Светодиодные лампы: виды и технические характеристики
К выбору светодиодных ламп для дома надо подходить серьезно. Этот источник света только по внешнему виду может быть похожим на традиционную лампу накаливания. Все остальные характеристики сильно отличаются. Главную ошибку, которую допускают люди при покупке ламп – это выбор изделия по мощности. Существуют другие, не мене важные показатели, требующие обращения внимания. Чтобы разобраться в этом вопросе, давайте рассмотрим основные характеристики светодиодных ламп и узнаем, как они влияют на уровень освещения.
Основные характеристики led ламп
Светодиодные лампы отличаются от традиционных моделей сложностью устройства. Если лампа накаливания состоит только из вольфрамовой нити, подсоединенной проводниками к цоколю, то led аналог имеет набор светодиодов. Чтобы они работали, внутри корпуса лампочки вмонтирована электронная плата. Она содержит стабилизатор с диодами и конденсатором, называющийся драйвером. Некоторые модели комплектуют датчиками для управления. В общем, светодиодная лампа является электронным источником света, поддающимся ремонту, что выделяет ее достоинства.
Мощность – одна из важных характеристик изделия
Для led источника света мощность не является основным показателем яркости свечения, но все же – это одна из важных характеристик. Мощность по определению является показателем преобразования или скорости потребления энергии. То есть, этот показатель нужен только для учета расхода электроэнергии.
Рассматривая технические характеристики светодиодных ламп, надо обращать внимание на их достоинства. Основное из них – экономичность. Светодиодные изделия потребляют по сравнению с традиционными лампами накаливания мизерный ток. На упаковке и корпусе каждого led изделия есть маркировка мощности, и она колеблется от 3 до 25 Вт. Обычно этот показатель указывается буквами «W» или «P».
Все, кто привык к обычным лампочкам, не понимают, как можно в люстре вместо 100 Вт вкрутить 10 Вт, чтобы осветить всю комнату. Дело в том, что при меньшем потреблении напряжения светодиоды излучают большую яркость. Например, светодиодная лампа мощностью 10 Вт по яркости соответствует классическому источнику света мощностью 75 Вт. Для сравнения мощности разных ламп существуют специальные таблицы, позволяющие выбрать подходящее изделие.
Однако надо помнить, что китайские светодиодные лампы на самом деле имеют меньшую мощность, чем та, что указана на упаковке. Существенную разницу можно заметить при разбеге 5 Вт. Такие недостатки надо сразу выявлять и подобное изделие лучше не приобретать.
Температура света
Светодиоды имеют разный цвет свечения. Выделяют три основных вида:
- дневной белый свет, соответствующий естественному освещению;
- теплый свет, аналогичный лампе накаливания;
- холодный свет характеризуется белым цветом, но в нем присутствует голубой оттенок.
Измеряется температура цвета градусами Кельвина. Этот параметр на изделии маркируется буквой «К». По стоящим напротив нее цифрам можно определить цвет излучаемого светодиодами света. Существует специальная шкала, помогающая определить оттенок света.
Чем холоднее оттенок, тем выше температура свечения. Например, светодиоды с температурой света 4000 К излучают аналог дневного света. Солнечные лучи он не заменит, но в темноте яркость такой лампы будет сильная. Для спальни нужна спокойная атмосфера, которую может обеспечить теплый свет с показателем 2700 К. Очень удобны в применении дома светодиодные приборы освещения с возможностью регулировки температуры света. Они позволяют изменять цвет свечения по своему желанию.
На какое напряжение рассчитаны светодиодные лампы?
Работа светодиодов возможна только от постоянного тока напряжением 12 вольт. Чтобы светодиодная лампочка работала от сети переменного тока напряжением 220 вольт, в ее корпусе устанавливают драйвер. Это своего рода преобразователь напряжения, который пропуская через себя 220 В, на выходе дает пониженное напряжение.
Однако существуют лампочки, рассчитанные на работу в сети под напряжением 12 или 24 вольта. Чаще всего их применяют в автомобилях. При покупке изделия на вольтаж надо обращать внимание, иначе неправильно подобранная лампочка может перегореть.
Показатель светового потока
При покупке лампочки человека, прежде всего, интересует ее яркость. Существует такое понятие, как световой поток. Он напрямую зависит от мощности изделия и измеряется Люменами. Свет получается из преобразования напряжения. При этом уходит энергия на тепло. Если взять вольфрамовую нить, то на свечение идет только 70%, а остальная энергия уходит с теплом, что показывает большие недостатки устаревших источников света. Светодиоды тепла не излучают и все 100% энергии идут на яркость света.
Современные светодиодные лампы могут излучать с 1 Вт до 80 Lm. Существуют разработки светодиодов с большим показателем, но они очень дорогие и в быту не используются. Для сравнения светового потока разных ламп существуют специальные таблицы.
Качественные светодиоды очень дорогие, что подталкивает многих производителей ставить дешевые аналоги. Естественно, заявленного светового потока 80 Lm с 1 Вт получить от такого изделия невозможно. Вдобавок надо обращать внимание на цвет колбы. Если она матовая, то потеря силы светового потока составит от 15 до 30%.
Во многих домах сейчас принято ставить диммеры для регулировки яркости света. Надо знать, что для светодиодных ламп существуют специальные диммеры, изменяющие импульс, а не напряжение. Если светодиодную лампу подключить через обычный диммер, при уменьшении напряжения световой поток будет не только уменьшаться, но и искажаться. Кроме того, что изменится оттенок света, еще снизится эффективность самих светодиодов.
Возможность диммирования ламп
Раз уж заговорили о диммерах, сразу надо сказать, что не все светодиодные лампочки можно подключать к диммеру. Это зависит от драйвера изделия, который способен или неспособен реагировать на диммер. Обычно на упаковке светодиодного изделия производитель указывает этот параметр. Если маркировка не содержит данных о диммировании, от такого изделия лучше отказаться.
Цветопередача
На этот показатель редко кто обращает внимание. Индекс цветопередачи позволяет воспринимать цвет освещенного предмета близкий к реальности. Например, значение 70 на маркировке упаковки говорит о том, что цвет освещенного светодиодами предмета будет на 70% соответствовать реальному. То есть белый предмет останется белоснежным, зеленая поверхность приобретет цвет луговой травы и т. д. Индекс цветопередачи определяют для каждой лампы в лаборатории.
Разновидности цоколей
Кроме основных показателей, светодиодную лампу при покупке надо правильно подобрать по цоколю, иначе вкрутить ее в осветительный прибор просто не получится. Самыми распространенными являются резьбовые цоколи Е14 и Е27. Они используются во многих домашних люстрах. Хотя существуют разновидности рожковых цоколей, установленных в разных моделях светильников, например – точечных. Описание всех видов цоколей светодиодных ламп можно найти в таблице.
Лампы с цоколями, имеющие в обозначении букву «G», обычно рассчитаны на напряжение 12 В. Внешне их штырьки похожи, но все же они различаются по толщине и расстоянию между собой. Изделия с цоколями Е27 и Е14 используются в сети с напряжением 220 В, причем лампочки с цоколем Е14 имеют максимальную мощность 6 Вт.
Температура рабочей среды
Производитель указывает оптимальную рабочую температуру для светодиодных ламп в пределах от -40 до +40 о С. Хотя в реальности изделия неплохо работают в северных регионах при -55 о С. При покупке ламп для дома эту характеристику можно пропустить.
Классификация по степени защиты
От классификации степени защиты зависит, в каких условиях может работать лампочка. Если традиционная лампочка может перенести попадание дождя, то для светодиодного аналога влага может быть губительна, если она попадет на электронную схему. Степень защиты на упаковке указана буквами «IP». Рядом стоят цифры, и чем они больше, тем изделие лучше защищено от проникновения внутрь влаги, грязи и от механического воздействия на корпус.
Мерцание
Светодиоды имеют свойство создавать пульсирующий свет. Обычным взглядом увидеть его не получится, но при большом мерцании это быстро скажется на усталости глаз. Мерцание очень вредно для зрения. Для медицинских и детских учреждений этот показатель по нормам не должен превышать 20%. В дешевых китайских лампочках показатель пульсации может составить до 60%.
Определить самостоятельно силу мерцания можно простым карандашом. Им надо резко провести напротив светящейся лампочки и посмотреть на оставшийся след. Гладкие сплошные полосы говорят о норме. Если после взмаха карандашом остался прерывистый след, от такой лампы надо отказаться. Ее уровень пульсации очень высок.
Угол рассеивания света
Лампа накаливания излучает свет во все стороны прозрачной колбы. Иногда это и хорошо, но для целенаправленного освещения такое излучение характеризуется большими потерями. Светодиоды излучают свет пучком. То есть, потерь нет никаких, весь свет целенаправленно идет для освещения определенного объекта. Чтобы лампочка смогла освещать большую территорию, светодиоды под колбой располагают под разными углами.
Для ночника или точечной подсветки подойдут лампочки с небольшим углом рассеивания. В доме идеальным выбором будут изделия с углом рассеивания 180 о . Если требуется выполнить общее освещение большой площади, здесь надо обратить внимание на лампочки с углом рассеивания 360 о .
Размер колбы
К характеристикам размер изделия не очень относится, но все же это требует должного внимания. Многие люстры и другие подобные приборы освещения имеют плафоны ограниченного размера. Это надо учесть при выборе лампочки, так как она может некрасиво торчать из плафона или утонуть глубоко внутри, что заберет некоторую часть света. Хуже, если лампочка вообще в плафон не войдет.
По габаритам можно сказать, что, чем больше мощность, тем, естественно, больше размер корпуса изделия. Форма колбы тоже может быть разной, в виде свечи, груши и т. д. Недавно на рынке появились модели мощностью 15 Вт с маленьким корпусом, аналогичным для менее мощных ламп от 7 до 8 Вт. Однако они не перегреваются из-за применяемых специальных материалов.
Срок эксплуатации
Производители гарантируют работоспособность светодиодных изделий до 30 тыс. часов. Если пересчитать это в дни, при условии постоянного свечения, то получится более трех лет. Однако дома свет ни у кого сутками не горит. В сутки лампочка светит не более 8 часов. При таком использовании светодиоды будут работать до 10 лет.
Домашние лампочки с цоколем Е27
Для домашнего использования идеально подходит светодиодный источник света с резьбовым цоколем Е27. Это обусловлено взаимозаменяемостью с традиционными лампами накаливания. Достаточно вывернуть с патрона одну лампу и заменить ее другой. Если говорить о технических характеристиках лампы светодиодной E27, то все параметры идентичны тем, что были рассмотрены выше.
Какие бы ни были виды светодиодных ламп, все они имеют рассмотренные характеристики. Это надо учитывать при выборе изделия, чтобы подобрать подходящий источник света.
Светодиоды и их применение
Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.
Достоинства:
1. Светодиоды не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность(ударная и вибрационная устойчивость)
2. Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности
3. Безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие
4. Миниатюрность
5. Долгий срок службы (долговечность)
6. Высокий КПД,
7. Относительно низкие напряжения питания и потребляемые токи, низкое энергопотребление
8. Большое количество различных цветов свечения, направленность излучения
9. Регулируемая интенсивность
Недостатки:
1. Относительно высокая стоимость. Отношение деньги/люмен для обычной лампы накаливания по сравнению со светодиодами составляет примерно 100 раз
2. Малый световой поток от одного элемента
3. Деградация параметров светодиодов со временем
4. Повышенные требования к питающему источнику
Внешний вид и основные параметры:
У светодиодов есть несколько основных параметров:
1. Тип корпуса
2. Типовой (рабочий) ток
3. Падение (рабочее) напряжения
4. Цвет свечения (длина волны, нм)
5. Угол рассеивания
В основном, под типом корпуса понимают диаметр и цвет колбы (линзы). Как известно, светодиод — полупроводниковый прибор, который необходимо запитать током. Так ток, которым следует запитать тот или иной светодиод называется типовым. При этом на светодиоде падает определенное напряжение. Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Важнейшими элементами, используемыми в светодиодах, являются: Алюминий (Al), Галлий (Ga), Индий (In), Фосфор (P), вызывающие свечение в диапазоне от красного до жёлтого цвета. Индий (In), Галлий (Ga), Азот (N) используют для получения голубого и зелёного свечений. Кроме того, если к кристаллу, вызывающему голубое (синее) свечение, добавить люминофор, то получим белый цвет светодиода. Угол излучения также определяется производственными характеристиками материалов, а также колбой (линзой) светодиода.
В настоящее время светодиоды нашли применение в самых различных областях: светодиодные фонари, автомобильная светотехника, рекламные вывески, светодиодные панели и индикаторы, бегущие строки и светофоры и т.д.
Схема включения и расчет необходимых параметров:
Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод («минус»), а другой — анод («плюс»).
Светодиод будет «гореть» только при прямом включении, как показано на рисунке
При обратном включении светодиод «гореть» не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.
Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Нетрудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется «рабочей» зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.
1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?
Чтобы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.
Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.
Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора
R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм
То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом
P.S. Вы можете воспользоваться on-line калькулятором расчета резистора для светодиода
2. Как подключить несколько светодиодов?
Несколько светодиодов подключаем последовательно или параллельно, рассчитывая необходимые сопротивления.
Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.
Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов
Расчет аналогичен предыдущему примеру
R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 15 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм
Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт
Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.
R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 7 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм
Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.
Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление
Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2.5 вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 вольта 30 мА
Так как разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый
рассчитываем для каждой ветви резисторы:
R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм
аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом
Аналогично можно расположить любое количество светодиодов
При подсчете токоограничительного сопротивления получаются числовые значения которых нет в стандартном ряде сопротивлений, ПОЭТОМУ подбираем резистор с сопротивлением немного большим чем рассчитали.
3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?
Допустимо (НО НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) включать светодиод в цепь без токоограничительного сопротивления. Минусы очевидны – яркость зависит от напряжения питания. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).
4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? В «китайских» фонариках так ведь и сделано.
Опять, это допустимо в радиолюбительской практике. Минусы такого включения: так как светодиоды имеют определенный разброс по параметрам, то будет наблюдаться следующая картина, одни будут светится ярче, а другие тусклее, что не является эстетичным, что мы и наблюдаем в приведенных выше фонариках. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).
Полноцветный светодиод или по другому RGB-светодиод — Red, Green, Blue. Смешивая эти три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 100%), то получится свечение белого цвета. Если зажечь только два (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 0%), то будет светиться желтый цвет.
Конструктивно, RGB-светодиод состоит из трех кристаллов под одним корпусом и имеет 4 вывода: один общий и три цветовых вывода.
RGB-светодиоды бывают:
1. С общим анодом (CA)
2. С общим катодом (CC)
3. Без общего анода или катода (6 выводов). Как правило в SMD-исполнении.
Самый длинный вывод RGB-светодиода, обычно является общим (анодом или катодом).
При подключении данных светодиодов, следует учесть, что напряжение, подаваемое для свечения цвета может быть разным для разных цветов.
К примеру, возьмем 5мм светодиод MCDL-5013RGB (I=20мА):
Ured = 2.0 Вольт
Ugreen = 3.5 Вольт
Ublue = 3.5 Вольт
Также следует отметить то, что для некоторых типов RGB-светодиодов необходимо использовать рассеиватель, иначе будут видны составляющие цвета.
Представленные выше схемы не отличаются высокой точность рассчитанных параметров, это связано с тем, что при протекании тока через светодиод происходит выделение тепла в нем, что приводит к разогреву p-n перехода, наличие токоограничивающего сопротивления снижает этот эффект, но установление баланса происходит при немного повышенном токе через светодиод. Поэтому целесообразно для обеспечения стабильности применять стабилизаторы тока, а не стабилизаторы напряжения. При применении стабилизаторов тока, можно подключать только одну ветвь светодиодов.
Оставить комментарий