Что такое светодиод

Что же такое светодиод? 

Светодиод — это полупроводниковый прибор, трансформирующий электроток в видимое свечение. У светодиода есть общепринятая аббревиатура - LED (light-emitting diode), означает "светоизлучающий диод". Светодиод состоит из полупроводникового кристалла (чип) на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Излучение света происходит от этого кристала, а цвет видимого излучения зависит от его материала и различных добавок.

Как правило, в корпусе светодиода находится один кристалл, но при необходимости повышения мощности светодиода или для излучения разных цветов возможна установка нескольких кристаллов.


В светодиоде, в отличие от привычной лампы накаливания или люминесцентной лампы (ее еще называют "энергосберегающей"), электроток трансформируется в видимый свет. В теории, такое преобразование можно выполнить вообще без, так называемых, "паразитных" потерь электроэнергии на нагрев. Это связано с тем, что при грамотно спроектированном теплоотводе светодиод нагревается очень слабо.

Светодиод излучает свет в узком спектре, его цвет "чист", что особенно ценно применительно к дизайнерскому освещению.

Ультрафиолетовые и инфракрасные излучения, отсутствуют.


История развития

В 1907 году британский инженер-экспериментатор Генри Джозеф Раунд (на фото слева) впервые обнаружил едва заметное излучение, испускаемое карбидокремниевыми кристаллами, вследствие неизвестных в то время электронных превращений.

В 1923 году в Нижнем Новгороде, молодой российский ученый Олег Лосев  также зафиксировал это свечение при проведении радиотехнических лабораторных опытов с полупроводниковыми детекторами, но интенсивность обнаруженных свечений была крайне низкой и Российское научное сообщество не придало этому событию должного значения.

Через несколько лет Олег Лосев провел целенаправленные исследования этого феномена и углублялся в их изучение вплоть до своей смерти - Олег Лосев ушел из жизни в блокадном Ленинграде зимой 1942 года в возрасте 38 лет.

До начала войны Олег Лосев активно публиковал результаты своих изысканий в немецкий научных изданиях, где открытый им эффект посчитали сенсационным и назвали его именем ученого - "Losev Licht". Природа этого излучения окончательно стала понятна только в 1948 после изобретения транзистора и появления теории "p-n-перехода", являющейся научной основой функционирования известных ныне полупроводников.


В 1962 году группа ученых из Университета Иллинойса (США), которой руководил Ник Холоньяк (на фото слева), продемонстрировала работу первого светодиода, что стало знаковым событием и именно этот момент многие специалисты считают открытием привычного нам светодиода. В этом же году Ник Холоньяк создал первые "красные" светодиоды, которые уже можно было применять в промышленности.


В 1972 были открыты полупроводниковые излучатели зеленого и желтого цвета. Их яркость постепенно увеличивалась и в 1990 году уже составляла 1 люмен.

Суджи Накамура (на фото справа) - инженер малоизвестной тогда японской фирмы Nichia (Ничиа) в 1993 году получил первый синий сверхъяркий светодиод. После этого, почти моментально были созданы светодиодные RGB (Red-Green-Blue) устройства, поскольку эти три цвета (зеленый, синий, красный) в своем сочетании сделали возможным создать любой цвет, даже белый. Этот момент стал настоящим прорывом и первые светодиоды белого цвета "увидели свет" в 1996 г., что явилось сильнейшим толчком к развитию отрасли.

К 2005 году яркость светодиода достигла значения 100 лм/Вт и продолжает увеличиваться. Были сконструированы так-называемые многоцветные светодиоды, а повышение яркости и надежности всех компонентов светодиодных ламп позволило начать конкуренцию с энергосберегающими (люминесцентными) и лампами накаливания. 


С 2008-2009 годов стартовало активное применение светодиодных источников света в бытовых светильниках и чуть позднее с ростом светоотдачи - в уличном освещении. В 2012-2013 годах из-за многократного роста объемов производства их стоимость начала снижаться, что привело к стремительному повышению интереса со стороны потребителей.



Преимущества светодиодных лент

  • Простота монтажа. Многие ленты имеют на обратной стороне двухсторонний скотч, что позволяет ее легко крепить практически на любые поверхности.
  • Невысокая цена. По отношению световой поток/стоимость светодиодная лента имеет один из самых высоких показателей. Поэтому светодиодная лента один из самых дешевых источников света на основе светодиодов.
  • Надёжность светодиодов. По сравнения с традиционными лампами накаливания и люминесцентными лампами, светодиоды имеет бо́льший срок службы.
  • Неограниченный потенциал в увеличении светового потока по сравнению с точечными источниками, совместимыми со старой арматурой. Нет опасности перегрева элементов - световой поток пропорционален длине ленты.
  • Возможность реализации оригинальных дизайнерских решений.


В сравнении с обычными лампами накаливания, а также люминесцентными лампами светодиоды обладают многими преимуществами:

  1. Экономично используют энергию по сравнению с предшествующими поколениями электрических источников света — дуговых, накальных и газоразрядных. Так, световая отдача светодиодных систем уличного освещения с резонансным источником питания достигает 120люменов на ватт, что сравнимо с отдачей натриевых газоразрядных ламп — 150—220 люмен на ватт. Люминесцентные лампы имеют световую отдачу 60-100 люмен на ватт, а лампы накаливания — 10-24 люмен на ватт (включая галогенные).
  2. При оптимальной схемотехнике источников питания и применении качественных компонентов средний срок службы светодиодных систем освещения может быть доведён до 100 тысяч часов, что в 50-200 раз больше по сравнению с массовыми лампами накаливания и в 4-16 раз больше, чем у большинства люминесцентных ламп. Большой срок службы в некоторых применениях играет решающую роль. Так экономия на обслуживании и замене ламп в уличных светильниках зачастую превышает экономию на электроэнергии.
  3. Возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания).
  4. Безопасность использования.
  5. Малые размеры.
  6. Высокая прочность.
  7. Отсутствие ртутных паров (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутью при переработке и при эксплуатации.
  8. Малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
  9. Незначительное тепловыделение (для маломощных устройств).
  10. Устойчивость к вандализму.

Среди производителей именно светодиодные источники света считаются наиболее функционально-перспективным направлением как с точки зрения энергоэффективности, так и затратности и практического применения. В основном применяются приборы на белых светодиодах.

Разновидности светодиодных лент

Светодиодные ленты производятся с использованием SMD и DIP технологий. 

Цифры в обозначении означают размер чипа кристалла в десятых                                                                                                              

долях миллиметра. (SMD 3528 - размер 3,5 мм. на 2,8 мм.)

В зависимости от типа светодиодов ленты разделяются по величине светового потока (количеству светодиодов) и цвету свечения.

Бывают ленты с монохромным свечением (красного, зелёного, синего, жёлтого, белого цвета) и цветные (с возможностью создания практически любого оттенка, RGB).Так же как и светодиоды с белым цветом, светодиодные ленты бывают различной цветовой температуры - от 2500К до 7500К

В конструкции цветной ленты используются цветные светодиоды, которые фактически представляют собой размещённые на одной основе светодиоды трёх цветов (красный, зелёный, синий), то есть эту ленту можно

Советы по подбору блока питания для светодиодной ленты

…если воткнуть светодиодную ленту напрямую в розетку (распространенный случай), то она мгновенно сгорит, кристалл в светодиодах почернеет и пустит дым. Светить естественно такая лента уже никогда не будет. Чтобы избежать данных ошибок мы подготовили советы по подбору блока питания для светодиодной ленты.

Светодиодные ленты питаются напряжением 12 или 24 вольт. В примере используем ленту на 24 вольта.

Для того, чтобы превратить сетевое напряжение 220 вольт в 24, используют импульсный блок питания. Основной параметр блока - это мощность, которую он способен отдать ленте.

Давайте подробно рассмотрим как рассчитать мощность блока питания. В качестве примера возьмем две пятиметровые катушки многоцветной светодиодной ленты RGB SMD 5050 LED 60 24V (60 светодиодов на метр, 24 вольт) которые нужно подключить.

Для начала, необходимо выяснить, какую мощность потребляет один метр такой ленты. Мощность одного метра светодиодной ленты можно посмотреть в этой таблице:


Тип светодиода

Количество диодов на метр

Мощность

SMD 335

120

9,6 Вт/м

SMD 3528

60

4,8 Вт/м

SMD 3x3528

90

7,4 Вт/м

SMD 3528

120

9,6 Вт/м

SMD 3528

240

19,2 Вт/м

SMD 3020

120

9,6 Вт/м

SMD 3020

240

19,2 Вт/м

SMD 5050

30

7,2 Вт/м

SMD 5050

60

14,4 Вт/м

SMD 5050

120

28,8 Вт/м

SMD 5060

72

15 Вт/м

SMD 5060

144

30 Вт/м



  • Длина светодиодной ленты: 10 метров (две катушки по 5 метров);
  • Потребляемая мощность одного метра ленты: 14,4 ватт;
  • Общая мощность ленты составляет 144 Вт (10м*14,4Вт)

Итоговый расчет: Мощность ленты с прибавленным запасом в 10% составляет 158 ватт (144+144*0,1)
Остается только выбрать подходящий блок питания исходя из потребляемой мощности в 158 ватт.

Рекомендуем взять блок - 200 ватт.


Существует три варианта блоков питания:

  1. Компактный. Небольшой размер, легкий, влагозащищенный. Его мощность не бывает больше 100 ватт. Поэтому, чтобы запитать две ленты, потребуется два блока питания. Используется в подсветке интерьеров, так как его проще спрятать.
  2. Герметичный в алюминиевом корпусе. Мощность 200 ватт, хватит одной штуки, чтобы запитать сразу две ленты. Такой блок весит больше килограмма и имеет габариты немного больше компактных блоков питания. Используется, в основном, для уличного освещения, так как надежен и хорошо защищен от внешних воздействий (дождь, мороз, солнце).
  3. Открытый, так же выдает мощность 200 ватт, но имеет большие размеры. Открытый блок невозможно спрятать, но хорошо подойдет для установки в аппаратные отсеки или специальные вентилируемые шкафы (электрический щит).

Кратко:

Чтобы подобрать блок питания, для начала смотрим тип ленты, которую хотим запитать, а также ее напряжение.

Далее, смотрим по таблице, какую мощность потребляет один метр конкретной ленты. Умножаем это значение на необходимую длину ленты, получаем мощность блока питания с прибавленным запасом в 10%. Выбираем из имеющихся вариантов блоков питания тот, который вам больше подходит.

Для стандартной гибкой светодиодной ленты подойдет практически любой блок питания с приемлемой мощностью. Для герметичной светодиодной ленты необходимо использовать герметичный блок питания, защищенные от влаги, а так же дополнительно изолировать от проникновения влаги участок подключения.

Советы по монтажу и подключению светодиодной ленты

Данная статья содержит руководство по монтажу и подключению светодиодной ленты, предназначенное для самостоятельного выполнения.

Перед тем как приступить к монтажу светодиодной ленты, необходимо определить место ее установки. От этого зависит необходимая общая длина ленты, кратность резки. Кратность резки у каждой светодиодной ленты своя, например у ленты SMD 5050 LED 60 24V кратность резки составляет 6 светодиодов (10см).

Ниже в таблице приведены данные по кратности резки наиболее распространенных светодиодных лент:


Тип светодиода

Кол-во диодов на 1 метр

Кратность резки

SMD 335

120

5 см (6 светодиодов)

SMD 3528

60

5 см (3 светодиода)

SMD 3x3528

90

16,6 см (15 светодиодов)

SMD 3528

120

5 см (6 светодиодов)

SMD 3528

240

5 см (12 светодиодов)

SMD 3020

120

5 см (6 светодиодов)

SMD 3020

240

5 см (12 светодиодов)

SMD 5050

30

10 см (3 светодиода)

SMD 5050

60 (12V)

5 см (3 светодиода)

SMD 5050

60 (24V)

10 см (6 светодиодов)

SMD 5050

120

10 см (12 светодиодов)

SMD 5060

72

1.4 см (1 светодиод)

SMD 5060

144

8,3 см (12 светодиодов)


Далее следует выбрать блок питания, учитывая при этом потребляемую мощность светодиодной ленты, ее длину и рабочее напряжение. Питание светодиодной ленты осуществляется за счет сети с напряжением 12/24 вольт. Для подключения ленты к источнику питания с напряжением 220 вольт необходимо использовать блок питания с выходным напряжением 12/24 вольт.

Если вы выбрали многоцветную светодиодную ленту (RGB), в таком случае для управления цветностью (R – красный, G – зеленый и B – синий) вам потребуется контроллер RGB.

Прикупив все необходимое оборудование, можно приступать к установке светодиодной ленты.

Установка светодиодной ленты

Качественный монтаж светодиодной ленты – это гарантия ее долгой и стабильной работы.

Современные производители выпускают светодиодную ленту на самоклеющейся основе, благодаря чему установка светодиодной ленты может быть произведена быстро и без особых силовых затрат даже в труднодоступных местах.

Прежде чем клеить светодиодную ленту, необходимо убедиться, что поверхность сплошная, без разрывов, так как это может привести к повреждению печатной платы ленты. Перед началом монтажных работ необходимо обезжирить и очистить от грязи рабочую область — это будет способствовать более прочному креплению. Если крепление производиться на токопроводящие поверхности, ленту необходимо изолировать от соприкосновения с этой поверхностью.
Далее снимаем защиту клейкого слоя с обратной стороны светодиодной ленты, затем крепим на необходимую поверхность, при этом важно избегать резких изгибов ленты. Радиус изгиба не должен быть меньше 20 мм. Меньший радиус изгиба может привести к повреждению токопроводящих дорожек. Если необходимо разрезать ленту, тогда воспользуйтесь специальными техническими отметками на ней, обычно линия отреза располагается между площадками для спайки, это облегчает последующую спайку ленты. Время пайки не должно превышать 10 секунд. Рекомендуемая температура для проведения паяльных работ: не более 260°С.


Важно:
Светодиодная лента подключается параллельно!!!

Параллельное подключение – один из самых безопасных способов подключения. При подключении светодиодной ленты не рекомендуется схема последовательного подключения. Неравномерное снижение напряжения может вызвать опасные перегрузки электронных компонентов и повредить ленту.

Длина каждого участка должна быть не более 5 метров.

Необходимо подключить ленту к выбранному контролеру или блоку питания.


Блок питания к сети 220 вольт подключаем двумя проводами к разъемам L+ и N-. Необходимо соблюдать полярность при непосредственном подключении токопроводящих контактов светодиодной ленты и блоков питания.
Подключаем «+» на блоке питания к «+» на контроллере, а «-» к «-» соответственно. Если определение полярности вызывает затруднения, необходимо воспользоваться мультиметром или находим метку «+» на том проводе, который промаркирован заводскими отметками с его типом и названием. Современные модели лент не выходят из строя при несоблюдении полярности, но все же лучше проверять эту характеристику непосредственно перед подключением.

Подключение светодиодной ленты к контроллеру необходимо производить в соответствии с маркировкой. Каждый провод имеет свое обозначение на токопроводящей дорожке, R,G,B и V+, и подключается соответственно полярности к 4 входам на контроллере R,G,B,+.

Каждые 5 метров подсоединяются от контроллера к следующему участку ленты с помощью проводов рекомендуемым сечением не менее 1,5 мм2, в противном случае происходит потеря напряжения, что отразится на яркости светодиодов.

Несколько советов и вы убережете свое оборудование от преждевременного выхода из строя:

  1. Не подвергайте механическим воздействиям светодиодную ленту и все находящиеся на ней компоненты.
  2. Следует особо внимательно производить сборку оборудования и не допускать повреждения токопроводящих дорожек ленты.
  3. Необходимо соблюдать полярность напряжения.
  4. Используйте параллельное соединение длинных отрезков ленты, так как последовательное соединение может вызвать большую нагрузку на дорожки ленты и привести к перегреву, таким способом можно соединять только кусочки ленты до 5м.
  5. Выбирайте блоки питания соответствующей мощности с прибавленным запасом в 10-20%.
  6. Важно помнить, что монтаж ленты на токопроводящих поверхностях должен быть хорошо изолирован от их взаимодействия.                                                                                                                                          

Светодиодная лента

Светодиодная лента – источник света собранный на основе светодиодов. Представляет собой гибкую печатную (монтажную) плату, на которой равноудалено друг от друга расположены светодиоды. Обычно ширина ленты составляет 8 или 10 мм, толщина (со светодиодами) 2 – 3 мм. При изготовлении лента наматывается в рулоны отрезками по 5 м. Для ограничения тока через светодиоды, в электрическую схему ленты вводятся ограничительные сопротивления (резисторы), которые так же монтируются на ленте.

Светодиодное освещение

Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использованиисветодиодов в качестве источника света.
Вскоре использование светодиодных ламп в освещении стало занимать не менее 6% рынка (по данным 2006 года). Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с технологической эволюцией светодиода. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды, специально предназначенные для искусственного освещения.

Применение светодиодной ленты

Компактные размеры, большая гамма цветов и малое потребление электроэнергии определили широкое применение светодиодной ленты. Подсветка интерьера домов и квартир (потолков, напольная, периметров помещений, арок и ниш), дизайн экстерьера (контуры зданий, фонтаны, бассейны, архитектурные элементы), рекламная подсветка, автомобильный дизайн, мебельное освещение – все это сферы, где можно применять и использовать светодиодные ленты.


Светодиодные технологии освещения благодаря эффективному расходу электроэнергии и простоте конструкции нашли широкое применение в светильниках, прожекторах, светодиодных лентах, декоративной светотехнике и особенно в компактных осветительных приборах — ручныхфонариках. Их световая мощность доходит до 5000- лм. Светодиодные осветительные приборы подразделяются на уличные и интерьерные. Сегодня их применяют для подсветки зданий, автомобилей, улиц и рекламных конструкций, фонтанов, тоннелей и мостов. Данное освещение используют для подсветки производственных и офисных помещений, домашнего интерьера и мебели.

Светодиодное освещение применяется в светотехнике для создания дизайнерского освещения в специальных современных дизайн-проектах. Надёжность светодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных для частой замены местах (встроенное потолочное освещение, внутри натяжных потолков и т. д.).
Декоративная светодиодная подсветка в основном применяется для праздничной иллюминации. Для чего используется новогоднее украшение - светодиодная гирлянда. В период праздников (в большей степени новогодних) их можно увидеть на улицах городов, они украшают деревья, фасады зданий и другие уличные объекты.