Snažni LED nizovi u osvjetljenju: značajke uređaja i aplikacije

Od razvoja prvog praktički primjenjivog LED-a od strane profesora Sveučilišta u Illinoisu Nicka Holonjaka 1962. godine prošlo je više od pola stoljeća, međutim revolucionarni izum do danas prolazi kroz progresivne promjene, postajući savršeniji, tehnološkiji i korisniji.

Elektroluuminiscencija poluvodičkog prijelaza, s rekombinacijom elektrona i rupa, sada je osnova za superekonomske izvore svjetla. LED, često nazvane LED (skraćeno za englesku svjetlosnu diodu), svjetiljke postupno dobivaju stabilnu poziciju na tržištu suvremenih tehnologija štedne energije, kako za kućne potrebe, tako i za poduzeća, pa čak i za sustave ulične rasvjete.

LED žarulje nadmašuju sigurnost kompaktne fluorescentne cijevi, koji sadrže živu i žarulje sa žarnom niti i sada postaju potpuno relikvija daleke prošlosti.

Glavni razlog što se žarulje sa žarnom niti zamenjuju LED izvorima svjetlosti je taj što žarulja sa žarnom niti emitira u vrlo širokom spektru, čiji značajan dio jednostavno ne radi za osvjetljenje. Samo 5 posto ukupne snage koju potroši žarulja sa žarnom niti ide za osvjetljenje, a ostatak za grijanje.

Zato su u posljednje vrijeme na tržištu tako široko zastupljeni vrlo moćni LED i LED nizovi (monolitni sklopovi) da zamjenjuju industrijske svjetiljke. LED emitira u prilično uskom rasponu spektra, na primjer, narančasta LED ima valnu duljinu u rasponu od 590 nm do 610 nm.

Prednosti LED izvora uključuju:

• visoka svjetlosna snaga uporediva sa natrijevim žaruljama (postignuta je vrijednost 160 lumena po vatu),

• čvrstoća i otpornost na vibracije, dug radni vijek (do 100000 sati),

• širok raspon za odabir temperature svjetlosti (od toplih 2700 K do hladnih 6500 K),

• spektralna čistoća koju osigurava sam uređaj.

Zbog male inercije, svjetla se pale odmah pri punoj svjetlini, bez obzira na temperaturu okoline, a uključivanje / isključivanje ne utječe značajno na život LED-ova. Kut zračenja može biti od 15 do 180 stupnjeva.

Uporaba takvih proizvoda potpuno je sigurna za ljude zbog niskog napona napajanja, niske radne temperature i, naravno, ljubaznosti za okoliš koju osigurava odsutnost žive i fosfora, kao i ultraljubičastog dijela zračenja u spektru. No, treba imati na umu da su visoke temperature štetne za bilo koji poluvodič, tako da ne smijete dopustiti grijanje iznad 60-70 stupnjeva Celzija.

Snažni LED nizovi su skup nekoliko kristala u jednom bloku. Zračni kristali presvučeni fosforom spojeni su serijski paralelno kako bi se optimizirala potrošnja struje.

Ravna površina bloka je prozirni plastični premaz, koji vam omogućuje instalaciju dodatne optike za stvaranje potrebnog uzorka raspršivanja svjetlosti. Matrice se isporučuju s prilično gustom bakrenom ili aluminijskom podlogom s montažnim otvorima za postavljanje jedinice na hladnjak.

Glatka površina podloge osigurava pouzdan kontakt jedinice s hladnjakom. Ugradnju treba obaviti pažljivo kako ne bi deformirali ili oštetili kućište. Toplinsko provodljivu pastu treba nanijeti na cijelu površinu podloge.

Presjek žica za povezivanje ne smije biti manji od 0,5 četvornih milimetara, a površina hladnjaka po vati trebala bi biti oko 20-30 kvadratnih centimetara, pri temperaturi okolnih objekata od 25-35 stupnjeva Celzija. Takve su matrice dostupne s različitim nazivnim snagama, do 300 W ili više. U osnovi nema ograničenja u veličini matrica.

Prosječna vrijednost radnog napona za jedan kristal iznosi oko 3,4 volta, a trenutna jakost je oko 350 milliamps. Te se vrijednosti mogu malo razlikovati, ali ne biste trebali prijeći napon koji je dozvoljen za određeni sklop, jer LED diode imaju snažno povećanje karakteristike napona struje i brzo će izgorjeti ako struja prelazi kritičnu vrijednost za kristal.

Upotreba radijatora s marginom u području najbolje je osiguranje za dug, pouzdan i bezbrižan rad LED matrice. Ako ograničite struju kroz kristal na 320 miliampera, svjetlosni tok će se smanjiti za 3-5%, ali istodobno će se vijek LED kristala povećati redoslijedom veličine, u praksi će uvjeti za njegovo napajanje biti idealni.

Izvor napajanja za LED diode može biti bilo koji izvor sa stabilizacijom struje opterećenja, a ako ne postoji stabilizacija struje, tada treba osigurati značajnu maržu za prekoračenje najveće dopuštene struje. Promjena napona napajanja od 1 volta može dovesti do povećanja jačine struje za faktor dva do tri, a rezultat će biti degradacija kristala (kristal će se oštetiti - svjetlosni tok će se smanjiti) ili zamračenje fosfora.

Pri projektiranju kombinacija grupa LED-ova u serijsko-paralelnim vezama, po mogućnosti serijskim spajanjem kako bi se izbjegle visoke radne struje.

Ako radna temperatura kristala tijekom dužeg vremena premaši optimalnu vrijednost, fosfor će potamniti i izgubiti svoju funkciju pod utjecajem temperature. Tamnjenje i uništavanje fosfora mogu uzrokovati izravnu sunčevu svjetlost ako nastave utjecati na površinu LED-a.

Poželjno je uključiti toplinski relej u dizajn napajanja, stavljajući svoj senzor na radijator svjetiljke.

Ako planirate koristiti LED matricu zimi na ulici, morate uzeti u obzir da elektrolitički kondenzatori u napajanju imaju ograničenje uporabe na niskim temperaturama, stoga bi najbolje rješenje bilo postavljanje napajanja u sobi.

Pri korištenju LED matrica na ulici pri niskim temperaturama treba imati na umu da će se učinkovitost značajno povećati, a svjetlosni učinak povećati za 10-20 posto nominalnog. I nakon 500-1000 sati rada, izlaz svjetlosti će u svakom slučaju biti 5-10 posto veći, ovo svojstvo kristala naziva se "efektom treninga".

Izbor radijatora za uličnu rasvjetu također zahtijeva posebnu pozornost, ne bi trebao sadržavati nepotrebne izbočine, udubljenja i zavoja, tako da prirodna konvekcija bude maksimalna, a krhotine i prljavština ne bi se mogle nakupljati na njenoj površini.

Poželjno je organizirati jedinicu za napajanje svjetiljke tako da sva vlaga koja se akumulira unutar svjetiljke ni najmanje ne utječe na elemente kruga.

Svake godine poboljšava se tehnologija proizvodnje LED žarulja velike snage, proizvođači traže najbolje opcije za fosfor. Trenutno većina proizvođača koristi žute fosfore, riječ je o modificiranim verzijama itrijem-aluminij granata dopiran trovalentnim cerijem.

Tehnologije LED rasvjete su učinkovite, a dizajni istih su prilično jednostavni. Oni se široko koriste u reflektorima, svjetiljkama, LED trakama, dekorativnoj rasvjeti i u jednostavnim svjetiljkama. Njihova svjetlosna snaga doseže 5000 lm.

Danas se LED moduli koriste za osvjetljavanje zgrada, ulica, reklamnih struktura, tunela i mostova, fontana, koriste se za osvjetljavanje uredskih i industrijskih prostora, interijera kuće i elemenata namještaja, kao i u raznim modernim dizajnerskim projektima.

Za vrijeme praznika moćni LED sustavi rasvjete ukrašavaju pročelja zgrada, drveća i drugih objekata. Pouzdanost LED izvora omogućuje njihovo korištenje na mjestima koja su teško dostupna za česte zamjene.

Trenutno je u mnogim zemljama svijeta LED rasvjeta brzo zamijenila druge. Mnogi gradovi planiraju uskoro prijeći na LED uličnu rasvjetu.