Эффективное использование светодиодов. Советы конструктору светильника

См. также:  Максимум эффективности белого света
Индукционные лампы: мифы и реальность
Электронный балласт для светодиодной лампы

Стремительное улучшение конструкции мощных светодиодов открывают все больше и больше возможностей для их применения, которые выходят за рамки простой замены традиционных бытовых лампочек. Благодаря быстрому развитию технологий становится возможным воплощение творческих проектов в области освещения, которые еще несколько лет назад считались бы попросту невыполнимыми.

Последние тенденции в области ценообразования заставили многие крупные компании, производящие системы освещения, полностью перейти на использование светодиодов в качестве источников света для новых разработок.

В прошлом единственным важным критерием была световая отдача - лм/Вт. Сейчас же такие свойства, как надежность, стабильность цвета, цветопередача и цветовой оттенок также являются ключевыми. Кроме того, для обеспечения безопасной и долговечной эксплуатации мощных светодиодов необходимо рассматривать характеристики дополнительных компонентов, таких как источники питания и оптика.

Не запутаться в основных эксплуатационных характеристиках помогут следующие советы:

Выбор свойств источника света, таких как цветовая температура и цветопередача

Прежде, чем начать работу над дизайном осветительного прибора или выбрать сам светодиод, важно определиться с цветовой температурой и индексом цветопередачи рассматриваемого осветительного решения.

На рынке уже доступны устройства, конструкция которых позволяет оператору регулировать цветовую температуру. Чтобы добиться этого, требуются два светодиода с различными цветовыми температурами и механизм раздельного контроля.

При создании однородного светового решения требуются светодиоды с точным оттенком света – хорошей повторяемостью от партии к партии.

Световая отдача современных светодиодов составляет около 30-40%, остальная часть затрачиваемой энергии преобразуется в тепло. Поэтому пользователям очень важно знать, как цвет зависит от температуры. В некоторых конкурирующих продуктах отклонение может составлять до 300К.

При создании высококачественных систем освещения - помимо определения точного оттенка света, решающее значение также имеет индекс цветопередачи (CRI), иначе R_a. CRI является мерой того, насколько естественно представлены цвета освещаемого объекта.

В настоящее время производители предлагают светодиоды с R_a на уровне в 65 единиц для решений, требующих высокую световую отдачу (лм/Вт) и предназначенных для использования вне помещений, а также светодиоды с R_a как минимум 80 единиц с более низкой светоотдачей для освещения внутренних пространств. Важно также учитывать параметр R₉ , который является мерой для представления оттенков темно-красного цвета.

Выбор светодиодов

Первый вопрос, который появляется в начале проекта, касается того, как установить источник света. Насколько важно отсутствие тени, должен ли излучатель быть виден человеком. Вполне возможно добиться излучения света при помощи нескольких светодиодов, установленных на определенной площади или в виде полосы (световая полоса). Преимуществом этого подхода является то, что вы можете добиться эффекта освещения, при условии, что непосредственный источник света может быть спрятан от глаз пользователя.

Благодаря использованию самого современного механизма расположения большого количества чипов светодиодов на одной теплопроводящей пластине, удалось поднять эффективность и создать световой источник значительной площади.

   

Кроме того, световое решение может использовать один или несколько мощных светодиодов в качестве источника света.

Светодиоды с самым низким энергопотреблением не всегда будут являться лучшим решением. Поскольку эффективность увеличивается соразмерно росту размера светодиода, и затраты на более дорогие светодиоды компенсируются за счет использования меньших и, соответственно, более дешевых радиаторов.

Выбор источника питания

В случае светодиодов высокой мощности сила тока экспоненциально зависит от напряжения - иными словами, небольшое изменение напряжения может вызвать большие изменения силы тока. Изменения температуры при постоянном напряжении также влияют на силу тока, в то время как изменения силы тока влияют на температуру цвета и яркость. Следовательно, для создания стабильной системы требуется последовательное подключение и питание светодиодов с управлением по току, которое постоянно корректирует силу тока. Стандартные решения не всегда дают возможность работать при заданной силе тока. Для подобных случаев предназначены программируемые драйверы, с помощью которых через интерфейс устройства управления можно регулировать силу тока.

Интересно отметить, что производители блоков питания все больше адаптируется к потребностям светодиодного освещения. В прошлом, многие производители предлагали лишь устройства электропитания с максимальным вторичным напряжением на 48 В. В целях обеспечения адекватной работы мульти-чиповых (многокристальных) решений, необходимо напряжение до 60 В. Для класса высокопроизводительных устройств мощностью выше 60 Вт предлагаются источники постоянного тока с напряжением до 200 В. Разработаны версии этих устройств со степенью защиты оболочки IP67, следовательно, они подходят для использования вне помещений.

С недавнего времени компании предлагают комплексные системы с драйвером и светодиодом, интенсивность светового потока которых достигает 16500 Лм. В этой связи возникает закономерный вопрос: возможно ли добиться достаточного охлаждения светодиода мощностью в 160 Вт.

Эффективность является ключевым фактором для выбора блока питания. В то время как отдельные компоненты, такие как светодиоды, балластное сопротивление и оптика имеют решающее значение для оптимальной общей эффективности системы, еще важнее рассмотреть, как поставщик источника питания обеспечивает рассеивания тепла. При мощности в 150 Вт с КПД 85% потеря тепла составляет 26,5 Вт. При эффективности 95% нужно рассеять только 7,9 Вт.

Большинство модулей питания позволяют снижать номинальную мощность, когда температура превышает 50°C. Поэтому неправильный выбор источника питания может очень быстро привести к перегрузке или существенному сокращению срока службы изделия.

Следовательно, наличие механизма рассеяния тепла в питания является необходимым условием для обеспечения достаточно долгого срока службы и приемлемого уровня качества. Например, при тестировании продукта одного конкурента на 150 Вт была зафиксирована температура корпуса 51°C. В случае более эффективного блока питания той же мощности измеренная температура корпуса составила всего 41°C. Необходимая продолжительность срока полезной эксплуатация в 50.000 и более часов может быть достигнута только в том случае, если используемые конструкционные элементы работают ниже своих допустимых предельных температур.

Конструкция / охлаждение

Сейчас доступны системы поддержки для мульти-чиповых светодиодов. Держатели (патроны) обеспечивают простой электрический контакт и механическое крепление. Однако чтобы гарантировать долгий срок службы светодиода, очень важным фактором является наличие достаточного охлаждения. Два фактора имеют решающее значение в этом контексте: во-первых, требуется хорошая тепловая связь с радиатором. Это может быть достигнуто, например, посредством теплопроводной фольги. Во-вторых, для рассеивания тепла необходима достаточная площадь теплоотвода.

Простой проверкой того, является ли охлаждение достаточным, станет измерение температуры светодиода T_c в установленном положении. Любой мощный светодиод должен быть надлежащим образом проверен в каждом приложении, чтобы его производители могли убедиться, что имеющегося охлаждения достаточно, и, что светодиод работает при температуре ниже максимально допустимой температуры перехода - T_junction (T_j). Произведение термического сопротивления светодиода R_j и рассеиваемой мощности P_d должно быть добавлено ​​к измеренной температуре светодиода T_c: T_j = T_c + R_j * P_d.

Пока температура перехода T_j остается ниже заданного значения, можно гарантировать, что срок службы светодиода будет не ниже заявленного. Если расчетное значение больше, чем T_j, необходимы дальнейшее меры для повышения качества охлаждения, или же должно быть улучшено тепловое соединение светодиода с радиатором.

Литература:

Журнал LED-Professional. Системное проектирование светодиодных источников - советы Cititzen LED

Назад к каталогу статей >>>