Звоните нам с 9 до 18 в рабочие дни →

Заказать звонок

+38 050 822-50-00, +38 044 222 83 23 или же вы можете →

Принцип работы светодиодных ламп

В статье освещается вопрос конструкции и принципов действия светодиодов. Отдельное внимание уделяется собранным на их базе лампам, светильникам и механизму включения их в электросеть.

Потребность в проектировании и монтаже внутренних и наружных систем освещения растет с каждым годом. Использовать для решения таких задач старые, проверенные временем лампы накаливания нецелесообразно: они недолговечны и имеют слишком большое потребление электричества при малой светоотдаче. Их переигрывают так называемые энергосберегающие лампочки, но и здесь есть существенный минус – использование в конструкции токсичных материалов, в первую очередь, ртути. Найти для себя разумную альтернативу можно, изучив, как работает светодиодный светильник. Об этом и пойдет речь в статье.

Что такое светодиод?

Где-то в 1907 году известный в то время изобретатель и экспериментатор англичанин Генри Раунд впервые обнаружил явление, которое впоследствии назвал электролюминесценцией. Изучая особенности распространения электрического тока в различных материалах. В качестве опытной системы была использована пара «металл-карборунд». При подаче напряжения со стороны последнего наблюдалось свечение.

Понятия полупроводников в то время еще не существовало. Но уже тогда ученые наверняка понимали, что была открыта потенциально перспективная технология. Дело в том, что в обычной лампочке свечение генерируется за счет разогрева вольфрамовой нити. То есть, не сам электрический ток, а температура более 2500 К становится причиной. В вышеупомянутом опыте свет также выделяется при подаче на контакты тока, но температура является не условием, а следствием процесса. Электрическое поле возбуждает атомы, вызывая их рекомбинацию, световое и тепловое излучение.

Между тем, если подробнее изучить вопрос полупроводников, то окажется, что далеко не каждый из них способен работать так, как работает светодиод. Примером является гомогенный p-n-переход, в котором ширина запрещенной зоны часто не соответствует требуемому энергетическому потенциалу. Кроме того, сам кристалл имеет дефекты, количество которых не позволяет провести рекомбинацию идеально.

Гетерогенная структура кристалла, которую удается получить, используя эпитаксиальную технологию. Если проще, то все сводится к его лабораторному выращиванию. Для этого используется специальная сапфировая подложка, которую помещают в камеру. Туда же подается газовая смесь, содержащая необходимые компоненты. При созданных условиях они постепенно оседают на подложке, формируя многослойную структуру. Точность «выращивания» контролируется вплоть до атомного слоя. Помимо активных слоев на этом этапе создаются контактные выходы – для анода и катода.

Структура светодиода

Этот миниатюрный кристалл является основным элементом светодиода, в который также входят:

  • Основа/подложка. Элемент конструкции, на котором непосредственно монтируется кристалл. Изготавливается из меди или алюминия – материалов с высоким коэффициентом теплопроводности (эффективность теплоотвода является основой нормальной работы полупроводника);
  • Корпус. Узел, в котором собираются все элементы светодиода. Обеспечивает габаритные и монтажные размеры прибора;
  • Токопроводящая группа. Комбинация катода и анода, которые с одной стороны соединяются соответствующими выходами на кристалле, а с другой – образуют контактные ножки для интеграции прибора в электросхему;
  • Линза. Элемент конструкции, который обеспечивает направленное распространение пучка света;
  • Люминофор. Вязкий состав, которым покрывается сверху кристалл. В большинстве случаев имеет желтый цвет. Он защищает чип от контакта с окружающей средой, но основная его роль – обеспечение необходимого цвета и яркости излучения.

Последний компонент используется в так называемых белых светодиодах. Дело в том, что собственное излучение материала, из которого изготавливается кристалл, имеет синий, зеленый, желтый или другой цвет, но не белый. При прохождении через люминофор, в последнем также генерируются световые волны, которые в комбинации дают необходимый цвет.

Устройство принцип работы лед лампы

Теперь перейдем к следующей стадии развития технологии – укрупнению отдельных полупроводниковых приборов в макроструктуру. Происходит это путем интеграции отдельных светодиодов на подготовленную печатную плату с контактной разводкой. Плата, независимо от формы, изготавливается из материалов с хорошей теплопроводностью, например, того же алюминия. Напомним, что тепло, которое выделяется при рекомбинации дырок/электронов, нужно максимально отводить, поскольку, перегрев негативно сказывается на характеристиках прибора и его долговечности.

Интересно! Размещение и напайка светодиодов на плату происходит в специальном роботизированном комплексе с печью. Таким образом, достигается высокая точность, скорость монтажа и точечный нагрев контактных зон, позволяющий исключить термическое повреждение элементов.

Подключив сборку к цепи питания, можно создать лампу или светильник. И тот, и другой вариант осветительного прибора представляет собой комбинацию плат со светодиодами. В первом случае вводным элементом является стандартный цоколь, а во втором – провод с вилкой для включения непосредственно в розетку. Такое решение позволяет использовать их в качестве сменных источников освещения в обычных светильниках с изначально установленными лампами накаливания. Общим, для приборов является наличие монтажного теплоотводящего корпуса и насадки – рассеивателя.

Лед драйвер для светодиодных светильников: принцип работы

Рассматривая устройство и особенности функционирования осветительных приборов такого типа, нельзя обойти стороной вопрос их питания. Дело в том, что светодиод и собранный на его базе прибор являются низковольтным оборудованием. Чтобы адаптировать его к параметрам работы стандартной сети, нужно использовать специальный вводной элемент – драйвер. Не стоит путать его с обычным блоком питания, который ограничивает напряжение: в случае светодиодов контролировать приходится, как раз, ток. К примеру, если на информационной табличке драйвера указано «300 мА / 3 Вт», то контролируемое напряжение будет равно 10 В. То есть, блок может контролировать систему из любого количества светодиодов, суммарный ток и напряжение которых не превышают этих значений: выше этих параметров на контакты не поступит.

Работа на пониженных токах является одним из механизмов продления срока службы светодиодных светильников. Если руководствоваться им при выборе конкретного устройства, то нужно делать ставку на менее мощное. К примеру, к лампам или светильникам с паспортным током в 350 мА, рекомендуется покупать драйверы, рассчитанные на 300-330 мА.

Есть также отдельная группа драйверов, принцип работы которых базируется на подключении конкретного числа светодиодов. В этом случае придется учитывать не только токовые, но и компоновочные характеристики.

Інтерв’ю Олександра Лопатіна президенту АСС Андрію Гундеру
Подробнее
13 май
Интервью Александра Лопатина президенту АСС Андрею Гундеру
ITW Systems взяла участь у онлайн зустрічі з в.о. першого заступника голови КМДА
Подробнее
6 май
Компания ITW Systems приняла участие в онлайн встречи с и.о. первого заместителя председателя КГГА
Олександр Лопатін для агенції Інтерфакс-Україна
Подробнее
4 май
Александр Лопатин для агенства Интерфакс-Украина
covid
Подробнее
27 апр
Режим работы ITW Systems на время продления карантина
alexander lopatin
Подробнее
22 апр
Александр Лопатин, ITW Systems: основной и бесценный ресурс нашей компании – это люди
ITW
Подробнее
17 апр
Онлайн встреча с Юлией Ковалив
Вплив COVID-19 на бізнес в Україні - повторне опитування АСС та Deloitte
Подробнее
11 апр
Влияние COVID-19 на бизнес в Украине – повторный опрос АСС и Deloitte
О. Лопатін
Подробнее
30 мар
Государство должно позаботиться о механизме поддержки отечественных производителей – основатель ITW Systems Александр Лопатин
Подробнее
25 мар
Александр Лопатин в эфире телеканала Украина 24
Подробнее
20 мар
Как влияет эпидемия COVID-19 на бизнес в Украине?
itw systems
Подробнее
13 мар
Вниманию наших партнеров!
Олександр Лопатін в етері Obozrevatel TV
Подробнее
26 фев
Александр Лопатин в эфире Obozrevatel TV
Фото: офіційне інтернет-представництво Президента України
Подробнее
25 фев
ПОЗИЦИЯ ITW SYSTEMS ОЗВУЧЕНА ВО ВРЕМЯ ВСТРЕЧИ С ПРЕЗИДЕНТОМ УКРАИНЫ
itw systems
Подробнее
14 фев
Интелтек Украина на AmCham Ukraine Annual Members Appreciation Reception 2020
Американська торговельна палата в Україні.
Подробнее
7 фев
Достижения американского бизнеса в Украине обсуждали во время визита госсекретаря США
©2020
- ООО «Интелтек Украина». Все права защищены.
Top