Преимущества
Если рассматривать преимущества светодиодов, то их наберется весьма значительное количество.
Во-первых, они очень экономичны в плане расхода электроэнергии. На сегодняшний день нет световых приборов, которые могли бы с ними соревноваться по этому параметру. Причем это никак не отражается на силе светового потока, излучаемого элементами на кристаллах.
К экономичности можно отнести и срок службы подобных LED-компонентов, т. к. частое приобретение приборов освещения негативно сказывается на финансовом состоянии. Если посмотреть на статистику, то светодиодные лампы приходится покупать в 10 раз реже, чем люминесцентные, а лампочки накаливания вообще меняются чаще в 35–40 раз. В то же время расход электроэнергии при использовании светодиодов в сравнении с «лампочкой Ильича» ниже на 87%!
Во-вторых, светодиодные лампы удобны и просты в подключении и не требуют при этом каких-то особых навыков. К тому же, к примеру, в тех же рекламных щитах при выходе из строя нескольких элементов не произойдет ничего страшного. На его работе это никак не отразится. Ну а при огромном сроке службы светодиодов решается и проблема их замены. А главное удобство – это то, что работать такие элементы могут практически при любой температуре.
В-третьих, это, конечно, их надежность. Ведь для того, чтобы расколоть лампу накаливания или люминесцентную трубку, не нужно прикладывать особых усилий. А вот со светодиодом придется повозиться. Эпоксидный корпус так легко не расколоть.
Нельзя обойти вниманием и эстетическую сторону данного вопроса, ведь возможность игры с цветом при применении этих источников освещения практически ничем не ограничена, кроме воображения, фантазии человека. Работу со светодиодами можно сравнить с искусством рисования художником своих полотен
А потому, несмотря на то, что в наше время продажи подобных световых элементов пока не слишком внушительны, скорее всего, пройдет совсем немного времени, и светодиоды выйдут на первое место по этому показателю, вытеснив остальные виды освещения с прилавков магазинов электротехники.
Принцип работы
Говоря о том, почему лампочка светодиодная предпочтительнее, надо разобраться, как именно она функционирует. Современные технологии позволили сделать так, что 90% тока преобразовывается в них в свет. В то время как в обычных лампах накаливания этот показатель составляет всего 5%, в люминесцентных вариантах – 25%.
Это достигается благодаря специальной технологии производства светодиодов. Они состоят из нескольких прослоек, в которые входит сапфировая подложка, буферный Gan, токопроводящий n-GaN, активный InGaN, еще один токопроводящий p-GaN слои. Также в каждый светодиод включен анод и катод. Активная часть состоит из тонких слоев полупроводников n- и p-типов. Это все позволяет преобразовывать электроны в фотоны. Правда, достигнуть 100% конверсии не под силу даже этой технологии.
Но для получения белого света необходимо его преобразование из других спектров, а это влечет за собой повышение себестоимости. Конечно, такие светодиодные лампочки для дома достаточно дороги. Но если высчитать себестоимость часа работы, то окажется, что они в разы экономичнее привычных ламп накаливания.
Как функционирует светодиодная лампа?
Источником свечения в данном случае будет светоизлучающий диод, которые состоит из полупроводника с несколькими выходами – катодом, анодом и оптикой.
Когда электроток проходит по полупроводникам в одном направлении, происходит перераспределение носителей заряда. Этот процесс приводит к излучению фотонов (в результате перехода отрицательно зараженных частиц на следующий уровень).
Светодиодная лампа в качестве подсветки
На стандартных схемах светоизлучающие диоды отмечаются со стрелками, что обозначает наличие оптического излучения. Кроме того, присутствует система остывания (радиатор), которая собирает излишки тепла. Еще есть и плафон, который препятствует потере света.
Производители выпускают большое количество LED-лампочек, которые имеют различную конфигурацию и мощность 220 В. Тем не менее, у этих моделей имеется одно и то же внутреннее устройство.
В этих лампочках за излучение света отвечают диоды, количество и габариты кристаллов которых отличается по степени мощности и особенностям радиатора. За спектр цветов отвечает жидкость, которая имеется внутри кристаллов.
Как устроена светодиодная лампочка
На входе к драйверу находится мостовая схема, которая подсоединяется к ламповому цоколю, соединенному с патроном. Именно благодаря такому устройство происходит выпрямление переменного напряжения, которое затем поступает на плату и к диодам.
С целью рассеивания светового потока и защиты поверхности кристаллов от негативного воздействия окружающей среды, с внешней стороны устанавливается стекло (колба из пластика). Поэтому, по внешнему виду светодиодные лампы мало чем отличаются от других изделий.
Эти лампочки, как и другие, вкручиваются в патрон с помощью цоколя. При этом цоколи у таких изделий тоже имеют стандартные габариты, поэтому их получится использовать в сети без каких-либо изменений электрических проводников.
Светодиодные лампы в «классическом» исполнении, причем показанная справа модель очень достоверно имитирует старую лампу накаливания
Выбор простого варианта
Процесс изготовления осветительного прибора со светодиодными лампами достаточно прост и не занимает много времени. Опытный электронщик сможет создать светильник с нуля, имея под рукой необходимые детали и инструменты.
Если начинающий мастер берется за такое дело впервые, то работа должна основываться на советах профессионалов или пошаговых инструкциях, как сделать светодиодную лампу своими руками. В этом случае специалисты рекомендуют начинать с переделки готового светильника, работающего от ламп накаливания.
Перед началом работы подготовьте материалы. От них зависит желаемый результат.
Выбор светодиодов
Прежде чем приступить к работе, необходимо определиться, какие светодиоды вам нужны. Все лампы можно разделить на два типа:
- мощный;
- малая мощность
Выбор в этом случае будет зависеть от характеристик собранного светильника, так как один мощный светодиод приравнивается к пятнадцати малопотребляющим. То есть, выбрав последнее, работы будет больше. Поэтому начинающему мастеру стоит выбирать светодиодную лампу мощностью 1 Вт Детали этого типа также делятся на два типа:
- для поверхностного монтажа;
- производство.
Новичку лучше выбрать второй вариант.
Источник питания
Для правильной работы светодиодных ламп им необходим качественный блок питания, также называемый драйвером тока. Контроллеры имеют несколько разновидностей:
- кейс;
- без рамы;
- с гальванической развязкой;
- без гальванической развязки.
При переделке простой лампы на светодиод больше подойдет бескаркасный блок питания с гальванической развязкой.
Этот элемент небольшой, практически не греется, но его сложно установить. Гальваническая развязка обеспечивает безопасность, защищая от поражения электрическим током при случайном прикосновении к рабочему светодиоду.
Необходимость охладителя
Чтобы светодиод работал долго, он не должен перегреваться. Для отвода тепла от элемента необходим алюминиевый радиатор. Для лампочки 1Вт понадобится рассеиватель 5х5см, если брать меньше эффекта не будет, площадь играет важную роль.
Изготовление светодиодного модуля
Для создания простого светильника вам потребуются специальные детали:
- светодиодные лампы по 1 Вт — 3 шт;
- блок питания 300мА;
- двухсторонний скотч с теплопроводными свойствами;
- алюминиевая пластина толщиной 6 см и 1 мм в качестве радиатора.
Теплопроводящая липкая лента наклеивается на предварительно обезжиренную поверхность радиатора. Снизу также устанавливаются предварительно обработанные светодиоды, не забывая соблюдать полярность.
Также с помощью тончайшего проводка светодиоды спаяны между собой. Затем концы проводов крайних ламп припаиваются к контроллеру.
Проект должен быть подключен к сети и поддерживаться в рабочем состоянии в течение нескольких часов, чтобы проверить его. Особенно следует проверить радиатор; Не должно быть слишком жарко.
Готовое устройство можно сделать из коробки из любого доступного материала. На фото светодиодных светильников ручной работы можно увидеть множество интересных примеров декорирования: плафоны из пластиковых стаканчиков или фигурок из картона, проволочных или деревянных конструкций.
Чтобы сделать более мощную лампу, вам понадобится больше светящихся элементов и более мощный драйвер. Можно сделать длинную светящуюся ленту и использовать ее для сборки светодиодных потолочных светильников своими руками.
Как устроенны светодиодные лампы?
Конструктивно, светодиод включает располагающиеся по противоположным сторонам излучающего кристалла катод с анодом. Кристалл легируется с одной стороны акцепторной примесью, с другой – донорской. Располагается он на подложке, выполняемой из различных материалов – кремния и пр. или же внутри колбы из стекла.
Все различия между светодиодными светильниками основаны исключительно на форме плафонов, потребляемой мощности, световой и цветовой отдаче, сам принцип работы светодиодных ламп не меняется. Стандартно для них используется напряжение в 4В, 12В и в 220В.
Принцип работы светодиодных ламп основан на получении светового излучения из светодиодов при пропускании через эти элементы электрического тока. Устройства могут использоваться поодиночке или же объединяться в группы в различном количестве. В последнем случае в осветительный прибор встраивается специальная управляющая их работой микросхема.
Также в конструкцию светодиодных светильников включается преобразователь тока из электросети в рабочий, параметры которого могут значительно различаться. Собственно светодиод является образчиком полупроводникового аналогового элемента. Свою «карьеру» это устройство начинало как средство индикации в микроэлектронике.
Характеристики
Филаментные лампы выпускаются в ограниченном диапазоне потребляемой мощности – от 4 до 8 Вт, что эквивалентно 85 Вт ЛН. Это связано с проблемой охлаждения светодиодной нити. Такая лампа способна создать поток света, равный 980 лм. Светоотдача составляет около 120 лм/Вт. Производители заявляют срок службы изделия около 30 тыс. часов. Световая температура филаментных светодиодных источников света находится в пределах 2 700 К.
Сравнение ламп от разных производителей
Признанный российский производитель Томский завод осветительных приборов Rusled реализует филаментные устройства под торговой маркой “Лампочка Томича”. Изделия этой фирмы нацелены на замещение импортной продукции. Выпускаются лампы трех модификаций: 4, 6, и 8 Вт со световым потоком 400, 600 и 800 лм соответственно. Производитель заявляет ресурс изделия равным 15 тыс. часов.
Изготовление филаментных источников света проводится на базе производства ЛН с использованием китайских комплектующих. При проведении независимого тестирования практически все заявленные характеристики были подтверждены. Однако ресурс изделий не выдерживает никакой критики. Из 30 тестируемых ламп за 2 месяца вышли из строя 26 шт. Связан ли брак с переходным периодом и модернизацией оборудования, не понятно.
Другой российский производитель из Саранска – Лисма – выпускает модели 4, 6, 8, и 9 Вт. Филаменты несколько отличаются от “томичей”. В этих изделиях стеклянная подложка покрывается кристаллами и люминофором только с одной стороны, вторая остается чистой. Это позволяет еще больше повысить срок службы кристаллов за счет увеличивающегося теплоотвода. Производитель гарантирует исправную работу источников света в течение 30 тыс. часов.
При проведении тестирования температура колбы 8- и 9-ваттных ламп составила 70 и 85°С соответственно. В этом случае сложно говорить о длительном сроке службы изделия. В этих же моделях и другие параметры, кроме пульсации, не соответствуют заявленным.
В большинстве случаев поломки филаментных ламп происходили из-за низкого качества изготовления драйвера. При разборке было выявленно повышенное (более 300 В вместо 160 В) напряжение, что говорит о выходе из строя источника питания. Эти поломки характерны для изделий обоих производителей. Хотя необходимо отметить, что процент брака у Лисмы ниже и составляет 20-25%.
Преимущества филаментных ламп
Положительными качествами филаментных ламп являются:
- совместимость с патронами Е27 и Е14;
- низкое энергопотребление;
- большой световой поток и высокое качество света;
- длительный срок службы;
- экологичность, утилизируются как бытовые отходы;
- низкая рабочая температура нити.
Благодаря этим характеристикам спрос на филаментные светодиодные лампы и их производство будут расти.
Недостатки
Как и любые недавно выпущенные изделия, эти лампы имеют свои отрицательные стороны:
- высокая цена;
- низкая прочность стекла;
- большой процент брака;
- отсутствие низковольтных аналогов.
Дальнейшее развитие производства должно привести к уменьшению цен и повышению качества продукции.
Предыдущая ПодсветкаВыбор подсветки для аквариума и как сделать самостоятельно Следующая Светильники, браКак выбрать подходящий светильник для аквариума
Спасибо, помогло!Не помогло
Какие виды светодиодов можно встретить на прилавках
Такие световые элементы могут отличаться по множеству признаков, но все же виды их классифицируют по конструктивным особенностям. Их можно отличить по маркировке, в которой указываются следующие обозначения:
- DIP – это как раз индикаторный светодиод с небольшой силой светового потока. Корпус его состоит из эпоксидной смолы и имеет форму цилиндра с выпуклым или впалым верхом, играющим роль линзы. Внутри может быть 1, 2 или 3 кристалла разных цветов. В таком случае и ножек выводов будет больше – 2, 3 и 4 соответственно. Его прямым потомком стал диод «пиранья», который имел повышенную светоотдачу, однако он сильно нагревался и имел большой размер, а потому его производство прекратилось;
- SMD – это уже современные элементы, о которых сегодня мы расскажем подробно. Они имеют малые размеры, но яркость их значительно выше, чем у предшественников. Они используются для осветительных приборов, таких как лампы и светодиодные ленты;
- COB – одно из последних достижений в этой области. Представляет собой пластину, в которой находится множество кристаллов. Такие элементы имеют ровный и яркий свет и используются, помимо простых ламп, в прожекторах;
- «Cree» — сверхъяркие компоненты, которые производит одноименная фирма, не передающая технологию и право изготовления никому. Фонари на таких элементах могут светить на расстояние даже в 2 км.
Светодиоды «Cree» — они очень маленькие
Теперь, поняв какие бывают светодиоды, можно перейти к разбору их положительных и отрицательных качеств.
Есть ли минусы у осветительных светодиодов?
О положительных сторонах таких элементов можно говорить очень долго. Мы постараемся слишком не нагружать уважаемого читателя большим объемом информации, описав все наиболее кратко.
Осветительные приборы на таких элементах очень экономичны – вся потребляемая электроэнергия преобразовывается в световую (нагрева практически нет), что и позволяет повысить их коэффициент полезного действия почти до 100% (для сравнения, КПД лампы накаливания всего 5-15%). Срок их службы обычно около 50000 часов, что может составить от 6 до 10 лет, что создает дополнительную экономию бюджета на приобретении осветительных приборов. Да и отсутствие нити накала вкупе с прочным корпусом создает дополнительную защиту от вибрации.
Многоцветные светодиодные ленты сейчас очень востребованы
Большим преимуществом является пожарная безопасность. Подобные LED-лампы работают при помощи драйверов, которые понижают напряжение, подаваемое на светодиоды. Так же драйвер регулирует и напряжение, не позволяя резкому скачку вывести из строя элементы или создать ситуацию, при которой они могут взорваться.
Что же касается недостатков, то они совсем незначительны. Конечно, раньше стоимость таких осветительных приборов была довольно высока. Но сейчас, если сравнивать цены на светодиодные лампы и стоимость КЛЛ, то они практически сравнялись. Многие считают недостатком то, что светодиодную ленту необходимо подключать через блок питания. Однако, как выяснилось, это скорее достоинство, обеспечивающее безопасность.
Удивительное оформление праздника при помощи светодиодов
Устройство светодиодных источников
Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.
Из чего состоит светодиодный светильник:
- Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
- Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
- Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
- Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
- Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.
Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.
Брендовая продукция
Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:
- Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
- Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
- Набор чипов.
- Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
- Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
- Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.
Низкокачественные изделия
Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.
Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.
Филаментные приборы
Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания
Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы
Работает на основе светодиодных нитей
Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне – эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов
Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне – эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.
Низкокачественные китайские лампочки
При разборе фирменной лампы можно обнаружить все необходимые для надежности и долговечности конструктивные элементы. Но если заглянуть под корпус дешевого китайского изделия, то первое, чего вы не обнаружите — радиатор и драйвер.
Драйвер обычно заменяют блоком питания с неполярным конденсатором, неспособным стабилизировать ток на выходе. Устанавливают такой блок в центр платы с диодами. Если взглянуть на нее сверху, то можно увидеть диодный мост с резисторами, снизу — два конденсатора. Это позволяет существенно уменьшить стоимость и качество изделия.
Для охлаждения прибора в корпусе проделывают небольшие отверстия. Эффективность низкая, кристаллы очень быстро перегорают. Плата установлена на пластиковом корпусе и закреплена защелками. Для соединения с цоколем используют два спаянных провода.
Устройство светодиодных ламп для цепей переменного тока напряжением 220В
Светодиодные лампочки состоят из следующих компонентов:
- Цоколя (Е27, Е14, Е40 и так далее) для вкручивания в патрон светильника, бра или люстры;
- Диэлектрической прокладки между цоколем и корпусом;
- Драйвера, на котором собрана схема для преобразования переменного напряжения в постоянного необходимой величины;
- Радиатора, который служит для отвода тепла от светодиодов;
- Печатной платы, на которую впаиваются светодиоды (типоразмеров SMD5050, SMD3528 и так далее);
- Резисторов (чипы) для защиты светодиодов от пульсирующего тока;
- Светорассеивателя для создания равномерного светового потока.
Что же такое светодиод?
По своему строению это многослойный полупроводниковый кристалл, который преобразует электроэнергию в обычный свет. А как это происходит, нужно разобрать более детально.
При различных вариациях компоновки чипов можно создать четыре варианта светодиодов:
- DIP – кристалл с двумя проводниками, над которым находится увеличитель. Это более распространенный вариант (гирлянды, уличные вывески и т. п.).
- «Пиранья» – по своей сути то же, что и DIP, только с 4 выводами, за счет чего является более надежной. Основная сфера применения – автомобили (подсветка, ходовые огни).
- SMD – с улучшенным теплоотведением и уменьшенными размерами за счет размещения сверху. По этой же причине имеет и много вариаций сборки. Применяется в различных световых приборах.
- СОВ – впайка кристалла производится непосредственно в плату. Плюс в более высокой защите от перегревания, к тому же свечение более интенсивно. Из минусов – при перегорании одного чипа меняется все полностью, т. к. отдельный чип заменить нет возможности.
Светодиодная лампа 220 В.
Устройство и принцип работы
Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.
Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы
Конструктивно led лампочка состоит из:
- Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
- Колбы или рассеивателя — может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
- Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
- Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.
Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.
Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:
При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.
Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы
- Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
- Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
- Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
- При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.
В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.
