Светодиодная подсветка — параметры диодов: монохромные и многоцветные

Что такое светодиод – принцип действия

Принцип действия полупроводникового светодиода

На этом рисунке схематично изображено излучение (hv) c длиной волны (Lp) примерно 250 мкм. Оно создано в p-n переходе (полупроводник прямосмещенного типа) при рекомбинационном переходе инжектированных носителей на другой энергетический уровень.

В этой фразе есть несколько общеизвестных слов. Для расшифровки специфических терминов и понятий нужно изучить соответствующий раздел науки. Но на самом деле углубление в физику процесса не имеет практического значения. Вполне достаточно знать, что светодиод – полупроводниковый прибор. Он излучает в видимом диапазоне спектра при пропускании тока ограниченной величины в прямом направлении.

Конструкция и типовые части светодиодаЭлектрическая схема подключения

SMD 5050 на 60 светодиодов

Этот вид самый популярный. Она яркая, мощная и на потолке дает плотный световой поток.

Ее мощность – 14,4 Вт/м.

Конечно все эти мощности не абсолютный показатель, который обязан быть у всех лент. На практике они всегда могут отличаться даже на несколько ватт, в большую или меньшую (чаще всего) сторону.

Многие совершают ошибку, когда хотят сравнить фактическую мощность подсветки с заявленными цифрами на упаковке. Подключают ленту с одного конца, замеряют силу тока и напряжение от блока питания.

После чего перемножают все и получают результат. Более верные данные получатся если ленту, в особенности протяженную, подключить с обеих сторон, а не с одной.

Световой поток у смд 5050/60 – 1200 люмен, что соответствует обычной лампочке на 85-90 Вт.

Ее используют как для частичной, так и в некоторых случаях для полной замены основного освещения. То есть при определенных условиях, она может заменить обычную люстру, простые и люминесцентные лампы.

Еще она очень хорошо подходит для подсветки рабочей поверхности на кухне.
Если у вас в подсветке потолка постоянно перегорают люминесцентные лампы, то можете их заменить на данный вид.

Эта лента уже обязательно клеится на алюминиевый профиль, в противном случае она быстро перегорит и потеряет яркость

При этом не важно будет, качественная она была или нет

На ленты разного качества магазины дают разный срок гарантии. Однако все это строго оговаривается условиями эксплуатации.

Расстояние между светодиодами здесь чуть больше 1см. Это создает сплошную световую полосу.

Например при использовании ленты 5050/30, на потолке возможны отдельные световые пятнышки из-за большой разбежки.

В ленте на 60 диодов такого уже не будет.

Мощность RGB светодиодной ленты

RGB светодиодные ленты могут быть достаточно яркими для достижения необходимого светового эффекта, но конкурировать с монохромными LED лентами они все же не могут. Указываемая мощность RGB ленты может быть получена только при включении сразу всех цветов на полную мощность, т.е. при включении сразу всех трех каналов цветов: красного, зеленого и синего. При включении одного канала мощность будет примерно в три раза меньше.

Если сравнивать SMD RGB 5050 светодиод с таким же монохромным светодиодом, то с применением последнего получится более яркая лента конкретного цвета за счет большей мощности кристалла.

Расшифровка названия

В названии лент SMD 5630 и 5730 указаны размеры корпусов светодиодов, а не их технические данные, как некоторые думают.

SMD расшифровывается как — «surface mounted device». Что в переводе на русский означает — вещь, прибор, элемент смонтированная на поверхность, то есть подложку ленты.

Четыре цифры после сокращения — это размеры (длина и ширина) корпуса светодиода закрепляемого на подложке.

Причем в этот корпус производитель может смонтировать любой кристалл светодиода, от самого мощного, до самого слабого. Отсюда и разные характеристики, казалось бы одинаковых по названию моделей.

SMD 5050/30

В ней, как следует из названия, в одном метре впаяно 30 диодов. Мощность одного метра такой ленты – 7,2Вт.

Световой поток у нее около 600 люмен. Один такой качественный светодиод имеет поток от 20 до 25 люмен.

То есть, световой поток одного метра такой ленты соответствует простой лампочке накаливания в 40 Вт. Однако просто так их сравнивать конечно нельзя.

Поскольку лента имеет угол рассеивания в 120 градусов, а это значит что она большей частью светит перед собой.

У лампочки накаливания угол 270 градусов и выше. При этом она освещает все пространство вокруг себя.

Если вы повесите в центре комнаты лампочку в 40Вт, и то же самое проделаете с 1 метром данной ленты 5050, то лампа всегда будет освещать большее пространство и в комнате от нее будет гораздо светлее.

СМД-5050/30 используется как для подсветки, так и для частичной замены основного освещения. При этом она достаточно экономична.

Даже для большой длины при освещении периметра какого-либо участка протяженностью 20 метров, вам понадобится блок питания всего лишь на 200 Вт.

Еще одно немаловажное преимущество СМД 5050-30 – ее в крайних случаях можно наклеивать даже без алюминиевого профиля.

В обычных ситуациях алюминиевый профиль играет роль радиатора охлаждения. Он забирает тепло с поверхности подложки и рассеивает его в пространстве.

Если же светодиоды не охлаждать, то они быстро теряют яркость и деградируют.

Из-за малой мощности, для данного вида применение профиля не всегда обязательно. Именно поэтому такой вид ленты чаще всего выручает при подсветке натяжного потолка.

Допустим, вы уже заканчиваете ремонт, потолок у вас уже натянут, и тут вы наконец понимаете что подсветки все-таки не хватает. Профиль физически уже некуда монтировать, поэтому здесь можно применить ленту на 30 диодов.

Конечно срок ее службы будет несколько меньше, чем с охлаждающей подложкой, но все равно это не так сильно отразится на ней, как на других видах.

Лента smd5050/30 состоит из сегментов длиной по 10 см. Конец сегмента это место, по которому ее можно отрезать.

Отдельный сегмент или модуль – это абсолютно рабочая единица, которую после разрезания можно подключать от блока питания независимо от других участков.

У других видов, например СМД 5050 на 60 светодиодов, сегменты меньшей длины – всего по 5см. А у SMD на 72 диода, сегмент и вовсе состоит из одного единственного светодиода.

Яркость светодиодной ленты RGB

Яркости RGB светодиодной ленты будет достаточной для организации декоративной подсветки, но в качестве основного источника света использовать ее не получится. Многоцветная светодиодная лента может излучать близкий к белому свет, но сравниться по яркости с монохромной белой светодиодной лентой она не может.

Различные оттенки цветов RGB светодиодной ленты получаются за счет регулировки яркости отдельных каналов цветов, а это значит, что в целом светодиод никогда не светит на полную свою мощность. Для увеличения яркости белого света стали выпускать RGB led ленты с дополнительным светодиодом, излучающим белый свет. Такие ленты обозначаются как RGBW и RGBWW.

Специфичные диоды

Выпрямительный диод мы уже рассмотрели, давайте взглянем на диод Зенера, который в отечественной литературе называют – стабилитрон.

Обозначение стабилитрона (диод Зенера)

Внешне он выглядит как обычный диод – черный цилиндр с меткой на одной из сторон. Часто встречается в маломощном исполнении – небольшой стеклянный цилиндр красного цвета с черной меткой на катоде.

Обладает важным свойством – стабилизация напряжения, поэтому включается параллельно нагрузке в обратном направлении, т.е. к катоду подключается плюс питания, а анод к минусу.

Следующий прибор – варикап, принцип его действия основан на изменении величины барьерной емкости, в зависимости от величины приложенного напряжения. Используется в приемниках и в цепях, где нужно производить операции с частотой сигнала. Обозначается как диод, совмещенный с конденсатором.

Варикап — обозначение на схеме и внешний вид

Динистор – обозначение которого выглядит как диод, перечеркнутый поперек. По сути так и есть – он из себя представляет 3-х переходный, 4-х слойный полупроводниковый прибор. Благодаря своей структуре обладает свойством пропускать ток, при преодолении определенного барьера напряжения.

Например, динисторы на 30В или около того часто используются в лампах «энергосберегайках», для запуска автогенератора и других блоках питания, построенных по такой схеме.

Обозначение динистора

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.

Принцип работы и устройство световых диодов

Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.

Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.

Устройство светового диода с пояснениями
Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.

Особенности лент SMD5730

Применяя высокоэффективные светодиоды 5730, характеристики и свойства которых заключаются в высокой теплопроводности и низком сопротивлении, обеспечивают длительный срок службы устройства. Они устойчивы к вибрации, повышенной влажности окружающей среды и перепадам температуры. Достаточно малы, имеют широкий угол свечения и прекрасно подходят для любых поверхностей при монтаже. Их можно приобрести в катушках и лентах.

Многим нравится использовать светодиоды 5730, характеристики которых подходят для применения в различных устройствах, что является очень удобным как для обыкновенных пользователей, так и для дизайнеров

Они являются незаменимыми для освещения торговых и офисных помещений, где важной считается не только высокая энергоэффективность, но и комфортная светопередача

Для тех, кто использует светодиоды, маркировка, характеристика и свойства имеют немаловажное значение. У них есть ряд превосходств над своими предшественниками, а именно:. – люминофорные белые светодиоды номинальной мощностью в 0,5 Вт отличаются значительным сроком эксплуатации, стабильными показателями и качественным исполнением;- высокая устойчивость к перепадам температуры, вибрациям и повышенной влажности окружающей среды;- деградация светового потока – не больше чем 1% за 3000 часов работы;- корпус изготовлен из качественного термостойкого полимера, который выдерживает до +250 °С;- светодиоды полностью пригодны для пайки оплавлением

– люминофорные белые светодиоды номинальной мощностью в 0,5 Вт отличаются значительным сроком эксплуатации, стабильными показателями и качественным исполнением;- высокая устойчивость к перепадам температуры, вибрациям и повышенной влажности окружающей среды;- деградация светового потока – не больше чем 1% за 3000 часов работы;- корпус изготовлен из качественного термостойкого полимера, который выдерживает до +250 °С;- светодиоды полностью пригодны для пайки оплавлением.

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для того, чтобы понять, как маркируется лента, нужно обратить внимание на таблицу:

Позиция в коде	Назначение	Обозначения	Расшифровка обозначения
1	Источник света	LED	Светодиод
2	Цвет свечения	R	Красный
G	Зеленый
B	Синий
RGB	Любой
CW	Белый
3	Способ монтажа	SMD	Surface Mounted Device (Устройство, монтируемое на поверхность)
4	Размер чипа	3028	3,0 х 2,8 мм
3528	3,5 х 2,8 мм
2835	2,8 х 3,5 мм
5050	5,0 х 5,0 мм
5	Количество светодиодов на метр длины	30
60
120
6	Степень защиты:	IP	International Protection
7	От проникновения твердых предметов	0-6	Согласно ГОСТ 14254-96 (стандарт МЭК 529-89) «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)»
8	От проникновения жидкости	0-6

Для примера возьмем конкретную маркировку LED CW SMD5050/60 IP68. Из нее можно понять, что перед нами светодиодная лента белого цвета для поверхностного монтажа. Элементы, установленные на ней, имеют размер 5х5мм, в количестве 60 шт/м. Степень защиты позволяет ей длительное время работать под водой.

Ассортимент ламп для дома на световых диодах довольно широк

Характеристики RGB светодиодной ленты

От монохромной светодиодной ленты RGB лента отличается только светодиодами, в которых находится три кристалла, излучающие свет в трех разных спектрах. Выбирают цветные светодиодные ленты основываясь на тех же характеристиках, как и при выборе обычной монохромной светодиодной ленты.

Основные характеристики RGB LED ленты:
– напряжение питания;
– мощность ленты;
– степень защиты;
– наличие дополнительного белого светодиода.

Длину RGB светодиодной ленты можно также менять, разрезая ее в указанных местах, так что мощность ленты можно в дальнейшем поменять в любую сторону. Единственное, что останется неизменным, это плотность размещения светодиодов на один метр ленты.

Цвет RGB светодиодных лент

RGB led ленты делаются на основе трехцветных RGB светодиодов, в корпусе которых находится три кристалла, отвечающие за излучение трех разных цветов: красный, зеленый и синий. Каждый отдельный цвет в таком светодиоде управляется отдельно, для чего в SMD RGB светодиоде формата 5050 для каждого цвета имеется отдельный вывод контакта, т.е. такой светодиод имеет шесть выводов.

Если включать по отдельности каждый цвет в светодиоде, то RGB лента будет светить одним из трех цветов, красный, зеленый и синий. Для подключения в светодиодной ленте имеется четыре контакта, один из которых общий. Чтобы включить один из цветов, нужно подать напряжение между общим контактом и контактом одного из цветов.

Такие ленты подключаются через специальные контроллеры, которые могут подключать каждый канал цвета и к тому же регулировать подаваемый ток для регулировки яркости свечения. Подключая комбинацию разных цветов с разной яркостью, можно добиться практически любого цвета, даже белого.

История создания светодиода.

Она насчитывает всего чуть больше ста лет. Первое упоминание о свечении диода относится к 1907 году. Английский физик Генри Раунд заметил разноцветное излучение при течении электричества через соединения карбид кремния-металл. Такое явление получило название электролюминесценция.

Спустя почти двадцать лет в 1923 году российский ученый Олег Лосев проводил подобные эксперименты в Нижнем Новгороде. Физик обнаружил свечение на месте контакта карбида кремния и стальной проволоки. Лосев опубликовал результаты своих исследований, и обосновал, что электролюминесценция наблюдается именно на границе соприкосновения разнородных материалов. Теоретическую базу под открытие подвести не смогли, и дальнейшего развития оно не получило. Хотя Лосев предсказал использование электролюминесценции для создания маломощных и миниатюрных источников света. Физик даже придумал конструкцию светового реле, но дальше исследования не продолжились.

В 1961 году, еще через сорок лет, американские изобретатели Д. Р. Байард и Г. Питтман придумали технологию выпуска светодиодов из арсенида галлия. В 1962 году они получили патент, и начался промышленный выпуск. Однако, их led-элемент испускал инфракрасное излучение, то есть был не видим человеческому глазу.

Но в том же 1962 году американский физик Ник Холоньяк изобрел красный светодиод. В 1971 году его соотечественник Жак Панков придумал синий. А в 1972 Джордж Крафорд открыл желтый led.

Впрочем, до семидесятых годов XX века светоизлучающие диоды оставались очень дорогими. Фирма «Монсанто» первой в мире удалось организовать массовое производство led в качестве индикатора.

В семидесятых годах группе советских ученых под начальством Ж. Алферова удалось синтезировать неизвестные до этого полупроводниковые вещества. Их начали получать на предприятиях и в лабораториях. А на основе этих соединений запустили серийное изготовление светодиодов.

В 1983 году Citizen Electronics придумала и внедрила на своих предприятиях светодиоды плоской конструкции (SMD).

В девяностые годы японские ученые И. Акасаки, Х. Амано и С. Накамура придумали, как значительно удешевить производство синих led. Технологию успешно опробовала фирма Nichia с 1993 года. А с 1996 года они начали изготовление белых led-элементов, чей свет получается из сочетания красного, синего и зеленого. В дальнейшем на базе открытия японских ученых стали стремительно развиваться новые методы производства световой техники: лампочек, дисплеев с подсветкой и других приборов.

В 2003 Citizen Electronics придумали новейшую технологию производства СОВ (Chip-On-Board). Она заключается в монтаже полупроводникового элемента на подложку при помощи специального непроводящего клея.

Очевидно, что история светоизлучающих диодов только набирает обороты, а технологии становятся все более совершенными.

Для создания разных цветов потребовалось много времени.

Основные параметры и характеристики

Основные параметры цветных светодиодов приведены в таблице:

Здесь перечислены:

1. Power Dissipation – максимальная рассеиваемая кристаллом мощность;
2. Forward Current (DC) – предельный прямой ток (постоянный);
3. Peak Forward Current – максимальное значение прямого импульсного тока   (ширина импульса не более 0.1 мс, коэффициент заполнения не более 10%);
4. Reverse Voltage – предельное обратное напряжение;
5. Operation Temperature – температура эксплуатации;
6. Storage Temperature – температура хранения;
7. Soldering Temperature – температура пайки (Reflow Soldering – пайка феном,         Hand Soldering – ручная пайка).

Параметры белых светодиодов приведены ниже:

Более подробные характеристики из даташита рассмотрены далее для каждого цвета.

Ниже приводим данные вольт-амперной характеристики красного светодиода.

Ниже приводим данные вольт-амперной характеристики желnого светодиода.

Ниже приводим данные вольт-амперной характеристики зеленого светодиода.

Ниже приводим данные вольт-амперной характеристики синего светодиода.

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

• VS–напряжение питания;
• VL –номинальное напряжение для светодиода;
• I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель

Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов

Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель

Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов

Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

Принцип работы и устройство светодиодной ленты

Светодиодная лента – источник света, который представляет собой плату с равноудаленными друг от друга светодиодами. Основание ленты изготовлено из диэлектрического материала толщиной от 0,2 до 0,5 мм, на нем располагаются токопроводящие дорожки и площадки. На эти монтажные площадки на ленте устанавливаются светодиоды и резисторы для ограничения тока. Главным элементом, который выполняет полезную работу по излучению света, является светодиод. Принцип его работы основан на электронно-дырочном переходе при пропускании через светодиод электрического тока в прямом направлении.

Для работы лента подсоединяется к специальному трансформатору, который понижает напряжение с 220В до 12-36В. Она может быть сделана во влагозащитном исполнении или без такового и может иметь специальный самоклеящийся слой для быстрого монтажа.

Электрические схемы подключения светодиодов

В этой части статьи рассмотрены способы подключения полупроводниковых источников света к сетям питания. Применение следующих правил и рекомендаций предотвратит повреждение и продлит срок службы светодиодов.

Подключение к сети 220 В

Вместо драйвера можно применить такой вариант подключения

Резистор R1 ограничивает силу тока. Конденсатор C1 – гасит колебания. Для расчета характеристик резистора используйте рассмотренный выше алгоритм.

Подключение светодиодов к сети питания 12 В

Эта схема подойдет для подключения светодиодов общей мощностью до 1 Вт

Она обеспечивает ток потребления до 245 мА, напряжение от 12 до 24 В. Исходя из приведенных параметров выбирают подходящие светодиоды.

Видео с пояснениями монтажа мощных светодиодов:

Watch this video on YouTube

Предыдущая ОсвещениеСхема подключения проходного выключателя с 2х мест: порядок выполнения монтажных работ
Следующая ОсвещениеКак сэкономить на качестве: розетки и выключатели, лучшие бренды производителей

Достоинства и недостатки светодиодов

Плюсы

• Высокая механическая и вибрационная стойкость.
• Небольшой разогрев.
• Маленькие габаритные размеры, легкий
• Долговечность.
• Низкое энергопотребление и мощность.
• Возможность регулирования интенсивности свечения.
• Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
• Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
• Возможность работы при низких температурах.
• Низкая цена индикаторных светодиодов.
• Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.

Минусы

• Высокая цена SMD.
• Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
• Повышенные требования к источнику питания.
• Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.