Потребностьв проектировании и монтаже внутренних и наружных систем освещения растет скаждым годом. Использовать для решения таких задач старые, проверенные временемлампы накаливания нецелесообразно: они недолговечны и имеют слишком большоепотребление электричества при малой светоотдаче. Их переигрывают так называемыеэнергосберегающие лампочки, но и здесь есть существенный минус – использованиев конструкции токсичных материалов, в первую очередь, ртути. Найти для себя разумнуюальтернативу можно, изучив, как работает светодиодный светильник. Об этом ипойдет речь в статье.

Чтотакое светодиод?

Где-тов 1907 году известный в то время изобретатель и экспериментатор англичанинГенри Раунд впервые обнаружил явление, которое впоследствии назвалэлектролюминесценцией. Изучая особенности распространения электрического тока вразличных материалах. В качестве опытной системы была использована пара«металл-карборунд». При подаче напряжения со стороны последнего наблюдалосьсвечение.

Понятияполупроводников в то время еще не существовало. Но уже тогда ученые навернякапонимали, что была открыта потенциально перспективная технология. Дело в том,что в обычной лампочке свечение генерируется за счет разогрева вольфрамовойнити. То есть, не сам электрический ток, а температура более 2500 К становитсяпричиной. В вышеупомянутом опыте свет также выделяется при подаче на контактытока, но температура является не условием, а следствием процесса. Электрическоеполе возбуждает атомы, вызывая их рекомбинацию, световое и тепловое излучение.

Междутем, если подробнее изучить вопрос полупроводников, то окажется, что далеко некаждый из них способен работать так, как работает светодиод. Примером являетсягомогенный p-n-переход, в котором ширина запрещенной зоны часто несоответствует требуемому энергетическому потенциалу. Кроме того, сам кристаллимеет дефекты, количество которых не позволяет провести рекомбинацию идеально.

Гетерогеннаяструктура кристалла, которую удается получить, используя эпитаксиальнуютехнологию. Если проще, то все сводится к его лабораторному выращиванию. Дляэтого используется специальная сапфировая подложка, которую помещают в камеру.Туда же подается газовая смесь, содержащая необходимые компоненты. Присозданных условиях они постепенно оседают на подложке, формируя многослойнуюструктуру. Точность «выращивания» контролируется вплоть до атомного слоя.Помимо активных слоев на этом этапе создаются контактные выходы – для анода икатода.

Структурасветодиода

Этотминиатюрный кристалл является основным элементом светодиода, в который такжевходят:

·       Основа/подложка. Элемент конструкции, накотором непосредственно монтируется кристалл. Изготавливается из меди илиалюминия – материалов с высоким коэффициентом теплопроводности (эффективностьтеплоотвода является основой нормальной работы полупроводника);

·       Корпус. Узел, в котором собираются всеэлементы светодиода. Обеспечивает габаритные и монтажные размеры прибора;

·       Токопроводящая группа. Комбинация катодаи анода, которые с одной стороны соединяются соответствующими выходами накристалле, а с другой – образуют контактные ножки для интеграции прибора вэлектросхему;

·       Линза. Элемент конструкции, которыйобеспечивает направленное распространение пучка света;

·       Люминофор. Вязкий состав, которымпокрывается сверху кристалл. В большинстве случаев имеет желтый цвет. Онзащищает чип от контакта с окружающей средой, но основная его роль –обеспечение необходимого цвета и яркости излучения.

Последнийкомпонент используется в так называемых белых светодиодах. Дело в том, чтособственное излучение материала, из которого изготавливается кристалл, имеетсиний, зеленый, желтый или другой цвет, но не белый. При прохождении черезлюминофор, в последнем также генерируются световые волны, которые в комбинациидают необходимый цвет.

Устройство b принцип работы лед лампы

Теперьперейдем к следующей стадии развития технологии – укрупнению отдельныхполупроводниковых приборов в макроструктуру. Происходит это путем интеграцииотдельных светодиодов на подготовленную печатную плату с контактной разводкой.Плата, независимо от формы, изготавливается из материалов с хорошейтеплопроводностью, например, того же алюминия. Напомним, что тепло, котороевыделяется при рекомбинации дырок/электронов, нужно максимально отводить,поскольку, перегрев негативно сказывается на характеристиках прибора и егодолговечности.

Интересно!Размещение и напайка светодиодов на плату происходит в специальномроботизированном комплексе с печью. Таким образом, достигается высокаяточность, скорость монтажа и точечный нагрев контактных зон, позволяющийисключить термическое повреждение элементов.

Подключивсборку к цепи питания, можно создать лампу или светильник. И тот, и другойвариант осветительного прибора представляет собой комбинацию плат сосветодиодами. В первом случае вводным элементом является стандартный цоколь, аво втором – провод с вилкой для включения непосредственно в розетку. Такоерешение позволяет использовать их в качестве сменных источников освещения вобычных светильниках с изначально установленными лампами накаливания. Общим,для приборов является наличие монтажного теплоотводящего корпуса и насадки –рассеивателя.

Леддрайвер для светодиодных светильников: принцип работы

Рассматриваяустройство и особенности функционирования осветительных приборов такого типа,нельзя обойти стороной вопрос их питания. Дело в том, что светодиод и собранныйна его базе прибор являются низковольтным оборудованием. Чтобы адаптировать егок параметрам работы стандартной сети, нужно использовать специальный вводнойэлемент – драйвер. Не стоит путать его с обычным блоком питания, которыйограничивает напряжение: в случае светодиодов контролировать приходится, какраз, ток. К примеру, если на информационной табличке драйвера указано «300 мА /3 Вт», то контролируемое напряжение будет равно 10 В. То есть, блок можетконтролировать систему из любого количества светодиодов, суммарный ток инапряжение которых не превышают этих значений: выше этих параметров на контактыне поступит.

Работана пониженных токах является одним из механизмов продления срока службысветодиодных светильников. Если руководствоваться им при выборе конкретногоустройства, то нужно делать ставку на менее мощное. К примеру, к лампам илисветильникам с паспортным током в 350 мА, рекомендуется покупать драйверы,рассчитанные на 300-330 мА.

Естьтакже отдельная группа драйверов, принцип работы которых базируется наподключении конкретного числа светодиодов. В этом случае придется учитывать нетолько токовые, но и компоновочные характеристики.