O LED diodách pro varné konvice

V tomto informačním článku se pokusíme plně popsat princip fungování LED všech odrůd, které dnes v přírodě existují. Zvažte obecné zařízení LED a podívejte se, jak se získávají světelné diody různých barev.

Princip činnosti

Pravděpodobně každý ví, že principem fungování LED je “zářit” při připojení ke zdroji energie. Jak je toho však dosaženo? Pojďme se na tuto problematiku podívat blíže.

Pro vytvoření viditelného světelného toku zajišťuje konstrukce LED přítomnost dvou polovodičů, z nichž jeden musí obsahovat volné elektrony ve svém složení a druhý musí obsahovat „díry“.

Mezi polovodiči tedy dochází k „PN“ přechodu, v důsledku čehož elektrony od donoru přecházejí do jiného polovodiče (příjemce) a obsazují volné díry s uvolňováním fotonů. Tato reakce probíhá pouze za přítomnosti zdroje konstantního proudu.

Princip akce byl demontován, ale kvůli čemu k tomuto procesu dochází? K tomu je nutné vzít v úvahu konstrukční vlastnosti LED.

Jak funguje LED

Bez ohledu na model LED (COB, OLED, SMD atd.) se skládají z následujících prvků:

1. Anoda (přívod kladné půlvlny krystalu);
2. Katoda (přivedení záporné půlvlny stejnosměrného proudu do polovodičového krystalu);
3. Reflektor (odrážející světelný tok na difuzor);
4. Polovodičový čip nebo krystal (záření světelného toku v důsledku přechodu „PN“); (zvětšení úhlu LED).

Nyní se podíváme na způsoby, jak získat různé barvy.

Získání LED konkrétní barvy

Již dříve jsme analyzovali princip fungování LED a zjistili jsme, že světelný tok vzniká, když v polovodiči dojde k „PN“ přechodu s uvolněním fotonů viditelných lidským okem. Jak však můžete získat jinou záři LED? K tomu existuje několik možností. Podívejme se na každou z nich.

Fosforový povlak

Tato technologie umožňuje získat téměř jakoukoli barvu, ale často se používá k získání bílých LED. K tomu se používá speciální činidlo – fosfor, který je potažen červenou nebo modrou LED. Po zpracování začne modrá dioda svítit bíle.

RGB – technologie

Tento typ zařízení je schopen vyzařovat jakýkoli odstín světelného spektra díky použití 3 LED v jednom krystalu: červené, zelené a modré. V závislosti na intenzitě záře každého z nich se mění vyzařované světlo.

Aplikace různých příměsí a různých polovodičů

Díky této technologii se mění vlnová délka emitovaného světelného toku v přechodové zóně „PN“. A jak víte, v závislosti na vlnové délce se mění její barva. Jasněji je to vidět na následující fotografii:

Nyní se podívejme na následující otázku: jaké jsou elektrické vlastnosti těchto zařízení a co je potřeba pro jejich spolehlivý provoz.

Elektrické charakteristiky

LED diody jsou zařízení, která vyzařují světelný tok, když jimi prochází stabilizované stejnosměrné napětí nízké hodnoty (3-5V). Vytvořením potenciálového rozdílu na anodě a katodě vzniká v krystalu elektrický proud, který vytváří světelný tok.

Pro plný provoz LED by měla být hodnota proudu na úrovni 20-25 mA. U vysoce výkonných LED však může proudový odběr dosáhnout 1400 mA.

S rostoucím napájecím napětím roste proud exponenciálně. To znamená, že při mírném skoku napájecího napětí se proud mnohonásobně zvýší, což může vést ke zvýšení teploty a selhání svítivé diody (přečtěte si, jak zkontrolovat LED). Z tohoto důvodu musí být zdroj stejnosměrného napětí stabilizován pomocí speciálních mikroobvodů.

Nyní zvažte hlavní typy LED, jejich výhody a nevýhody.

Typ indikátoru Zařízení LED (DIP)

Tento typ LED je „průkopníky“ v oblasti LED technologie. Jsou určeny pro průmysl jako indikátory.

Skládají se z pouzdra o průměru 3 nebo 5 mm, anody, katody, krystalu, zlatého (u levných variant měděného) vodiče spojujícího anodu s krystalem a difuzoru.

V praxi se používají velmi zřídka, protože. mají řadu nevýhod:

• velká velikost;
• malý úhel žhavení (až 120 0 );
• nízká kvalita krystalu (při delším provozu jas záření klesne na 70%);
• slabý světelný tok díky malé šířce pásma krystalu (až 20mA).

Jak funguje výkonná LED

Výkonné světelné diody (například od cree) jsou navrženy tak, aby vytvářely intenzivní světelný tok průchodem velkého proudu (až 1400 mA) krystalem.

Na krystal se uvolňuje velké množství tepla, které je z polovodičového krystalu odváděno pomocí hliníkového zářiče. Také tento zářič slouží jako reflektor pro zvýšení světelného toku.

Pro spolehlivý provoz vysoce výkonných LED je nutné mít v obvodu speciální budič určený pro průchod velkého toku elektronů, který kromě stabilizace napětí musí omezovat proud odpovídající jmenovitému provozu zařízení. .

Vláknové LED zařízení

Vláknové LED diody byly vynalezeny již na začátku roku 2008. Vrchol jejich popularity však připadá na roky 2014-2016. U designérů si je oblíbili, protože připomínaly obyčejné žárovky a spotřebovávaly minimální elektřinu. Doporučujeme přečíst si zajímavý článek o vláknových LED žárovkách.

Výstavba

Vláknové LED jsou zařízení sestávající ze safírového nebo obyčejného skla o průměru nepřesahujícím 1,5 mm a speciálně vypěstovaných polovodičových krystalů (28 kusů) zapojených do série na izolovaném substrátu.

Tyto LED diody jsou umístěny ve speciální baňce potažené fosforem, díky kterému můžete získat jakoukoli barvu. Hlavní výhodou LED zařízení vyvinutých pomocí této technologie je úhel žhavení, který dosahuje 360 ​​0 .

Vláknové světelné diody jsou některými zdroji klasifikovány jako COB (viz část níže), protože krystaly jsou pěstovány na skle nebo safíru pomocí podobné technologie.

Zařízení a princip činnosti COB LED

Technologie COB neboli Chip-On-Board je jedním z moderních vývojů v oblasti elektroniky, který spočívá v umístění velkého množství polovodičových krystalů pomocí dielektrického lepidla na hliníkový substrát. Také výroba LED tohoto typu je možná na skleněné matrici (COG), ale princip fungování je pro ně stejný.

Výsledná matrice je potažena fosforem. Díky tomu je možné dosáhnout jednotného svitu COB LED libovolného odstínu po celé ploše. Tato zařízení jsou široce používána při vývoji televizorů, notebooků a tabletů.

Princip činnosti

Navzdory tomu, že COB LED mají specifický název, princip jejich činnosti je zcela podobný běžným indikačním diodám vyvinutým v roce 1962. Když proud prochází polovodičovými krystaly, dochází ke „PN“ přechodu a v důsledku toho ke světelnému toku.

Charakteristickým rysem tohoto typu zařízení je přítomnost velkého množství krystalů, což umožňuje získat intenzivnější světelný tok.

Zařízení a princip činnosti organické světelné diody OLED

Nejnovějším pokrokem ve výrobě je technologie OLED. Umožňuje výrobu high-tech televizorů s tenkou obrazovkou, miniaturních smartphonů, tabletů a mnoha dalších zařízení, která jsou v moderní společnosti nepostradatelná.

OLED zařízení

Světelná dioda OLED se skládá z:

• anoda vyrobená ze směsi oxidu india s cínem;
• fólie, skleněné nebo plastové substráty;
• hliníková nebo vápenatá katoda;
• vyzařovací vrstva na bázi polymeru;
• vodivá vrstva organické hmoty.

Jak tato technologie funguje?

Princip činnosti OLED je podobný jako u COB, SMD a DIP LED a spočívá ve vytvoření „PN“ přechodu v polovodičích. Charakteristickým rysem technologie OLED je však použití speciálních polymerů, které tvoří vrstvu vyzařující světlo, díky čemuž se zvyšuje životnost LED, světelný tok viditelného spektra a úhel žhavení.

Hodnota

• minimální rozměry;
• nízká spotřeba energie;
• jednotná záře po celé ploše;
• dlouhá životnost;
• zvýšená životnost;
• široký úhel žhavení (až 270 0 );
• nízké náklady.

Přezkoumali jsme hlavní typy světelných diod, které se používají v moderním světě, ale spolu s nimi šli korejští vědci dále a vyvinuli LED diody na bázi vláken, které podle svých slibů nahradí všechny zastaralé typy zařízení. Pojďme se podívat, jaké to jsou.

Zařízení a princip činnosti vláknové LED

Pro výrobu LED v tomto výklenku se používají polyethylentereftalátová vlákna upravená roztokem polystyrensulfonátu PEDOT:PSS. Po zpracování se vlákno budoucí LED suší při teplotě 130 0 C.

Poté je předlisek zpracován technologií OLED se speciálním poly-(p-fenylenvinylenovým) polymerem a výsledná vlákna jsou potažena tenkou vrstvou suspenze lithium-aluminiumfluoridu.

Závěry

Přezkoumali jsme hlavní typy LED diod, kterých, jak vidíte, je obrovské množství. Všichni jsou však stejní, pokud jde o to, jak fungují.

Dá se také říci, že díky použití moderních materiálů a výrobních technologií je možné dosáhnout vysokého technického výkonu a spolehlivějšího a dlouhodobějšího provozu LED.

Pro přehlednost doporučujeme zhlédnout video, ve kterém se podrobně seznámíte s designem LED:

Světelné diody se nazývají polovodičová zařízení, která po přivedení napětí vytvářejí optické záření. Jejich mezinárodní písmenné označení je LED (LightEmittingDiode).

Obsah článku

LED zařízení

Přestože existuje mnoho LED, nejběžnější forma se skládá z 5mm polymerového pouzdra s čočkou, měděné nebo hliníkové základny, katody, parabolického reflektoru (reflektoru) a krystalu, který je spojen s anodou tenkým zlatým drátem. .

Jak funguje LED?

Princip činnosti výrobku je založen na interakci dvou polovodičů, kladného a záporného typu (pn-přechod). Při průchodu elektrického proudu polovodiči se v místě kontaktu uvolňuje energie, která vyzařuje světlo. To je způsobeno přechodem z jednoho typu vedení na jiný, kdy se ionty kladně nabitých děr slučují se zápornými náboji elektronů.

Typy a základní parametry LED

V diagramu je LED označena jako konvenční dioda se dvěma paralelními šipkami směřujícími ven a indikujícími její vyzařovací charakter. V prodeji je velké množství typů LED, které se liší funkčností, designem, výkonem, barvou žhavení a dalšími vlastnostmi.

Podle účelu se LED dělí na dva typy – indikační a osvětlovací.

• LED diody SMD;
• super jasný Super Flux „Piranha“;
• DIP LED (Direct In-line Package);
• Slaměný klobouk (“slaměný klobouk”).

• LED diody COB (Chip On Board);
• SMD LED;
• vlákno (Filament LED).

Indikační LED diody se vyznačují nízkým výkonem a mírným jasem. Používají se pro barevnou indikaci provozních režimů různých přístrojů a zařízení, dále pro podsvícení displejů a přístrojových desek. Různé indikační LED diody:

• DIP LED. Krystal-emitor je umístěn ve výstupním pouzdře, kterým je nejčastěji konvexní čočka. Mínus – malý úhel rozptylu záření.
• „Piranha“ je ultra vysoce svítivý zářič se čtyřmi piny, které zajišťují jeho pohodlnou montáž na desku. Je žádaný pro osvětlení zařízení v automobilech a v reklamních nápisech.
• “Slaměný klobouk”. Válcové dvoukoncové zařízení s výrazným úhlem rozptylu záření a zvětšeným průměrem čočky. Používá se v dekorativních konstrukcích a poplašných světlech.
• SMD LED diody. Zařízení s ultra vysokým jasem jsou umístěna v pouzdrech určených pro montáž SMT. Jejich označení udává rozměry v palcích (jejich setiny) nebo v mm. Na základě SMD-LED jsou vyráběny LED pásky.

Osvětlovací LED diody se nacházejí v designu lamp, světlometů, stuh. Liší se výkonem a jasem luminiscence. Většina svítidel je umístěna v pouzdrech pro montáž SMT. Dostupné ve dvou bílých barvách:

• studená bílá – studená;
• teplá bílá – teplá.

Osvětlovací SMD LED je teplo odvádějící substrát, na kterém je namontován emitující krystal ošetřený fosforovou kompozicí.

Aplikace LED diod

Takové produkty se aktivně používají v různých oblastech: světelná reklama, domácí a průmyslové osvětlení, automobilové osvětlení, semafory a dopravní značky, interiérový design, krajinné a architektonické osvětlení a mnoho dalších.

• významné trvání provozu;
• bezpečnost životního prostředí;
• vysoká spolehlivost a bezporuchový provoz;
• úspora elektřiny;
• vysoce kvalitní osvětlení;
• nízké provozní náklady.

Základní pravidla pro připojení LED

Konstrukce LED je navržena pro jejich připojení pouze ke zdrojům stejnosměrného proudu s polaritou. Existují tři možnosti pro určení polarity:

• Podle délky nohy (kromě SMD). Delší noha je katoda a kratší noha je anoda. SMD LED mají cutoff (klíč), který je vždy blíže katodě.
• S multimetrem. Zařízení je nastaveno na režim „Percall“. Na vodičích jsou instalovány červené a černé sondy. Pokud se zařízení rozsvítí, znamená to, že červená sonda byla připojena k anodě a černá ke katodě. Pokud se záře nevyskytuje, pak je nutné změnit polohu sond. Pokud se výsledek nezměnil (nesvítí žádná záře), zařízení je mimo provoz.

Hlavní vlastnosti LED

Dvě hlavní charakteristiky uvedené v pasu zařízení vyzařujícího světlo:

• Pokles napětí na zařízení. Typická hodnota je 3,2 V. Pro každou LED také existují maximální povolená napětí Umax a Umaxrev – pro přímé a zpětné spínání.
• Jmenovitý proud. Obvykle jsou tato zařízení navržena pro proud 20 mA.

Způsoby připojení

Nejjednodušší možností je připojení k nízkonapěťovému zdroji stejnosměrného proudu.

Nejpohodlnější a nejbezpečnější varianta – připojte LED k baterii nebo akumulátoru zapojením nízkopříkonového rezistoru do obvodu. Jeho funkcí je omezit proud protékající pn přechodem na určitou hodnotu. Bez tohoto prvku LED rychle ztratí své pracovní vlastnosti.

Rezistor se volí podle odporu a výkonu. Výpočet odporu podle vzorce:

R uXNUMXd (Usupply – Upassport.) / Inom., Ohm, ve kterém:

• Upower – napájecí napětí, V;
• Cestovní pas. – pokles napětí, hodnota pasu, V;
• Inom. – jmenovitý proud.

Získaná hodnota se zaokrouhlí nahoru na nejbližší nominální hodnotu z řady E24. Poté vypočítejte výkon, který musí rezistor rozptýlit.

P = Inom. 2 x R, kde R je hodnota odporu vybraná z tabulky.

Všechny tyto kroky lze provést rychle a snadno pomocí online kalkulačky.

Jak připojit LED k AC 220V přes napájecí zdroj

Existuje několik typů napájecích zdrojů:

• Stabilizované zdroje konstantního napětí pro 5V a 12V LED. Když parametry sítě kolísají, napětí na výstupu takového zdroje energie zůstává konstantní a rovné hodnotě deklarované v pasu. LED světla jsou připojena přes odpory.
• Driver – spínaný zdroj se stabilizovaným proudem. Vlastnosti, které se berou v úvahu při jeho výběru: maximální a minimální výstupní napětí, výstupní (pracovní) proud. Ovladač má obvod, který stabilizuje proud při rázech ve vstupním napětí 220 V. Při připojení LED zářiče k budiči není potřeba rezistor.

Způsoby, jak vytvořit více LED obvodů – sériové a paralelní připojení

Při připojení více světelných zařízení ke zdroji energie lze použít dvě možnosti připojení – sériové a paralelní.

Sériové zapojení je polovodičový obvod, ve kterém je katoda prvního emitoru připájena k anodě dalšího emitoru a tak dále. Proud o stejné hodnotě protéká všemi prvky sériového obvodu a úbytek napětí se sčítá. Výkon PSU je zvolen stejný nebo větší než součet výkonů každého prvku.

Nevýhody sériového připojení:

• Při značném počtu obvodových prvků je nutné zvolit vysokonapěťový napájecí zdroj.
• Pokud jedna LED dioda selže, přestane fungovat celý obvod.

U dlouhých pásek pro 60-70 diod dochází na každém prvku k poklesu napětí asi 3 V, to znamená, že takové pásky lze připojit k síti 220 V přes usměrňovač.

Při paralelním zapojení bude napětí na všech prvcích obvodu stejné a proudy každé LED se sečtou. Hlavním problémem v tomto případě je, že LED svítidla, byť ze stejné šarže, mají často různé vlastnosti. Pokud tedy vložíte jeden společný odpor, může být do žárovek dodáván proud různých hodnot, v důsledku čehož některé prvky budou svítit příliš jasně a některé – matně. Řešením problému je instalace samostatných rezistorů pro každou diodu.

Nevýhody paralelního připojení:

• velký počet obvodových prvků kvůli nutnosti použití jednotlivých rezistorů pro každou diodu;
• výrazné zvýšení zátěže při spálení jedné LED diody (pokud je použit jeden výkonný rezistor pro celý obvod).

Toto je nejvhodnější možnost pro připojení LED, protože vám umožňuje alespoň částečně kompenzovat nedostatky sériového a paralelního připojení. V tomto případě jsou paralelně spojeny řetězce po sobě jdoucích prvků. Tato metoda se používá v moderních girlandách nebo stuhách vánočních stromků. Výhoda tohoto řešení: i když selže jeden nebo více paralelních řetězů, zbytek bude zářit správně.