Как устроен осветительный прибор на основе светодиода?

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

По сравнению с обычными лампами накаливания устройство светодиодной лампы с технической точки зрения сложнее. Если для первых используется прозрачный стеклянный корпус, то в случае со вторыми разглядеть что-либо находящееся внутри не выйдет. Для того чтобы узнать, из чего состоит такой источник света, необходимо разобрать его на части.

Общее устройство светодиодных лампочек, независимо от производителя, практически идентичное (с небольшими отличиями). Ассортимент стандартных изделий с цоколем E14 или E27 делится на три категории — фирменные, низкосортные китайские и филаментные.

Низкокачественные китайские лампочки

При разборе фирменной лампы можно обнаружить все необходимые для надежности и долговечности конструктивные элементы. Но если заглянуть под корпус дешевого китайского изделия, то первое, чего вы не обнаружите — радиатор и драйвер.

Драйвер обычно заменяют блоком питания с неполярным конденсатором, неспособным стабилизировать ток на выходе. Устанавливают такой блок в центр платы с диодами. Если взглянуть на нее сверху, то можно увидеть диодный мост с резисторами, снизу — два конденсатора. Это позволяет существенно уменьшить стоимость и качество изделия.

Для охлаждения прибора в корпусе проделывают небольшие отверстия. Эффективность низкая, кристаллы очень быстро перегорают. Плата установлена на пластиковом корпусе и закреплена защелками. Для соединения с цоколем используют два спаянных провода.

Филаментные лампы

Филаментный источник света внешне напоминает лампу накаливания, но конструктивно остается светодиодным изделием. В таком случае пропадает необходимость в отводе тепла, но применение устройств в бытовой сфере связано с исключительно эстетическими соображениями.

Основной элемент филаментного прибора — светодиодная нить. В зависимости от количества таких нитей производят изделия разной мощности. Филамент — тонкий стержень из стекла, на поверхности которого имеются SMD-диоды. Верхняя часть покрывается люминофором, дающим желтый оттенок. Для отвода тепла применяют стеклянную колбу, внутренняя часть которой заполняется газом.

Из-за отсутствия места для драйвера внутри производители размещают низкокачественный модуль питания. Это повышает пульсацию, негативно сказывающуюся на зрительных органах. Для избавления от мерцания между цоколем и колбой добавляется пластиковое кольцо с качественным драйвером.

Принцип действия светодиодных ламп

Принцип работы этих приборов построен на сложных физических процессах. При подаче электрического тока происходит соприкосновение двух веществ, изготовленных из разносортных материалов. Это приводит к образованию светового потока.

Парадоксальность системы связана с тем, что ни один из материалов, используемых для изготовления двух веществ, не относится к проводникам электрического тока. Это полупроводники, способные пропускать ток только в одном направлении. Поэтому при подключении светодиодов важно соблюдать полярность. Один материал наделен отрицательными электронами, а другой — положительными ионами.

Также в полупроводниках активизируются иные процессы. В момент смены состояния выделяется тепловая энергия. Экспериментальным методом изобретатели нашли нужное сочетание веществ, при котором помимо энергии появляется и световое излучение.

Все приборы, которые пропускают ток в одном направлении, называются диодами. Светодиоды — диоды, способные выделять световой поток.

Первые LED-диоды излучали свет в узком спектре — красном, желтом или зеленом. При этом сила свечения была минимальной. В течение продолжительного отрезка времени светодиоды использовались исключительно как индикаторы. Сегодня диапазон излучения значительно расширен и охватывает едва ли не весь спектр. С другой стороны, определенные волны всегда длиннее, поэтому данные устройства делятся на источники холодного и теплого света (в зависимости от тепловой температуры).

Способы сборки

По способу сборки изделия делятся на несколько категорий.

DIP расшифровывается как Dual In-line Package. Конструкция приборов интересна, но существенно устарела. Выделяют следующие размеры светодиодов:

  • 0,3;
  • 0,5;
  • 0,8;
  • 1,0 см.

Также полупроводниковые изделия различаются цветом, материалом изготовления, формой чипа. Из преимуществ DIP-сборки выделим малый нагрев и высокую яркость. Бывают одноцветные и многоцветные (RGB-технология). Можно распознать по характерной цилиндрической форме и встроенной линзе выпуклого типа.

«Пиранья»

Данная группа осветительных устройств характеризуется высоким световым потоком. Изготавливаются прямоугольной формы, имеют четыре PIN-вывода, бывают красными, синими, белыми или зелеными.

По сравнению с DIP-технологией изделия более жестко и прочно «сидят» на плате. Свинцовая подложка повышает теплопроводность, но в то же время понижает общую безопасность при эксплуатации. Широкая распространенность обусловлена большим диапазоном рабочих температур.

SMD-технология

SMD расшифровывается как Surface Mounting Device (в переводе с англ. — «устройство, фиксируемое на поверхности»). Эти светодиоды характеризуются мощностью в диапазоне 0,01–0,2 Вт. Главная особенность связана с наличием нескольких кристаллов (1–3), монтируемых на керамическую подложку.

Корпус покрыт люминофором. Стандартный припой используется для соединения основной платы и контактных площадок.

Из недостатков выделим низкую ремонтопригодность: если выйдет из строя хотя бы один диод, то придется заменять целую плату.

COB-технология

Последняя и наиболее надежная технология изготовления светодиодов получила название Chip On Board (COB). Полупроводники крепятся на плату без корпуса и какой-либо подложки, после чего покрываются люминофором.

Главное преимущество связано с небольшой площадью свечения при высокой мощности. Равномерное свечение изделия гарантируется высокой плотностью светодиодов и наличием люминофора. Такие светодиоды чаще применяются в наши дни.

Устройство светодиодных источников света

Светодиодный источник состоит из следующих конструктивных элементов:

  • LED-диоды;
  • драйверы;
  • корпус;
  • радиатор;
  • цоколь.

Светодиоды

Несколько лет назад конструкция светодиодной лампы незначительно отличалось из-за отсутствия широкого ассортимента LED-диодов. Самыми распространенными были чипы на 3–5 мм. Позже появились изделия на 10 мм.

Сегодня светодиодов намного больше. Чаще всего используются SMD 5050, SMD 3528, SMD 5730, SMD 2835, 1W, 3W и 5W.

Количество светодиодов бывает разным, его задает производитель. При монтаже нескольких диодов производят специальные расчеты, чтобы вывести оптимальный ток потребления. Припой осуществляется к текстолитовым или алюминиевым платам. Светодиоды собираются в группы, соединяемые последовательно. Опять же, количество групп неограниченно.

Последовательное соединение обеспечивает постоянный ток, но есть существенный недостаток — если выйдет из строя хотя бы один LED-диод, то перестает работать все изделие. С другой стороны, диод можно без проблем заменить на новый.

Платы, к которым припаиваются источники света, классифицируются по форме и бывают круглыми, прямоугольными, овальными, многоугольными и т. д.

Драйверы

Драйверы предназначены для преобразования входящего напряжения в пригодную для питания устройства величину. Причем питание для каждой группы светодиодов может быть разным. Самыми распространенными являются трансформаторные схемы с драйверами.

Конструктивные элементы могут быть двух типов — открытыми и закрытыми (в корпусе). Монтируют их в корпус ламп, осветительных приборов.

Дешевые драйверы применяют в обычных фонариках, в которых светодиоды питаются от батареек. В таком случае нет необходимости в резисторе, ограничивающем ток. Из-за этого диоды могут получать повышенный ток, что приводит к их скорому выходу из строя.

Китайские производители нередко пытаются сэкономить на приборах, устанавливая вместо драйверов обычные ограничители тока со схемой на основе конденсатора. Избегайте покупки таких изделий, поскольку помимо крайней неэкономичности они негативно воздействуют на здоровье человека (высокая пульсация).

Цоколь

Поскольку светодиодные изделия позиционируются как лучшие аналоги лампам накаливания, то нет ничего удивительного в том, что они изготавливаются со стандартными цоколями — E27 и E14. Последние часто применяются в ночных и настенных светильниках.

За рубежом иные стандарты, поэтому там чаще можно встретить светодиодные лампы E26.

Корпус

В отличие от ламп накаливания для светодиодных нет необходимости в полной герметичности колб, да и газовая среда внутри отсутствует. Одна из разновидностей светодиодных светильников — филаментный источник, повторяющий устройство лампы накаливания и нуждающийся в газовой среде.

Потребляя то же количество электроэнергии, изделия светят намного ярче аналогов. Обычная светодиодная лампа имеет закрытую колбу, производимую из стекла или пластика. Матовое покрытие понижает светопропускаемость, но это незначительные издержки производства.

Радиаторы

Данные электротехнические изделия боятся высокой температуры и перегрева. По этой причине для повышения срока эксплуатации необходимо устройство для отвода тепла. Алюминиевые платы частично снижают влияние перегрева, но этого недостаточно. Дорогие и качественные лампы обязательно используют радиаторы, размер которых зависит от количества светодиодов в приборе.

Наличие радиатора повышает стоимость и габариты изделия, но является обязательным условием для создания качественного и долговечного прибора.

Компоновка составных частей

В зависимости от производителя, устройство и конструкция лампы разные. С другой стороны, общий принцип компоновки остается одинаковым. Сборка начинается с цоколя, куда последовательно устанавливают драйвер, радиатор, плату с LED-диодами и колбу.

Для сравнения рассмотрим устройство изделия от двух производителей.

Светодиодная лампа BBK

Цоколь изготавливается из пластика. Внутри установлен качественный драйвер. Для корпуса используется алюминий, выполняющий функции радиатора. Туда крепится плата с диодами и линза. Наличие данной линзы понижает световую отдачу прибора.

Лампа Gauss

Опять же цоколь изготовлен из пластика, имеются драйвер и алюминиевый корпус с установленной диодной платой. Конструкция гарантирует долговечность изделия.

Как проверить светодиодную лампу при покупке

Возьмите в руки светодиодную лампу и осмотрите ее внешне, чтобы убедиться в отсутствии каких-либо изъянов. Выполнить это можно только при условии применения прозрачной колбы. Для начала проверьте радиатор (он выпускается литого или наборного типа). Чем выше мощность изделия, тем объемнее должен быть радиатор. Отличным вариантом станет применение алюминиевых или керамических охладителей.

В идеале электротехнический элемент нужно покрыть термопластиком. Убедитесь, что в цоколе отсутствуют люфты и механические дефекты. Также в любом магазине есть возможность подключить лампу к электрической сети, чтобы проверить ее работоспособность. Сделав это, взгляните на излучаемый свет. Используйте фотокамеру на смартфоне, чтобы убедиться в отсутствии мерцания и пульсации. Ни в коем случае не покупайте лампу, которая мерцает при работе.

Полученной информации по устройству и принципу работы светодиодной лампы может быть недостаточно для выбора качественного осветительного прибора, характеризующегося безопасностью, надежностью и долговечностью. Также нужно учитывать другие критерии, включая характеристики и производителя, о чем подробно описано в этой статье.

Как устроена светодиодная лампа: принцип работы

Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она собой представляет и в чем ее преимущество перед лампами накаливания или люминесцентными светильниками. Конечно же, основной их плюс – это долговечность в работе и минимальное потребление электроэнергии. Почему так недолго работают обычные лампы, объяснять не приходится. И так понятно, что вольфрамовая нить – не слишком надежный материал. Но все же до недавнего времени лампы на основе этого материала практически не имели конкуренции. Сейчас же, хотя цена светодиодных ламп выше, чем у их предшественников, они быстро завоевывают рынок, пользуясь у потребителя все большим спросом.

  1. Что же такое светодиод?
  2. Схема светодиодной лампы
  3. Схема с диодным мостом
  4. Резисторная схема
  5. Устройство LED-ламп
  6. Схема светодиодного драйвера
  7. Ремонт LED–лампы
  8. Особенности ламп со штыревым цоколем
  9. Как проверить светодиодную лампу при покупке?
  10. Общие сведения

Что же такое светодиод?

По своему строению это многослойный полупроводниковый кристалл, который преобразует электроэнергию в обычный свет. А как это происходит, нужно разобрать более детально.

При различных вариациях компоновки чипов можно создать четыре варианта светодиодов:

  • DIP – кристалл с двумя проводниками, над которым находится увеличитель. Это более распространенный вариант (гирлянды, уличные вывески и т. п.).
  • «Пиранья» – по своей сути то же, что и DIP, только с 4 выводами, за счет чего является более надежной. Основная сфера применения – автомобили (подсветка, ходовые огни).
  • SMD – с улучшенным теплоотведением и уменьшенными размерами за счет размещения сверху. По этой же причине имеет и много вариаций сборки. Применяется в различных световых приборах.
  • СОВ – впайка кристалла производится непосредственно в плату. Плюс в более высокой защите от перегревания, к тому же свечение более интенсивно. Из минусов – при перегорании одного чипа меняется все полностью, т. к. отдельный чип заменить нет возможности.

Светодиодная лампа 220 В.

Схема светодиодной лампы

Поняв суть устройства светодиодной лампы, легко разобраться в особенностях работы и даже изготовить ее самому (схема светодиодной лампы на 220 вольт представлена на рисунке ниже). Естественно, в любом из магазинов можно приобрести такой светильник, но иногда бывает трудно подобрать таковой именно с необходимыми параметрами. А кому-то просто не интересно покупать, а куда более привлекательно изготовить самому. Главное – решить вопросы расположения схемы и светодиодов, изолирования системы, а также обеспечения теплообмена.

Итак, с чего следует начать сборку? Есть множество систем, позволяющих этим осветительным приборам функционировать от сети 220 V. У всех них существует 3 главные цели:

  1. Получение пульсирующего тока из сети 220 V.
  2. Выравнивание тока до постоянного.
  3. Трансформирование тока до 12 V.

Для этого можно воспользоваться 2 вариантами – изготовить либо плату с диодным мостом, либо резисторную схему. При втором варианте необходимо использование четко определенного количества светодиодов. Нужно понять, какие плюсы и минусы есть у каждого из этих вариантов.

Схема с диодным мостом

Устройство этой схемы включает в себя четыре диода, подключенных разнонаправлено. По своему принципу диодный мост должен ток из сети 220 V трансформировать в пульсирующий. Суть действия в следующем: синусоидальные полуволны при проходе по двум диодам изменяются, в результате минус теряет полярность. При сборке нужно подключить к плюсовому выходу конденсатор до моста в месте подачи переменного тока. Сопротивление в 100 Ом присоединяется перед минусом. Для сглаживания перепадов напряжения сзади моста нужен еще один конденсатор.

Такую схему несложно собрать, даже любитель при минимальных навыках справится с этой работой. Саму плату лучше позаимствовать от отработавшего свое светильника. Главное запомнить – светодиоды нужно соединять по 10 шт. последовательно, после получившиеся несколько цепей соединить параллельно.

Резисторная схема

Ее тоже совершенно несложно изготовить. При даже небольших навыках вполне по силам собрать подобную лампу даже новичку. Собирается эта схема из 2 резисторов и 2 цепочек светодиодов, состоящих из одинакового числа элементов, соединенных последовательно, но имеющих разную направленность. От первого резистора соединение идет от одной полосы светодиодов к катоду, от другой – к аноду. От второго резистора – наоборот. Оптимальное число диодов в полосе – 10-20. Вывод: изготовить самодельный драйвер и в последующем лампу на светодиодах – совершенно несложная задача.

Устройство LED-лампы на 220 V.

Устройство LED-ламп

Основные 6 частей LED-лампы – это корпус, цоколь, рассеиватель, радиатор, блок светодиодов LED и бестрансформаторный драйвер (на картинке представлено устройство светодиодной лампы на 220 V). Эти лампы вполне подлежат ремонту, если один или несколько кристаллов прогорели. Вообще в LED-светильниках обычно горит драйвер, для которого чаще всего используются такие микросхемы, как bp 3122, bp 2832а или bp 2831а. Помимо прочего, драйвер стабилизирует скачки напряжения.

На рисунке сверху изображена лампа варианта СОВ. Ее светодиод представляет собой единую пластину, в которую включено множество чипов. Если у такой лампы перегорает светодиод, то он меняется целиком, т. к. отдельные чипы невозможно поменять.

Схема светодиодного драйвера

Схема драйвера светодиодной лампы (можно понять на примере MR-16) настолько проста, насколько это возможно (драйвер LED-лампы ничем от него не отличается). Она работает так: переменный ток в 220 V проходит на мост (диодный) через конденсатор С1. Далее уже прямой ток идет на светодиоды НL1–НL27, которые подключены последовательно. Число их может достигать 80 шт. Ну а более ровного света, без мерцания, добиваются как раз при помощи конденсатора С2. Желательно, чтобы он был как можно большей емкости. Схема драйвера для светодиодов от сети 220 V представлена на рисунке.

Простейшая схема драйвера MR-16

Ремонт LED–лампы

Устройство светодиодного светильника представляет собой обычную LED-лампу, и если светодиоды в ней отдельные, а не единой пластиной с кристаллами, то ее возможно отремонтировать, заменив сгоревшие (прогоревшие) элементы. Ее с легкостью можно разобрать. Нужно разделить корпус с цоколем. Если для примера взять лампу МR-16, то как раз внутри будет находиться 27 светодиодов. Подобраться к плате с элементами можно путем снятия защитного стекла. Делается это при помощи обычной отвертки.

Иногда именно этот этап становится самым трудным. Если светодиод прогорел, то это сразу видно. Сгоревшие элементы придется поискать при помощи тестера, либо подавая на них по 1.5 V. Неисправные светодиоды необходимо заменить. Причиной мигания лампы может быть поломка конденсатора С1. При этом нужно поставить другой, с напряжением 400 V.

Особенности ламп со штыревым цоколем

По сути, лампа со штыревым цоколем практически ничем не отличается. Единственное, что необходимо знать, это маркировку, которая наносится на корпус. Относится она именно к особенностям цоколя.

  • G – это как раз указывает на то, что у лампы штыревой цоколь.
  • U – маркер того, что лампа энергосберегающая.
  • 10 – расстояние от одного до другого штыря в миллиметрах.

Как проверить светодиодную лампу при покупке?

Примером послужит лампа с цоколем Е-27 и питанием в 220 V. Как при покупке не ошибиться, выбрав качественный товар? Необходимо внимательно осмотреть всю конструкцию светодиодной лампы. Изначально нужно посмотреть на радиатор. Он должен быть литым, а не наборным, т. к. в том числе и от него зависит долговечность работы выбранной лампы. Радиатор стоит в прямой зависимости от мощности, следовательно, чем мощнее лампочка, тем больше охладитель. Очень хорошо себя показывают алюминиевые, керамические либо графитовые.

Наилучший вариант – термопластиковое покрытие радиатора. После необходимо убедиться в отсутствии люфтов в цоколе, а также видимых механических повреждений. В любом магазине электротоваров имеется возможность включения лампы в сеть для проверки. При подаче питания на лампу нужно обратить внимание на исходящий от нее свет. Даже если мерцания не видно, необходимо посмотреть на прибор через камеру сотового телефона. На экране будет четко видно наличие или отсутствие мерцания. Если же имеется пульсация, такую лампу покупать не стоит. Что касается маркировки, то она должна быть четкой и хорошо читаемой, т. к. именно на основе этой информации выбирается тип светодиодной лампы.

Общие сведения

Применение светодиодных ламп необычайно широко. Это и бытовое освещение, и промышленное, и даже уличное. По своей сути такие световые приборы являются самыми экологически чистыми, т. к. не содержат опасных веществ (таких, как ртуть и т. п.) в отличие от люминесцентных или ртутных (ДРЛ) ламп. Световые приборы, имеющие в основе нить из вольфрама, дают много света, но их эффективность весьма сомнительна, т. к. 95 процентов уходит на выработку тепла, в чем и состоит отличие от принципа работы светодиодной лампы. Очень интересно, что после того, как было запрещено продавать лампы мощностью свыше 100 Ватт, их все равно не перестали выпускать. Только теперь они называются не лампочки, а «теплоизлучатели», что по своей сути правильно. Есть различные корпуса светодиодных ламп, а также различные типы цоколя. На картинке указаны маркировки, по которым можно определить, какая именно лампа нужна для того или иного прибора. Интересен также и цвет таких ламп. С первого взгляда может показаться, что он просто белый, однако это не так. Есть специальный индекс цветопередачи – CRI. Если он низок, то освещение будет казаться неприятным, хотя будет непонятно почему, ведь оно визуально не отличается. Если брать за пример солнце или обычную лампочку, то их CRI будет равен 100. Качественная светодиодная лампа имеет CRI 90. Ну а если CRI менее 80, то такие световые приборы не рекомендуется использовать в местах проживания.

Виды светодиодных ламп

Так что же в итоге? Конечно, личное дело каждого, какие осветительные приборы использовать, но то, что светодиодные лампы помимо своей экологичности еще и очень экономичны – это неоспоримый факт, а значит, они будут продолжать завоевывать рынок электротехники до тех пор, пока не появится что-то новое.

Как устроена и из чего состоит светодиодная лампа

Освещение играет важную роль в жизни человека. Оно бывает основным, акцентным, декоративным. Для создания подсветки используются различные источники света. Самыми современными, надежными и качественными приборами являются светодиодные лампы. Они имеют множество преимуществ перед классическими источниками света. Однако устройство светодиодной лампочки сложнее.

  1. Принцип работы
  2. Преимущества светодиодных ламп
  3. Устройство светодиодных источников
  4. Брендовая продукция
  5. Низкокачественные изделия
  6. Филаментные приборы
  7. Способы сборки
  8. Рекомендации по проверке лампы при покупке

Принцип работы

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл, состоящий из двух материалов разной проводимости.

Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем: при подаче электрического тока происходит переход частиц из одного полупроводника в другой, сопровождающийся созданием частицы света – фотона. Оба полупроводника способы пропускать ток только в одном направлении, поэтому при подключении важно соблюдать полярность. Во время подачи тока протекают и другие процессы. Часть энергии тратится на выделение тепла.

Принцип работы Led лампы

Светодиоды применяются в самых разных сферах: для создания освещения в доме, на производстве, в административных помещениях. С их помощью делается рекламная, художественная и архитектурная подсветка. Светодиоды можно встретить в фонарях для уличного освещения.

Преимущества светодиодных ламп

Современные источники света должны быть экономичными, эффективными и безопасными. Светодиоды полностью подходят под эти характеристики. Для работы светоизлучающего диода требуется небольшое количество энергии, при этом они выдают яркое освещение с минимальным выделением тепла. Светодиодные источники света обладают пониженной чувствительностью к скачкам в сети и имеют большое количество циклов включения и выключения. При подаче напряжения они загораются сразу, не нужно время для разогрева. Светодиоды для ламп освещения выгодно отличаются от других источников света своим долгим сроком службы – до 50000 часов.

Безопасность светодиодов заключается в отсутствии в них вредных компонентов. В колбе отсутствуют пары ртути и смесь инертных газов, поэтому они не требуют особых условий утилизации. Также светодиоды выполняются в прочном качественном корпусе. Устройства имеют низкий коэффициент пульсаций, поэтому они безопасны для человеческого здоровья.

Недостаток, ограничивающий широкое распространение светодиодных приборов – высокая стоимость.

Устройство светодиодных источников

Конструкция светодиодной лампы

Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.

Из чего состоит светодиодный светильник:

  • Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
  • Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
  • Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
  • Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
  • Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.

Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.

Брендовая продукция

Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:

  • Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
  • Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
  • Набор чипов.
  • Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
  • Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
  • Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.

В качественном приборе обязательно есть радиатор. Он объемный и окрашивается белым полимером. Увеличивает вес и габариты лампочки, но является обязательным элементом для стабильной работы.

Низкокачественные изделия

Разобранная китайская светодиодная лампа

Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.

Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.

Филаментные приборы

Светодиодная филаментная лампа

Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания. Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы.

Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.

К недостаткам филаментной лампы можно отнести высокий коэффициент пульсаций. Частое моргание негативно влияет на зрение и психику человека, поэтому ведутся работы по модернизации конструкции лампы. Драйвер высокого качества должен устанавливаться в пластиковую вставку в виде кольца между колбой и цоколем.

Способы сборки

Светодиодные лампы можно разделить на несколько категорий по способу сборки:

    Dip (dual inline package). Это самая старая и простая конструкция. Представляет собой светодиод, расположенный в защитном цилиндрическом корпусе, с двумя или более выводами. Светят ярко, различаются широкой цветовой гаммой и малым нагревом. Бывают одноцветные и многоцветные.

Светодиоды «пиранья»

  • Пиранья. Эти приборы отличаются высоким световым потоком. Выполняются прямоугольной формы с 4 выводами. По сравнению с предыдущими, пиранья прочно устанавливается на плату. Имеет свинцовую подложку, которая увеличивает теплопроводность. Работает в широком температурном диапазоне.
  • SMD. Это светодиоды с мощностью 0,01 – 0,2 Вт, отличающиеся наличием нескольких кристаллов на одной керамической подложке. Корпус покрывается люминофором. К минусам можно отнести невозможность ремонта. Если сломается хотя бы один светодиод в группе, придется заменять всю плату.
  • COB. Одна из самых надежных технологий изготовления диодов. Полупроводниковый кристалл крепится на плату без корпуса и подложки и покрывается люминофором. Отличаются высокой мощностью и небольшой площадью свечения.

    • Самой распространенной технологией является COB.

    Рекомендации по проверке лампы при покупке

    Радиаторы светодиодных ламп

    Покупая осветительное изделие, его следует визуально осмотреть в магазине. Корпус должен быть без царапин и вмятин. Нужно убедиться в наличии радиатора. Он может быть монолитным или наборного типа. Размеры зависят от мощности лампы – чем она выше, тем крупнее радиатор.

    Также проверяется цоколь. Он должен быть без механических дефектов и люфтов. По возможности нужно проверить работоспособность лампы путем подключения к электросети. На свет нужно посмотреть через камеру телефона, чтобы убедиться в отсутствии пульсаций. Если заметны мигания, лампа некачественная, покупать ее не рекомендуется.

    Прежде чем сделать выбор, стоит внимательно изучить технические характеристики: на сколько вольт светодиоды в лампе, цветовую температуру, коэффициент пульсаций.

    Светодиоды – как работает, полярность, расчет резистора

    Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

    Устройство светодиода

    Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

    Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

    Светодиод состоит из нескольких частей:

    • анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл;
    • катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл;
    • отражатель;
    • кристалл полупроводника;
    • рассеиватель.

    Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.

    Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.

    Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.

    Цвета светодиодов

    Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.

    Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.

    RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.

    Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.

    Принцип работы светодиодов

    Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.

    При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.

    Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:

    • ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;
    • полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

    Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

    Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

    Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.

    Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.

    Виды светодиодов, классификация

    По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.

    По типу исполнения выделяют:

      Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.
    • Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd

    • Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров. Cob
    • Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. Волоконные
    • Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

    • Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. Oled
    • В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

    Светодиоды могут быть:

    • мигающими – используются для привлечения внимания;
    • многоцветными мигающими;
    • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
    • RGB;
    • монохромными.

    Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.

    Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

    По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.

    Полярность светодиодов

    При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.

    Полярность моно определить несколькими способами:

    • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.
    • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.
    • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.
    • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

    Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.

    Расчет сопротивления для светодиода

    Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.

    Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.

    Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.

    Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.

    Когда нужно использовать токоограничивающий резистор:

    • когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация;
    • лабораторные исследования.

    В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах.

    Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

    Устройство и принцип работы светодиодов

    С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.

    В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.

    Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?

    Что такое светодиод?

    Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.

    Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.

    В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.

    Устройство, конструкция и технологические отличия

    Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.

    Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.

    Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания. Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

    В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.

    Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.

    Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

    Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.

    Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.

    Принцип работы светодиода

    Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности. В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.

    Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

    Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.