Elite house - лучшее электрооборудование для лучших домов

(044)222-95-81

(067)404-02-93

Полезная информация

В этом разделе мы предлагаем теоретические и практические материалы, посвящённые светодиодным технологиям.

Что такое светодиоды? Немного истории. 

Светодиод (СД) или светоизлучающий диод (СИД), он же Light-emitting diode (LED) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Впервые явление электролюминисценции обнаружил и описал в статье в 1907 году Генри Джозеф Раунд - британский радиоинженер, работавший в США личным помощником Гульельмо Маркони. 

Первыми серьёзными практическими исследованиями светоизлучающих свойств полупроводников занялся с 1923 года сотрудник Нижегородской лаборатории Олег Лосев - в течение нескольких лет он опубликовал ряд статей об эффекте "Losev Licht". В 1927 году он запатентовал "световое реле".

Первый успешный коммерческий светодиод на основе арсенида галлия был создан в 1962 году Ником Холоньяком - сотрудником General Electric, позднее - профессором Чикагского университета. Его аспирант Джордж Крэфорд сумел усовершенствовать красный диод а позднее, в 1972 году изобрёл жёлтый. При участии Крэфорда и Хольяка компания Monsanto впервые организовала производство светодиодов и семисегментных светодиодных индикаторов.

В 1976 году Т.П. Пиэрсолл создал первый сверхъяркий светодиод на основе арсенида галлия-алюминия (GaAlAs).

К 1987 году компания Hewlett-Packard усовершенствовала GaAlAs светодиоды настолько, что их начали использовать для замены ламп накаливания в габаритных огнях автомобилей - это стало первым шагом по замене ламп накаливания светодиодами.  

В конце 1980-х-начале 90-х годов в производстве светодиодов начал использоваться новый материал - фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP), благодаря которому удалось уменьшить деградацию и расширить цветовой диапазон. На базе этого материала начали изготовлять красные, оранжевые, жёлтые и зелёные светодиоды. Для полноценных RGB-систем оставался один шаг - разработка синих светодиодов. И этот шаг удалось сделать двоим исследователям из японского университета Нагои - Исаму Акасаки и Ироси Амано, которые использовали для производства светодиодов новый материал - нитрид индия-галлия. Через небольшое время улицы городов засветились светодиодными экранами и рекламными щитами, а светодиодные технологии начали победоносное шествие по планете.

Первое десятилетие 21 века ознаменовалось настоящей революцией в сфере бытовых источников света. Недолгий триумф энергосберегающих ламп, пришедших на смену традиционным лампам накаливания, сменился победным шествием светодиодных ламп, которые на сегодняшний день почти сравнялись в цене с газоразрядными энергосберегающими, но при этом превосходят их по большинству параметров - светоотдаче, сроку службы, габаритным размерам, качеству света, экологичности.

Светодиодное освещение: виды, сферы применения, сильные и слабые стороны технологии. 

Все светодиодные источники света и светильники можно условно разделить на маломощные - в которых используются кристаллы с рабочим током 20 и 60 мА и мощные - в которых рабочий ток составляет 350, 700 мА и более.

Маломощные светодиоды могут работать без теплоотвода или с минимальным радиатором, потому на их базе изготовляют простейшие источники света - индикаторы, светодиодные ленты, безрадиаторные лампочки, гирлянды, фонарики, ночники, информационные табло, рекламные вывески и др.

Мощные светодиоды монтируются исключительно на радиаторы, площадь которых должна быть не менее 20 кв.см. на каждый Ватт мощности. Корпус светильника должен обеспечить хороший теплоотвод, в большинстве конструкций сам корпус и выполняет роль радиатора. Сферы применения мощных светодиодов - интерьерное, ландшафтное и архитектурное освещение, прожектора и консольные фонари, дневные ходовые огни и светодиодные лампы для автомобильных фар. 

Светодиодные технологии значительно расширили возможности декоративного освещения - в первую очередь благодаря ряду свойств светодиодов, которые попробуем перечислить:

  1. Большой рабочий ресурс. Срок службы светодиодов при нормальных условиях эксплуатации - стабильном токе и нормальном тепловом режиме - составляет более 50000 часов - это почти шесть лет непрерывной работы или более тринадцати лет в ночном цикле - 10 часов в сутки. Подобной долговечностью не может похвастать ни один источник света. У ближайших конкурентов - люминесцентных ламп нового поколения и металлогалогеновых ламп ресурс не превышает 10000 часов. 
  2. Миниатюрность - размер кристаллов не превышает булавочной головки. Диоды могут быть легко встроены в любые инструменты, предметы декора и т.д. светодиодные ленты применяют для подсветки мебели, закарнизных подсветок, встраивают в рамки для зеркал и активно используют в автотюнинге. 
  3. Высокая светоотдача - серийные светодиоды имеют светоотдачу до 140 Лм/Вт, светоотдача опытных образцов превышает 200 Люмен/Вт - на сегодняшний день светодиоды - наиболее энергоэффективный источник света. Для сравнения - светоотдача лампы накаливания не превышает 20 Лм/Вт, энергосберегающие лампы обеспечивают 50-70 Лм/Вт. 
  4. Низкое рабочее напряжение - рабочее напряжение диодов не превышает 4 В, что позволяет использовать внешние блоки питания и подводить к светильникам низкое напряжение. Это свойство особенно важно для подводных и ландшафтных светильников - благодаря низкому напряжению питания эти светильники абсолютно безопасны!
  5. Хорошая управляемость - светодиоды безинерционны, что позволяет добиться хороших светодинамических эффектов. Благодаря этому диоды широко применяются в световой рекламе, производстве бегущих строк, динамических архитектурных и интерьерных подсветках. 
  6. Направленность излучения - светодиодные светильники позволяют с высокой точностью сфокусировать свет в нужном направлении и направить весь световой поток на освещение объекта. Широкий выбор вторичной оптики позволяет сконструировать светильники с необходимыми световыми характеристиками.  
  7. Механическая прочность - светодиоды широко используются в производстве светильников для экстремальных условий работы - например, на буровых установках и др. В светильниках нет подвижных частей, они могут быть полностью залиты компаундом, благодаря чему выдерживают вибрацию и механические воздействия. 
  8. Малое тепловыделение - светильники и лампочки на маломощных диодах (20 и 60 мА), практически, не греются - поверхности корпуса достаточно, чтобы отводить тепло без дополнительных рёбер-радиаторов. Мощные светодиоды требуют специального теплового расчёта корпуса - если его конструкция разработана правильно, рабочая температура не будет превышать 40 градусов. Потому светодиодные светильники безопасны в эксплуатации - об них нельзя обжечься. 
  9. Устойчивая работа при низких температурах - у светодиодов есть интересная особенность - при низких температурах их световой поток возрастает. Оптимальная рабочая температура светодиодов - в районе минус шестьдесят - минус семьдесят градусов. Потому светодиоды отлично работают на морозе - в отличие от энергосберегающих ламп, которые зависимы от физических свойств наполняющего газа и потому при низких температурах работают неустойчиво. 
  10. Экологичность - этот вопрос имеет две стороны. Во-первых, у светодиодов, которые используются в светильниках, нет вредных для глаза излучений - инфракрасного и ультрафиолетового. Во-вторых, в конструкции светодиодов нет вредных материалов - таких как пары ртути, которые содержатся в энергосберегающих газоразрядных лампах и представляют серьёзную проблему при утилизации. Отработанные светодиодые лампы можно спокойно выбрасывать в мусорное ведро 

Недостатки светодиодных светильников:

  1. Светодиоды боятся перегрева - при температурах свыше 60 градусов Цельсия кристаллы быстро деградируют. С повышением температуры на каждые десять градусов, срок службы кристаллов сокращается, примерно, в 1,4 раза. Расчётный срок службы светодиодных лампочек 50000 часов предусматривает нормальные условия эксплуатации  комнатную температуру. Если использовать лампу в сауне, она не прослужит и четверти заявленного срока, а, возможно, выйдет из строя сразу - при температуре в помещении сто градусов полностью нарушится теплоотвод и температура кристалла может достичь критических значений. Потому, приобретая светодиодную лампу или светильник, сразу обращайте внимание на условия эксплуатации.  
  2. Относительно высокая начальная стоимость - на сегодняшний день светодиодные лампы уже почти сравнялись по цене с энергосберегающими люминесцентными, но всё ещё в несколько раз превосходят "лампочки Ильича". Не всем под силу переступить психологический барьер и вложить большую сумму в лампочки для квартиры или частного дома. Но вложения эти окупятся в первый же год эксплуатации по трём причинам:
  • расходы на свет уменьшатся вдвое по сравнению с энергосберегающими лампами и в десять раз по сравнению с традиционными лампами накаливания и галогенками
  • до первой замены светодиодная лампа проработает в десять раз дольше энергосберегающей лампы и в пятьдесят раз дольше, чем лампа накаливания или галогенка 
  • светодиодные лампы за счёт малых рабочих токов и рабочей температуры бережно относятся к арматуре люстр, выключателям и домашней проводке

 Светодиодные светильники своими руками

Урок 1. Светодиодная монохромная лента для интерьерных подсветок.

Бесспорное преимущество светодиодных светильников на базе ленты - простота и удобство монтажа. Для простейшей подсветки достаточно приобрести саму ленту и специальный блок питания для светодиодов нужного напряжения (обычно, 12 В, реже - 24 В) необходимой мощности. Лента бывает разных цветов и оттенков - тёплая белая, нейтральная белая, холодная белая, красная, синяя, жёлтая, оранжевая, зелёная. Мощность ленты зависит от типа светодиодных кристаллов и их количества на метр - градация от 400 мА/м (4,8 Вт) до 1600 мА/м (19,2 Вт). 

По степени пылевлагозащиты есть три типа ленты - обычная IP20 для сухих помещений, влагостойкая IP44 - покрытая силиконом - для сырых помещений и герметичная IP65 - в прозрачной силиконовой трубке - такую ленту можно использовать на улице без дополнительной защиты. Блоки питания также бывают открытого типа и герметичные.  

Рассмотрим простейший светильник на базе тёплой белой ленты 120 диодов/метр на примере подсветки рабочей зоны на кухне. 

  • Шаг 1. Замеряем общую длину шкафчиков в месте монтажа ленты - предположим, суммарная длина ленты - 2,4 м.
  • Шаг 2. Вычисляем общую мощность и в выбираем блок питания - ток потребления ленты 120 диодов/метр - 800 мА/метр, суммарный ток - 1,92 А. Для нашей задачи оптимально подойдёт блок питания на 2,5 Ампера (30 Вт).
  • Шаг 3. Если подсветка состоит из нескольких секций, разрезаем ленту по указанным на ней линиям реза и спаиваем полученные секции проводами. Подпаиваем к ленте выводы питания.
  • Шаг 4. Снимаем с ленты защитную полосу и наклеиваем на шкаф. Для надёжного контакта можно несколько раз провести по ленте любой пластиковой карточкой. Фиксируем провода силиконом и протягиваем провод  блоку питания. Подводим к блоку сетевое напряжение через выключатель - подсветка готова!

 И, в дополнение, рассмотрим ещё две возможности усовершенствования нашей подсветки:

  • Монтаж ленты в профиле - для светодиодной существует несколько видов алюминиевого профиля - врезной, накладной, накладной глубокий, угловой и др. Профиль может быть как открытым так и с пластиковым рассеивателем. Монтаж ленты в профиле, однозначно, лучше: профиль выполняет роль теплоотвода и тем самым увеличивает срок службы ленты. Лента в профиле выглядит аккуратнее, профиль облегчает уход за лентой. По сути, лента в профиле - заонченный светодиодный светильник, изготовленный по необходимым размерам. 
  • Регулирование яркости (диммирование) - выполняется специальными электронными устройствами - светорегуляторами для сетодиодной ленты. Никакие другие типы диммеров для нашей задачи не подходят. Регулятор устанавливается между низковольтным выходом блока питания и лентой. Диммер для светодиодов представляет собой генератор импульсов прямоугольной формы (меандров) фиксироанной частоты но переменной скважности - т.е. ширины "полки" импульса. 

 Урок 2. Динамическая подсветка RGB лентой.

Светильники на базе цветной светодиодной ленты - интересное и универсальное решение, которое может использоваться в самых разных сферах: закарнизные подсветки, подсветки полок и предметов интерьера, архитектурные и ландшафтные подсветки, оформление витрин, световая реклама, шоу-бизнес, подсветки оникса и витражей и др. Универсальность заложена в алгоритме управления - можно выбрать какой-то один свет "под настроение", можно включить один из динамических режимов - ступенчатая смена цветов, плавное перетекание одного света в другой, режим стробоскопа и т.д. Одна из возможностей RGB ленты - использование её в режиме белого света с возможностью корректировки световой температуры.

Аппаратно светильники на базе RGB ленты отличаются от монохромных одним узлом - управляющим контроллером, который включается между лентой и блоком питания. Вариантов исполнения контроллеров много - от простейших, величиной меньше спичечного коробка, до программируемых настенных сенсорных панелей, которые гармонично впишутся в самый изысканный интерьер. Многие контроллеры управляются дистанционно - с помощью инфракрасного или радиопульта. По своей сути, контроллер - это автоматический трёхканальный диммер, который раздельно управляет тремя цветами.

При проектировании RGB подсветки следует учитывать один нюанс: у каждого контроллера есть ограничение по току на канал - обычно, от 2 до 6 Ампер. Если мощность ленты превышает возможности контроллера, ленту необходимо разбить на участки и использовать для их управления усилители сигнала - электронные модули, которые повторяют алгоритм управления контроллера. 

Урок 3. Светильник на базе мощных сверхъярких светодиодов. 

Преимущество мощных диодов - максимальная светоотдача и больший, в сравнении с лентой, рабочий ресурс. Потому, как правило, все светильники для интерьерной или архитектурной подсветки строятся на основе мощных диодов 350 или 700 мА.

Главная задача при проектировании светильников - обеспечение достаточной теплоотдачи для кристаллов. Во-многом, этот фактор определяет конструкцию светильника. Минимальная площадь радиатора - 20 кв.см. на 1 Вт мощности. Оптимальный вариант - когда весь корпус выполняет роль радиатора. 

Итак, комплектующие и материалы, которые нам понадобятся:

  • светодиоды 350 или 700 мА
  • токовый драйвер
  • алюминиевый или медный радиатор
  • термоклей
  • при необходимости фокусировки луча - вторичная оптика (линзы)

При выборе драйвера обратите внимание на мощность и максимальное выходное напряжения - от этих величин зависит сколько диодов можно подключить к одному токовому драйверу. 

В отличие от 12-вольтовых источников света (ленты, драйверов, ламп) при токовом подключении диоды включаются последовательно