От чего зависит яркость свечения светодиода и как ее регулировать

Технические характеристики

При отсутствии критических перепадов напряжения в сети и стабильной температур в интервале 18-22°С светодиод 5730 излучает световой поток 110 люмен при затратах мощности 1,1 Вт в час. Сила тока при стабильных показателях составляет 350 мА, в импульсном режиме – 800 мА.

LED-лампы для стандартного цоколя и работе от электросети 220 В

Температура воздуха в помещении, где работают источники, имеет критическое значение для величины тока и интенсивности светового потока. Ввиду большой мощности светодиодов монтировать их можно только в алюминиевые профили, отводящие тепло. Если не предусмотреть теплоотводящее основание, кристаллы начнут перегреваться, световой поток уменьшится и лампа перегорит. Для этих же целей в конструкции предусмотрен радиатор для теплоотвода.

Некоторые производители экономят на установке хороших радиаторов, снижая тем самым себестоимость продукции, что ударяет по качеству осветительных приборов. Радиатор рассчитан на максимальную рабочую температуру 65°С, чего достаточно для сохранения интенсивности потока в 50-70 люмен и корректной работы.

На диаграмме взаимодействия тока, напряжения и температуры на световой поток видно, как изменяется последний соответственно изменению рабочих параметров.

Диаграммы

Для сохранения кристаллов светодиода 5730 прямоток не должен превышать значения в 170 миллиампер – с одной стороны это уменьшит интенсивность относительного потока до 50 лм, с другой обеспечит длительный срок эксплуатации. Можно увеличить это значение и до 350 мА, чтобы интенсивность света достигла максимального значения 11 лм, но в этом случае должен быть либо мощный радиатор у кристалл либо отрицательная температура в помещении, чтобы кристалл успевали охлаждаться.

Технические особенности осветительного прибора

По спектрофотометрической (цветовой) температуре, измеряющейся в кельвинах, светодиоды 5730 делятся на 4 группы, охватывающие весь спектр излучения:

• теплый желтый – 3000-4000 K;
• нейтральный – 4300-4800 K;
• чистый белый – 5000-5800 K;
• холодный голубой – 6000-7500 K.

Спектр излучения света

Разновидность диммеров

Диммеры можно разделить на:

• Модульные. Устанавливают такие диммеры, как правило, в распределительные щитки. С их помощью происходит управление освещением на лестничных клетках и в коридорах. Управление происходит клавишным выключателем или специальной кнопкой. Нажимая на эту кнопку, человек включает и выключает лампы, если же кнопку удерживать дольше пяти секунд, то появляется возможность регулирования уровня яркости ламп.
• Диммеры, которые устанавливаются в монтажную коробку. Данные регуляторы используются с галогенными лампами и лампами накаливания, управляются они специальной выносной кнопкой.
• Моноблочные светорегуляторы. Устанавливаются такие диммеры в обычный подрозетник и подключают их как обычные выключатели. Рекомендуется, однако, соблюдать при подключении полярность.

Моноблочные светорегуляторы по управлению делятся на:

1. Нажимные и поворотные. Когда происходит нажатие на ручку лампы, а также лампа включаются или выключаются, а если произвести вращение ручки, то произойдёт регулировка свечения и яркости ламп.
2. Диммеры поворотные. Управление таких регуляторов происходит за счёт вращения ручки, которая регулирует яркость света.
3. Диммеры клавишные. По виду, такие диммеры схожи с обычными выключателями. Одной клавишей включаются и выключаются лампы, а второй регулируется уровень яркости этих ламп.
4. Диммеры сенсорные. Одна из самых продвинутых разновидностей светорегуляторов. Такие диммеры не имеют деталей, которые двигаются, это делает прибор наиболее надёжным. Один сенсор отвечает за выключение и включение ламп, остальными регулируется яркость. Несмотря на плавное переключение, оно все же является ступенчатым — это означает, что уровней яркости несколько.
5. Регуляторы яркости с пультом управления. Вариант комфортный и очень удобный. При помощи пульта можно регулировать освещение не вставая с места. В таких регуляторах часто присутствует возможность ручной регулировки яркости.

Помимо вышеперечисленных градаций светорегуляторов, они ещё подразделяются на разновидности ламп, с которыми они работают:

• Диммеры для ламп галогенных 220В и накаливания. С лампами галогенными и лампами накаливания работают практически все регуляторы света. При условии, что работают они от 220В. У ламп есть инертность, а индуктивности и ёмкости нет. Следует помнить, что если уменьшается напряжение, то происходит изменение цветовой температуры света. Она будет уменьшаться, и излучение начнёт приобретать красный оттенок. Цвет может стать неприятным при маленьких напряжениях на лампу.
• Диммеры для галогенных низковольтных ламп. Если будут регулироваться лампы галогенные 12–24В, в этом случае необходим понижающий трансформатор. Маркировка у такого трансформатора RL. Для электронного трансформатора нужны светорегуляторы с маркировкой С. Данная маркировка показывает, что возможно работать нагрузкой ёмкостной. Диммеры должны обладать возможностью плавного включения и отключения ламп. Срок службы таких ламп существенно снижается из-за резких перепадов напряжения.
• Регуляторы яркости для ламп люминесцентных. Регулирование таких ламп самое проблематичное. Данный вид ламп не поддаются регулированию стандартным стартером. В этом случае нужно другое пусковое устройство. Называется такое устройство ЭПРА, то есть электронная пускорегулирующая аппаратура. С данной аппаратурой на лампу питание подаётся с частотой 20–50 кГц. Меняя частоту, можно изменять и силу тока, которая протекает через лампу, таким образом, изменяя уровень свечения.
• Регуляторы для светодиодов. Для регулирования светодиодов применяется широтно-импульсная модуляция. Другими словами, на импульсы тока подаются на светодиод, при этом амплитуда оптимальная, а длительность импульса регулируется, таким образом, меняется яркость. Мерцаний нет, потому что присутствует высокая частота импульсов, она может достигать 300кГц.

Особенности конструкции цоколей G9

У всех моделей, маркированных буквой G, штырьки представляют собой прямые тонкие или толстые проволоки. Особенностью цоколей G9 является то, что этот элемент у них загнут в петли. Такая форма позволяет удерживать лампу в патроне еще надежнее. Цоколь G9 размеры, в зависимости от конструкции, может иметь абсолютно разные.

Особое строение имеет обычно и сама колба таких ламп. Помимо всего прочего, она оснащается специальным отражателем, позволяющим получать направленный поток света. Смонтированы осветительные элементы таких лампочек могут быть на одно- или двухсторонних платах (Т либо П-образных). Некоторые модели светодиодов могут состоять из расположенных по кругу параллельных линеек. Иногда оборудование этого типа декорируется также стеклом, меняющим цветопередачу.

Напряжение питания у ламп G9 всегда 220 В. К колебаниям в сети такие конструкции относительно нечувствительны. Допустимый диапазон скачков напряжения для цоколей этой разновидности составляет обычно 165-240 В. Поставляться цоколь G9 220V в специализированные магазины может как с радиатором охлаждения, так и без него.

Инфракрасный диод — источник Невидимого света

ИК диоды широко используются в удаленном управлении (пульт ДУ). Инфракрасные диоды на самом деле испускают нормальный свет с определенным цветом, который не чувствителен к человеческим глазом, потому что его длина волны 950 нм, ниже видимого спектра. Многие источники, такие как солнце, лампы, даже человеческое тело испускает инфракрасные лучи. Поэтому необходимо, чтобы модулировать излучение от ИК-диода, чтобы использовать его в электронном приложении, чтобы предотвратить ложное срабатывание. Модуляции делает сигнал от ИК-светодиода значительно выше чем шум. Инфракрасные диоды есть в корпусе, которые являются непрозрачным для видимого света, но прозрачна для инфракрасного. ИК-светодиоды широко используются в системах управления.

Светодиодные ленты

Светодиодная лента представляет собой цепь соединённых светодиодов. Соединены они не просто так, например обычная 12V лента состоит из сегментов по 3 светодиода в каждом. Сегменты соединены между собой параллельно, то есть на каждый приходят общие 12 Вольт. Внутри сегмента светодиоды соединены последовательно, а ток на них ограничивается общим резистором (могут стоять два для более эффективного теплоотвода): Таким образом достаточно просто подать 12V от источника напряжения на ленту и она будет светиться. За простоту и удобство приходится платить эффективностью. Простая математика: три белых светодиода, каждому нужно по ~3.2V, суммарно это 9.6V. Подключаем ленту к 12V и понимаем, что 2.5V у нас просто уходят в тепло на резисторах. И это в лучшем случае, если резистор подобран так, чтобы светодиод горел на полную яркость.

Подключаем к Arduino

Здесь всё очень просто: смотрите предыдущий урок по управлению нагрузкой постоянного тока. Управлять можно через реле, транзистор или твердотельное реле. Нас больше всего интересует плавное управление яркостью, поэтому продублирую схему с полевым транзистором:

Конечно же, можно воспользоваться китайским мосфет-модулем! Пин VCC кстати можно не подключать, он никуда не подведён на плате.

Управление

Подключенная через транзистор лента управляется точно так же, как светодиод в предыдущей главе, то есть все примеры кода с миганием, плавным миганием и управление потенциометром подходят к этой схеме. Про RGB и адресные светодиодные ленты мы поговорим в отдельных уроках.

Питание и мощность

Светодиодная лента потребляет немаленький ток, поэтому нужно убедиться в том, что выбранный блок питания, модуль или аккумулятор справится с задачей. Но сначала обязательно прочитайте урок по закону Ома! Потребляемая мощность светодиодной ленты зависит от нескольких факторов:

• Яркость. Максимальная мощность будет потребляться на максимальной яркости.
• Напряжение питания (чаще всего 12V). Также бывают 5, 24 и 220V ленты.
• Качество, тип и цвет светодиодов: одинаковые на вид светодиоды могут потреблять разный ток и светить с разной яркостью.
• Длина ленты. Чем длиннее лента, тем больший ток она будет потреблять.
• Плотность ленты, измеряется в количестве светодиодов на метр. Бывает от 30 до 120 штук, чем плотнее – тем больший ток будет потреблять при той же длине и ярче светить.

Лента всегда имеет характеристику мощности на погонный метр (Ватт/м), указывается именно максимальная мощность ленты при питании от номинального напряжения. Китайские ленты в основном имеют чуть меньшую фактическую мощность (в районе 80%, бывает лучше, бывает хуже). Блок питания нужно подбирать так, чтобы его мощность была больше мощности ленты, т.е. с запасом как минимум на 20%.

• Пример 1: нужно подключить 4 метра ленты с мощностью 14 Ватт на метр, лента может работать на максимальной яркости. 14*4 == 56W, с запасом 20% это будет 56*1.2 ~ 70W, ближайший блок питания в продаже будет скорее всего на 100W.
• Пример 2: берём ту же ленту, но точно знаем, что яркость во время работы не будет больше половины. Тогда можно взять блок на 70 / 2 == 35W.

Важные моменты по току и подключению:

• Подключение: допустим, у нас подключено ленты на 100W. При 12 Вольтах это будет 8 Ампер – весьма немаленький ток! Ленту нужно располагать как можно ближе к блоку питания и подключать толстыми (2.5 кв. мм и толще) проводами. Также при создании освещения есть смысл перейти на 24V ленты, потому что ток в цепи будет меньше и можно взять более тонкие провода: если бы лента из прошлого примера была 24-Вольтовой, ток был бы около 4 Ампер, что уже не так “горячо”.
• Дублирование питания: лента сама по себе является гибкой печатной платой, то есть ток идёт по тонкому слою меди. При подключении большой длины ленты ток будет теряться на сопротивлении самой ленты, и чем дальше от точки подключения – тем слабее она будет светить. Если требуется максимальная яркость на большой длине, нужно дублировать питание от блока питания дополнительными проводами, или ставить дополнительные блоки питания вдоль ленты. Дублировать питание рекомендуется каждые 2 метра, потому что на такой длине просадка яркости становится заметной уже почти на всех лентах.
• Охлаждение: светодиоды имеют не 100% КПД, плюс ток в них ограничивается резистором, и как результат – лента неслабо греется. Рекомендуется приклеивать яркую и мощную ленту на теплоотвод (алюминиевый профиль). Так она не будет отклеиваться и вообще проживёт гораздо дольше.

Необходимость в регуляторах яркости

Теперь разберем вопрос немного подробнее, узнаем, зачем нужна регулировка яркости, и как можно по-другому управлять яркостью светодиодов.

• Самый известный случай, когда необходим регулятор яркости для нескольких светодиодов, связан с освещением жилого помещения. Мы привыкли управлять яркостью света: делать его мягче в вечернее время, включать на всю мощность во время работы, подсвечивать отдельные предметы и участки комнаты.
• Регулировать яркость необходимо и в более сложных приборах, таких как мониторы телевизоров и ноутбуков. Без нее не обходятся автомобильные фары и карманные фонарики.
• Регулировка яркости позволяет экономить нам электроэнергию, если речь идет о мощных потребителях.
• Зная правила регулировки, можно создать автоматическое или дистанционное управление светом, что очень удобно.

В некоторых приборах просто уменьшать значение тока, увеличивая сопротивление, нельзя, поскольку это может привести к изменению белого цвета на зеленоватый. К тому же увеличение сопротивления приводит к нежелательному повышенному выделению тепла.

Разновидности диммеров

Сенсорный регулятор света Классификация регуляторов производится по разным признакам: тип напряжения в цепи, вид управляющего сигнала, способ монтажа, исполнение.

По напряжению в сети регуляторы света можно разделить на две группы:

• для переменного напряжения 220 В;
• для постоянного напряжения на LED ленту 12 В.

По виду управляющего сигнала различают диммеры для светодиодов:

• аналоговые;
• цифровые;
• цифро-аналоговые.

Моноблочный клавишный диммер По способу установки выделяется несколько типов:

• модульные, которые монтируются в специальную DIN рейку в распределительном щитке;
• выносные, которые монтируются в люстру;
• настенные, которые устанавливаются вместо выключателя.

По способу управления:

• поворотные – регулировка осуществляется с помощью ручки;
• клавишные – управление производится кнопками;
• поворотно-нажимные – регулирование производится с помощью нажатия на кнопки и поворота ручки;
• сенсорные – модели с различными датчиками;
• дистанционные – управляются пультом через Wi-Fi, радиоканал или инфракрасный порт.

Способы регулировки яркости

Зная, что яркость свечения любого светодиода зависит от тока, можно сделать логический вывод, что характеристики луча меняются одновременно с увеличением или уменьшением подаваемых на кристалл ампер. При аналоговом регулировании резисторами интенсивность свечения регулируется ступенчато, поэтому в схему необходимо включить стабилизатор LM317, фиксирующий ток и напряжение. Такой способ регулирования используется в транспортных средствах и при подключении светодиодов к источнику постоянного напряжения.

Лучшим способом считается широтно-импульсной модуляции с включением в схему резистора и контроллера (если диоды цветные). На светодиод подаются импульсы определенной частоты, то есть, питание включается и выключается очень быстро, светодиод открывается каждый раз, но глаза это не улавливают.

Возможные ошибки при монтаже

Установка диммера не вызывает сложности, но новички могут допустить ряд ошибок. К типичным проблемам относятся:

• использование светорегулятора при повышенных температурах – оптимальная предельная температура составляет 27-30 градусов;
• нагрузка должна составлять не менее 40-45 В, иначе падает срок службы диммера и лампы;
• неправильный выбор диммера под конкретную лампочку;
• использование регулятора для LED ленты в лампе и наоборот.

Последние 2 ошибки являются самыми распространенными. Перед началом монтажа нужно убедиться, что диммер подходит под лампочку, и только после этого начинать установку.

Параметры светового излучения

Свет как физическое явление характеризуется многими параметрами. Основные используемые в физике таковы:

• Сила света;
• Светимость;
• Яркость;
• Освещенность;
• Световая температура.

Светимость — это световой поток на единицу светящейся поверхности. Чем больше светимость, тем более светлой кажется излучающая поверхность. Единица светимости — люмен на квадратный метр.

Термин освещенность применяется по отношению к освещаемой поверхности. Это отношение светового потока к площади поверхности, то есть насколько хорошо она освещена.

Световая температура показывает воспринимаемый цвет источника излучения. Она измеряется в единицах температуры — Кельвинах — и соответствует температуре излучающего, нагретого до этих градусов тела. Субъективно она воспринимается теплой или холодной. Чем более высокой является цветовая температура, тем более холодным будет цвет. Теплый — это желтый и красноватый, холодный — голубой и фиолетовый.

Цена

Стоимость светодиодных лед-ламп зависит, прежде всего, от их качества, а также от популярности производителя. На ценообразовании сказываются такие параметры, как мощность, цветовая температура, экономичность. Самые дорогие лампочки имеют светодиод, покрытый фосфором, и долговечный трансформатор с радиатором. Цена при этом находится в диапазоне 5-15 долларов. Если учитывать, что работает такой источник света в 20 раз дольше стандартной лампы накаливания, такая стоимость не кажется не оправданной. А вот меньше 200 рублей даже самая обычная лампочка на светодиодах стоить не может.

Светодиодные лампы для дома: цены на изделия

После ознакомления с основными характеристиками светодиодных источников света становится понятно какие лампы лучше. Светодиодная продукция хоть и обладает высокой ценой, но бесспорные технические преимущества выгодно отличают ее среди остальных приборов.

В лампах типа «кукуруза» наружные контакты диодов находятся под напряжением, вследствие чего их следует устанавливать в защитный плафон

Практически на все изделия, купленные у официальных представителей, действует гарантия от производителя. Гарантийный срок может составлять от 2 до 5 лет. Помимо этого, любую из приобретенных светодиодных ламп можно обменять на более подходящую модель или оформить возврат в срок, не превышающий 14 дней с момента приобретения.

С помощью современных диодных ламп можно достичь действительно комфортного и гармоничного освещения в помещении

С каждым годом растет массовое производство светодиодной продукции. В связи с этим прогнозируется снижение стоимости приблизительно на 25-30%. Тем не менее окупаемость светодиодных ламп возможна даже в случае приобретения их по нынешним ценам.

Устройство светодиода

 Состоит он из:

– чипа – полупроводникового кристалла;

– электродов (катода и анода),

– тонкого проволочного контакта, соединяющего анод (в некоторым конструкциях также и катод) с чипом (полупроводниковым кристаллом),

– подложки, на которой размещен сам чип (полупроводниковый кристалл);

– корпуса, оснащенного контактными выводами;

– оптической системы.

Оптическое излучение возникает в результате прохождения прямого электрического тока через кристалл, а излучаемый цвет зависит от материала (химического состава), из которого тот изготовлен, а также возможного включения в состав чипа (кристалла) различных добавок. Большинство светодиодов имеет один полупроводниковый кристалл, но существуют диоды с двумя и более чипами. Такие приборы изготавливаются, если требуется увеличить их мощность или получить разноцветное свечение.

Обычно светодиод подключается к электрической сети через резистор, устанавливаемый на вводе.

Резистор предохраняет светодиод от скачков напряжения и высокой силы тока. В случае отсутствия резистора светодиод может перегореть.

Принцип работы драйвера для светодиодов

Для получения стабилизированного тока применяется специальное устройство, которое выбирается с учетом следующих параметров:

• определенной мощности;
• напряжения непосредственно на выходе;
• номинального тока.

Устанавливаемые драйверы могут быть линейными или импульсными.

Первые из них призваны обеспечивать плавную стабилизацию электрического тока при изменчивом напряжении на входе.

Импульсные приборы формируют в выходном канале высокочастотные толчки. Они отличаются высоким коэффициентом полезного действия.

Существуют еще диммируемые драйверы, предоставляющие возможность настраивать яркость свечения светодиодов. Днем интенсивность излучения можно несколько уменьшить, благодаря чему удастся экономить ресурс полупроводниковых изделий и электрическую энергию.

Монтаж

При установке на плату требуется резистор, ограничивающий ток. Для подбора параметров лучше всего использовать калькулятор. Схема подключения для нескольких элементов последовательная. При большом количестве чипов создаются последовательные цепочки, которые нужно подключать параллельно.

Требования к пайке диода

Яркие SMD 5730 припаиваются к плате методом оплавления. Температура до 300оС, время – до 3-х секунд. В промышленности используются специальные печи и паяльная паста. В домашних условиях требуется мягкий оловянный припой и паяльник, нагретый до температуры 260-300оС.

Жало держится на контактах 2-3 секунды, соблюдая
некоторые обязательные условия:

• нельзя
  давить на корпус;
• повторная
  пайка невозможна;
• до
  полного остывания нельзя переворачивать или передвигать плату.

Время остывания припоя 4 секунды.

Принцип работы и конструкция

Поворотный диммер для светодиодных ламп Диммер – это элемент, позволяющий плавно менять интенсивность искусственного освещения, включать и выключать лампочки, удаленно управлять светом. Регулировка осуществляется за счет изменения напряжения и, соответственно, мощности прибора. Это можно сделать путем добавления нагрузки – балластных резисторов, конденсаторов, дросселей. В светодиодных лампах регулировка производится с помощью диммеров.

Не к каждому светодиодному источнику света можно подключить диммер. Для стабильной регулировки освещения нужны специальные регуляторы или устройства с ШИМ функцией

К лампочке важно подобрать правильный регулятор, так как от его схемотехники будет зависеть качество изменения освещения

Работает диммер по типу реостата. Напряжение или ток меняются в результате изменения сопротивления. Сейчас активно используются полупроводниковые регуляторы – симисторы и динисторы, работающие по принципу ШИМ.

К преимуществам диммеров можно отнести:

• создание комфортного освещения в любое время суток;
• экономия электроэнергии;
• надежность;
• плавное включение;
• можно управлять несколькими светильниками;
• повышение срока службы осветительных приборов;
• легкость монтажа;
• возможность синхронизации с системой «умный дом»;
• создание уникальных визуальных эффектов.

Регулятор силы света на 12 В Недостатки:

• высокая стоимость;
• неправильный выбор регулятора грозит возникновением неисправностей;
• дешевые приборы могут вызвать помехи;
• чувствительность к повышенным температурам;
• низкий КПД в ночном режиме.

Регуляторы на 220 В и 12 В имеют конструктивные отличия. Простейшие механизмы, которые мастера могут сделать в домашних условиях, выполняют функцию изменения интенсивности света. Современные модели имеют более широкий функционал – например, функция «Сон», при которой яркость поддерживается на уровне 30% от полной. Также есть функция «доброе утро», когда интенсивность увеличивается, или «спокойной ночи», когда свет становится более приглушенным.

Применяются регуляторы света в разных областях. В домашней подсветке, в рекламных щитах, в развлекательных целях. Регулируемые лампы используются в офисных светильниках ВГ СКУЛ 1200-36 Вт.

Основные выводы

Измерить интенсивность свечения светодиода в домашних условиях невозможно. Этот показатель редко указывается в маркировке, для правильного выбора необходимо знать его зависимость от размеров кристалла, потока света и угла излучения.

Возможность менять яркость (использовать диммирование) широко используется в быту для экономии электроэнергии и устройства специальных систем освещения. Интенсивность свечения можно уменьшить при просмотре телевизионных программ, во время отдыха, для ночного освещения детских комнат. Удобство использования повышает возможность управления диммированием при помощи пульта управления или автоматически (с учетом движения и времени).

Основные выводы

Измерить интенсивность свечения светодиода в домашних условиях невозможно. Этот показатель редко указывается в маркировке, для правильного выбора необходимо знать его зависимость от размеров кристалла, потока света и угла излучения.

Возможность менять яркость (использовать
диммирование) широко используется в быту для экономии электроэнергии и
устройства специальных систем освещения. Интенсивность свечения можно уменьшить
при просмотре телевизионных программ, во время отдыха, для ночного освещения
детских комнат. Удобство использования повышает возможность управления
диммированием при помощи пульта управления или автоматически (с учетом движения
и времени).

ПредыдущаяСветодиодыТехнические хаpaктеристики и применение SMD 3528СледующаяСветодиодыПараметры и схемы питания светодиодов

https://youtube.com/watch?v=%250A

Основные выводы

Измерить интенсивность свечения светодиода в домашних условиях невозможно. Этот показатель редко указывается в маркировке, для правильного выбора необходимо знать его зависимость от размеров кристалла, потока света и угла излучения.

Возможность менять яркость (использовать диммирование) широко используется в быту для экономии электроэнергии и устройства специальных систем освещения. Интенсивность свечения можно уменьшить при просмотре телевизионных программ, во время отдыха, для ночного освещения детских комнат. Удобство использования повышает возможность управления диммированием при помощи пульта управления или автоматически (с учетом движения и времени).