Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Содержание

Мощные светодиоды, характеристики

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Многие из вас видели разницу цен в отечественных и китайских интернет-магазинах на мощные светодиоды. Модель на 50W в Китае стоит 100руб, в России 500 руб. Внешне они похожи, энергопотребление одинаковое, отличий никаких не видно.

На самом деле есть много технических характеристик, которые используют китайцы для максимального удешевления LED. При этом очень сильно страдает и качество и параметры.

Но для плохого и дешёвого диода не пишут реальные параметры, указывают от качественных LED. Обычно пишут те же стандартные 50.000ч. службы, такую же мощность. Будут рассмотрены только сверхъяркие светодиоды белого света на 100вт, 50вт, 30вт, 20вт, 10вт.

Инфракрасные ИК, ультрафиолетовые УФ, RGB будут участвовать в отдельных обзорах и тестах.

  • 1. Размер
  • 2. Параметры сверхярких светодиодов
  • 3. Характеристики от китайцев
  • 4. Пример характеристик от Bridgelux
  • 5. Цена
  • 6. Разброс параметров
  • 7. Материал основания
  • 8. Проводники
  • 9. Самые мощные
  • 10. Линзы для оптики

Размер

Образцы на 10W

Иногда продавец в спецификациях на светодиоды 10 вт, 20 вт, 30 вт, 50 вт, 100 вт пишет размер используемых кристаллов, в единицах «mil». Это единица измерения равная одной тысячной дюйма, или 0,0254 миллиметра. Чтобы проверить продавца на честность, можно измерить микрометром размеры кристаллов. Только требуется полная разборка с демонтажом силиконового покрытия, удалением слоя люминофора.

Светодиодные матрицы состоят из стандартных кристаллов на 1 ватт, которые ставятся с одноватники в корпусе Эмиттер. Стандартные габариты чипа 30*30mil и 45*45mil, в миллиметрах 0,762*0,762мм и 1,143*1,143мм.  Номинальный ток 300мА.

Количество чипов можно просто посчитать под люминофором. На цветных и трехцветных RGB светодиодах они ничем не закрыты. Если их 50 штук, то реальная будет 50 ватт.

Исключением является светодиод 10W, у него их 9 штук. Еще один приплюсовали маркетологи, для увеличения продаж.

Слева 45*45mil, справа неизвестные микроскопические

Параметры сверхярких светодиодов

Примеры на 1W и 3W в корпусе эмиттер

Чтобы удешевить стоимость, китайцы решили ставить на 10W, 20W, 30W, 50W, 100W кристаллы поменьше и похуже  на 0,5W и 0,75W, для которых номинальный ток 150мА и 220мА. Для них 300мА будет слишком много, они будут сильно деградировать и греться. Хорошие кристаллы должны иметь размер  от 30*30mil до 45*45mil.

Соответствие размеров и мощности:

  1. 1W  = 45*45mil;
  2. 1W = 30*30mil;
  3. 0,75W = 24*40mil;
  4. 0,5W = 24*24mil.
  5. 0,5W = 20*20mil для SMD5730

Bridgelux, Epistar, Epileds

Характеристики от китайцев

Заботливый продавец на странице с товаром размещает таблицу с параметрами светодиодных матриц. Если эти данные не указаны, то покупать в этом месте не советую, может быть большой разброс в качестве.

В таблице для 24*24mil вы видите, что продавец указывает стандартную мощность 10вт, 20вт, 30вт, 50вт, 70вт, 100вт и количество установленных кристаллов. Внимательно смотрим на напряжение и силу тока.  Для 100вт количество вольт 30-32В, Ампер 2-2,1А.

Вычисляем мощность для 24*24mil:

  • минимальная 30В*2А = 60вт;
  • максимальная 32В*2,1А = 67,2вт;
  • то есть вместо обещанных 100вт, будет 60-65вт.

Значение в 60-65вт всё равно завышено, так как 1 чип на 0,5W, то реально там 50W, а продали нам его как 100вт. Кристаллы и так самые дешевые и самые плохие, поэтому любой разгон им противопоказан.

Вычисляем для 24*44mil:

  • минимальная 30В * 2,850А = 85,5W;
  • максимальная 32В * 3А = 96W;
  • среднее будет 90W.

По таблице получили 90W, реально там 75W, завысили на 15W.

Посчитаем для 30*30mil:

  • минимум 32В * 2,8А = 89,6W
  • максимум 34В * 3,5А = 119W
  • среднее 105W

Размер 30*30mil обеспечивает  обещанные технические характеристики. Такие же чипы ставятся в обычные качественные одноватники 1W с энергопотреблением 10вт, 20вт, 30вт, 50вт, 70вт, 100вт

Пример характеристик от Bridgelux

..

Покажу характеристики мощных светодиодных COB матриц от мировых производителей. Используйте эту таблицу для сравнения с бюджетными. Световой поток зависит от цветовой температуры, чем она выше, тем лучше эффективность Люмен на Ватт. Еще зависит от индекса цветопередачи, при CRI70 показатель светоотдачи до 128 лм/вт.

Разница по этим параметрам для одинаковой мощности, например 50W, получается:

  • CRI90, 2700К, 50вт = 80 лм/вт;
  • CRI70, 5600К, 50вт = 128 лм/вт;
  • 128лм/вт — 80лм/вт = 48лм/вт разница, или 60%.

Цена

Осталось самое интересное, это цена таких изделий на 10W, 20W, 30W, 50W, 100W. Укажу цены в рублях, по которым покупал. Как вы видите цена отличается в 3-4 раза.

Покупая дешевое барахло не надейтесь на чудо, что вам повезёт и попадется хороший. единственный способ длительной эксплуатации, это использование заниженного тока.

Таким образом можно избежать активной деградации и лишнего нагрева.

Энергопотребление24*24mil24*44mil30*30mil
10W33 руб.20 руб.129 руб.
20W7863226
30W9882278
50W131107302
70W150
100W205121р.453

Максимум такие чипы можно нагревать до 60° и это  температура кристалла, а не корпуса. Критическая будет 70°. У мощных фирменных  нагрев допустим до 110°, у самых качественных и дорогих до 150°.

Световой поток, конечно же у них прилично завышен, китаец обещает 100 лм/вт. Реально  бывает от 60 до 80лм/вт.  У качественного фирменного этот показатель 105-120 лм/вт.

Эту информацию можно использовать для возврата денег за товар. Вас обманули, если реальная мощность оказывается в 2 раза меньше. Открываем диспут на Aliexpress и просим возврат половины суммы. Две недели назад купил таких диодов на 2000 руб. скоро придут и буду просить возмещение ущерба за обман.

Разброс параметров

Дешевые светодиодные чипы на 10, 20, 50, 100 ватт могут иметь достаточно большие отличия по параметрам. Из-за этого часть чипов будет сильнее греться и деградировать, соответственно они быстрее выйдут из строя. Для проверки включите на очень малом токе, чтобы они немного светились. Визуально вы увидите, что некоторые кристаллы светят  сильно, а другие плохо.

Материал основания

Для удешевления стоимости, китайцы в качестве материала основания используют алюминий или его сплавы. У качественных применяется медь, у которой лучше теплопроводность. Поэтому качественный мощный светодиод должен весит в 2-3 больше, чем дешевый.

Проводники

Для подключения кристаллов к контактам используют тонкие нити в количестве от 2 до 4 штук. И тут можно сэкономить, заменив 4 золотые нити на медные или уменьшив количество до 2 штук. Еще один вариант, это медная нитка покрытая золотом сверху, найти разницу очень сложно.

Они отвечают за силу тока, на которой диод может работать. Они делаются с запасом, чтобы выдерживать скачки напряжения и не перегорать. На бюджетных матрицах их меньше или они сделаны из меди, проводимость которой ниже. По этой причине они часто  выходят из строя.

Некоторые из вас уже сталкивались с подобным явлением на светодиодных габаритных лампах. Китайская лампочка со стабилизатором питания отработает меньше часов, чем лампа на фирменных диодах без стабилизатора. У фирменного качественные проводники, которые хорошо выдерживают скачки в автомобильной сети, которые бывают до 30В.

Самые мощные

Кроме распространённых на 10 вт, 20 вт, 30 вт, 50 вт, 100 вт бывают и самые мощные светодиоды на 150W, 300W, 500W. По результатам тестирования световой поток при наличии оптики на диоде 500 ватт плавит снег на расстоянии нескольких метров. Благодаря большому размеру установленных кристаллов, из них вылетают очень жирные и разогретые фотоны.

Линзы для оптики

При изготовлении светодиодных прожекторов и светильников самое сложное это найти подходящий корпус, который будет фокусировать, защищать, охлаждать. Обычно в наличии бывает радиатор и драйвер, как основа конструкции.

Один из самых простых способов закрыть мощный светодиод и сфокусировать его световой поток, это установка линзы-коллиматора. Комплект состоит из хромированной рамки, отражателя и линзы. Фокусирование света может быть от 5° до 90°. Достаточно закрепить светодиод на любом радиаторе и закрыть его сверху.

Он будет полностью защищен от внешних воздействий, вдруг вороны выклюют его.

Premium WordPress Themes DownloadDownload WordPress ThemesFree Download WordPress ThemesDownload Premium WordPress Themes Freedownload micromax firmwareDownload WordPress Themes Free

Источник: http://led-obzor.ru/moshhnyie-svetodiodyi

Радиатор для светодиодов: назначение, виды, делаем своими руками

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

При сборке светодиодного прибора немаловажно правильно выбрать, спроектировать и установить систему для его охлаждения — радиатор для светодиодов. Если тепловой режим для работы светодиода подобран неверно — это впоследствии приведет к его перегреву и выходу из строя.

Зачем нужно охлаждать светодиод

Мнение о том, что светодиод не нагревается ошибочно. Оно строится на том, что прикасаясь к такому маломощному прибору, не чувствуешь тепла. Согласно, закона сохранения энергии: энергия не появляется из ничего и не пропадает бесследно, а преобразуется из одного вида в другой.

Светодиоды, как твердотельные источники света, излучают видимую часть спектра и выделяют при этом тепло. Вследствие термоэлектрических явлений, происходящих в полупроводниковых светодиодах, выделяется тепло. В прямой зависимости от температуры нагрева светодиодов меняются его показатели и характеристики.

Такая сильная зависимость показателей от температуры приводит к тому, что:

Рис. 1.

График зависимости показателя относительного светового потока от температуры перехода (светодиод MKR)

  • полупроводниковый переход при нагреве светодиодного кристалла деградирует, и он быстро изнашивается, а срок эксплуатации снижается;
  • тепловой рубеж у светодиодов, после которого наступает пробой, достигается после повышения температуры до 150°С. В зависимости от применяемых материалов, изменяется количество светового потока и срока износа;
  • постепенно уменьшается количество светового потока, что отражают кривые зависимости, изображенные на Рис.1;
  • с изменением температуры меняется и величина прямого падения напряжения на светодиоде. При нагреве источника света увеличивается показатель прямого падения напряжения. На графиках кривыми изображается такая зависимость.

Перечисленные выше причины являются серьезным поводом, чтобы обеспечить отвод тепла от светодиодного прибора.

Как охлаждать светодиод

Эффективным способом охлаждения кристалла будет отвод избыточного тепла, используя явление теплопроводности.

В радиоэлектронике для теплоотвода применяют радиаторы, с помощью которых тепло отводят в атмосферу двумя способами. При первом способе охлаждения – пассивном, одна часть тепловых инфракрасных волн излучается в атмосферу, а вторая уходит благодаря конвекции теплого воздуха от радиатора (Рис. 2).

В светодиодах с невысокой мощностью при этом пассивном способе тепловой конвекции тепло проводится через металлические контакты, показатель теплопроводности которых позволяет в достаточном объеме отводить его излишки от кристалла. Более длинные контакты позволяют лучше отводить и рассеивать тепло по плате.

Недостатком пассивного метода является большой размер, вес и высокая стоимость устанавливаемого теплоотвода.

Рис. 2. Пассивный способ тепловой конвекции

Турбулентная конвекция относится ко второму активному способу охлаждения. Для вывода тепла из мощных светодиодных приборов на радиаторе закрепляется смонтированный на подложке кристалл.

Размеры, форма и количество ребер радиатора напрямую зависят от мощности диода. В систему встроены механические устройства и вентиляторы, создающие активные потоки воздуха (Рис.3).

К примеру, лампы мощностью 20 ватт в фарах автомашин бизнес-класса принудительно обдуваются встроенными куллерами.

Этот способ более производительный, но применим только в условиях хорошей погоды и отсутствии большой запыленности помещения.

Рис.3. Вентиляторы для активного способа охлаждения

Установка радиатора снижает процесс перегрева светодиода, что позволяет в несколько раз увеличить срок его эксплуатации.

Типы радиаторов

Перед сборкой устройства необходимо определиться с типом используемого радиатора:

  • штыревой или игольчатый (Рис.5);
  • ребристый (Рис.4).

При необходимости естественного охлаждения источника света применяют первый тип, а в случае принудительного — второй. Обычно штыревой, при одинаковых размерах с ребристым, производительнее на 70 %.

Рис.4. Радиатор ребристый

Радиатор ребристого типа в основном применяют при активном способе отвода тепла. Но при определенных геометрических параметрах его используют в пассивном способе.

Рис.5. Радиатор игольчатый

Когда дистанция между иглами равна 4 мм, устройство предназначается для естественного теплоотвода, а при зазоре 2 мм радиатор укомплектовывают вентилятором.

Материалы для радиаторов

Для долгой и производительной работы светодиода очень важно подобрать качественный материал для радиатора. Его выбирают по определенным требованиям и показателям. Показатель теплопроводности должен находиться в пределах 6-10 Вт. При более низком показателе материал не проведет тепло, которое попадает в воздух.

При показателе теплопроводности выше 10 Вт, эффективность работы устройства по техническим показателям не возрастет, а затраты на материал будут лишней тратой денег. Наиболее подходящими материалами при производстве считаются алюминий, керамика, медь.

В редких случаях изготавливают прибор из материалов, включающих в состав пластмассы, способствующие рассеиванию тепла.

Светодиодный радиатор чаще всего изготавливают из прессованного алюминия, поскольку он лучше других материалов отводит тепло.

Главным изъяном алюминиевого радиатора для светодиодов считают большое количество слоев в изделии, что способствует появлению переходного теплового сопротивления.

Что бы преодолеть такое сопротивление, необходимо добавить в изделие материалы, обладающие теплопроводными свойствами и заполняющие воздушные прослойки: клеящие вещества, изоляционные пластины и др.

Преимущество медного радиатора, по сравнению с алюминиевым, в более высокой теплопроводности. Недостаток его в более тяжелом весе изделия и меньшей податливости металла. Метод прессования медного и обработка резанием очень затратные способы изготовления.

Более приемлемым вариантом отвода тепла является подложка из керамики. К ее токоведущим трассам припаивают светодиоды, что позволяет увеличить теплоотвод в два раза по сравнению радиаторами, изготовленными из металла.

Рассеивающая тепло пластмасса по стоимости дешевле алюминиевого изделия. Так как теплопроводность самой пластмассы составляет — 0,2 Вт/м, то достичь приемлемого показателя возможно, только за счет добавления наполнителей. Если алюминиевый радиатор заменить на пластмассовый, такого же размера, то температура в зоне подвода увеличится на 5%.

Проводим расчет площади радиатора

Обратите внимание, для правильного расчета площади радиатора учитывают параметры полезной площади рассеивания, а не поверхностной площади.

При подсчете полезной площади (S) включают сумму площадей ребер и подложки в квадратных метрах. Нужно учесть, что у каждого ребра две отводящие поверхности. В таком случае S теплоотвода прямоугольной формы S — 1 см2 составляет — 2 см2.

В результате проводимых экспериментов была выведена формула расчета требуемой площади теплоотвода:

S = (22 – (M x 1.5)) x W, в которой

S – площадь теплоотвода радиатора; W –мощность подведенная (Вт); M –мощность светодиода. Для пластинчатых радиаторов сделанных из алюминия можно применить следующие примерные данные рассчитанные специалистами из Тайвани:

  • 1 Вт: 10 ÷ 15 см2;
  • 3 Вт: 30 ÷ 50 см2;
  • 10 Вт: приблизительно 1000 см2;
  • 60 Вт: 7000 73000 см2.

Поскольку диапазон указанных данных имеет большой разбег и определены они в условиях для климата южной страны, то величины не являются абсолютно точными и подходят для предварительного подсчета.

Более подробную информацию о расчете площади радиатора можно получить, просмотрев видео.

Как сделать радиатор своими руками

Радиатор — важная деталь в работе LED, от его качества зависит долговечность светодиода. Сделать своими руками радиатор из подручных материалов можно следующим способом:

  1. Самодельно. Вырезав круг из листового алюминия, по краям делают надрезы. Как показано на Рис.6, усики отгибают как у вентилятора. 4 усика отдельно отгибают по осям теплоотвода для последующего прикрепления конструкции к основанию светодиода. Закрепить конструкцию можно саморезами, предварительно нанеся термопасту.

    Рис.6. Самодельный алюминиевый радиатор.

  2. При втором способе используют профиль (из алюминия) и отрез трубы с прямоугольным сечением 30х15х1,5. (Рис.7). Дополнительные материалы: профиль 265, пресс-шайба 16 мм, термоклей, термопаста, саморезы. Сначала просверливают в трубе 3 отверстия 8 мм, потом в профиле – 3,8 мм – для последующего закрепления саморезами. Термоклеем клеят источник света к трубе, как к основанию, предварительно наносят термопасту в местах приклеиваемых частей. Используя саморезы и пресс-шайбы собирают всю конструкцию.

Чтобы соединение получилось прочным, светодиод после нанесения клея придавливают на четыре часа не тяжелым грузом.

Рис.7. Профильная труба для радиатора

Выбирая радиатор для светодиода стоит обязательно учесть тип материала из которого он состоит и его площадь. Не правильно подобранный радиатор существенно сократит срок службы светодиода, а в некоторых случаях может и вовсе вывести его из строя в первые часы работы.

Источник: http://ledno.ru/svetodiody/radiator-dlya-led.html

Разбираем устройство светодиодных прожекторов, смотрим на составные части

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Светодиодный прожектор

Еще до недавнего времени светодиодные прожекторы были достаточно дорогими. Не каждый мог себе позволить их купить. Технологии не стоят на месте. Светодиоды усовершенствуются, драйвера становятся дешевле и т.д. и т.п. Соответственно конечный продукт становится на порядок дешевле своих предшественников.

Основное предназначение любого прожектора – освещение больших пространств. И не важно, что это – архитектурные сооружения или территория. ПО сравнению с другими источниками света – ДНАТ, ДРИ или ДРЛ окупаемость LED прожекторов достаточно быстра.

Мощности светодиодных прожекторов сильно варьируются и могут быть от 10, 20, 30 Вт и до особенно мощных – 50, 100 и более Вт. В своей основной массе прожекторы выпускают с цветовой температурой не менее 6500 К. Оно и понятно.

Мы не ставим такой источник света в квартире. Мы устанавливаем его на улице, а соответственно хотим получить яркий, “сильный” свет.

Именно такая температура даст нам максимально большой световой поток, по сравнению с 2700, 3000 К или 4500 К.

Вообще, устройство любого светодиодного прожектора практически не отличается друг от друга и не зависит от места установки: будь это прожектор на 220В, 110В мощностью 50 или 10 Вт (100Вт), уличного или промышленного исполнения.

Светодиоды в LED прожекторах

Из названия самих источников света понятно, что одним из основных компонентов стоит считать светодиоды) Масло масляное). Наиболее востребованными остаются LEDs следующих типов:

  • мощные светодиоды 350 мА ( 1,3,5 Вт )
  • сверхмощные диоды на основе COB технологии ( по мне – так самые предпочтительные )
  • SMD светодиоды

Об основных достоинствах, недостатках, строении и т.п. можете прочитать в этом материале. Ниже я только заострю на основные отличия между данными типами диодов. Всю остальную информацию можно прочитать по ссылке, указанной выше.

Особенность устройства мощных светодиодов 1,3,5 Вт для прожекторов

Визуально Вы не сможете определить разницу между мощными диодами 1,3,5 Вт, если, конечно не “супер профессионал”. Разницу можно определить только по силе света. И то, не всегда. Могут быть подвохи. Если есть специальный инструмент, то можно определить какой мощности диод, сравнив размеры самого кристалла. Но не у всех есть такие приборы. Да и в повседневной жизни они не очень нужны.

На фото Вы можете видеть, что производство таких типов диодов достаточно сложное. А это ведет к удорожанию последних.

По большому счету, мощные диоды 1,3,5 Вт уже устарели. Если брать во внимание из использование в светодиодных прожекторах. Для получения более-менее качественных световых характеристик диодов нужно большое количество. А это далеко не лучший вариант с позиции ценообразования. Я давно уже наблюдаю, как большинство продавцов пытается “хотя бы” куда-нибудь сбыть свой товар.

Но есть и плюсы в таких LEDs – тепловой нагрев. С ним достаточно просто справиться, по сравнению с другими типами чипов.

Сверхмощные светодиоды на основе технологии COB для прожекторов

На 2015-2016 года прожектора на таких диодах получили огромное предпочтение у покупателей.

И это не только из-за дешевизны чипов, но и по большей части от того, что в один такой диод с легкостью можно “запихать” несколько кристаллов и получить от 10, 20, 30, 50 ВТ и более.

Вплоть до 500 Вт! Есть уже и такие диоды. Я их не “пытал”, но думаю с теплоотводом проблемы просто жуткие должны быть.

Конструктивно СОБ диоды также имеют большие отличия. От круглых, овальных, до прямоугольных и квадратных. В один корпус помещается от 9 до нескольких десятков кристаллов и заливаются люминофором.

Качественные светодиодные прожекторы отличаются от дешевых именно хорошими чипами. На хороших плата состоит из сплава меди, либо материалов повышенной теплопроводности. Это дает возможность получить до 0,5 К/Вт. Это позволяет получить эффективный теплоотвод. Большой популярностью на COB диодах стали прожектора мощностью 10, 20, 30 и 50 Вт.

Сверхяркие SMD светодиоды в устройстве прожекторов

SMD светодиоды получили свое название от английского Surface Montage Details – поверхностный монтаж деталей. Самыми распространенными SMD в прожекторах являются SMD 5050, SMD 2835 и SMD 5630 (5730).

Также в продаже частенько замечаюи и СМД 7230, но пока их не тестировал и ничего про них сказать не могу. Но по первому впечатлению светят более, чем добротно. Производство прожекторов на любых диодах для поверхностногоомнтажа экономически оправданы.

Стоимость достаточно низкая ( по сравнению с COB ) диодами, плюс к этому достаточно просто “бороться” с отводом тепла.

Виды и типы LED прожекторов на разных светодиодах

Вид прожекторов на разных диодах

В зависимости от устанавливаемых в корпус прожекторов диодов, последние имеют разнообразные виды и формы. Наиболее компактные – на СОБ диодах, средний размер имеют прожекторы, устроенные на SMD и самые большие – на мощных диодах 1,3,5Вт.

Вообще, большой размер прожекторов на мощных чипах обуславливается только тем, что для хорошего светового потока требуется много диодов.

Также не стоит забывать о необходимости устанавливать на такие светодиоды и вторичную оптику ( коллиматоры, линзы ), что также влияет наконечный размер прожектора.

Отражатели и линзы в LED прожекторах

Устройство прожекторов немыслимо без отражателей и линз. Оба этих оптических прибора служат для формирования определенного угла светового потока, получаемого мощными светодиодами. Правильно подобранная оптика максимально увеличит эффективность и плотность светового потока. Вся имеющаяся оптика подразделяется на линзы и на отражатели для светодиодов.

Линзы для светодиодов в прожекторах

Большинство линз выпускают из прочного стекла наивысшего качества. По большей части их устанавливают в прожекторы или светильники уличного освещения, промышленные источники света.

Основа любой линзы – боросиликатный материал, способный по своему составу придавать прочностные характеристики и придавать изделию высокий показатель прозрачности. В магазинах большой популярностью пользуются линзы с круговой и косинусной диаграммой.

Любой светодиод имеет первоначальную оптику с углом излучения 120 градусов. Нам не всегда нужен такой угол. Как правило, диодные прожекторы освещают только определенный участок помещения. Для изменения угла рассеивания производители используют в устройстве прожекторов  коллиматорные и фокусирующие линзы, френелевские преломители и т.п.

Используя колиматоры мы получаем разнообразные пучки света. Наиболее распространенные линзы на 15, 30, 45, 60, 90 градусов. Менее распространены линзы на 126 градусов, позволяющие расширить угол излучения светодиода. Еще раз повторюсь… Коллиматорная вторичная оптика нашла широкое применение в прожекторах с мощными светодиодами.

Широкое применение получили фокусирующих линз в устройствах на COB светодиодах.

Принцип работы фокусирующих линз

Виды и типы отражателей в прожекторах

По способу распределения отраженного потока отражение может быть зеркальным ( направленным ), рассеянным ( диффузным ), направленно-рассеянным и смешанным.

На основании этого, в прожекторах применяются и соответствующие отражатели.

Если смотреть по видам, то отражатели подразделяются на: симметричные, ассиметричные, круглосимметричные, способные создать различные световые потоки по направленности и градусам.

Кругло-симметричные параболические отражатели

Симметричные отражатели устанавливают в прожекторы в том случае, если есть необходимость ограничить телесный угол распределения светового потока при условии широкого светораспределения в продольной плоскости. Отражатели таких типов имеют разную глубину и диаметр. В зависимости от глубины отражателя получается узколучевой, заливающий или рассеивающий световой поток.

Параболический диффузионный отражатель

Самые распространенные отражатели. Такие отражатели дают нам возможность получить от светодиода равномерно распределенный пучок света. Единственный минус таких устройств – их нельзя выполнять из цветных металлов.

Driver в устройстве светодиодных прожекторов

Светодиоды- полупроводниковые приборы, критичные к току. Для питания необходимо использовать специальные драйверы. Для питания светодиодов абсолютно не требуется больших напряжений. К примеру для мощных диодов достаточно 3,2В в 350 мА ( 1W ). COB кристаллы способны работать от 5,5 В. По факту, на LED можно и 6000 Вольт “кинуть”.

Диод берет только то напряжение, которое ему необходимо. С током же будут проблемы. Если Вы захотите и подадите на кристалл ток, превышающий заводские характеристики, то попросту сожгете свой диодик. Хорошо, если это дешевые приборы, а если 20,30,100 Вт матрицы? Цена на них кусается.

И не каждому хочется заново  тратить свои кровные на покупку очередных матриц только из-за того, что решили поэкспериментировать и подать заведомо не предназначенный для него ток. Исходя из этого любое устройство светодиодного источника света, будь это светильник, лампа или прожектор имеет LED драйвер.

Основное и главное его предназначение – стабилизация постоянного тока. Основное требование любого драйвера – КПД, стабильность выходного тока и надежность.

Если более популярно, то при напряжении 220 В из блока питания (драйвера) будет выходить определенное заданное значение напряжения и СТРОГО определенный ток.

Конечно, Вам никто не мешает собрать прожектор самостоятельно на коленке и запитать его первым попавшимся блоком питания, например, от компьютера. Но дам гарантию, что в 90 процентах случаев Ваше чудо-творение не долго проработает.

Блок питания — это не драйвер. Он выдает необходимое напряжение, но никак не стабилизирует ток.

В 2015-2016 году по статистике производителей, наиболее популярными прожекторами были и есть – 10 Вт светильники. Для прожекторов с такой мощностью необходимо использовать драйвер с диапазоном напряжений 20-38В и током 350-700мА.

Монтажные платы и радиаторы, устанавливаемые в корпус прожекторов

Последнее, что нам предстоит рассмотреть на сегодня – теплоотвод.

КПД любого источника света на LEDs на порядок больше, чем у ламп накаливания. Температурный режим ЛН составляет порядка 200 градусов Цельсия. В светодиодах – не более 100-150, в зависимости от типа. Температура осветительной арматуры не должна превышать 80 градусов, что позволить свести к минимуму процесс деградации кристаллов светодиода.

Для снижения рабочей температуры светодиодов устройство прожекторов имеет монтажную плату и радиатор. Раньше платы изготавливали из алюминия.

В настоящий момент развивается технология производства плат на основе керамо-алюминиевых материалов. Это позволяет получить не только хорошее электрическое соединение, но и достаточно эффективный теплоотвод.

При монтаже диодов на плату необходимо обильно смазывать место соединение чипов с платой термопроводящей пастой.

Бытует ошибочное мнение, что монтажная плата, выполненная из алюминия может самостоятельно справиться с теплом. Это не верно. Дополнительный теплоотвод в любом светодиодном источнике света просто необходим. Для прожекторов и ламп – это радиатор.

 У каждого производителя свои наработки. Радиаторы имеют форму кругов, шаров, прямоугольников и т.д. и т.п. Есть хорошие экземпляры прожекторов – с дополнительным искусственным охлаждением – вентилятором. К таким можно отнести источники мощностью от 100 Вт.

В таких конструкциях кулеры более чем желательны.

Вообще – радиаторы – достаточно щекотливая тема. И как-нибудь я обязательно посвящу этому большую статью. А пока раскланиваюсь…)

Источник: https://leds-test.ru/razbiraem-ustrojstvo-svetodiodnyh-prozhektorov-smotrim-na-sostavnye-chasti/

Сверхяркие светодиоды: особенности монтажа, питания, конструкции

Отражатель-радиатор конической формы для сверхяркого светодиода

Осветительными приборами, где в качестве источников света используются сверхяркие светодиоды, уже никого не удивишь. Спрос на такие устройства неизменно растет, это напрямую связано с низким энергопотреблением этих приборов. Учитывая, что на освещение тратится около 25-35% потребляемой электроэнергии, экономия будет весьма ощутимой.

Различные виды сверхярких светодиодных источников освещения

Но учитывая относительно высокую стоимость сверхярких светодиодов, в силу их конструктивных особенностей, говорить о полном переходе на этот тип освещения еще не своевременно. По мнению специалистов, этот процесс займет от 5 до 10 лет, именно столько понадобится на отладку и внедрение новых технологий.

Кратко об эффективности

Эффективностью осветительного прибора принято считать соотношение вырабатываемого светового потока (измеряется в люменах) к потребляемой электроэнергии (ватт). Качественная лампа с нитью накала имеет эффективность около 16 люменов на ватт, флуоресцентная (энергосберегающая) – в четыре раза больше (64 лм/Вт), для длинных дневных ламп этот показатель в районе 80 лм/Вт.

КПД сверхярких светодиодов, выпускающихся массово на текущий момент, примерно такой же, как у ламп дневного света. Обратите внимание, что мы говорим именно про массовую продукцию. Что касается теоретического предела для сверхярких светодиодных источников, то он определен порогом в 320 лм/Вт.

Как обещают многие производители, в ближайшие несколько лет КПД можно будет повысить до уровня 213 лм/Вт.

Влияние особенностей конструкции на стоимость

Для изготовления сверхярких светодиодных источников света может применяться один из двух способов:

  • чтобы получить свет, близкий по спектру к белому, используются три кристалла установленных в одном корпусе. Один красный, второй синий и третий зеленый;
  • применяется кристалл, излучающий в голубом или ультрафиолетовом спектре, он подсвечивает линзу покрытую люминофором, в результате излучение преобразуется в свет, близкий по спектру к природному.

Не смотря на то, что первый вариант более эффективен, его реализация обходится несколько дороже, что отрицательно отражается на распространенности. Помимо этого спектр света, излучаемый таким источником, отличается от природного.

У приборов, изготовленных по второй технологии, меньше эффективность. Стоит также учитывать, что люминофор содержит в себе сложный по составу композит на основе церия и иттрия, которые сами по себе стоят недешево. Собственно, этим и объясняется относительно высокая стоимость сверхярких светодиодов белого света. Конструкция такого устройства показана на рисунке.

Устройство сверхяркого светодиода

Обозначения:

  • А – печатный проводник;
  • В – основание с повышенной теплопроводимостью;
  • C – защитный корпус устройства;
  • D – паста-припой;
  • E – кристалл светодиода, излучающий ультрафиолетовый или голубой свет;
  • F –люминофорное покрытие;
  • G – клей (может быть заменен эвтектическим сплавом);
  • H – провод, соединяющий кристалл и вывод;
  • K – отражатель;
  • J – теплоотводящее основание;
  • L – вывод питания;
  • M – диэлектрическая прослойка.

Особенности монтажа

На работу сверхярких светодиодов оказывает влияние степень нагрева кристалла и самого p-n перехода. От первого напрямую зависит срок эксплуатации устройства, от второго – уровень светового потока. Поэтому для длительной службы сверхярких светодиодов необходимо организовать надежный теплоотвод, делается это при помощи радиатора.

Следует принять во внимание, что теплопроводящие основания этих полупроводников, как правило, проводят электричество. Поэтому когда устанавливается несколько элементов на один радиатор,  следует позаботиться о надежной электроизоляции оснований.

Хороший теплоотвод значительно увеличивает срок службы сверхярких светодиодов

Остальные правила монтажа практически такие же, как у обычных диодов, то есть необходимо соблюдение полярности, как при установке самой детали, так и подключении питания.

Особенности питания

Учитывая относительно высокую стоимость сверхярких светодиодов, очень важно использовать для их работы надежные и качественные источники питания, поскольку эти полупроводниковые элементы критичны к токовой перегрузке.

После нештатного режима прибор может остаться работоспособным, но мощность излучаемого светового потока существенно сократится. Помимо этого такой элемент с большой вероятностью станет причиной поломки и других, совместно подключенных светодиодов.

Прежде, чем говорить о драйверах для сверхярких светодиодов, коротко расскажем об особенностях их питания. В первую очередь необходимо принять во внимание следующие факторы:

  • мощность светового потока, излучаемая этими элементами, напрямую зависит от величины протекающего через них электротока;
  • для сверхярких светодиодов характерна нелинейная ВАХ (вольт-амперная характеристика);
  • температура оказывает сильное влияние на ВАХ этих полупроводниковых приборов.

Ниже показано изменение ВАХ при температуре полупроводникового элемента (сверхяркий smd-светодиод) 20 °С и 70 °С.

Изменение характеристик от влияния температуры

Как видно из графика, при подаче на полупроводник стабильного напряжения величиной 2 В, электроток, проходящий через него, меняется в зависимости от температуры. При нагреве кристалла 20°С он будет равен 14 мА, когда температура повысится до 70°С, этот параметр будет соответствовать 35 мА.

Результатом такой разницы будет изменение мощности светового потока при одном и том же питающем напряжении. Исходя из этого, необходимо стабилизировать не напряжение, а электроток, проходящий через полупроводник.

Такие блоки питания называются светодиодными драйверами, они представляют собой обычные стабилизаторы тока. Это устройство можно приобрести готовое или собрать самостоятельно, в следующем разделе мы приведем несколько типичных схем драйверов.

Самодельный светодиодный драйвер

Предоставим вашему вниманию несколько вариантов драйверов на основе специализированных микросхем компании Monolithic Power System, использование которых существенно упрощает конструкцию. Схемы приводятся в качестве примера, полное описание типового включения можно найти в даташит на микросхемы.

Вариант первый на базе понижающего преобразователя МР4688.

Пример включения МР4688

Данный драйвер может работать с напряжениями от 4,5 до 80 В, порог максимального выходного электротока 2 А, что позволяет запитать светильник на сверхярких светодиодах большой мощности. Уровень электротока, проходящего через светодиоды, регулируется сопротивлением R . Реализация ШИМ-диммирования с частотой 20 кГц позволяет плавно изменять протекающий через светодиод электроток.

Второй вариант драйвера на базе микросхемы МР2489. Ее компактный корпус (QFN8 или TSOT23-5) делает возможным размещение драйвера в цоколе MR16, используемый галогенными лампами, что позволяет заменить последние светодиодными. Типовая схема подключения МР2489 показана на рисунке.

Драйвер на базе МР2489

Приведенная выше схема позволяет включать два параллельных светодиода, у каждого из которых рабочий ток 350 мА.

Последний вариант драйвера на базе микросхемы МР3412, который может быть использован в переносных фонариках. Отличительная особенность такой схемы – возможность работы от пальчикового элемента питания АА.

Драйвер для фонарика на базе МР3412

Источник: https://www.asutpp.ru/sverxyarkie-svetodiody.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.