Принципы работы гирляндных светодиодов: подробное объяснение
Струнные светодиоды, часто известные как светодиодные гирлянды, стали повсеместными в современной жизни, украшая дома во время праздников, освещая деловые зоны и обогащая открытые ландшафты. Их привлекательность обусловлена такими преимуществами, как энергоэффективность, увеличенный срок службы и адаптируемый дизайн, но знание того, как они работают, требует изучения их компонентов, схемной архитектуры и процессов-излучения света. В этой статье мы рассмотрим физику, лежащую в основе струнных светодиодов, от отдельных диодов до интегрированных систем, чтобы объяснить принципы их функционирования.
В центре каждогострунный светодиод — это светоизлучающий-диод (LED), полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию непосредственно в свет. В отличие от типичных ламп накаливания, в которых для генерации света используется нагревание нити (процесс, при котором большая часть энергии теряется в виде тепла), светодиоды работают по принципу электролюминесценции.Каждый светодиод в цепочкесостоит из нескольких основных частей: полупроводникового чипа, двух электродов (анода и катода), линзы и радиатора (обычно сжимаемого для струнных приложений). Полупроводниковый чип обычно изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия (GaAs) или фосфид галлия (GaP), легированных примесями для создания ap-n перехода-границы между положительно заряженной областью "p-типа" и отрицательно заряженной областью "n-типа". Когда на светодиод подается электрический ток, электроны из области типа n- проходят через p-n переход и рекомбинируют с «дырками» (недостающими электронами) в области типа p-. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов, которые видны как свет. Цвет света зависит от запрещенной зоны полупроводникового материала: меньшие зазоры дают красный или желтый свет, а большие зазоры создают синий или фиолетовый свет (белые светодиоды, обычно используемые в гирляндах, часто представляют собой синие светодиоды, покрытые люминофором, который преобразует часть синего света в желтый, смешиваясь с образованием белого).
Струнные светодиодыОтличаются от одиночных светодиодов главным образом своей схемной архитектурой, которая объединяет несколько диодов в единую пригодную к использованию систему. Двумя наиболее распространенными схемами для гирляндных светодиодов являются последовательные и параллельные схемы, каждая из которых имеет определенные рабочие характеристики. В последовательной цепочке светодиодов все светодиоды соединены концами-с-одним маршрутом, то есть электрический ток проходит через каждый светодиод один за другим. Эта конструкция имеет решающее преимущество: для ее работы требуется меньший ток, поскольку через каждый диод проходит один и тот же ток. Тем не менее, последовательные схемы имеют существенное ограничение: при выходе из строя одного светодиода (например, перегорании или отключении) вся цепь нарушается, и все светодиоды в цепочке перестают работать. Это существенное последствие. Чтобы решить эту проблему, современные последовательные светодиоды часто включают шунтирующие резисторы или стабилитроны параллельно каждому светодиоду. Шунтирующий резистор служит обходным каналом для тока в случае, если светодиод не работает должным образом. Когда светодиод перегорает, его сопротивление становится чрезвычайно высоким, что приводит к протеканию тока через шунтирующий резистор. Это позволяет остальной части строки продолжать светиться. Стабилитроны выполняют функцию, аналогичную функции светодиодов, но они также контролируют напряжение, устраняя скачки напряжения, которые могут нанести вред светодиоду.
С другой стороны, светодиоды с параллельными цепочкамисвяжите каждый светодиодчерез одни и те же две линии электропередачи. Это гарантирует, что каждый диод независимо получает одинаковое напряжение. Эта конструкция решает проблему «одного-сбоя-ломает-все», которая гарантирует, что даже если один светодиод выйдет из строя, остальные продолжат нормально работать, поскольку их текущие маршруты отличаются друг от друга. Светодиоды можно добавлять или удалять из параллельных цепей без существенного влияния на общий ток или напряжение, что позволяет упростить настройку параллельных цепей. С другой стороны, параллельные схемы требуют большего общего тока, поскольку каждый светодиод потребляет собственный ток от источника питания. В параллельных цепочках светодиодов часто используется токоограничивающий-резистор, включенный последовательно с каждым светодиодом, или одиночный токоограничивающий-резистор для всей цепи (в зависимости от конструкции). Это делается для того, чтобы сохранить контроль над текущим потоком. Эти резисторы предотвращают прохождение через светодиоды чрезмерного тока, что в противном случае привело бы к перегреву светодиодов и сокращению их срока службы. Интегральные схемы (ИС) используются в некоторых современных параллельных цепях для мониторинга и изменения тока. Это помогает гарантировать, что яркость всех светодиодов остается одинаковой.
Кроме того, блок питания является важным компонентом гирляндных светодиодов. Он отвечает за преобразование обычного переменного тока (переменного тока), подаваемого через настенные розетки, в постоянный ток низкого-напряжения, необходимый для работы светодиодов. Выпрямление, то есть процесс преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), и регулирование напряжения, то есть процесс понижения стандартного переменного напряжения 120 В или 230 В до соответствующего постоянного напряжения для цепочки, — это две основные функции, которые выполняет источник питания, который обычно представляет собой небольшой адаптер или встроенный-модуль. Если взять в качестве примера цепочку из 50-светодиодов, то вполне возможно, что для нее потребуется 120 В переменного тока (поскольку каждому светодиоду требуется около 2,4 В, 50×2,4 В=120 В). Это устранит необходимость в адаптере, снижающем напряжение. С другой стороны, параллельная цепочка, состоящая из десяти светодиодов, каждому из которых требуется напряжение 3 В, потребует использования адаптера постоянного тока 3 В. Это связано с тем, что каждый светодиод получает питание непосредственно от источника 3 В. Для защиты от влаги некоторые гирляндные светодиоды, особенно те, которые используются снаружи, оснащены водонепроницаемыми источниками питания. Это важный элемент для обеспечения безопасности и долговечности.
Кроме того, технологии управления позволяют пользователям регулировать яркостьструнные светодиоды, изменять цвета светодиодов и создавать динамические шаблоны (например, мигание, затухание или чередование). Это еще больше расширяет возможности использования гирляндных светодиодов. Интегральные схемы (ИС) или микроконтроллеры являются движущей силой этих элементов управления. Они отвечают за регулирование тока или напряжения, подаваемого на светодиоды. Например, затемнение часто достигается за счет использования широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая представляет собой метод, при котором интегральная схема (ИС) быстро включает и выключает светодиоды (со скоростью, слишком быстрой для восприятия человеческим глазом). Интегральная схема (ИС) отвечает за управление видимой яркостью путем регулирования времени включения (длительности импульса) относительно времени выключения. Более длительное время включения приводит к более яркому свету, а более короткое время приводит к тому, что светодиоды остаются тусклыми. В производстве светодиодной цепочки, меняющей цвет, используются либо светодиоды RGB (красный-зеленый-синий), которые имеют три независимых диода для красного, зеленого и синего света, либо адресные светодиоды, каждый из которых имеет собственную интегральную схему и обеспечивает индивидуальное управление. Чтобы генерировать миллионы цветов, интегральная схема (ИС) изменяет ток, протекающий через каждый цветной диод в цепочках RGB. Это позволяет микросхеме комбинировать красный, зеленый и синий цвета в различных количествах. Каждым светодиодом можно управлять отдельно, что позволяет отображать движущиеся огни, градиенты или индивидуальный дизайн. Все это управляется микроконтроллером, который обычно подключается к пульту дистанционного управления или приложению для смартфона для ввода данных пользователем. Адресные светодиоды, такие как микросхемы WS2812B, позволяют создавать более сложные узоры.
Долговечность и безопасность также являются важными компонентами конструкции гирляндных светодиодов, и эти аспекты связаны с фундаментальными принципами, управляющими их работой. Светодиодные гирлянды выделяют очень мало тепла, что делает их более безопасными для использования вблизи горючих объектов (например, рождественских елок и тканевых украшений), в отличие от ламп накаливания, которые выделяют значительное количество тепла, что увеличивает опасность возникновения пожара пожарными. Еще одним фактором, способствующим длительному сроку службы гирляндных светодиодов, является их низкое тепловыделение. Большинствострунные светодиодыимеют срок службы 50 000–100 000 часов, тогда как струны накаливания имеют срок службы 1 000–2 000 часов. Кроме того, герметичный корпус многих гирляндных светодиодов (часто изготовленный из пластика или силикона) защищает диоды и схемы от пыли, влаги и физических повреждений, что делает их пригодными для использования как внутри, так и снаружи помещений. Существуют и другие стандартные меры безопасности, такие как предохранители и автоматические выключатели. Нагнетатели предохранителей предназначены для предотвращения перегрева и электрических возгораний путем отключения тока, если ток превышает безопасный уровень (например, в результате короткого замыкания).
Струнные светодиоды обладают рядом важных преимуществ, одним из которых является энергоэффективность, заложенная в их принципах работы. Светодиоды способны преобразовывать более 90% электрической энергии в свет, тогда как лампы накаливания преобразуют в свет только 10% энергии. В результате светодиоды потребляют гораздо меньше энергии для обеспечения того же уровня яркости. Примером этого может служить гирлянда накаливания с пятьюдесятью лампочками, потребляющая от сорока до пятидесяти ватт, но идентичная цепочка светодиодов потребляет всего от двух до пяти ватт. Гирляндные светодиоды подходят для длительного-использования (например, для-круглогодичного наружного освещения) и для применений, где мощность ограничена (например, гирлянды с батарейным питанием-для кемпинга или временных украшений). Такая эффективность не только сокращает расходы на электроэнергию, но и делает гирляндные светодиоды очень подходящими для использования в ситуациях, когда мощность ограничена. В гирляндных светодиодах, питающихся от батареек, часто используются батарейки постоянного тока низкого-напряжения (например, АА или ААА) и имеются функции-экономии энергии, такие как автоматическое-отключение, предназначенное для дальнейшего продления срока службы батареи.
Струнные светодиоды способны функционировать за счет сочетания электролюминесцентных свойств отдельных светодиодов с конкретными схемами, источниками питания и технологиями управления. Другими словами, гирляндные светодиоды выполняют свою функцию. Благодаря процессу рекомбинации полупроводников каждый светодиод способен преобразовывать электрическую энергию в свет. Таким образом, схемы, соединяющие несколько светодиодов последовательно или параллельно, способны создать работающую систему. Стандартное электричество переменного тока (AC) преобразуется в напряжение постоянного тока (DC), необходимое для светодиодов, а интегральные схемы (ИС) или микроконтроллеры позволяют настраивать яркость, цвет и рисунок. Эти дизайнерские решения напрямую отвечают за их эффективность, безопасность и долговечность, что делает их более предпочтительным вариантом по сравнению с обычными лампами накаливания. Струнные светодиоды продолжают развиваться по мере развития технологий, в результате чего появляются более интеллектуальные системы управления, повышенная яркость и более экологически чистые материалы. Это еще больше укрепляет его позицию как универсального варианта освещения для домов, компаний и общественных мест.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-construction-string-light-100ft-130w.html
Вместе мы сделаем его лучше.
Шэньчжэнь Benwei Lighting Technology Co., Ltd.
Мобильный телефон/Whatsapp:(+86)18673599565
Электронная почта:bwzm15@benweilighting.com
Скайп: benweilight88
Веб-сайт: www.benweilight.com.
Добавить: Здание F, промышленная зона Юаньфэнь, Лунхуа, район Баоань, Шэньчжэнь, Китай
