omejuje vgrajeno vezje. Za njih je vedno prikazano dovoljeno območje napetosti.

voznikasvetleča dioda

Če priključite LED na napetostni vir, ki presega napovedan padec napetosti, je možno, da bo tok presegel dopustne vrednosti, kar bo povzročilo pregrevanje LED in takojšnjo prekinitev. Zato je v shemi nujno serijsko povezan upor ali shema pulzne širine (PWM). Slednja možnost je zmožna omejiti tok v zahtevanem območju in prilagoditi svetlost.

LED-diode imajo nizko povratno napetost, zato je nesprejemljivo napajati z obratno polarnostjo iz vira, ki ima majhno notranjo impedanco. V tokokrogih, kjer je možna povratna napetost, je LED zaščitena s preprosto diodo, ki je vzporedno povezana z nasprotno polarnostjo.

OLEDi - organske LED diode

organske LED diode

Ne dolgo nazaj je svet videl prve organske LED, ki so večplastne strukture iz organskih spojin. Sposobni so učinkovito oddajati svetlobo, ko gredo skozi električni tok.

Glavna uporaba tega razvoja je ustvarjanje zaslonov (zaslonov), ki lahko sčasoma nadomestijo matrike s tekočimi kristali. To bo pomagalo zmanjšati stroške proizvodnje, vendar do sedaj cena tega izdelka je veliko višja.

Slike na takih napravah so svetlejše in bolj kontrastne, vendar problem ostaja njihova življenjska doba. Dejstvo je, da modri OLED-i ne morejo delati več kot 17.000 tisoč ur (staro okoli 2 leti)neprekinjeno delovanje), medtem ko lahko rdeča in zelena traja večkrat dlje. Ko so modre LED diode izklopljene, pride do popačenja barve, kar pomeni, da monitor postane pokvarjen.

Zanimivo vedeti! Organske svetleče diode so našle nišo v napravah, ki ne trajajo dlje, kot so: pametni telefoni, navigatorji, tablice in celo naprave za nočno opazovanje.

Največji proizvajalci LED diod

Serijska proizvodnja LED

Danes je največji proizvajalec japonska korporacija Nichia Corporation. To je isto podjetje, v čigar enoti so bile razvite poceni modre in bele LED diode. Za najboljše polprevodnike predstavljajo največje prihodke od prodaje.

Prav tako je mogoče omeniti naslednja podjetja:

• Royal Phillips Electronics;
• Cree;
• Emcore Corp .;
• Veeco Instruments;
• Seoul Semiconductor;
• Nemški Aixtron.

V Rusiji so največja podjetja, ki proizvajajo svetleče diode, družbe "Optogan" in "Svetlana-Optoelectronics", katerih proizvodi so konkurenčni celo v Evropi. Obe podjetji se nahajata v Sankt Peterburgu.

Izdelki podjetja "Optogan"

"Optogan" je nastal s podporo GC "Rosnano". Podjetje proizvaja LED-lučke, matrike in žetone.

Izdelki podjetja "Svetlana-Optoelektronika"

Svetlana-Optoelectronics je edinstveno podjetje te vrsteje lahko v državi organiziral celoten tehnološki cikel: od stopnje razvoja, do faze proizvodnje. Proizvajajo sisteme za osvetljevanje vseh razredov in inteligentne avtomatizirane sisteme za nadzor osvetlitve.

Samsung v regiji Kaluga

\ t

Omenimo lahko tudi hčerinsko družbo Samsung Electronics, ki se nahaja v Kaluga oblasti. Proizvajajo ne samo LED-diode, temveč tudi LED-osvetljene televizorje.

Oblike svetilk in vrste baz

\ t

Če ste se kljub temu odločili zamenjati svetilke v hiši na LED, potem nobenega navodila ne boste potrebovali - dovolj je vedeti le tip pokrovčka, ki je nameščen v vaši svetilki. Za domače LED sijalke se uporabljajo naslednje vrste osnov:

osnova E14

• E14 - standardna kompaktna klet, ki smo jo videli na svečnikih;

osnova E27

• E27 - ustanovitev Edisona, ki služi veri in resnici človeštva, zdaj pa je stara več kot 100 let;

osnova E40

• E40 - to je nekakšen sok za ulično in industrijsko razsvetljavo;

baza G4

• G4, G9, G3, GU10 - te vrste baz so opremljene s svetilkami za svetilke, kot tudi najmanjše svetilke za oblikovne lestence.

Različne oblike LED svetilk

Svetilke na LED diodah so različnih velikosti in oblik. Še vedno se razlikujejo med seboj in kotom difuzije svetlobnega sevanja.

Razlikujte te vrste LEDsvetilke:

• Standardni "hruškasti";
• okrogla;
• sveča;
• "Sveča na vetru" - ukrivljena konica na svetilki, ki posnema trepetajoč veter na vetru;
• cev - po tipu tipičnih fluorescentnih svetilk;
• "koruza" - svetilka z najvišjim kotom sipanja - je podobna kulturi.

Tukaj je povzetek naših amaterskih iskanj v svetu LED. Zamenjava razsvetljave na vodilnih, danes, je več kot upravičena, saj poceni in trpežne LED diode močno zmanjšajo stroške električne energije, izjeme pa ustvarjajo le mesta z visoko temperaturo okolja. Vse je dobro, naš dragi bralec!