Светодиоды
Cветодиод (LED) представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда частицы, несущие ток (известные как электроны и дырки) объединяются в полупроводниковом материале в зоне p-n перехода.
Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, которое также включает в себя органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников света, таких как лампы накаливания, галогенные лампы, флуоресцентные лампы.
Рис. 1 — Светодиоды
Рис. 2 — Светодиодная лампа
Рис. 3 — Светодиодная лента
Различные цвета светодиодов
Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся в энергетических зонах. Ширина запрещенной зоны определяет энергию фотонов (частиц света), излучаемых светодиодом.
Энергия фотона определяет длину волны испускаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с различными запрещенными зонами создают разные цвета света. Точная длина волны (цвет) могут быть настроены путем изменения состава светоизлучающей или активной области.
Светодиоды состоят из соединений полупроводниковых элементов из III и V группы периодической таблицы химических элементов Менделеева. Примерами таких материалов, которые обычно используются в производстве светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).
До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, в частности, коммерческие синие и белые светодиоды не существовали. Разработка светодиодов на основе нитрида галлия (GaN) завершила палитру цветов и открыла множество новых устройств.
Основные материалы, используемые при изготовлении светодиодов
Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:
- InGaN: синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости.
- AlGaInP: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости.
- AlGaAs: красные и инфракрасные светодиоды.
- GaP: желтые и зеленые светодиоды.
Подключение светодиодов
Светодиоды имеют различные цвета и рабочие напряжения. Важной характеристикой светодиода является его номинальный ток. В зависимости от рабочего напряжения нам необходимо рассчитать резистор для светодиода, чтобы избежать повреждения светодиода большим током.
В электронных устройствах с напряжением питания 5 В для большинства маломощных светодиодов, как правило, резистора сопротивлением около 220 Ом вполне достаточно.
Светодиоды имеют полярность. Поэтому, чтобы светодиод светился, его анод должен быть соединен с плюсом источника питания, а катод с минусом. Обычно у светодиода ножка анода длиннее, чем ножка катода. К тому же, со стороны катода корпус светодиода скошен.
Рис. 4 — Устройство светодиодов
Не следует беспокоиться при ошибке в полярности подключения. Со светодиодом ничего не случиться, просто он не будет светиться. За исключением особого случая, когда вы подали очень большое напряжение.
Рис. 5 — Подключение светодиодов
RGB-светодиод
Полноцветный светодиод или по другому RGB-светодиод — Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Смешивая эти три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность (красный: 100%, зеленый: 100%, синий: 100%), то получится свечение белого цвета. Если зажечь только два (красный: 100%, зеленый: 100%, синий: 0%), то будет светиться желтый цвет.
Рис. 6 — RGB-светодиоды
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.
Рис. 7 — Структурная схема RGB-светодиода
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 5 мм светодиод MCDL-5013RGB ( I =20мА):
Ured = 2,0 В ,
Ugreen = 3,5 В,
Ublue = 3,5 В.
Рис. 8 — Свечение RGB-светодиода
Также следует отметить то, что для некоторых типов RGB-светодиодов необходимо использовать рассеиватель, иначе будут видны составляющие цвета.
Если у вас RGB-светодиод с общим катодом, то подключать его нужно по схеме на рисунке 9.
Рис. 9 — Схема подключения RGB-светодиода с общим катодом
Здесь мы видим, что три вывода подключаются через резисторы к источнику питания или к микроконтроллеру (например, Arduino), а четвертый вывод к минусу питания.
Для RGB-светодиода с общим анодом схема подключения показана рисунке 10.
Рис. 10 — Схема подключения RGB-светодиода с общим анодом
Следует обратить внимание, что нужно подключать сопротивления к каждому цвету, поскольку светодиоды работают с меньшим напряжением, чем выход микроконтроллера. Обычно для светодиода красного цвета достаточно резистора сопротивлением 150-180 Ом и 75-100 Ом для зеленого и синего цвета при напряжении питания 5 В.
Каким током правильней запитать светодиод?
Можно ли запитывать светодиоды как постоянным так и переменным током?Если да то в чем будет разница работы?
Светодиод может работать и от переменного тока, только не от розетки конечно. Разниця в том, что он будет работать в только при прохождении тока в одну сторону, если запитать от сети 50 гц (через понижающий трансформатор) будет слегка заметное мерцание. А вообще правильно его питать конечно постоянным током и для каждого светодиода он отличается. В основном для не мощных диодов это 30 мА, при падении напряжения 3 вольта
Светодиод питается только от постоянного напряжения. Величина напряжения и сила тока зависят от технологии по которой изготовлен светодиод и их нужно смотреть в справочнике. Запитывать его переменным током категорически нельзя, т.к. в отличие от обычных диодов, стойкость светодиодов к обратному току просто ничтожная. При использовании светодиодах в схемах, где потенциально возможно возникновение обратного тока, их защищают обычным диодом, включенным параллельно светодиоду, но в обратном направлении. Таким образом прямой ток протекает через светодиод, а обратный — через обычный диод. Естественно, при обратном токе светодиод гореть не будет в любом случае. Так же последовательно светодиоду рекомендуется устанавливать ограничивающий ток резистор, поскольку чувствительность светодиодов даже к незначительному превышению тока выше номинала чрезвычайно высока.
Светодиоды: виды и схема подключения
Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение. Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode).
Содержание статьи
Устройство светодиода
Хотя и существует множество светодиодов, самая распространённая форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического рефлектора (отражателя) и кристалла, который соединяется с анодом при помощи тонкой золотой проволоки.
Как работает светодиод?
Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.
Виды и основные параметры светодиодов
На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.
По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.
- светодиоды SMD;
- сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
- DIP светодиоды (Direct In-line Package);
- Straw Hat («соломенная шляпа»).
- COB (Chip On Board) светодиоды;
- SMD LED;
- филаментные (Filament LED).
Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:
- DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
- «Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
- «Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
- SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.
Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:
- cool white – холодный;
- warm white – теплый.
Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.
Применение светодиодов
Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.
- значительная длительность эксплуатации;
- экологическая безопасность;
- высокая надежность и безотказность;
- экономия электроэнергии;
- высокое качество освещения;
- низкие эксплуатационные расходы.
Основные правила подключения светодиодов
Конструкция светодиодов рассчитана на их подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Существует три варианта определения полярности:
- По длине ножки (кроме SMD). Более длинная ножка является катодом, а короткая – анодом. В SMD-светодиодах имеется срез (ключ), который всегда располагается ближе к катоду.
- С помощью мультиметра. Прибор устанавливают в режим «Прозвонка». Красный и черный щупы устанавливают на выводы. Если прибор засветился, то, значит, что красный щуп был подключен к аноду, а черный – к катоду. Если свечение не возникло, значит, надо поменять положение щупов. Если результат не изменился (свечение отсутствует), значит, прибор вышел из строя.
Основные характеристики светодиодов
Две главные характеристики, указываемы в паспорте светоизлучающего прибора:
- Падение напряжения на приборе. Типичное значение – 3,2 В. Также для каждого светодиода существуют максимально допустимые напряжения Umax и Umaxобр – для прямого и обратного включений.
- Номинальный ток. Обычно эти приборы рассчитаны на силу тока в 20 мА.
Способы подключения
Простейший вариант – подключение к низковольтному источнику постоянного тока.
Самый удобный и безопасный вариант – подключить светодиод к батарейке или аккумулятору с помощью включения в схему маломощного резистора. Его функция – ограничение тока, протекающего через p-n-переход, определенным значением. Без этого элемента LED быстро утратит рабочие свойства.
Резистор выбирают по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:
R = (Uпитания – Uпаспорт.)/Iном., Ом, в которой:
- Uпитания – напряжение электропитания, В;
- Uпаспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
- Iном. – номинальный ток.
Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшей номинальной величины из ряда Е24. После этого рассчитывают мощность, которую должен рассеивать резистор.
P = Iном. 2 х R, где R – выбранное по таблице значение сопротивления.
Провести все эти действия можно быстро и просто с использованием онлайн-калькулятора.
Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания
Существует несколько типов блоков питания:
- Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 Вольт и 12 Вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленной в паспорте величине. LED-светильники подсоединяют через резисторы.
- Драйвер – импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитывают при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной (рабочий) ток. В драйвере присутствует схема, стабилизирующая ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного излучателя к драйверу резистор не требуется.
Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение
При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.
Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.
Минусы последовательного соединения:
- При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
- При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.
В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.
При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.
Минусы параллельного подключения:
- большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
- существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).
Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.
Светодиоды — типы, принцип работы
Какие светодиоды бывают, принцип работы, основные параметры
Светоизлучающие диоды (LED) — это твердотельные электронные устройства, способные генерировать свет, пропуская электричество через p-n переход, смещенный в прямом направлении. Представляет собой полупроводниковый диод, который производит свет одной или нескольких длин волн.
Полупроводник — это вещество, электропроводность которого может изменяться в результате изменения температуры, приложенных полей (электрических или магнитных), концентрации примесей (например, легирования) и т. д. Диод — это устройство, при котором электрический ток может проходить только в одном направлении.
Полезные статьи:
Типы светодиодов
LED (light emitting diode) — светоизлучающий диод
Светодиоды — это тип твердотельного освещения, в котором свет излучается из твердого объекта (например, блока полупроводниковых или органических слоев или материалов), а не из вакуумной или газовой трубки, что имеет место в традиционных лампах накаливания и люминесцентных лампах. И поскольку подавляющее большинство светодиодов используют неорганические полупроводники, аббревиатура LED обычно представляет собой светодиоды на основе неорганических полупроводников.
Диммерные переключатели
Светодиод доступен с диммерными переключателями, как и другие лампы. Диммер в обычных лампах накаливания работает хуже, чем диммер в светодиодных лампах. Поэтому рекомендуется заменить стандартные лампочки на светодиодные, поскольку они работают с минимальной мощностью, чем другие стандартные источники света.
Белый светодиод
Светодиод доступен в трех вариантах:
- холодный,
- т еплый,
- светодиод дневного света.
В большинстве домов используются лампы теплого белого цвета. Цвет светодиода дневного света, который имеет совершенно белый цвет с оттенком синего, в основном используется для выделения реального цвета.
Светодиодные трубки для освещения
Применяется для замены люминесцентных ламп, а в некоторых случаях может быть единственной заменой подвесного светильника. Другие конструкции требуют нового балласта и замены проводки. Он работает, предлагая серию светодиодных миниатюр по длине трубки и доступен в любых размерах.
SMD (СМД)
О н расширен как устройство для поверхностного монтажа и популярен в светодиодном освещении. Встроенные в лампочку SMD-чипы имеют дополнительную яркость, которая надежна в офисе и дома.
COB означает «чип на плате», который представляет собой другое поколение светодиодов и предлагает более сильное количество света, чем SMD, и имеет доступную опцию, поскольку пользователь считает луч управляющего света. Он обеспечивает лучшее соотношение ватт к люмену, что означает, что он имеет высокую производительность.
Графеновый светодиод
Популярный канал BBC поручил эволюцию света использовать светодиодную нить накаливания с графеновым покрытием, отмеченную как самая доступная в конце 2015 года. Она дешевле стандартных ламп и претендует на снижение счетов за электроэнергию примерно на 10%. Использование графена было изобретено русским ученым, работавшим в Манчестерском университете. Битва уже началась и помогает найти инновационное применение прочным материалам.
Традиционные и неорганические светодиоды
Доступен традиционным методом со встроенным диодом и производится из неорганических компонентов. Наиболее широко применяемые светодиоды изготавливаются из составных полупроводников, таких как:
- фосфид арсенида галлия,
- арсенид галлия алюминия
- и многое другое.
Цвет светодиодного света зависит от используемых материалов.
Эти светодиоды олицетворяются в виде небольшого светодиода, который подразумевается в панелях индикации с различным форматом светодиода и его типами. Его можно даже отнести к категории неорганических светодиодов, которые имеют различные стили светодиодов, такие как светодиоды для поверхностного монтажа, мигающие светодиоды, многоцветные и двухцветные светодиоды, которые могут работать от переменного напряжения, одноцветные светодиоды размером 5 мм, буквенно-цифровой светодиодный дисплей. Такие типы неорганических светодиодов очень распространены.
Яркие светодиоды
Светодиоды высокой интенсивности и светодиоды высокой яркости относятся к неорганическим светодиодам и начали их внедрение в приложения для освещения и украшения.
Такой тип светодиодов в настоящее время становится обязательным, как и неорганические светодиоды, и имеет выходную мощность с максимальной световой энергией. Чтобы получить максимальное количество света на выходе, светодиоду необходимы управляемые уровни рассеиваемой мощности и тока. Светодиод может быть установлен на радиаторе для устранения нежелательного излучения тепла.
Говоря об эффективности, светодиоды являются значительной заменой многих традиционных осветительных приборов. В настоящее время широко применяется бытовое освещение с автоматизированной лампой. Он имеет большие преимущества с точки зрения факторов окружающей среды и эффективности по сравнению с КЛЛ, компактными люминесцентными лампами и лампами накаливания.
Органический светодиод
Органический светодиод развернут с фундаментальной идеей светоизлучающих диодов. Как следует из названия, светодиод изготовлен из органических компонентов. Базовый светоизлучающий диод использует базовые неорганические полупроводники с различными уровнями примесей и излучает свет от специальных PN-переходов, которые являются фокусом света. Органический светодиодный дисплей изготавливается из тонких листов и создает зону рассеянного света.
В основном это тонкопленочный материал, который печатается на стеклянной подложке. Схема, выполненная из полупроводниковых компонентов, используется для передачи электрических зарядов на встроенные пиксели, которые заставляют светодиод светиться. Светодиодная технология постоянно растет вместе с уровнем ее эффективности и не имеет границ, которые можно было бы установить в любой области.
Некоторые светодиоды идут с органическими полупроводниками (небольшие молекулы или полимеры на основе углерода), а аббревиатура OLEDs обозначает эти светодиоды на основе органических полупроводников. Они очень похожи на светодиоды на основе неорганических полупроводников в том, что прохождение электрического тока через OLED генерирует возбужденное состояние, которое затем может излучать свет. Это основной компонент для телевизоров и мониторов нового поколения.
Светодиод включает в себя полупроводниковые материалы, легированные примесями, для получения p-n перехода, при этом электрический ток может прямолинейно течь в одном направлении от p-стороны (анод) к n-стороне (катод), однако не в обратном направлении. Светоизлучающий диод излучает свет, возбуждая электроны через запрещенную зону между зоной проводимости и валентной зоной дырок (полупроводниковый активный или светоизлучающий слой). Комбинация электрона и дырки может спонтанно генерировать фотон с определенной длиной волны или диапазоном длин волн.
Основной элемент
Фотон — это квант электромагнитного излучения или частица, передающая свет. Перефразируя, свет переносится в пространстве фотонами. Цветовые вариации видимого света обычно определяются электромагнитным излучением или оптическими длинами волн. Длина волны света, излучаемого любым конкретным светодиодом, зависит от количества энергии, выделяющейся при рекомбинации электрона и дырки. Цвет света (длина волны), излучаемого светоизлучающим диодом, зависит от полупроводниковых материалов активных слоев светоизлучающего диода. Различные длины волн света могут быть созданы с использованием различных материалов путем изменения запрещенных зон полупроводниковых слоев и формирования активного слоя внутри p-n перехода.
Длина волны цвета светодиода
Светодиоды могут излучать свет в одном диапазоне длин волн, например, красный, янтарный, желтый, зеленый, синий и т.д., Или могут быть изготовлены для излучения белого света с использованием широкого спектра различных типов полупроводниковых материалов, таких как, например, полупроводниковые материалы III-V и II-Vполупроводниковые материалы. Одноцветные светодиоды могут быть изготовлены с применением комбинации светодиода, излучающего свет первой длины волны, и материала преобразования света, например люминофора, который поглощает часть или всю первую излучаемую длину волны и повторно излучает ее на второй длине волны.
Светоизлучающие диоды могут работать индивидуально или в любых комбинациях, необязательно в сочетании с одним или несколькими люминесцентными материалами (например, люминофорами или сцинтилляторами) и/или фильтрами, излучая свет любого предпочтительного воспринимаемого цвета (включая белый).
Люминофор — это люминесцентный материал, который производит чувствительное излучение (в первую очередь видимый свет) при возбуждении источником возбуждающего излучения. Чаще всего реагирующее излучение имеет длину волны, которая обычно больше длины волны возбуждающего излучения. Включение люминесцентных материалов в светодиодные устройства в основном достигается путем включения люминесцентных материалов в прозрачный пластиковый инкапсулирующий материал (например, материал на основе эпоксидной смолы или силикона). Синий светодиод (обычно 460 нм), окруженный желтым люминофором, например, легированным церием иттриево-алюминиевым гранатом (YAG: Ce), который излучает свет в широкой полосе с центром в 550 нм.
Сочетание номинально желтого светового излучения от люминофора и синего света от светодиода излучает источник света, который имеет типично белый внешний вид. Опять же, светодиод, который излучает ультрафиолет (<400 нм), можно использовать для возбуждения смеси красных, зеленых и синих люминофоров.
В типичном светодиодном светильнике белого света монохроматический светодиод инкапсулирован прозрачным материалом, который содержит подходящие компенсационные люминофоры. Длина волны света, излучаемого компенсационным люминофором, дополняет длину волны света, излучаемого светодиодом, чтобы гарантировать, что длины волн от светодиода и компенсационного люминофора смешиваются вместе для генерации белого света.
Светодиодные чипы — умное устройство света
Светодиодные чипы обычно заключены в пакет, который извлекает свет и защищает чип от повреждения. Широко признанный и коммерчески доступный «светодиод», который продается (например) в магазинах электроники, обычно представляет собой «упакованное» устройство, состоящее из множества деталей. Вообще говоря, светодиодный пакет состоит из подложки, светодиодной матрицы (альтернативно называемой светодиодной микросхемой), предварительно установленной на подложке, и инкапсуляции, сформированной на подложке для покрытия светодиодной матрицы. Инкапсулятор инкапсулирует светодиодный чип и часть носителя для защиты светодиодного чипа и выставляет часть носителя за пределы инкапсулятора, чтобы дать функцию внешних электродов. Линза обычно крепится к светодиодной упаковке с помощью инкапсулята для направления или изменения природы света, излучаемого светодиодом. Светодиодная матрица часто монтируется на большую подложку для рассеивания тепла и упаковки. Подложка может содержать другие схемы, такие как устройство пассивного электростатического разряда. Пакет дополнительно имеет прочные анодные и катодные выводы для пайки к печатной плате.
Теплоотвод светодиодов
Как известно, светодиод также производит нежелательный побочный продукт — тепло во время генерации света. Когда электрон встречается с дыркой, он попадает на более низкий энергетический уровень и производит энергию в виде света (фотон, лучистая энергия) и тепла (фонон, тепловая энергия). Производительность светодиода чрезвычайно чувствительна к рабочей температуре, что делает тепловое управление жизненно важной задачей в дизайне светодиодного пакета. Тепло должно систематически рассеиваться, и / или мощность электропривода (и, следовательно, светоотдача) должна поддерживаться достаточно низкой, чтобы предотвратить дисфункцию или быстрое ухудшение производительности и / или поддерживать эффективность работы.
Существует целый ряд методов, которые были использованы для рассеивания тепла от упакованных электронных устройств. Типичные системы охлаждения могут включать в себя применение теплоотвода и / или вентилятора для охлаждения точки соединения. Теплоотвод — это компонент или узел, который подает генерируемое тепло в низкотемпературную среду. Радиаторы обеспечивают путь для поглощения тепла, производимого светодиодами, и для рассеивания тепла непосредственно или излучением в окружающую среду.
Напряжение для светодиодов
Светодиод переменного тока — это светодиод, который работает непосредственно от линейного напряжения переменного тока, в то время как светодиод постоянного тока использует драйвер для преобразования линейного напряжения в постоянный ток (DC).
Светодиоды — это низковольтные устройства, управляемые током, что означает, что они обычно работают с постоянным током. Светодиоды получают входной сигнал или модулированный прямоугольный входной сигнал для того, чтобы постоянный ток протекал через светодиодные чипы для генерации света. Поэтому интеграция светодиодов в жилые и коммерческие системы освещения (которые традиционно подключаются для приема переменного тока) требует подключения светодиода к цепи «драйвера», которая преобразует переменный ток в подходящий постоянный ток для светодиода.
Светодиодные драйверы можно регулировать освещенность светодиодов, контролируя количество тока, протекающего через светодиоды. Кроме того, светодиодные приводные цепи также могут преобразовывать мощность с одного уровня напряжения на другой.
Как управлять светодиодами?
Светодиоды управляются током, а не напряжением. Когда подается прямое напряжение и ток начинает течь, электроны в отрицательной области прыгают через зону истощения (переход), чтобы рекомбинировать с дырками в положительной области. Каждая рекомбинация электрона и дырки высвобождает квант электромагнитной энергии в виде света. Выход люмена (яркость) светодиода пропорционален прямому току, проходящему через светодиод. Чем выше ток привода, тем ярче светодиод. В то же время, однако, большее количество тепла генерируется на полупроводниковом переходе. Это связано с тем, что светодиоды преобразуют только около 50% энергии в свет, а оставшаяся часть энергии выделяется в виде тепла.
При превышении максимально допустимой температуры перехода высокий тепловой поток может привести к необратимому повреждению светодиода, а также к тепловому падению, которое является уменьшением оптической мощности при повышении температуры. При работе с более высокой плотностью тока высокие кинетические электроны могут генерироваться эффектом шнека. Нерадиационный процесс рекомбинации шнека может привести к снижению эффективности светодиода, известному как снижение эффективности или плотности тока. Таким образом, светодиоды не могут быть чрезмерно управляемыми, потому что это не только вызовет как тепловое падение, так и падение плотности тока, но и резко сократит срок службы светодиода.