Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Напряжение и сила тока

Как следует из курса физики, электрическая мощность (P, Вт) – это произведение тока (I, А) на напряжение (U, В). Применительно к светодиодной ленте это означает, что номинальное напряжение питания нужно умножить на ток, протекающий через светоизлучающие диоды.

Напряжение можно определить визуально. Для этого нужно взять часть LED-ленты в руки и посчитать количество светодиодов, расположенных между двумя линиями разреза:

• 3 светодиода соответствует напряжению питания 12 В;
• 6 светодиодов – 24 В;
• 60 светодиодов – 220 В от сети переменного тока через выпрямитель.

На некоторых изделиях значение напряжения нанесено непосредственно возле линии разреза. Также существуют адресные светодиодные ленты со встроенным ШИМ-модулятором и питанием от +5 В.

Величина протекающего тока зависит от типа установленных светоизлучающих диодов и их общего количества в светодиодной ленте. Самый маломощный SMD 3528 потребляет всего 20 мА, SMD 3014 – 50 мА, SMD 5050 – 60 мА, а SMD 2835 и SMD 5730 – 180 мА. В одном метре может находиться разное количество отдельных SMD-светодиодов. Плотность монтажа бывает 30, 60, 120 и 240 шт./м.

Количество осветительных элементов

Еще одним немаловажным параметром, который определяет мощность диодной ленты, является чисто установленных диодов. Их частота может отличаться в различном виде приборов освещения. Стандартно изготавливаются устройства с количеством осветительных элементов на 1 м, которое равняется 60 шт.

Для увеличения мощности и степени яркости количество светодиодов увеличивают. Для изделий SMD 3528 может быть повышение концентрации осветительных ламп в пределах 150−250 шт. на один метр. Однако такое большое количество лампочек неприемлемо для устройств с крупными светодиодами. Потому для SMD 5050 и SMD 5630 концентрация осветительных элементов, как правило, составляет до 100 шт. на метр.

Необходимо также сказать, что яркость освещения иногда будет зависеть не от количества или размера светодиодов, а от температуры освещения и вида излучения. Этот параметр находится в пределах 3500−7500 К. Наиболее яркими являются устройства, в которых диапазон освещения находится в диапазоне 6000−8000 К.

Сколько вольт имеет прямое напряжение светодиода

Вольт-амперная характеристика LED.

Если изучить стандартную вольт-амперную характеристику светодиода, можно заметить на ней несколько характерных точек:

1. В точке 1 p-n переход начинает открываться. Через него начинает идти ток и LED начинает светиться.
2. При увеличении напряжения ток достигает рабочего значения (в данном случае 20 мА), и в точке 2 напряжение является рабочим для данного LED, яркость свечения становится оптимальной.
3. При дальнейшем увеличении напряжения ток растет, и в точке 3 достигает своего максимально допустимого значения. После этого он быстро выходит из строя, а кривая ВАХ растет только теоретически (штриховой участок).

Надо заметить, что после окончания перегиба и выхода на линейный участок ВАХ имеет большую крутизну, что ведет к двум последствиям:

• при увеличении тока (например, при неисправности драйвера или отсутствии балластного резистора) напряжение растет слабо, поэтому можно говорить о постоянном падении напряжения на p-n переходе, независимо от рабочего тока (эффект стабилизации);
• при небольшом увеличении напряжения ток растет быстро.

Конструкция и угол рассеивания света

Светодиоды 1 Вт представляют собой сложные устройства, требующие высокотехнологичных методик производства. Они изготавливаются из разных материалов:

• корпус — металл или термоустойчивый
  пластик;
• линза — кварцевое стекло или специальный
  эпоксидный компаунд.

Основным элементом светодиода
служит излучающий кристалл. Он устанавливается на медном основании,
вмонтированном в корпус. Для организации светового пучка правильной формы
вокруг него установлен рефлектор, обеспечивающий компактность и направление
потока. Сверху на эластичном силиконовом слое устанавливается «плавающая»
линза. Отсутствие жесткого крепления позволяет ей без деформаций или разрушения
переносить тепловые расширения разнородных материалов.

Помимо корпуса большинство элементов имеют дополнительные теплоотводы из алюминия в форме звезды (они называются «Star»). Есть также круглые теплоотводы большого размера, рассчитанные на монтаж нескольких светодиодов. Есть также платы, лишенные собственных теплоотводов, корпус которых называется «Emitter».

Угол рассеивания — важный показатель, определяющий степень раскрытия светового конуса. он возникает при излучении кристаллом потока, отраженного рефрактором и усиленного линзой. Не следует считать, что этот конус имеет четко очерченную границу. Его пределами считается угол, стороны которого имеют световой поток, вдвое меньший, чем на осевой линии прибора. Чем меньше угол рассеивания, тем выше световой поток и яркость свечения. В то же время, эффективность покрытия площади будет ниже.

Считается, что наиболее качественными устройствами являются светодиоды с большим углом рассеивания, поскольку они могут использоваться для общего освещения помещений. Приборы LED 1W относятся к этой группе и демонстрируют высокие значения угла раскрытия — от 120° и выше.

Потребление электроэнергии лампами накаливания

Потребляемая мощность у них 40, 60, 75 Вт. Предположим, что в помещении используются 7 лампочек мощностью 60 Вт, они работают по 4 часа в день. Мощность – потребление в час, следовательно, умножив эту величину на количество часов работы и число дней месяца, мы получим потребление электроэнергии за месяц:

(7*60*4)*30/1000=50,4 кВт.

Чтобы узнать, сколько придется заплатить по счету за электроэнергию необходимо умножить потребление на тариф. Пусть он будет равен 4,01 рубль, тогда:

50,4*4,01=202,10 рубль.

Как видите, совсем немало.

Есть два пути сократить эти расходы:

1. Проанализировать, как часто осветительные приборы включены без необходимости. Выключать свет, если в помещении нет людей или сократить количество лампочек в доме.
2. Использовать осветительные приборы с меньшим потреблением электроэнергии.

Светодиодные лампы

Промышленность освоила выпуск перспективных светодиодных ламп. Внешне они не отличаются от обыкновенных.

Внутри установлен драйвер, который понижает напряжение до рабочего, и матрицы, состоящей из светодиодов. Колба матового цвета из стекла или пластика. Внутри нет вакуума или инертного газа.

Следует учитывать, что промышленность выпускает приборы различной конфигурации, имеющие два вида света. Дневной (холодный) и теплый, близкий к спектру традиционной лампы накаливания.

В магазинах наряду с обычными приборами освещения реализуются гибкие светодиодные ленты. Их можно использовать для подсветки потолков, предметов быта, создавая уникальные дизайнерские объекты в квартире.

Кроме того, ленты можно применять в качестве осветительных приборов рабочих мест или основного освещения.

Для подключения учитывают, сколько потребляет светодиод, чтобы выбрать блок питания. При этом затраты на приобретения таких светильников не намного превышают стоимости энергосберегающих.

В ниже таблице представлены расчетные данные потребления электроэнергии.

Светильник с тремя осветительными приборами, Вт	Ежедневное потребление, КВТ	Расход за месяц, КВт	Месячная плата, руб.
14	0,21	6,3	25,39
8	0,08	3,6	14,51
3	0,045	1,35	5,44

Стоит учитывать, что такие светильники, если сделаны качественно, будут почти вечными.

Достоинства и недостатки

Светодиоды – СИД (светоизлучающий диод) или LED, от английского Light Emitting Diode – как источники электрического искусственного света обладают множеством достоинств. По сравнению с традиционными лампами накаливания ЛН, в т.ч. и галогенными, они более энергоэффективны. Это подтверждается таким параметром, как светоотдача. Например, светоотдача, т.е. отношение количества света, которое выдает источник света к потребленной мощности у разных источников имеет такие значения, в Лм/Вт:

• у обычных ламп накаливания – от 4-5 до 12-13;
• у галогенных – от 14 до 17-18;
• у люминесцентных – от 45-50 до 70;
• у разрядных металлогалогенных – от 75-80 до 100-105;
• у светодиодов и мощных разрядных натриевых ламп – около 110-115;
• у перспективных светодиодов – около 250-270.

К другим достоинствам относятся:

• длительный срок эксплуатации, который больше номинального срока службы ламп накаливания в 10-100 раз;
• к.п.д. значительно больший, чем у других источников света;
• высочайшая надежность обеспечена механической прочностью твердотельного кристалла, пайкой по большим плоскостям контактных площадок, небольшими размерами и массой корпуса приборов и пр.;
• электрическая безопасность – рабочее напряжение не превышает 12-18 В и только некоторые светодиодные изделия питаются от сети 230 В напрямую;
• безопасность для здоровья человека и природы – материалы, используемые в конструкции нейтральны или малоопасны, в то время в других энергоэффективных источниках света – разрядных лампах, люминесцентных трубчатых, компактных, индукционных и т.п. используется ртуть – материал 1-й группы опасности, который имеет свойства накапливаться в организме человека и животных;
• достаточно высокое качество света: разная цветовая температура, точное цветовоспроизведение, малый уровень пульсаций светового потока и т.п.;
• работа в разных климатических условиях: при высокой влажности и запыленности воздуха, при температуре минус 50-60℃;
• мгновенный выход на рабочий режим. Разрядным лампам на это требуется от 30 сек до нескольких минут;
• неограниченное число включений. Люминесцентные источники света имеют от 7-8 до 20-25 тыс. включений;
• высокая стабильность параметров во времени.

Белые светодиоды с трехкомпонентным люминофором имеют в спектре излучения 3-5 спектральных линий, а современные газоразрядные лампы – 2-3. Поэтому светодиоды имеют более высокий коэффициент цветопередачи, чем люминесцентные лампы.

Но светодиоды имеют и недостатки:

• ограничение по верхней рабочей температуре, не превышающей 80-100℃;
• высокая стоимость, но она компенсируется длительной работой и минимумом техобслуживания.

У некоторых разновидностей светодиодов при производстве обеспечивают нужный оттенок белого света – от супертеплого до очень холодного, или практически любой цвет. Регулируемые светодиоды – RGB-триады, тройки разноцветных кристаллов в одном корпусе, позволяют получить любой белый или цветовой оттенок. В светильниках, лентах и линейках, модулях на светодиодной основе эти возможности еще больше.

Теоретический метод

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр. Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора. Существуют и другие способы тестирования излучающих диодов, о которых подробно написано в данной статье.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе. В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт. Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Узнать все технические характеристики светодиода можно из интернета. Для этого нужно скачать datasheet на схожую по внешним признакам модель, обязательно такого же цвета свечения, сверить паспортные размеры с действительными и выписать номинальные значения тока и падения напряжения. Следует учитывать, что данная методика весьма приблизительна, так как в одинаковом корпусе могут быть изготовлены светодиоды на 20 мА и на 150 мА с разбросом напряжения до 0,5 вольт.

Расчеты потребления

Чтобы рассчитать, сколько электроэнергии
потребляет любой источник света, требуется выполнение нескольких действий:

• посмотреть
  мощность, обозначенную как W, на изделии или
  упаковке;
• разделить
  цифру на 1000 (чтобы получить значение в киловаттах);
• определить,
  сколько часов в сутки лампой
  пользуется семья;
• умножить
  цифру на 30.

Далее мощность (п. 2) умножается на часы
(п. 4).

Чтобы узнать, сколько одна лампа потребляет в рублях, окончательный результат расчета умножается на тариф.

Светодиодные
лампочки

Для примера можно взять двухкомнатную
квартиру, в которой 3 лампы по 100 Вт (в жилых помещениях и на кухне) и 3 – по
60 Вт (в ванной, туалете и прихожей).

Если они горят:

• в
  жилой комнате 4 часа вечером и 1 – утром;
• в
  спальне 2 часа вечером и 2 – утром;
• на
  кухне 3 часа вечером и 1 – утром;
• в
  прихожей и туалете по часу в сутки;
• в
  ванной 2 часа вечером и 1 – утром.

При замене на светодиодные источники
используются 3 изделия по 14 Вт и 3 – по 10 Вт.

В сутки такая система потребляет:

12*14+4*10=208 Вт=0,208 кВт

При среднем тарифе 4 руб. за 1 кВт за месяц мы заплатим 24,96 руб.

Энергосберегающие
лампочки

Если источники с нитью накала заменить
на энергосберегающие, то нужно купить 3 изделия на 20 Вт и 3 – на 12 Вт.

В сутки все приборы потребляют:

12*26+4*15=372Вт=0,372 кВт

За месяц нужно заплатить 44,64 руб.

Лампочки
накаливания

Лампа накаливания только 10-20% % электроэнергии превращает в свет, остальной объем расходует на тепло.

Для той же квартиры при использовании источников
с нитью накаливая они за сутки потребляют:

12*100+4*60=640 Вт=0,64 кВт

За месяц нужно заплатить 76,80 руб.

Как узнать какой светодиод стоит в лампе

Самый простой вариант – если лампа полностью исправна. В этом случае надо просто измерить падение напряжения на любом из элементов. Если при подаче питания один или несколько элементов не светят (или все), надо идти другим путем.

Если лампа построена по схеме с драйвером, то на драйвере указано выходное напряжение в виде верхнего и нижнего пределов. Это связано с тем, что драйвер стабилизирует ток. Для этого ему надо изменять напряжение в определенных границах. Фактическое напряжение придется измерить мультиметром и убедиться, что оно в норме. Далее визуально (по дорожкам печатной платы) определить количество параллельных цепочек светодиодов в матрице и количество элементов в цепочке. Напряжение драйвера нужно разделить на число последовательно соединенных элементов. Если напряжение на драйвере не обозначено, то его можно лишь замерить по факту.

Драйвер на рабочий ток 300 мА и выходное напряжение 45-64 В.

Если светильник построен по схеме с балластным резистором и его сопротивление известно (или его можно измерить), то напряжение светодиода можно определить расчетным способом. Для этого надо знать рабочий ток. В этом случае надо рассчитать:

• падение напряжения на резисторе – Uрезистора=Iраб*Rрезистора;
• падение напряжения на цепочке LED – Uled=Uпитания – Uрезистора;
• разделить Uled на количество приборов в цепочке.

Если Iраб неизвестен, его можно принять равным 20-25 мА (схема с резистором применяется для маломощных фонарей). Точность будет приемлема для практических целей.

Мощность — привычный параметр для оценки яркости свечения лампы

Не секрет, что при выборе ламп мы первым делом смотрим на такой важный параметр, как мощность лампочки, Ватт. За весь период применения светодиодных ламп накаливания мы уже привыкли оценивать яркость свечения лампочки по такому параметру, как ее расходуемая мощность.

Нам известно еще с детских лет, что для освещения одной комнаты хватит стандартной лампочки мощностью в 60 Ватт. Но в другой комнате этого может быть недостаточно. Тогда потребуется лампочка другой мощности, например,100 ВТ.

Видимо, такой привычный метод оценки любой осветительной лампы не является абсолютно верным и не подходит к лампам разного типа. Если у ламп накаливания все еще сохранилась соответствие расходуемой мощности к излучаемым лучам света, то в светодиодной лампе все определяют характеристики светодиода.

Для любой научной цели свет и освещенность уже давным-давно измеряют в Люменах. Эта же единица измерения Люмен применяется и к светодиодным лампам.

Какая полярность светодиодов

Если диод не светится, значит ток не движется по прямой. Это значит, что при производстве диода не были учтены катод и анод. Полярность светодиодов практически не подлежит визуальному определению. Выявить ее можно при помощи мультимера, технической документации и простого монтажа по схеме.

P-n переход подключают к источнику постоянного напряжения в зависимости от полярности выводов. Под действием напряжения начинают двигаться свободные отрицательно заряженные электроны и дырки с положительным зарядом в направлении к полюсам.

В p-n переходе заряды создают рекомбинацию, электроны перемещаются из зоны проводимости в зону валентности, преодолевая уровень Ферми. Часть энергии выходит с выделением волн света разного спектра и яркости.

Устройство светодиода.

Led-диод состоит из полупроводникового кристалла, который закреплен на подложке, корпуса с контактами и оптической системы.

Устройства индикаторных (DIP), плоских (SMD) и СОВ элементов различаются снаружи. 

Конструктивное устройство DIP.

DIР-светодиод в разрезе.

В основании прибора монтируются контакты. Кристалл (один или несколько) закреплен на катоде. К кристаллу присоединяется проволока. Она соединяет полупроводники с анодом. Это необходимо для группировки двух проводников с различными типами проводимости. Сверху led-элемент герметично покрывается линзой. Корпус устройства изготавливается в виде цилиндра из эпоксидной смолы, край которого обрезан со стороны катода. Монтаж led-элемента происходит путем пайки длинных выводов.

Конструктивное устройство SMD.

SMD-светодиод в разрезе.

Корпус изготавливается параллелепипедом. Его основа – теплоотвод от кристалла. На  нее монтируется полупроводниковый элемент. Контактный провод соединяет его с анодом. Контакты выполняются плоскими. Сверху элемент герметично накрывается линзой.

Конструктивное устройство СОВ.

COB-технология – новейшее направление в производстве.

Такие светоизлучающие диоды имеют в основании теплопроводящую подложку (обычно алюминиевую). На нее непроводящим клеем закрепляют полупроводниковые кристаллы, которые объединены по последовательно-параллельной схеме. Сверху все покрывается люминофором.

Такой тип led легко монтируется, выдает хороший световой поток и не искажает цвета. Востребованы в производстве небольших, ярких прожекторов и декоративной подсветки. В отличие от DIP и SMD способны работать при повышенных температурах. Но из-за своего устройства имеют меньший срок эксплуатации по сравнению.

Если на одной подложке смонтировано множество кристаллов, то такой led-элемент называется светодиодной матрицей.

Конструктивное устройство PCB Star.

Состоит из одного большого кристалла, который монтируется на алюминиевую подложку в форме звезды. За счет увеличенной площади кристалла повышается мощность светодиода. Упрощается его фокусировка. Поэтому РCB Star востребованы в производстве ярких источников света: от фонариков до прожекторов.

Размер ламп

Мощность ленты зависит непосредственно от количества и размеров отдельных ламп. Они дают возможность создать необходимую интенсивность подсветки. Вначале нужно определиться с вопросом размера светодиодов. Маркировка устройств помогает определить, какой вид осветительного оборудования находится в продаже.

Есть и крупные светодиоды, например, 5630 или 5050. Мощность освещения SMD 3528 находится в пределах пяти люмен. Это определенный показатель свечения устройства. Мощность диодной ленты 5050 и 5630 является намного больше. Световой поток, который излучают эти светодиоды, соответственно равняются 15 и 18 люмен. За счет этого показателя мощная светодиодная лента заменяет по яркости простую энергосберегающую лампу.

Точное определение мощности

Вам понадобятся:

• Мультиметр
• Блок питания, в котором можно плавно повышать напряжение
• Резистор на 500 Ом

К лазерным светодиодам эта техника неприменима! Подключаете светодиод к резистору и блоку питания. Соблюдайте полярность! Ее тоже можно определить с помощью мультиметра. Плавно увеличивайте напряжение на блоке питания, сравнивая показатели на нем и на светодиоде. Удобнее будет использовать блок питания, который показывает рабочее напряжение, или использовать два вольтметра. Что будет происходить? одинаковое изначально напряжение будет постепенно изменяться на блоке и светодиоде

Важно, чтобы светодиод светился с нормальной яркостью

Практический метод

Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.

Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода. Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.

Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.

В отсутствии регулируемого блока питания можно воспользоваться «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.

Как подобрать нужную освещенность для комнаты?

Я мог бы прямо сейчас сравнить мощность светодиодных ламп и ламп накаливания, вы бы посмотрели что вам нужно и все. Но я хочу чтобы вы не просто выбрали лампу, а поняли как это работает. Зная нормы освещенности и площадь комнаты, мы можем выбрать точно такую светодиодную лампу как нам нужно.

Сначала рассмотрим нормы освещенности в люксах на квадратный метр:

Помещение	Норма, Лк
Кухня	108
Кабинет	250
Столовая	54
Жилое пространство	54
Письменный стол	434
Спальня	54
Ванная	54
Гараж	108
Комната для чтения	431

Исходя из того, что вы уже знаете рассчитать необходимое освещение для вас не составит труда. Допустим, у нас есть комната 5 на 6 метров, мы собираемся в ней в ней отдыхать, поэтому освещенность возьмем 54. Площадь комнаты будет 5 х 6 = 30 метров. Умножаем освещенность на площадь и получаем количество Люмен. 54 умножить на 30 будет 1620 люмен или лм. Осталось найти такую светодиодную лампу или купить две по 800 люмен.

Светодиодное освещение

Это был самый точный и правильный способ выбрать мощность светодиодной лампы. Но мы по-прежнему можем ориентироваться на потребляемую мощность ламп накаливания или даже светодиодных ламп.

Мощность светодиодной лампы и другие характеристики

Использование светодиодных ламп позволит значительно сократить расходы на электроэнергию.  Простой расчёт, исходя из норм освещения и выбора определённых параметров освещённости, например, кухонного помещения позволит доказать это.

Так основными параметрами ламп различного типа являются:

• мощность, измеряемая в Ваттах, то есть количество энергии потребляемое осветительным элементом;
• цветопередача – оттенок света у источника излучения, измеряемая в Кельвинах;
• световой поток – количество света отдаваемое светильником, который показывает эффективность источника,

так как, чем выше данная характеристика, тем результативнее прибор использует энергию.

Так, вольфрамовые лампы мощностью в 40 Вт имеют светоодачу 10, 4лм/Вт,

люминесцентные — 84 лм/Вт,

светодиодная лампа, мощность которой 40Вт — 86 лм/Вт.

Общие сведения

Светодиодная лента имеет особую конструкцию. Это эластичная плата, на которой находятся необходимые контакты. На этом основании равномерно находятся диоды, являющиеся источником освещения этого устройства.

Толщина платы составляет не более 4 мм. При этом ширина ленты может находиться в диапазоне 7−12 мм. Для того чтобы ограничить напряжение, которое проходит через светодиоды, в изделии находятся резисторы. Популярность такого прибора освещения обусловлена его экономичностью и продолжительным сроком эксплуатации. Оборудование может работать приблизительно 70−120 тысяч часов, причем оно потребляет незначительное количество электроэнергии.

С учетом потребляемой энергии ленту можно использовать для контурной подсветки тропинок, фасадов, особенностей ландшафтного дизайна, а также для оформления рекламных щитов. Внутри помещений это осветительное оборудование также применяется во время организации самых различных эффектов в дизайне интерьера. Спектр использования диодов довольно огромен.

Подбор по способу установки

В зависимости от способа расположения выделяют прожекторы с напольной установкой, настенной, мачтовой или под консоль. По мобильности выделяют модели стационарной установки и переносные.

Архитектурные или стационарные

Имеют жесткую фиксацию на монолитной конструкции, преимуществом таких прожекторов является надежность и точно определенное место освещения. Подходят для тех ситуаций, когда заранее известна зона освещения, благодаря закреплению они не сдвигаются с места порывами ветра или неосторожными действиями человека. Чаще всего их устанавливают на стену, отдельно стоящую опорную конструкцию или консоль. Они применяются для уличного освещения входа, ворот, лужаек и приусадебных участков.

Рис. 4: Прожектор стационарной установки

Мобильные

Мобильные прожекторы могут переноситься с одного места на другое, их легко перемещать и устанавливать за счет специальной подставки или штыря. Такие устройства наиболее актуальны при строительных работах, где место освещения или охраняемая территория перемещается как в рамках одного объекта, так и при смене объектов.

Рис. 5: переносной прожектор

Как подключить светодиод к сети 220 вольт

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя.

Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

• где:
• 0,75 – коэффициент надежности LED;
• U пит – это напряжения источника питания;
• U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток;
• I – номинальный ток, проходящий через него;
• R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока.

После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи

Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду. Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности.

Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Расчет резистора для светодиода

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома:

R = U/I

• где:
• U – это напряжение питания;
• I – рабочий ток светодиода.

Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I.

Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле:

C = 3200*I/U

• где:
• I – это ток нагрузки;
• U – напряжение питания.

Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.