Выбор правильного светодиода: простой путеводитель

Выбор правильного светодиода: простой путеводитель

При выборе светотехнического устройства необходимо принимать во внимание параметры установленных в нем светоизлучающих диодов. Рассмотрим главные характеристики.

Ток

Однокристальные светодиоды имеют среднюю величину рабочего тока в пределах 200 mA. В многокристальных чипах ток соответственно выше. Нестабильность тока, выдаваемого драйвером (блоком питания), негативно сказывается на интенсивности свечения и длительности службы. Увеличение тока является причиной повышения цветовой температуры и оттенка свечения чипа.

Напряжение

Для электропитания светодиодов используются специальные драйверы, обеспечивающие стабильность тока. Напряжение «плавает» в границах, отличающихся для различных моделей. В таблице ниже можно посмотреть виды светодиодов по напряжению.

Цвет	Длина волны	Напряжение
Инфракрасный	от 769 нм	до 1.9 В
Красный	610-760 нм	от 1.6 до 2.03 В
Оранжевый	590-610 нм	от 2.03 до 2.1 В
Желтый	570-590 нм	от 2.1 до 2.2 В
Зеленый	500-570 нм	от 2.2 до 3.5 В
Синий	450-500 нм	от 2.5 до 3.7 В
Фиолетовый	400-450 нм	от 2.8 до 4 В
УльтраФиолетовый	до 400 нм	от 3.1 до 4.4 В
Белый	широкий спектр	от 3 до 3.7 В

А вот светодиодная лента запитывается стабилизированным напряжением. Токовая характеристика задается токоограничивающими резисторами.

Мощность

Этот параметр требуется для расчета нагрузки и подбора блока электропитания. Он вычисляется с помощью простой формулы P = U х I.

Мощность led может быть:

• малой – менее 0,5 ватт;
• средней – 0,5-3 ватта;
• большой – от 3 ватт.

Световой поток

Светодиоды формируют световой поток с углом рассеивания 100-120 градусов. Для лучшей фокусировки излучения устанавливаются специальные купольные линзы.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое светодиоды и как они работают

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый p-n-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа – положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах p- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на p-n-переходе генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры p-n-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы.

Какие типы светодиодов существуют на рынке

Все светодиоды можно классифицировать по определенным признакам – назначению, мощности, цветности и т.д. Предлагаем рассмотреть каждую классификацию в отдельности.

По типу применения

Все светодиоды по типу применения можно разделить на 2 большие группы – индикаторные и осветительные, а также лазерные.

1. Индикаторные. Используются в качестве индикаторов, которые встраиваются в габаритные огни автомобилей, светофоры, LED-ленты, гирлянды, электронные устройства и т.д. Эти светодиоды подразделяются на такие виды: DIP, «Пиранья», Strow Hat, SMD.
2. Осветительные. Их применяют для создания светодиодных светильников разного типа – для улиц, жилых и общественных помещений. Например, модельсоздана для эксплуатации в сухих помещениях. Из осветительных диодов можно назвать: SMD LED, COB, Filament LED.
3. Лазерные. Это малая группа светодиодов, которые нельзя отнести ни к осветительным, ни к индикаторным. По конструкции это полупроводниковые элементы, обработанные особым образом так, чтобы генерировать сверхузкий луч света. Используются в устройствах для нанесения точной разметки, лазерных указках, компьютерных мышах и т.д.

Каких цветов бывают светодиоды?

Различие диодов по цветам излучения – первое, что приходит на ум. Действительно, это самая заметная разница между полупроводниковыми элементами. Цвет свечения будет зависеть от длины волны излучения.

Самый распространенный цвет свечения светодиодов – белый. В зависимости от цветовой температуры (измеряется в Кельвинах) он может быть нейтральным, теплым или холодным. Также встречаются зеленый оттенок свечения светодиодов, синий, красный, желтый, оранжевый и белый.

Это все касалось только монохромных оттенков свечения. Но есть и формат RGB, когда светодиодное устройство (например,) может воспроизводить разноцветный спектр излучения. Фактически это достигается установкой монохромных диодов вместе. Это полупроводниковые кристаллы с красным излучением (R – “red”), зеленым (G – “green”) и синим (B – “blue”).

При подключении контроллера к осветительному прибору начинается воспроизведение свечения кристаллов в заданном порядке, что и создает светодинамический эффект многоцветного излучения.

Какой мощности бывают светодиоды?

Еще одна характеристика, по которой различают полупроводниковые элементы – мощность. Мощность диода, как правило, напрямую связана с его яркостью – чем мощнее элемент, тем более яркий поток света он создает. При этом он будет и потреблять больше электроэнергии, и требовать более эффективного отвода тепла в корпусе осветительного прибора.

Светодиоды с самой малой мощностью – индикаторные, а также диоды поверхностной установки (SMD). В среднем, показатель их мощности равен 0,06-0,2 Ватт. К мощным моделям будут относиться брендовые полупроводниковые кристаллы (таких производителей, как CREE, Osram и других). Показатель их мощности будет достигать значения в 2,6 Ватт.

На какое напряжение бывают светодиоды?

Как такового понятия напряжения у светодиодов нет. Фактически определяется лишь величина напряжения на выходе диода после прохождение через него номинального тока, а через эту величину определяется напряжение на самом кристалле.

Зависит это напряжение от цвета излучения LED-элемента. К примеру, для красных и желтых диодов напряжение будет варьироваться от 1,8 до 2,4 вольт, а для белых, синих и зеленых будет доходить до 3 вольт.

Какой формы и размеров бывают диоды?

Также LED-элементы можно разделять по формам и размерам. Они могут иметь различную форму:

• Цилиндрическую;
• Квадратную;
• Прямоугольную.

Размеры будут определяться в миллиметрах. Для цилиндрических диодов указываются размеры высоты и диаметра, для квадратных и прямоугольных – размеры сторон. Например, распространенный ЧИП-светодиод SMD 3528 имеет размеры сторон 3,5 x 2,8 мм.

Все светодиоды имеют свое предназначение и могут использоваться в разных сферах – в конструкциях светильников для жилых помещений (к примеру, в модели), в светодиодных лентах разного назначения, в прожекторной подсветке и т.д.

Чтобы подробнее узнать про конструкцию светодиодов, их составные части и устройство, советуем прочитать статью «Как делают светодиоды».

Как определить мощность светодиода

LED – аббревиатура от «light-emittingdiode», что переводится на русский язык как «светоизлучающий диод». Поэтому светодиод – это полупроводниковый прибор, преобразующий электроток в свет. Он состоит из нескольких элементов:

• двух электродов (катода и анода), подключенных к отрицательному и положительному полюсу источника тока соответственно;
• кристалла из двух и более полупроводников, который обеспечивает свечение. Происходит это вследствие преобразования потока электронов в световую энергию. Кристалл подключается к электрическому источнику катодом и анодом.

Преимущества светодиодов:

• высокая степень светоотдачи, увеличенная яркость;
• механическая прочность;
• отсутствие эффекта нагревания;
• срок эксплуатации не зависит от числа циклов «включение-выключение»;
• мгновенное излучение после включения;
• в составе нет опасного для человека газа и потенциально вредных материалов;
• электробезопасность;
• нет чувствительности к воздействию низкой температуры;
• экономичность в расходе электроэнергии.

Примечание: при выборе светодиодов нужно руководствоваться их назначением, а также их техническими характеристиками.

Сила тока

Этот параметр указывает величину тока, при котором световой диод может функционировать в нормальном режиме без перегрева и разрушения. Изменение силы тока влияет на оттенок свечения. Числовой показатель зависит от количества кристаллов. У однокристальных сила тока равна примерно 200 мА, у многокристальных она выше.

Полярность (направленность тока) в лед-диодах можно определить так:

• у выводных – по длине анода и катода. Положительный анод имеет большую длину;
• у SDM – угловой срез указывает на расположение катода. Также полярность может быть обозначена треугольником, либо буквами «П» или «Т», расположенные выступом по направлению к катоду. Анод размещается на противоположной стороне.

Напряжение

Питание электрической схемы осуществляется через драйверы (блоки управления электротоком), корректирующие напряжение. Каждому цвету соответствует свое напряжение и мощность, указываемые в маркировке светодиодов:

• красный цвет = 1,06-2,03 вольт;
• оранжевый = 2,03-2,1;
• желтый = 2,1-2,2;
• зеленый = 2,2 -3,5;
• синий = 2,5-3,7;
• фиолетовый = 2,8-4;
• белый цвет = 3-3,7 вольт.

В светодиодной ленте предусмотрено стабилизированное напряжение, а сила тока задается резисторами.

Мощность

Все виды светодиодов делятся по мощности на 3 группы:

• малой – менее 0,5 Вт;
• средней – от 0,5 до 3 Вт;
• большой – более 3 Вт.

Световой поток

Угол рассеивания свечения LED – от 100 до 120 °. При необходимости фокусировки направленности излучения применяют фокусирующие линзы.

Цветовая температура

От этого параметра зависит оттенок цвета всех видов светодиодов в лампах. Рассмотрим эту зависимость на рисунке:

Для разных целей используется свечение различной цветовой температуры. Например, для работы и быта нужно выбирать светильники с температурой около 5000 К. По восприятию этот диапазон более всего соответствует дневному свету.

Какие характеристики следует учитывать при выборе светодиода

Зажегшиеся при подъезде вашего автомобиля дворовые светильники – проявление «заботы» умного освещения, работающего на светодиодах.

Для одних – система «Умный дом» фантастическая мечта, для других – это достижимая реальность. Нужно отметить, что «Умный дом» – это еще и разветвляющаяся система. Достаточно несложный контроллер, примененный сегодня для управления системой освещения, может в дальнейшем быть дополнен контроллером, управляющим работой остальных бытовых электроприборов. Далее к этому процессу добавится система управления отоплением. При необходимости эти разрозненные системы можно объединить в централизованный комплекс управления.

Создание таких недешевых, но экономных и комфортных систем дает наиболее ощутимый эффект, когда их проектирование осуществляется одновременно с проектированием всего дома. Таким образом, удается просчитать все нюансы по разводке электропитания, подбору оптимальных моделей основного и управляющего оборудования.

Источники света, способные соответствовать поставленным требованиям

Выбор источников света для «Умного дома» стоит также производить из наиболее «умной» категории. Они должны совмещаться с различного типа датчиками, диммерами, реле. В данном качестве могут быть использованы газоразрядные лампы низкого давления и светодиодные средства. В связи с тем, что особый интерес к системам, управляемым дистанционно, достаточно активно проявляют владельцы коттеджей, то в структуру вливаются и средства наружного освещения. Исходя из соображений ограниченной работоспособности люминесцентных ламп при пониженных температурах, приоритет может быть отдан светодиодным осветительным приборам. К тому же их применение в жилых домах официально разрешено санитарными нормами и правилами и СНиП. В противном случае проектные организации не имели бы оснований осуществлять соответствующие расчеты, а энергоснабжающие организации – давать разрешение на ввод и эксплуатацию систем.

Какие типы светодиодов используются в домашней автоматизации

Светодиоды и их применение – сравнение и описание типов светодиодов по технологии производства.

Современная автомобильная, и не только, светотехника все больше и шире переходит к использованию светодиодов. На большинстве новых моделей автомобилей не только в задние фонари ставят светодиодные лампы, но и в фары головного света уже ставят вместо ксеноновых ламп светодиодные. Но чем новее технология, тем больше вопросов она вызывает - какие типы светодиодов бывают вообще, какая технология изготовления светодиодных самая надежная? Попробуем в этом разобраться.

Сначала немного теории физики из школьного курса, кому неинтересно, можно этот раздел смело пропустить! Светодиод — это полупроводниковый прибор, который преобразует энергию электрического тока в свет. Светящимся элементом светодиода является полупроводниковый кристалл, имеющий многослойную структуру из тонких пленок полупроводников с разными типами проводимости — дырочной и электронной. Дырочная проводимость связана с переходом электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.В зонах контакта разных типов проводимости образуются p-n-переходы. Такие многослойные конструкции называются гетероструктурами. При прохождении электрического тока в области p-n-переходов происходит рекомбинация дырок и электронов (электроны занимают вакантные места — дырки), сопровождаемая излучением света. Это излучение может быть красным, желтым, зеленым или синим — в зависимости от состава полупроводников в гетероструктуре. Гетероструктуры, состоящие из слоев нитрида галлия (GaN) с определенными примесями, излучают синий свет. Излучающий кристалл нитрида галлия с площадками для контактных проводов в светотехнике принято называть чипом. Чип является ключевым компонентом, на базе которого собирается собственно светодиод. Чтобы получить белый свет, на чип наносят люминофор — химическое вещество, которое возбуждается излучением, исходящим от кристалла, и испускает собственное излучение. Это объединяет светодиоды с компактными люминесцентными лампами — внутри трубки также имеется люминофор. Чип покрывают слоем геля на основе силикона с порошком люминофора так, чтобы часть его излучения поглощалась в веществе люминофора и возбуждала его, а часть проходила сквозь люминофор свободно. В результате смешение исходного синего свечения нитрида галлия с желтым свечением люминофора дает белый свет. С помощью разных люминофоров достигается любое значение цветовой температуры излучаемого света. На базе излучающего кристалла, покрытого люминофором и снабженного электрическими контактами, изготавливают сами светодиоды.

Какие типы светодиодов используются в автомобильной светотехнике

Медицинские учреждения отличаются строгими требованиями к санитарно - гигиеничным нормам, оборудованию и организации работы. Исключением не являются и осветительные приборы. Ведь для хорошей работы врачей, качественное освещение просто необходимо. Особенно это касается операционных, процедурных и лабораторий. Правильно подобранное освещение делает пребывание пациентов в больнице максимально комфортным.

Светильники для больниц и стационаров должны полностью соответствовать нормам санитарного стандарта СанПиН 2.1.3.2630-10 .

• сделаны из качественных, экологически чистых материалов;
• быть безопасными и надежными в эксплуатации;
• иметь высокий уровень защиты от пыли и влаги;
• предоставлять качественное, яркое, но не слепящее при прямом взгляде освещение;
• иметь подвижные кронштейны, к которым прикреплена лампа, что позволяет без труда направить свет в операционных и смотровых в необходимое место.

Поскольку в больницах осветительные приборы работают практически постоянно, желательно иметь осветительное оборудование, потребляющее небольшое количество электроэнергии. Это существенно понижает ежемесячные расходы.

Оборудование, соответствующее вышеприведенным требованиям

Светодиодные светильники , отличающиеся низким потреблением электроэнергии станут идеальным решением! И они уже пользуются популярностью, ведь помимо экономичного расхода энергии эти приборы обладают существенными преимуществами перед лампами накаливания и люминесцентными лампами. Как правило, в поликлиниках используют линейные светодиодные светильники . Их свет максимально приближен к натуральному, к тому же, они очень лаконичны и не привлекают чрезмерного внимания к себе.

Перечислим их неоспоримые преимущества:

• светодиодные или LED-светильники долговечны за счет особых кристаллов, в которых отсутствуют перегорающие части;
• не нуждаются в специальном обслуживании , а распределение света происходит плавно, равномерно, без ослепления и мерцания;
• радует наличие моделей излучающих "холодный" белый свет , необходимый для обеспечения особого микроклимата, предусмотренного для медицинских помещений. На состояние пациентов такой микроклимат оказывает благотворное влияние, что также немаловажно;
• отсутствие шума при работе такого светильника не будет отвлекать врачей от важных операций, где необходимы полная тишина и сосредоточенность;
• не излучают ультрафиолетовые лучи, которые привлекают всевозможных мелких насекомых - причину загрязнения прибора, а также являющихся потенциальными разносчиками всевозможной инфекции;
• абсолютно безопасны для здоровья , так как не содержат в себе ртути, неона;
• продолжают стабильно работать при перепадах напряжения, разве что свет становится менее интенсивным, в то время как стандартные лампочки гаснут при напряжении в диапазоне 80 - 230 вольт;
• еще одним важным фактором является высокий уровень защиты от влаги и пыли . Это существенно облегчает обращение с прибором во время регулярной уборки или ремонта;
• такие светильники, плюс ко всему, обладают достаточной ударостойкостью и вибропрочностью , и в отличие от других источников света (люминесцентных ламп), не требуют утилизации.

Какие типы светодиодов используются в медицинской технике

SMD светодиодов имеют множество применений, таких как декоративная подсветка, освещение, автомобильная промышленность и т.д. Ниже мы подробно рассмотрим различные виды SMD светодиодов.

1. Индикаторные

Индикаторные светодиоды - это наиболее распространенный вид SMD светодиодов, который используется для индикации различных состояний. Они бывают разных цветов, таких как красный, зеленый, синий, желтый, белый и т. д. Их размеры обычно составляют 3 мм, 5 мм и 10 мм, а мощность варьируется от 60 до 200 милливатт.

2. Осветительные

Осветительные SMD светодиоды используются для создания направленного света. Они обычно имеют размеры от 2 до 5 мм, и их мощность может составлять от 1 до 3 ватт. Эти светодиоды могут быть использованы для создания общего освещения или для подсветки определенных объектов.

3. Ультраяркие

Ультраяркие SMD светодиоды являются наиболее мощными и яркими из всех видов светодиодов. Их мощность может достигать 10 ватт, а световой поток - до 150 люмен на ватт. Они используются для освещения больших пространств и могут быть установлены на потолке или на стенах.

4. Двухцветные

Двухцветные SMD светодиоды позволяют изменять цвет свечения путем изменения тока. Это достигается благодаря использованию двух разных кристаллов в одном корпусе. Такие светодиоды идеально подходят для создания динамических эффектов и изменения цвета освещения.

5. Трехцветные

Трехцветные SMD светодиоды также позволяют изменять цвет света путем изменения тока, но в отличие от двухцветных светодиодов, они используют три разных кристалла. Это позволяет получить более широкий спектр цветов и создавать более сложные эффекты.

6. RGB светодиоды

RGB SMD светодиоды представляют собой комбинацию трех одноцветных светодиодов в одном корпусе, что позволяет получать любой цвет путем смешивания основных цветов. Они идеально подходят для создания красочных световых шоу и декоративной подсветки.

7. Светодиоды с повышенной яркостью

Светодиоды с повышенной яркостью используются в тех случаях, когда необходимо получить высокую яркость при минимальном потреблении энергии. Они могут иметь световой поток до 250 люмен, что значительно больше, чем у обычных светодиодов.

Какие типы светодиодов используются в промышленности

Одним из основных параметров энергоэффективности для осветительных приборов и систем является световая отдача, выраженная отношением излучаемого источником света светового потока к потребляемой им мощности (лм/Вт). Этот параметр может быть применён как к источнику света, так и к светильнику в целом. Совершенно очевидно, что эти два значения будут существенно разниться, так как для светильника этот параметр будет скорректирован потерями, как минимум, по оптическому и электрическому каналам.

На отношение цветовой температуры, измеряемой в Кельвинах и эффективности источника света лм/вт указывает постановление Правительства РФ от 20 июля 2011 г. №602 «Об утверждений требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемых в цепях переменного тока в цепях освещения».

Также эти параметры указаны в новом ГОСТ Р 54350-2011, вступил в силу в 2012 г. Многие стремятся за большой световой эффективностью, которая бывает порой излишней. (Есть понятие световое загрязнение. Световое загрязнение создаётся уличным освещением, светящимися рекламными щитами или прожекторами.

Большая часть излучаемого света направляется или отражается наверх, что создаёт над городами так называемые световые купола. Это вызвано неоптимальной и неэффективной конструкцией многих систем освещения, ведущей к расточительству энергии. Эффект осветления неба усиливается распространёнными в воздухе частицами пыли, так называемыми аэрозолями. Эти частицы дополнительно преломляют, отражают и рассеивают излучаемый свет.)

Согласно постановлению Правительства РФ от 20 июля 2011 г. №602 «Установить следующие минимально допустимые значения световой отдачи (энергоэффективности)
а) в отношении осветительных устройств для наружного утилитарного освещения: световая отдача (энергоэффективность) при использовании ламп натриевых высокого давления и металлогалогенных ламп — не менее 50 лм/вт.

световая отдача (энергоэффективность) при использовании светодиодов или светодиодных ламп не менее 65 лм/вт.»
ГОСТ 53540 п7.5 «Значение световой отдачи светильников наружного утили-тарного освещения со светодиодами должно быть не менее 65 лм/вт.

Светодиодные светильники серии УСС 90 магистраль обладают световой эффективностью — при цветовой температуре 4500 — 5000К, 75-95 лм/вт.. (Подтверждено протоколами испытаний)

Светодиодные светильники УСС 90 магистраль с кривой типа «Ш» на светодиодах NICHIA обладают более высокой световой эффективностью.

Для примера покажем отдельно характеристики светодиодов и зависимость их от токов.

Примечание:
На рынке светодиодного освещения, многие производители указывают световую эффективность лм/вт отдельно светодиодов, а не светильника. Это вызывает большую путаницу в точной оценке готового изделия -светодиодного светильника.

Для примера приводится таблица технических параметров серийных светодиодов ведущих производителей.
Это компании: NICHIA (Япония) и CREE (США). Данные взяты с сайта.

Из характеристик видно, что при увеличении подаваемых токов на светодиоды, их эффективность лм/вт уменьшается, при этом световой поток и потребляемая мощность светодиодов увеличивается.

Также необходимо знать, что производители светодиодов, указывают максимальные значения в световом потоке и эффективности.
Очень часто, световой поток лм и эффективность лм/вт светодиодов указаны для лучших образцов. Светодиоды поступающие к производителю светильников, абсолютно все разные по световой отдаче и цветовой температуре. Это разброс у ведущих производителей не более 10%. Соответственно в готовых светодиодных светильниках этот разброс будет также достигать допустимые 10% разброса этих данных.

У некоторых светодиодных изделий это разброс может достигать более 50% — это противоречит применению данных светодиодных светильников в уличном освещении.
Производители должны указывать эффективность светодиодных светильников, а не отдельно светодиодов. Завышение характеристик эффективности приводит к появлению на рынке освещения не качественной и не сертифицированной продукции.

Замеры светодиодов проводились на современном измерительном оборудовании в лаборатории компании «ФОКУС».

Существуют критерии светотехнической эффективности, давайте рассмотрим их.