Светодиоды с низким потреблением тока

Светодиоды с низким потреблением тока

Сегодня предлагаем поговорить об определении мощности светодиодного светильника. Мощность – это скорость преобразования электрической энергии. Измеряется величина в ваттах, обозначающих работу, произведённую за 1 секунду. Получается, потребляемая мощность светодиодного светильника влияет на его яркость. Однако не все так просто. Производители современных приборов стараются повысить световую отдачу каждого потреблённого ватта, причём успешно. К примеру, уровень света источника номиналом 8 ватт, выпущенного в этом году идентичен прибору номиналом 10 ватт, изготовленному еще год назад. На этом производители не собираются останавливаться. Развитие энергоэффективности светодиодных ламп, в том числе приборов большой мощности, будет продолжаться.

Выбирая подходящее изделие вместо люминесцентного прибора либо лампы накаливания, учитывают все базовые характеристики товара. Ведь у двух, казалось бы, одинаковых световых источников могут отличаться коэффициент цветопередачи, световой поток, типы и параметры цоколей, цветовая температура. Соответственно, по-разному будет восприниматься уровень освещения. Помимо того различается и угол рассеивания. Итак, разберемся, как определить мощность светодиода, а также попробуем выбрать нужное изделие.

Преимущества использования светодиодных приборов

Мощная светодиодная лампа позволит осветить помещения с высокими потолками, может быть использована в светильниках наружного освещения, способствовать ландшафтному дизайну.

Изготовители выпускают led лампы с цоколями Е40 или Е27, корпус которых, обеспечен защитой IP64, что позволяет использовать подобные источники света при различных погодных условиях.

Очевидны преимущества данных осветительных приборов:

• способствуют многократной экономии электрической энергии;
• не требуют изменений проекта системы освещения и дополнительных расчётов;
• при включении практически сразу демонстрируют предельную мощность;
• не выделяют ультрафиолетового и теплового излучения;
• не меняют цветовое свечение и интенсивность, со временем;
• не производят мерцания, вредных выделений, шума.

При выборе того или иного источника света, принято руководствоваться основным параметром – мощностью лед ламп. Благодаря данной характеристике, не трудно высчитывать количество энергии, преобразуемой прибором в свет, тем более что мощные светодиодные лампы обладают высоким уровнем эффективности.

Так, одинаковое свечение у LED лампочки, требующее 6 Вт, для иных осветительных приборов потребует 60-ти, потому, для создания одинакового уровня освещённости разным источникам необходимо различное количество энергии.

Светодиодные лампы большой мощности обладают:

• достаточно крупными габаритами;
• большим количеством светодиодов встроенного типа.

Так, лампы «кукуруза» превосходно зарекомендовали себя при использовании для освещения:

• городских улиц;
• парков;
• территории дачных участков;
• складских и производственных помещений с высокими потолками,

к тому же изготовители оснащают светодиодные лампы большой мощности встроенными линзами, что позволяет увеличить угол освещения до 140˚.

Пример расчета мощности

Выбор блока питания в первую очередь делают по его выходному напряжению. Оно должно соответствовать напряжению питания ленты. Если на выходе будет меньшее напряжение, светодиоды будут светиться слабо или вообще не зажгутся. Если напряжение БП существенно выше потребного, светильник быстро выйдет из строя (иногда мгновенно).

Второй шаг – расчет мощности блока питания для светодиодной ленты. Она выбирается по формуле Pбп=Pленты*Кзап, где:

• Pбп – наибольшая мощность блока питания, Вт;
• Pленты – мощность, потребляемая лентой;
• Кзап – коэффициент запаса, берется равным 1,2-1,4.

Коэффициент запаса учитывает несколько факторов:

• завышение паспортной мощности БП относительно фактической (так иногда поступают недобросовестные производители);
• нежелательность работы блока питания на пределе возможностей (срок службы некоторых элементов может сократиться, особенно в условиях недостаточного охлаждения);
• наличие плохих контактов (некачественных паек) в силовых цепях, которые при работе на максимальном токе могут быстро стать причиной неисправностей;
• планируемое расширение схемы в будущем;
• наличие в схеме питания дополнительных устройств (диммеров, RGB-контроллеров и т.п.), которые также потребляют энергию от блока питания.

Чем больше факторов присутствует в конкретном случае, тем выше надо брать коэффициент запаса.

Потребляемая мощность считается по формуле Pленты=Pуд*L, где:

• Pуд— мощность, потребляемая одним метром светодиодной ленты (паспортная величина);
• L – длина ленты, которую необходимо запитать, м.

Ниже приведены примеры расчетов с конкретными цифрами.

Для одного блока

Первый пример – с RGB-лентой Ribbon Flex SMD5050 RGB на напряжение 12 в. Пусть требуется запитать 8 метров данной ленты, установленной в закрытом помещении, один метр потребляет 6 ватт. Кроме ленты и БП в схеме присутствует RGB-контроллер. Куски LED-ленты нельзя соединять последовательно так, чтобы общая длина получилась более 5 метров – будут перегреваться токоведущие дорожки самого светильника. Поэтому два куска полотна надо разбить минимум на два участка так, чтобы общая длина каждого не превышала 5 метров. В данном случае удобно сделать 5+3 метра.

Рассчитывается общая потребляемая мощность — Pленты=Pуд*L=6*8=48 ватт. Так как в схеме присутствует дополнительный прибор (контроллер), коэффициент запаса берется не менее 1,3. Отсюда минимальная мощность блока питания 48*1,3=62,4 ватта.

В технических характеристиках иногда вместо мощности указывается наибольший ток. В мощность его можно пересчитать по формуле P=U*I, где:

• P – мощность, ватт;
• U – напряжение, вольт;
• I – ток, ампер.

В рассмотренном случае БП должен обеспечивать ток не менее 5,2 А.

Округлять рассчитанное значение можно только в большую сторону.

В данном случае есть соблазн обойтись БП на стандартную мощность 60 ватт (5 ампер), но лучше чуть переплатить и приобрести источник на 75 ватт (ток 6,25 А). Так надежнее. Исполнение негерметичное, можно выбрать с принудительным охлаждением, но на такую мощность подобную конструкцию используют редко.

Для нескольких

Может получиться так, что в хозяйстве имеется неиспользуемый источник питания, есть желание запитать от него LED-светильник, но его мощности не хватает. Тогда ленты можно разбить на две группы и запитать одну от имеющегося БП, а для второй приобрести новый. Смысл такого решения в том, что можно будет приобрести источник меньшей мощности, а значит, по более низкой цене. Пусть имеется отрезок ленты Apeyron electrics 2835-120LED-IP20-WW на напряжение 24 В длиной 5 м с потреблением 12 Вт на 1 м, и блок питания на 24 вольта мощностью 24 Вт (ток 1 А). Для питания подобного светильника понадобится источник 12*5*1,2=72 ватт, покупать придется 75-ваттный прибор.

Несложные расчеты показывают, что мощности 24 ватта хватит на запитку 2 метров ленты, а с учетом коэффициента запаса – не более полутора. Значит, надо рассчитать блок питания на оставшиеся 3,5 метра.

Минимальная мощность оставшейся части составит 3,5*12=42 ватта. Умножив на коэффициент запаса (можно взять по минимуму – 1,2, так как лента монохромная, а диммера в схеме нет), получается минимальная мощность 50,4 ватта (2,1 А). Можно взять БП мощностью 50 Вт, но лучше 55-60. Следующий вопрос – схема включения. Соблазнительно поставить два БП параллельно, но так делать нельзя. Придется тщательно настраивать напряжение каждого источника, чтобы обеспечить распределение мощностей, но со временем настройка будет уходить, поэтому в итоге получится так, что один источник станет нагрузкой для другого. Поэтому ленту придется разрезать в соотношении 1,5/3,5 и запитать каждый отрезок от своего БП. В итоге вместо БП 75 W придется покупать БП 60 W. Определенная экономия налицо, но стоит ли оно того – надо решать в каждом отдельном случае.

О схемах подключения светодиодной ленты можно узнать перейдя по ссылке.

Изготовление фитолампы

Конструкция не отличается от любого самодельного светильника на светодиодах:
сами светодиоды, драйвер и радиатор охлаждения. Рассеиватель ставить не стал, незачем снижать световой поток.
Драйвера взял такие. Вполне подходят и эти из моего обзора

В качестве радиатора использую П-образный 30мм алюминиевый профиль. На 1м профиля 10 светодиодов (порядка 20Вт). При постоянной работе такая лампа нагревается не более 45С.

Корпуса для драйверов я делаю из электротехнического кабель канала.

Для приклеивания светодиодов к профилю использую казанский герметик, хотя подошел бы и термоклей.

Потом соединяю все проводками, контакты изолирую термоусадкой

Теперь драйвер и фитолампа готова

Пару часов прогона показывает, что тепловой расчет сделан правильно и перегрева не будет даже при длительной работе

Свет у лампы мягче, чем у раздельных светодиодов 440нм и 660нм. Она меньше слепит глаза.

Особенности питания

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

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

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

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

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

Изменение характеристик от влияния температуры

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

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

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

Как выбрать светодиодную ленту: мощность, тип и количество светодиодов, цвет, ширина и IP ленты.

Как выбрать светодиодную ленту и не запутаться в ваттах, вольтах, амперах и IP? В прошлой статье мы рассказали, как подобрать нужную светодиодную ленту для освещения вашего дома, квартиры. А именно — узнали 3 важных момента при выборе ленты и разобрались с напряжением питания, необходимым для работы ленты.

Давайте продолжим выбирать светодиодную ленту? Сегодня мы более подробно изучим такие характеристики, как: мощность ленты, световой поток, тип светодиода, ширина ленты, цвет — и узнаем, как во всем этом не запутаться и определить нужные для себя показатели.

Мощность ленты

Одна из главных характеристик при выборе светодиодной ленты – это потребляемая мощность, которая напрямую связана со световым потоком. Проще говоря, чем выше мощность ленты, тем она ярче.

Мощность указывается для отрезка ленты в 1 метр. Благодаря этому удобнее рассчитать итоговое потребление электроэнергии и подобрать блок питания.

Светодиодные ленты с потребляемой мощностью 4,8Вт/м, 9,6Вт/м считаются маломощными. Их световой поток небольшой; как правило, их не используют в качестве основного источника света, а только как декоративную подсветку. Малая мощность ведет к малому нагреву, что хорошо сказывается на увеличении срока службы.

Светодиодные ленты с мощность 14,4 Вт/м и выше обладают более мощным световым потоком. Но и нагреваются они больше, поэтому с ними нужно использовать алюминиевый профиль — это обеспечит рассеивание тепла и предотвратит деградацию светодиодов.

Световой поток

На бытовом уровне можно сказать, что световой поток отражает яркость ленты. Световой поток (измеряемый в люменах) указывается из расчета на 1 метр ленты. Эта величина напрямую зависит от потребляемой мощности (Вт/м) светодиодной ленты, а также силы светового потока каждого светодиода, количества светодиодов на 1 метре и типа светодиода.

Тип светодиода

Светодиоды на лентах имеют различную маркировку, например, SMD3528, SMD5050, SMD2835, SMD3014. Расшифровывается это следующим образом. SMD — аббревиатура от surface mounted device, что в переводе с английского означает «прибор, монтируемый на поверхность». А цифра — это размер диода.

Например, обозначение SMD 3528 означает диод с размером 3,5 х 2,8 мм, а SMD 5050, соответственно, с размером 5 х 5 мм.

Количество светодиодов

Ещё один параметр, по которому различаются светодиодные ленты, — это количество светодиодов. Плотность их расположения указывается из расчета на 1 метр. Соответственно, чем их больше, тем более плотен поток света, и тем выше яркость свечения ленты при прочих равных. Светодиоды могут идти как в один, так и в два ряда.

Существуют ленты с 30 диодами на одном метре; они обозначаются 30д/м. 60д/м — это 60 диодов на одном метре. Далее следуют такие варианты как 120д/м, 168д/м и 240д/м.

Ширина ленты

В зависимости от размера чипа светодиода различается и ширина самой ленты, на которой он размещается. Это связано с конструкцией токопроводящей схемы подложки, которая обеспечивает подачу тока на светодиод.

Встречается ширина подложки 8 мм, 10 мм, 12 мм, 20 мм и 30 мм. Это важный момент при выборе ленты, потому что в зависимости от этого выбирается и размер алюминиевого профиля (о нём — ниже).

Тип защиты IP

Класс пыле- и влагозащиты — очень важный параметр для безопасной и долговечной службы ленты.

Светодиодные ленты класса IP20 предназначены для использования в сухих помещениях. Такая открытая лента обладает минимальной защитой от пыли и совершенно не защищена от влаги.

Светодиодные ленты класса пылевлагозащиты IP65 не так боятся пыли и воды, их можно использовать на открытых пространствах и во влажных помещениях. Но следует учитывать, что лента защищена только со стороны расположения светодиодов, и в воду её опускать нельзя.

А вот светодиодные ленты с классом пылевлагозащиты IP67 полностью одеты в защитный прозрачный кожух и выдерживают погружение в воду до 1 метра. Правда, здесь надо учитывать время погружения и состав воды. Длительное пребывание ленты в водной среде, где присутствует соль или посторонние агрессивные примеси, может привести к выходу её из строя.

Подробнее о классе защиты можно прочитать в нашей статье.

Выбор цвета и цветовая температура

И, наконец, не менее важный эстетический момент — цвет, которым светится лента. Он может быть белым, красным, синим и так далее. Самый популярный цвет, конечно, белый, который, в свою очередь, подразделяется на теплый и холодный.

Теплый белый соответствует температуре 3000 К. Как правило, это теплый желтоватый оттенок солнечного света. Светодиодная лента с такой температурой цвета обеспечивает мягкий свет, который успокаивает и позволяет расслабиться. Поэтому она будет более уместна при использовании в жилых помещениях, например, в спальне.

Но, поскольку такой цвет располагает к отдыху, его не рекомендуют использовать в рабочих помещениях, на производстве, в офисах и местах общественного пользования.

Холодный белый соответствует температуре 6500 К. Он используется в местах, где требуется концентрация внимания и четкое восприятие деталей; хорошо подойдет для складских и рабочих помещений, поликлиник и больниц.

Такой цвет свечения не рекомендуется использовать для подсветки спален, так как при нём трудно расслабиться. Холодный белый также не рекомендован для подсветки зеркал — в таком свете кожа будет выглядеть неестественно.

Также могут встречаться ленты с другой цветовой температурой, например, 4000 и 5000 К. Свет 4000 К ассоциируется с дневным белым светом; он подходит для интерьерного освещения гостиных и прихожих, а также для подсветки зеркал и ванной комнаты. Незаменим и он в качестве кухонной подсветки.

Цветовая температура 5000 К соответствует солнечному свету в полдень. Чистый белый цвет без оттенков позволяет повысить концентрацию внимания и потому часто применяется офисах и на производстве, используется в качестве интерьерного освещения.

Подробнее о цветовой температуре и рекомендациях по её выбору — в этой статье

Сегодня мы познакомились с такими характеристиками, как мощность ленты, световой поток, тип светодиода, ширина ленты, цвет — и узнали, как во всем этом не запутаться.

В следующей статье определимся с профилем, узнаем об особенностях монтажа в зависимости от длины ленты и получим рекомендации специалиста.

Как можно подсоединять светодиоды

Когда мы уже знаем достаточно много о светодиодах, давайте узнаем, как можно объединять. Для этого нам нужно их соединить. Но каким образом можно это сделать и какой способ будет лучшим?

Попробуем подсоединить последовательно

Последовательное соединения нужно, если нужно массово увеличить количество освещенности (например, регулировка уровня яркости). Подсоединив светодиоды таким способом, они будут работать как один. Рекомендуем при этом использовать в цепочке светодиоды одного типа и даже одного цвета.

Несмотря на то, что ток внутри светодиодов при последовательном подключении идет один и тот же, при установке резисторов нам точно придется учитывать, что напряжение тоже будет падать последовательно. Например, исходное напряжение равно 1.2 В на один светодиод, но тогда напряжение на всех n светодиодах будет уже n * 1.2. То есть если светодиодов 3, то общее падение будет уже 3.6 В. Так как же тогда посчитать падение напряжения на резисторах? Все очень просто. Давайте предположим, что все светодиоды будут питаться от одного и того же логического устройства с напряжением 5 В. Тогда:

Обращаю ваше внимание, что среди резисторов E12 не встречается сопротивления 140 Ом, поэтому придется вариант с 150 Ом.

Как же теперь включать и выключать светодиоды?

Когда мы знаем уже достаточно много о светодиодах, пришло время узнать, как можно легко управлять их включением и выключением. Здесь схемы будут немного сложнее. Для управления мы будем использовать выходные каскады CMOS и TTL (они регулируют напряжение при высоком кпд и почти без искажений). Дело в том, что они могут использоваться как источники, так и как приемники полезного тока. А это как раз дает нам возможность пользоваться ими, как включателями и выключателями. Взгляните на эти примеры:

Теперь вы знаете достаточно много про светодиоды. Если вам понравилась статья и вы хотели бы узнать о них еще больше, то мы будет очень рады узнать от вас эту информацию в комментариях.

Светодиоды можно купить на алишке, вот по этой ссылке.

Вот в передаче «Галилео» подробно рассказывают про светодиоды, можете посмотреть: