О светодиодах

Эпоха массового внедрения светодиодов в жизнь наступила незаметно. Они быстро внедряются в повседневную жизнь. Освещение, бытовая техника, реклама, автомобили, а теперь еще и высокотехнологичное растениеводство - это неполный перечень сфер их использования.

Я, как дачник, заинтересовался последней сферой и здесь пытаюсь популярно сообщить полезную информацию о светодиодах для растений.


Основные преимущества светодиодного освещения

• Экономия электроэнергии на освещении до 10 раз;
• Долговечность (срок в режиме непрерывного свечения службы не менее 5 лет);
• Отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ по обслуживанию светильников;
• Комфортное освещение с заданным спектром и без вредных пульсаций
• Простое решение для обеспечения аварийного режима освещения;
• Эстетически привлекательное решение при небольших затратах;
• Безопасность эксплуатации;
• Высокая устойчивость к вибрациям;

В освещении - светодиоды следующая, после электроламп, ступень развития. Но если с лампочкой мы уверенно управляемся, то со светодиодами знакомы далеко не все. Предлагаю устранить сей пробел – это пригодится в будущем.
Светодиоды – это большая группа высокотехнологичных изделий микроэлектроники, различающихся не только областью применения, но и по цветовыми характеристиками, размерами, внутренним устройством, мощностью светового потока и другими параметрами. Если разбить слово "светодиод" на составляющие, то мы получим "свето" и "диод". А диод, как мы знаем, может пропускать ток только в одном направлении(от + к -, от анода к катоду), широко используется в электронике,как выпрямитель переменного тока.

Светодиод - это полупроводниковый кристалл в корпусе или без корпуса с двумя выводами. Это могут быть проволочные вывода или контактные площадки для поверхностного монтажа. Когда через кристалл светодиода проходит постоянный электрический ток – он излучает свет (эмитирует). В выпрямительных диодах другие кристаллы, которые не светятся.

Для упрощения можно сказать, что есть две группы светодиодов: маломощные индикаторные и мощные сверх яркие.

Самые широко распространённые светодиоды – это индикаторные, они известны нам уже несколько десятков лет. Они есть в любом устройстве бытовой техники, приборах контроля и диагностики. Они могут быть любой формы, и цвета, но объединяет их небольшой номинальный ток, не превышающий 20мА. Падение напряжения на них не превышает 3В.

Если перемножить напряжение на силу тока, мы получаем мощность. Для индикаторных она не превышает 3В х 0,02 = 0,06Ватт. Это оправдывает их назначение – не освещать, а информировать.

Нам сегодня интересны другие, мощные и сверхяркие светодиоды, которые можно использовать для освещения, в том числе растений.
Они появились много позднее индикаторных, но сегодня уже стали относительно более доступными, благодаря наличию ebay.com и множества интернет-магазинов.
Они рекламируются под мощностью 1 и даже 3 ватта. Все, что мощнее 3Вт, это уже не единичные кристаллы, а собранные вместе, под одно питание, кристаллы 1Вт - светодиодные матрицы.
Пока нет системной классификации мощных светодиодов. Каждый производитель обозначает и маркирует их по своему, поэтому из маркировки понять что покупаешь – сплошная лотерея. Но их группируют по главному параметру - номинальному току.
У мощных светодиодов он бывает от 300 до 700мА и выше. Напряжение для светодиода - второстепенный параметр - главное ток!

Падение напряжения на мощных светодиодах определяется спектральной характеристикой кристалла и обычно составляет 1,8-2,0В для красных и 3,0-3,5В для синих, зеленых и белых.
Следует отметить, что светодиоды бывают монохромные, которые не имеют люминофора (прозрачные) и светят одним цветом -синим, красным) и белые, которые изготовлены на базе монохромных и светят БЕЛЫМ ( всеми цветами радуги), за счет люминофора.

Для того, чтобы включить светодиод, нужен источник постоянного напряжения - аккумулятор, батарейка, адаптер и пр. Напряжения светодиод возьмет столько, сколько ему нужно (от типа кристалла), а вот тока - сколько дадите. То есть если ваш источник питания может выдать 5 ампер - светодиод будет брать этот ток, но через какое-то время обязательно сгорит.

Поэтому ток светодиода нужно обязательно ограничивать. Простейший элемент ограничения тока – резистор, который включается последовательно и «гасит» избыток напряжения, преобразуя проходящий ток в тепло.
Например вам нужно сделать индикатор наличия напряжения для автомобиля на светодиоде. Зная, что падение напряжения на индикаторном светодиоде 3в (для зеленых), вычисляем, что нам нужно «погасить лишнее напряжение» бортовой сети 12-3=9В. Применив закон Ома, разделим 9Вольт на 0,02А (20мА –ток светодиода) и получим сопротивление гасящего резистора 45О Ом.
Мощные светодиоды так подключать тоже можно, но неудобно – нужны мощные резисторы, ток ведь большой! Эти резисторы называют гасящими, они резко снижают КПД светильника в целом. Поэтому для мощных светодиодов выпускаются особые источники питания - которые непрерывно обеспечивают стабильный ток (constant current). Это – драйверы, чисто маркетинговое название - чтобы не путать их с блоками питания - источниками напряжения (constant voltage).
Исправный драйвер, а это довольно сложное электронное устройство - ни при каких условиях не выдаст больше тока, чем он рассчитан - как бы вы не подключали диоды. Драйвер отличить от обычного источника напряжения можно только по маркировке – внешне они идентичны.
В магазинах теперь продают множество светодиодных светильников, имеющих цоколь и форму привычных нам ламп накаливания, галогенных и даже люминесцентных трубок. Это объясняется экономическими соображениями и переходным периодом, когда имеются миллионы люстр, бра и пр. - не выбрасывать же их сразу.
Многих смущает высокая стоимость светодиодных ламп. Но считать их чрезмерно дорогими - нет оснований. Они просто - другие... Давайте рассмотрим, почему они такие дорогие. Что такое лампа накаливания? Стеклянная колба с цоколем, внутри которой находится вольфрамовая спираль. По сути своей лампа больше греет, нежели светит.

КПД обычной лампы накаливания не превышает 5%. Есть и другие лампы, но их КПД все равно намного ниже ,чем у светодиодных. Ни о какой экономичности говорить здесь не приходится, именно поэтому во всех странах начали массово запрещать этот источник света. (Когда у нас ввели запрет на выпуск ламп более 100вТ - стали выпускать лампы 99вТ). У светодиодов КПД составляет до 50%.

Итак, из чего состоит светодиодная лампа? Безусловно, один из важнейших компонентов - светодиод. От того, какой он, зависит то, как светит наша лампа.
Главный параметр осветительного светодиода - количество люмен на ватт. У дорогих светодиодов световой поток выше. И что немаловажно - они меньше греются, ведь у них выше КПД. А значит, лампа на дорогих светодиодах будет долговечнее и экономичнее. Дорогие светодиоды – это американские, европейские, корейские и японские бренды. Из Китая приходят похожие лампы, но… только внешне. Как известно, надёжность составного устройства определяется надежностью самого ненадежного узла. В цоколе лампы еще располагается источник питания (драйвер) и, к сожалению, именно он определяет срок службы всей лампы. На сегодня это самое узкое место светодиодной лампы.
Еще один немаловажный компонент светодиодной лампы - радиатор. Он должен обеспечить хороший теплоотвод. На нем китайцы экономят
Все это имеет место в дешевых китайских поделках, потому что сэкономить они могут только на том, чего не видно (драйверах и радиаторах). . Но положение постепенно исправляется и при желании можно найти достойные экземпляры.
Так что пока на светодиодах можно сэкономить электроэнергию, но не деньги.



О «растительных» светодиодах.

Это мощные и яркие светодиоды монохромного свечения: синие с длиной волны (440нм) и красные (660нм) , которые используются для выращивания рассады или досвечивания овощей, цветов и ягод в любое время года. Их использование основано на теории фотосинтеза, описанной русским ученым Тимирязевым. Их не нужно путать с подобными цветными светодиодами, предназначенными для декоративно - рекламных целей. Поэтому важно запомнить длины волн "растительных" светодиодов в нанометрах 440 и 660.





Именно такие светодиоды, можно назвать правильными для досветки растений. Мы должны познакомиться с китайскими светодиодами, которые в несколько раз дешевле «брендов», недоступных нам.

Сначала уточним, что такое мощность светодиода. Китайцы рекламируют нам одноваттные, трехваттные и т.д. светодиоды. Они вводят нас в заблуждение, потому что мощность определяется только электрическими параметрами питания.
У каждого светодиода существует понятие - номинальный рабочий ток. Номинальный – это самый большой ток, который светодиод выдерживает длительное время без деградации. Только им определяется максимальная мощность светодиода. Если Вы выполните вычисления ниже, то убедитесь, что заявленная мощность

Через китайский светик можно пропустить максимум ток в 700 мА. Это означает, что его максимальная мощность равна произведению напряжения на ток, то есть примерно 3,5 В*0,7А=2,5 ватта. А для красных и того меньше. К тому же у дешевых кристаллов падение напряжения больше, чем у качественных брендовых, и на токе 0,7А может достигать 4-4,5 вольт, а это уже полноценные три ватта. Чем меньше падение напряжения на токе 700 мА, тем экономичнее светодиод – выше его КПД. Однако это ненадежно.

Большинство китайских светодиодов изготавливается в так называемом корпусе «эммитер», у которого диаметр теплоотводящего медного основания, всего около 5,5 мм. Это предъявляет повышенные требования к качеству теплового контакта с радиаторм. Размер кристалла пока невелик, примерно 1,5мм х 1,5мм. Чем больше размер кристалла, тем выше его световой поток, номинальный ток и максимальная мощность.

Я заметил, что при увеличении тока регулятором, глаз совсем не замечает увеличение светового потока, а нагрев да, растет. Поэтому не следует гнаться за большими токами, а подобрать его, чтобы светик не нагревался выше 80 градусов или предпринимать меры для принудительного отвода тепла – вентилятор.