Принципи роботи стрічкових світлодіодів: вичерпне пояснення
Струнні світлодіоди, часто відомі як світлодіодні ланцюжки, стали всюдисущими в сучасному житті, прикрашаючи будинки під час свят, освітлюючи ділові зони та збагачуючи зовнішні ландшафти. Їхня привабливість пояснюється такими перевагами, як енергоефективність, подовжений термін служби та адаптивна конструкція, але знання того, як вони працюють, вимагає детального вивчення їхніх компонентів, архітектури схем і-процесів випромінювання світла. У цій статті розглядається фізика, що лежить в основі струнних світлодіодів, від окремих діодів до інтегрованих систем, щоб з’ясувати принципи їх функціонування.
У центрі кожногострунний світлодіодце світло{0}}діод (LED), напівпровідниковий пристрій, який перетворює електричну енергію безпосередньо на світло. На відміну від типових ламп розжарювання, які покладаються на нагрівання нитки для генерування світла (цей процес втрачає більшу частину енергії у вигляді тепла), світлодіоди працюють на принципі електролюмінесценції.Кожен світлодіод в рядкускладається з кількох основних частин: напівпровідникової мікросхеми, двох електродів (анода та катода), лінзи та радіатора (зазвичай ущільненого для застосування в струнах). Напівпровідниковий чіп зазвичай виготовляється з таких матеріалів, як арсенід галію (GaAs) або фосфід галію (GaP), легованих домішками для створення ap-n-переходу-межі між позитивно зарядженою областю типу «p-» і негативно зарядженою областю типу «n-». Коли електричний струм подається на світлодіод, електрони з області типу n- проходять через p-n-перехід і рекомбінуються з «дірками» (відсутніми електронами) в області типу p-. Ця рекомбінація вивільняє енергію у формі фотонів, які видно як світло. Колір світла залежить від ширини забороненої зони напівпровідникового матеріалу: менші проміжки створюють червоне або жовте світло, тоді як більші проміжки створюють синє або фіолетове світло (білі світлодіоди, які зазвичай використовуються в струнних лампах, часто є синіми світлодіодами, покритими люмінофором, який перетворює частину синього світла на жовте, змішуючи, утворюючи білий).
Струнні світлодіодивідрізняються від соло світлодіодів значною мірою своєю схемною архітектурою, яка об’єднує кілька діодів в єдину придатну для використання систему. Дві найпоширеніші конструкції схем для струнних світлодіодів – це послідовні та паралельні схеми, кожна з яких має певні робочі характеристики. У послідовному рядку світлодіодів усі світлодіоди з’єднані з кінця--в один маршрут, тобто електричний струм проходить через кожен світлодіод один за одним. Ця конструкція має вирішальну перевагу: вона потребує нижчого струму для функціонування, оскільки однаковий струм проходить через кожен діод. Тим не менш, послідовні схеми мають суттєве обмеження: якщо один світлодіод виходить з ладу (наприклад, перегорає або від’єднується), вся схема порушується, і всі світлодіоди в рядку припиняють працювати. Це вагомий наслідок. Для того, щоб забезпечити вирішення цієї проблеми, сучасні серії світлодіодів часто включають шунтові резистори або стабілітрони паралельно кожному світлодіоду. Шунтуючий резистор служить обхідним каналом для струму у випадку, якщо світлодіод не працює належним чином. Коли світлодіод перегорає, його опір стає надзвичайно високим, що змушує струм протікати через шунтуючий резистор. Це дозволяє решті рядка продовжувати відображати світло. Стабілітрони виконують функцію, аналогічну функції світлодіодів, але вони також контролюють напругу, таким чином усуваючи стрибки напруги, які можуть пошкодити світлодіод.
Паралельні ланцюжки світлодіодів, з іншого боку,з’єднайте кожен світлодіодчерез ті самі дві лінії електропередач. Це гарантує, що кожен діод отримує однакову напругу незалежно. Проблема «одна-відмова-ламає-все» вирішується за допомогою цієї конструкції, яка гарантує, що навіть якщо один світлодіод вийде з ладу, інші продовжуватимуть нормально функціонувати, оскільки їхні поточні маршрути відрізняються один від одного. Світлодіоди можна додавати або видаляти з паралельних ланцюгів без суттєвого впливу на загальний струм або напругу, що дає змогу паралельним ланцюгам полегшити налаштування. З іншого боку, паралельні конструкції вимагають більшого загального струму, оскільки кожен світлодіод споживає власний струм від джерела живлення. Світлодіоди з паралельною ланцюгом часто включають резистор-обмежувача струму, з’єднаний послідовно з кожним світлодіодом, або один резистор-обмежувача струму для всієї схеми (залежно від конструкції). Це робиться для того, щоб зберегти контроль над струмом. Ці резистори запобігають проходженню надмірної кількості струму через світлодіоди, що призвело б до перегріву світлодіодів і скорочення терміну їх служби. Інтегральні схеми (ІС) використовуються в деяких сучасних паралельних ланцюгах для контролю та зміни струму. Це допомагає гарантувати рівномірність яскравості всіх світлодіодів.
Крім того, джерело живлення є важливим компонентом стрічкових світлодіодів. Він відповідає за перетворення звичайної електроенергії змінного струму (змінного струму), яка подається через розетки, у низьку-напругу постійного струму (постійний струм), необхідну для функціонування світлодіодів. Випрямлення, яке є процесом перетворення змінного струму (змінного) на постійний (постійний), і регулювання напруги, яке є процесом зниження стандартної напруги 120 В або 230 В змінного струму до відповідної напруги постійного струму для рядка, є двома основними функціями, які виконує джерело живлення, яке зазвичай є невеликим адаптером або вбудованим-модулем. Візьмемо для прикладу серію світлодіодів із 50 - світлодіодів, можливо, для цього знадобиться 120 В змінного струму (оскільки для кожного світлодіода потрібно близько 2,4 В, 50×2,4 В=120 В). Це усуне потребу в адаптері зниження напруги. З іншого боку, паралельна ланцюжок, що складається з десяти світлодіодів, кожен з яких потребує 3 В, вимагатиме використання адаптера постійного струму 3 В. Це пояснюється тим, що кожен світлодіод отримує живлення безпосередньо від джерела 3 В. Щоб захистити від вологи, деякі струнні світлодіоди, особливо ті, що використовуються на вулиці, оснащені водонепроникними джерелами живлення. Це важливий елемент для забезпечення як безпеки, так і довговічності.
Крім того, технології керування дозволяють користувачам регулювати яскравістьрядок світлодіодів, змінювати кольори світлодіодів і генерувати динамічні візерунки (наприклад, миготіння, згасання або переслідування). Це ще більше розширює корисність струнних світлодіодів. Інтегральні схеми (IC) або мікроконтролери є рушійною силою цих засобів керування. Вони відповідають за регулювання струму або напруги, що подається на світлодіоди. Діммерування, наприклад, часто досягається за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), тобто методу, за якого інтегральна схема (ІС) швидко вмикає та вимикає світлодіоди (у темпі, надто швидкому для сприйняття людським оком). Інтегральна схема (IC) відповідає за керування видимою яскравістю шляхом регулювання часу «ввімкнення» (широти імпульсу) по відношенню до часу «вимкнення». Довший час увімкнення призводить до яскравішого світла, тоді як менший час змушує світлодіоди залишатися тьмяними. Світлодіоди RGB (червоний-зелений-синій) із трьома незалежними діодами для червоного, зеленого та синього світла або адресні світлодіоди, кожен із яких має власну інтегровану схему та забезпечує індивідуальне керування, використовуються у виробництві світлодіодної стрічки, яка змінює кольори. Щоб генерувати мільйони кольорів, інтегральна схема (IC) змінює струм, який протікає через кожен кольоровий діод у рядках RGB. Це дозволяє мікросхемі комбінувати червоний, зелений і синій у різних кількостях. Кожним світлодіодом можна керувати окремо, що дозволяє відображати рухливі вогні, градієнти або індивідуальні конструкції. Усім цим керує мікроконтролер, який зазвичай під’єднується до пульта дистанційного керування або програми на смартфоні для введення користувачем. Адресні світлодіоди, такі як мікросхеми WS2812B, дозволяють створювати більш складні візерунки.
Довговічність і безпека також є важливими компонентами конструкції струнних світлодіодів, і ці аспекти пов’язані з фундаментальними принципами, які керують їх роботою. Світлодіодні лампочки випромінюють надзвичайно мало тепла, що робить їх безпечнішими для використання поблизу горючих об’єктів (таких як ялинки та тканинні прикраси), на відміну від ламп розжарювання, які виділяють значну кількість тепла, що підвищує небезпеку пожежників підпалити. Ще одним фактором, який сприяє тривалому терміну служби струнних світлодіодів, є їх низьке тепловиділення. Більшістьрядок світлодіодівмають термін служби 50 000–100 000 годин, тоді як струни розжарювання мають термін служби 1 000–2 000 годин. Крім того, герметичний корпус багатьох струнних світлодіодів (який часто виготовляється з пластику або силікону) захищає діоди та схеми від пилу, вологи та фізичних пошкоджень, що робить їх прийнятними для використання як усередині, так і зовні. Існують інші стандартні засоби безпеки, такі як запобіжники та автоматичні вимикачі. Запобіжники призначені для запобігання перегріву та електричних пожеж шляхом вивільнення їх струму, якщо струм перевищує безпечний рівень (наприклад, у результаті короткого замикання).
Струнні світлодіоди мають низку важливих переваг, однією з яких є енергоефективність, закладена в принципи їх роботи. Світлодіоди здатні перетворювати понад 90% електричної енергії у світло, тоді як лампи розжарювання перетворюють у світло лише 10% енергії. У результаті світлодіоди споживають набагато менше енергії, щоб забезпечити той самий рівень яскравості. Прикладом цього може бути ланцюг ламп розжарювання з п’ятдесятьма лампочками, які споживають від сорока до п’ятдесяти ват, але ідентична ланцюг світлодіодів споживає лише від двох до п’яти ват. Струнні світлодіоди підходять для тривалого-використання (наприклад, цілорічне-зовнішнє освітлення) і для застосувань, де потужність обмежена (наприклад, -струнні ліхтарі для кемпінгу чи тимчасові прикраси). Ця ефективність не тільки скорочує витрати на електроенергію, але й робить стрічкові світлодіоди дуже придатними для використання в ситуаціях, коли потужність обмежена. Струнні світлодіоди, що живляться від батарейок, часто використовують батареї постійного струму з низькою{11}}напругою (наприклад, AA або AAA) і мають -функції енергозбереження, як-от автоматичне-вимкнення, яке розроблено для подальшого подовження терміну служби батареї.
Струнні світлодіоди здатні функціонувати, поєднуючи електролюмінесцентні якості окремих світлодіодів із специфічними схемами, джерелами живлення та технологіями керування. Іншими словами, стрункові світлодіоди виконують свою функцію. Завдяки процесу рекомбінації напівпровідників кожен світлодіод здатний перетворювати електричну енергію на світло. Таким чином, схеми, які з’єднують кілька світлодіодів послідовно або паралельно, можуть створити робочу систему. Стандартна електроенергія змінного струму (AC) перетворюється на напругу постійного струму (DC), яка потрібна світлодіодам, а інтегральні схеми (IC) або мікроконтролери дозволяють налаштовувати яскравість, колір і візерунки. Ці конструктивні рішення безпосередньо відповідають за їх ефективність, безпеку та довговічність, що робить їх кращим варіантом порівняно зі звичайними лампами розжарювання. Струнні світлодіоди продовжують розвиватися в міру прогресу технології, в результаті чого системи управління є більш інтелектуальними, збільшеною яскравістю та екологічно чистішими матеріалами. Це ще більше зміцнює його позиції як багатоцільового варіанту освітлення для будинків, компаній і громадських місць.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-construction-string-light-100ft-130w.html
Разом ми робимо це краще.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Mobile/Whatsapp :(+86)18673599565
Електронна адреса:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Веб-сайт: www.benweilight.com
Додати: F Building, промислова зона Yuanfen, Longhua, район Bao'an, Шеньчжень, Китай
