Мощни LED масиви в осветлението: функции на устройството и приложението

Откакто от разработването на първия практически приложим светодиод от професора от Университета на Илинойс Ник Холоняк през 1962 г., са минали повече от половин век, но революционното изобретение до днес претърпява прогресивни промени, ставайки по-съвършени, по-технологични и полезни.

Електролуминесценцията на полупроводников преход, с рекомбинация на електрони и дупки, сега е основа за свръх икономически източници на светлина. LED лампи, често наричани светодиоди (съкратено за английски светодиод), лампите постепенно придобиват стабилна позиция на пазара на съвременни енергоспестяващи осветителни технологии, както за битови нужди, така и за предприятия и дори за системи за улично осветление.

LED крушките превъзхождат безопасността компактни флуоресцентни тръби, които съдържат живак и крушки с нажежаема жичка, сега се превръщат в реликва от далечното минало.

Основната причина лампите с нажежаема жичка да бъдат заменени от LED източници на светлина е, защото лампата с нажежаема жичка излъчва в много широк спектър, значителна част от която просто не работи за осветление. Само 5 процента от общата мощност, консумирана от лампа с нажежаема жичка, отива за осветление, а останалата част отива за отопление.

Ето защо наскоро много мощни светодиоди и LED масиви (монолитни сглобки) са толкова широко представени на пазара, че заместват индустриалните осветителни тела. Светодиодът излъчва в доста тесен диапазон на спектъра, например оранжев светодиод има дължина на вълната в диапазона от 590 nm до 610 nm.

Предимствата на LED източниците на светлина включват:

• висока светлинна мощност, сравнима с натриевите лампи (достига се стойност от 160 лумена на ват),

• сила и устойчивост на вибрации, дълъг експлоатационен живот (до 100000 часа),

• широк диапазон за избор на температура на светлината (от топла 2700 К до студена 6500 К),

• спектрална чистота, осигурена от самото устройство.

Поради ниската инерция светлината се включва веднага при пълна яркост, независимо от температурата на околната среда, а включването / изключването не влияе значително на живота на светодиодите. Ъгълът на излъчване може да бъде от 15 до 180 градуса.

Използването на такива продукти е напълно безопасно за хората поради ниското захранващо напрежение, ниската работна температура и, разбира се, екологичността, осигурена от липсата на живак и фосфор, както и ултравиолетовата част на излъчването в спектъра. Трябва обаче да се помни, че високите температури са вредни за всеки полупроводник, така че не трябва да допускате нагряване над 60-70 градуса по Целзий.

Мощните LED масиви са сбор от няколко кристала в един блок. Излъчващите кристали, покрити с фосфор, са свързани последователно паралелно, за да се оптимизира консумацията на ток.

Плоската повърхност на блока е прозрачно пластмасово покритие, което ви позволява да инсталирате допълнителна оптика, за да създадете необходимия модел на разсейване на светлината. Матриците се доставят с доста дебела медна или алуминиева подложка с монтажни отвори за монтиране на модула върху радиатора.

Гладката повърхност на основата гарантира надежден контакт на устройството с радиатора. Монтажът трябва да се извършва внимателно, за да не се деформира или повреди корпуса. Топлопроводната паста трябва да се нанесе върху цялата повърхност на основата.

Сечението на свързващите проводници не трябва да бъде по-малко от 0,5 квадратни милиметра, а площта на отделяне на топлина на ват трябва да бъде около 20-30 квадратни сантиметра при температура на околните предмети от 25-35 градуса по Целзий. Такива матрици се предлагат при различна мощност, до 300 вата или повече. По принцип няма ограничения за размера на матриците.

Средната стойност на работното напрежение за един кристал е около 3,4 волта, а силата на тока е около 350 милиампеса. Тези стойности могат да варират леко, но не трябва да надвишавате напрежението, разрешено за определен монтаж, тъй като светодиодите имат рязко нарастваща характеристика на токово напрежение и бързо ще изгорят, ако токът надвиши критичната стойност за кристала.

Използването на радиатор с марж в областта е най-добрата застраховка за дългата, надеждна и безпроблемна работа на LED матрицата. Ако ограничите тока през кристала до 320 милиампера, светещият поток ще намалее с 3-5%, но в същото време животът на LED кристала ще се увеличи с порядък и условията за неговото захранване ще бъдат идеални.

Източникът на мощност за светодиоди може да бъде всеки източник със стабилизиране на тока на натоварване, а ако няма стабилизация на тока, тогава трябва да бъде осигурен значителен запас за превишаване на максимално допустимия ток. Промяната на захранващото напрежение с 1 волт може да доведе до увеличаване на силата на тока с коефициент от две до три и резултатът ще бъде разграждане на кристала (кристалът ще се повреди - светлинният поток ще намалее) или потъмняване на фосфора.

Когато проектирате комбинации от групи светодиоди в последователно-паралелни връзки, за предпочитане серийно свързване, за да се избегнат високи експлоатационни токове.

Ако работната температура на кристала за дълго време надвишава оптималната стойност, фосфорът ще потъмнее и ще изгуби своята функция под влияние на температурата. Потъмняването и разрушаването на фосфора могат да причинят пряка слънчева светлина, ако продължат да влияят върху повърхността на светодиода.

Желателно е да включите термично реле в дизайна на захранването, като поставите своя сензор върху радиатора на лампата.

Ако планирате да използвате LED матрица през зимата на улицата, трябва да вземете предвид, че електролитичните кондензатори в захранването имат ограничение за използване при ниски температури, следователно, най-доброто решение би било да поставите електрозахранването в помещението.

Когато използвате LED матрици на улицата при ниски температури, трябва да се помни, че ефективността ще се увеличи значително, а светлинната мощност ще се увеличи с 10-20 процента от номиналната. И след 500-1000 часа работа, светлинният изход във всеки случай ще бъде с 5-10 процента повече, тази характеристика на кристалите се нарича „тренировъчен ефект“.

Изборът на радиатор за улично осветление също изисква специално внимание, той не трябва да съдържа ненужни изпъкналости, вдлъбнатини и завои, така че естествената конвекция да е максимална, а на повърхността му да не се натрупват замърсявания и мръсотия.

Желателно е да подредите захранващия блок на лампата, така че цялата влага, натрупана вътре в лампата, да не влияе най-малко на елементите на веригата.

Всяка година се подобрява технологията за производство на високомощни LED масиви, производителите търсят най-добрите варианти за фосфор. В момента повечето производители използват жълти фосфори, те са модифицирани версии на итриево-алуминиев гранат, легиран с тривалентен церий.

Технологиите за LED осветление са ефективни, а дизайните на тях са доста прости. Те се използват широко в прожектори, лампи, LED ленти, декоративно осветление и в прости фенерчета. Тяхната светлинна мощност достига 5000 lm.

Днес LED модулите се използват за осветяване на сгради, улици, рекламни конструкции, тунели и мостове, фонтани, те се използват за осветяване на офис и промишлени помещения, домашни интериори и мебелни елементи, както и в различни модерни дизайнерски проекти.

По време на празниците мощни LED осветителни системи украсяват фасадите на сгради, дървета и други предмети. Надеждността на LED източниците на светлина прави възможно използването им на места, трудно достъпни за честа подмяна.

Понастоящем в много страни по света LED осветлението бързо замества другите. Много градове планират скоро да преминат към LED улично осветление.