Gc-helper.ru

ГК Хелпер
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Светоотдача светодиодов в зависимости от тока

Пример выгорания светодиодов

Производители светодиодных ламп и светодиодов обещают большую длительность работы, обычно составляет от 20 тысяч часов для старых моделей, и 30-50 тысяч часов для последних популярных моделей, таких как SMD 5630 и SMD 5730. На самые современные диоды длительность может составлять уже до 100 тыс. часов.

  • 1. Характеристики кукурузы
  • 2. Деградация
  • 3. Ресурс
  • 4. Измеряем падение яркости через 2 года
  • 5. Определяем режим работы

Характеристики кукурузы

В качестве примера с большим временем эксплуатации будет рассмотрена кукуруза с цоколем Е27 и напряжением 220В. Примерное непрерывное время работы этой лампы составляет 2 года, то есть 17,000 – 20,000 часов.

Светодиодная лампочка на SMD 5630

Светодиодная лампа была куплена на Aliexpress, и была поставлена в коридор на лестничной площадке, из-за того, что я заказывал белого света, а одна а оказалась холодного свечения. Эксплуатировалась в замкнутом пространстве, в прозрачном рифленом плафоне, и плафон при этом был температуры окружающего воздуха. За это время пластик на кукурузе пожелтел и явно стали видны следы деградации люминофора на диодах, которые обнажили внутренности светодиодов SMD 5630 под силиконовой поверхностью.

В ней использованы диоды низкого качества от мелкокитайского производителя, которые включены на 30% от общепринятой мощности, на 0,15 Вт вместо 0,5 Ватт. Таким образом, производитель защищает его от преждевременного снижения характеристик и обеспечивает приемлемую длительность использования.

Диоды бюджетные китайские, на 0,15W, вместо положенных популярных 0,5W. Этим китайцы умело пользуются, то есть обманывают. Выдают их за полватные. Кто покупает первый раз и не разбирается в этом, не поймет что его обманули. Это я подробно описал в статье про выбор светодиодных лент, сравнивая цены, мощность и конечную выгоду.

Деградация

Пример, слева новый, справа старый (2 года работы)

По мере эксплуатации, светодиод подвергается воздействиям, которые негативно сказываются на его характеристиках.

Основные факторы:

  1. помутнение оптической части, выполненной из силикона;
  2. выгорание люминофора под воздействием температур;
  3. деформации корпуса из-за нагрева и напряжения корпуса;
  4. деградация кристалла.

Светодиод белого света изначально светит холодным синим цветом. Для получения нейтрального белого дневного света, кристалл покрывают люминофором, который преобразует синий в белый цвет.

Во время деградации кристалла, появляются дефекты, при которых участок кристалла перестает светить, но продолжает нагреваться. При этом начинает увеличиваться ток утечки, то есть ток проходит не излучая свет. Самым плохими катализаторами деградации являются ток выше номинального и повышенная температура. Поэтому надо быть осторожным при покупке сомнительных экземпляров, потому что наши китайские братья по разуму могут «разгонять» светодиоды, подавая ток выше номинального.

Ресурс

График деградации от температуры и времени

Что же будет, когда он отработает указанное производителем время?
Общепринятым стандартом считается, что за период указанной длительности работы яркость светодиода упадет на 30%.

Это правило в основном действует на именитых производителей, который соблюдают стандарты, а мелкие и неизвестные производители могут отходить от стандартных правил, с целью завышения параметров и технических характеристик светодиодных ламп. Они могут запросто указать стандартную длительность работы для модели, при этом умолчав, что при этом яркость упадет до 50%.

Во избежание различных неприятных сюрпизов, требуйте продавца настоящие сертификаты на продукцию. Если сертификатов нет, то подсунуть могут что угодно. Еще одна сопутствующая проблема, это будет непонятно, относится сертификат к этим диодам или он от другой партии.

Измеряем падение яркости через 2 года

На торце обеих установлено 8 штук

Выгорание люминофора и деградация налицо, но это лишь внешние признаки. Так как я покупал несколько одинаковых, из которых непрерывно в течение 2 лет работала одна, то сравним их яркость. Для теста берем такую же лампу с цоколем Е14 220В, которая практически не работала и отработавшую 17 – 20 тыс. часов.

Фото тестируемых кукуруз, одна в цилиндре

Для получения более точных результатов, будем сравнивать освещенность, создаваемую SMD 5630, которые находятся только на торце, в количестве 8 штук. Для исключения влияния боковых светодиодов, одеваем неё цилиндр из бумаги.

Измеряем освещенность новой лампочки

Измеряем освещенность старой

В результате тестирования получаем:

  • после 2 лет дает освещенность 49 Люкс;
  • новая светит на 73 Люкс.

Разница между старой и новой составляет 24 люкса, получается, что яркость упала за время двухлетней непрерывной эксплуатации на 33%. Так как они неизвестного китайского производства и низкого качества, то можно сказать, что ресурс этих светодиодов составляет 20,000 часов.

Определяем режим работы

Чтобы определить светодиоды, которые не в номинальном режиме, а в заниженном или завышенном, то необходимо узнать тип диодов и вычислить суммарную потребляемую мощность и световой поток. Полученные данные сопоставляем с характеристиками светодиодной лампы, в результате чего делаем выводы. Основная проблема, это невозможность определить модель диода из-за наличия матовой колбы. Один из выходов, это найти такие же у другого продавца (например, если покупаете на Aliexpress), у которых указан тип диодов или есть фото без колбы.

существуют ли снипы и санпины разрешающие использование светодиодного освещения в д/садах и школах. какая ситуация поданному вопросу у наших зарубежных партнёров.

Если параметры светодиодных ламп соотвествуют требованиям санпина, то использовать можно. По уровню пульсаций и другим. Как дела с этим обстоят за рубежом, не интересовался.

Отличия дешевой и дорогой светодиодной ленты. Технические характеристики SMD 3528, 5050.

Светодиодная лента это одна из разновидностей светодиодного светильника, выполненного в виде гибкой пластиковой основы с клеящим слоем на обратной стороне и расположенными на ней светодиодами. Она используется для декоративной подсветки интерьера, а также как альтернатива основному источнику освещения. Поставляется в пластиковых катушках.

Длина в катушке — 5 метров. Лента представляет из себя единую медную плату, на которой расположены резисторы и светодиоды. Эти пять метров состоят из отдельных сегментов по 5 см каждый.

Например у ленты SMD3528 на таком сегменте располагается 1 резистор и 3 светодиода. У ленты SMD5050 для каждого светодиода установлен свой резистор. По краям сегмента расположены линии разреза и места под пайку. Таким образом при необходимости ленту можно укоротить только на длину кратную длине сегмента.

Медное основание светодиодной ленты — это фактически те же самые провода, только в плоском исполнении. По сечению они рассчитаны на ток, способный запитать участок не более 5м. Самостоятельное удлинение ленты может привести к ее выходу из строя.

Светодиодные ленты бывают нескольких типов:

    одноцветные или монохромные
    цветные или RGB=Red-Green-Blue (красный-синий-зеленый)

Отличить одноцветную от RGB можно по количеству припаянных проводков. На монохромной их всего два, а на цветной четыре.

При этом для подключения одноцветной нужен только блок питания, а для RGB ленты еще обязателен контролер.

    открытые
    защищенные от влаги

Также они делятся по размеру светодиодов и способу их применения. Самые распространенные это:

    SMD3528
    SMD5050

Менее популярны:

    SMD2835
    SMD5630 (5730)

Что такое SMD и как оно расшифровывается? SMD от английского Surface Mounted Device — устройство поверхностного монтажа. То есть светодиод припаянный на подложку сверху.

Цифры после SMD обозначают размер светодиода в миллиметрах — его длина и ширина.

Данный вид имеет светодиоды небольшого размера 3,5мм * 2,8мм. Яркость такого диода всего 4-6 люмен. Ширина ленты 8мм. Такой тип используется исключительно для декоративной подсветки.

Она не слепит глаза и по причине маломощности позволяет сэкономить на покупке мощных блоков питания.

SMD3528 выпускается монохромных цветов и не способна менять свою расцветку при работе.

SMD5050 имеет светодиоды размером 5мм на 5мм. Такие светодиоды уже могут заменить основное освещение, так как мощность всего одного элемента здесь 11-25 люмен.

Это будет давать световой поток равный 60 ваттной лампочке накаливания. Собственно потребление SMD5050 всего 15 Вт. Ширина ленты — 10мм.

Она примерно в 3 раза ярче чем SMD3528. Одно из главных ее преимуществ — способность менять цвета под управлением RGB контроллера.

SMD2835 выдает около 50 люмен на один чип. Отличается высокой ценой. Ширина — 8мм.

Высокая светоотдача имеет и обратную негативную сторону — нагрев поверхности. Без хорошего теплоотвода применять такую ленту запрещено.

Читать еще:  Светодиодная подсветка выключателя сделай сам

В качестве него используйте алюминиевый профиль, желательно с матовым экраном. Он будет рассеивать свет, сглаживая слепящий эффект.

Светодиоды 2835 и 3528 очень похожи друг на друга, как их быстро различить? Дешевый чип 3528 имеет большую высоту, а дорогой и яркий SMD 2835 — имеет низкий профиль для лучшего охлаждения и отдачи тепла.

Самый мощный чип 5630 (5730). У него светоотдача — 60 люмен.

Он еще больше требователен к охлаждению. Применяется в основном для подсветки дорогих интерьеров и в витринах не дешевых магазинов и бутиках.

Сравнение технических характеристик светодиодных лент SMD3528, 5050, 5630, 5730 сведенные в одну таблицу:

Одно из отличий светодиодных лент между собой — это количество светодиодов. Когда вам в магазине говорят SMD 5050 на 60 диодов это означает, что в 1 метре ленты расположено 60 диодов. Бывают изделия на 30-60-72-90-120-180-240 диодов.

Тут все просто, чем больше смонтировано на ленте светодиодов и чем они больше по размеру, тем больше ее мощность. Самая маломощная — это SMD 3528 на 60 диодов. Ее мощность всего 4,8Вт.

Яркость светодиодной ленты пропорциональная ее мощности. Чем она мощнее, тем ярче будет светить. Только не путайте здесь зависимость от количества, и всегда обращайте внимание на размеры самих светодиодов.

Лента с 30-ью элементами может светить гораздо ярче, чем с 60-ью.

Степень защиты ленты обозначается двумя латинскими буквами — «IP» и двумя цифрами после них.

    ленты без защиты — IP20

Она не защищена от влаги, брызг и очень слабо защищена от механических воздействий. Открыты места пайки, контакты и т.д. Некоторые производители прописывают в документах IP33, но это также можно отнести к изделиям без защиты.

При попадании влаги на такую ленту может произойти замыкание и она перегорит.

    ленты с защитой IP65 или IP54

На нее с верхней стороны нанесен защитный состав. Среди специалистов ее называют — лента в силиконе. На самом деле это не силикон, а эпоксидное покрытие.

Эта светодиодная лента боится морозов, потому что ее защита при отрицательных температурах просто дубеет и становится жесткой и хрупкой.

    ленты с защитой IP67

Это уже вполне герметичное изделие. Такую ленту можно монтировать даже на улице. Она помещена в силиконовый чехол и не боится влаги и дождя.

    максимальная защита IP68

Такая лента укладывается в П-образный силиконовый профиль и сверху заливается эпоксидным составом. Она способна выдержать даже помещение в воду. Часто применяется для подсветки в фонтанах или в ванной.

Ознакомившись со всеми характеристиками при следующем походе в магазин на вопрос продавца: «Какую вам светодиодную ленту нужно?» вы должны смело и со знанием дела ответить:

«Мне нужна светодиодная лента SMD 5050 на 60 диодов, со степенью защиты IP65 и чтобы ее световой поток был хотя бы на 1200 люмен».

Что обозначают сокращения и аббревиатуры из цифр и букв в полном названии марок светодиодных лент:

Самая «размытая» характеристика, но самая важная для вас — это класс качества ленты. Почему одни и те же экземпляры с одинаковым количеством светодиодов, мощностью, одной степени влагозащиты стоят совершенно разных денег?

Как отличить хорошую ленту от не качественной и в чем разница? Чтобы это понять нужно знать из чего состоит светодиодная лента.

Три ее главных компонента:

    подложка или гибкая печатная плата
    сами светодиоды
    резисторы

Несмотря на похожесть, у лент стандартного класса и у премиум лент отличается все, начиная от подложки. В премиум варианте в ее состав входит гораздо больше меди. Такая лента попросту толще.

Ее токопроводящая способность за счет этого гораздо выше, плюс она быстрее отводит тепло. К сожалению руками этого не ощутить, зато электронный штангенциркуль или микрометр помогут определить разницу толщины дешевой и дорогой ленты.

Сам светодиод состоит из корпуса, в который помещены излучающие кристаллы-чипы. Все это сверху залито компаундом. Чипы в дешевых и дорогих лентах разные.

    в размерах

В недорогих лентах они меньшего размера и соответственно выдают меньший световой поток.

    материал токопроводящих нитей

У качественных лент они золотые. В стандартных вариантах сделаны из сплавов. Со временем под воздействие люминофора или компаунда, нити из сплавов разрушаются. Поэтому и срок службы самого светодиода меньше

    качество заливки люминофора

У элит класса он меньше воздействует на сами чипы и их контакт не сказывается на сроках службы светодиода.

    разница в чипах

Так называемая биновка. Это когда соседние светодиоды из-за разных кристаллов могут светить разным потоком и оттенками.

Как все это увидеть наглядно в магазине? К сожалению без подачи напряжения визуально этого не сделать. Но включив ленты параллельно одна возле другой можно увидеть разницу.

Будет казаться что премиум светодиод чуть-чуть большего размера. На самом деле это не так. И там и там могут быть SMD3528, но в качественном варианте просто чип большего размера. Из-за этого создается такое впечатление.

Но лучше всего смотреть не на сами светодиоды, а на освещенную ими поверхность. Светодиоды разных фирм могут иметь отличающиеся углы рассеивания (по стандарту должно быть — 120 градусов). Чип с меньшим углом (90-100 градусов) визуально вам покажется гораздо ярче, хотя по факту это будет не так.

У всех лент сзади подложки есть клейкое основание. У премиум это Scotch 3М. Причем там должна быть не только одна надпись 3М, но еще и маркировка в виде отдельных цифр.

Однако каким бы он качественным не был, но со временем и этот скотч отклеивается. А представьте если у вас все это дело спрятано за подвесным потолком?

Поэтому профессионалы советуют использовать для клейки светодиодных лент теплопроводящий клей или дополнительно поддерживать ее в нескольких точках маленькими хомутами-стяжками.

Также отличается и влагозащищенное покрытие. Например эпоксидная защита у дешевых экземпляров со временем желтеет. Соответственно тускнеет световой поток.

Кроме того, в таких изделиях происходит окисление контактов.

В конечном итоге на что это отражается?

    лента премиум классов на 30% или даже на 50% ярче. Это все из-за размеров чипов.
    на стандарт лентах срок службы в разы меньше

Светодиоды на недорогой ленте будут исправно служить примерно 1 год или полтора. Это если соблюдать все условия ее подключения.

Ленты элит класса работают без перебоев от 5 лет и выше. Главное создать ей хорошие условия для теплоотдачи.

Мощные сверхяркие светодиоды — особенности монтажа, питания, конструкции

Осветительными приборами, где в качестве источников света используются сверхяркие светодиоды, уже никого не удивишь. Спрос на такие устройства неизменно растет, это напрямую связано с низким энергопотреблением этих приборов. Учитывая, что на освещение тратится около 25-35% потребляемой электроэнергии, экономия будет весьма ощутимой.

Различные виды сверхярких светодиодных источников освещения

Но учитывая относительно высокую стоимость сверхярких светодиодов, в силу их конструктивных особенностей, говорить о полном переходе на этот тип освещения еще не своевременно. По мнению специалистов, этот процесс займет от 5 до 10 лет, именно столько понадобится на отладку и внедрение новых технологий.

Кратко об эффективности

Эффективностью осветительного прибора принято считать соотношение вырабатываемого светового потока (измеряется в люменах) к потребляемой электроэнергии (ватт). Качественная лампа с нитью накала имеет эффективность около 16 люменов на ватт, флуоресцентная (энергосберегающая) — в четыре раза больше (64 лм/Вт), для длинных дневных ламп этот показатель в районе 80 лм/Вт.

КПД сверхярких светодиодов, выпускающихся массово на текущий момент, примерно такой же, как у ламп дневного света. Обратите внимание, что мы говорим именно про массовую продукцию. Что касается теоретического предела для сверхярких светодиодных источников, то он определен порогом в 320 лм/Вт.

Как обещают многие производители, в ближайшие несколько лет КПД можно будет повысить до уровня 213 лм/Вт.

Влияние особенностей конструкции на стоимость

Для изготовления сверхярких светодиодных источников света может применяться один из двух способов:

  • чтобы получить свет, близкий по спектру к белому, используются три кристалла установленных в одном корпусе. Один красный, второй синий и третий зеленый;
  • применяется кристалл, излучающий в голубом или ультрафиолетовом спектре, он подсвечивает линзу покрытую люминофором, в результате излучение преобразуется в свет, близкий по спектру к природному.
Читать еще:  Длительно допустимый ток кабельных линий

Не смотря на то, что первый вариант более эффективен, его реализация обходится несколько дороже, что отрицательно отражается на распространенности. Помимо этого спектр света, излучаемый таким источником, отличается от природного.

У приборов, изготовленных по второй технологии, меньше эффективность. Стоит также учитывать, что люминофор содержит в себе сложный по составу композит на основе церия и иттрия, которые сами по себе стоят недешево. Собственно, этим и объясняется относительно высокая стоимость сверхярких светодиодов белого света. Конструкция такого устройства показана на рисунке.

Устройство сверхяркого светодиода

Обозначения:

  • А – печатный проводник;
  • В – основание с повышенной теплопроводимостью;
  • C – защитный корпус устройства;
  • D – паста-припой;
  • E – кристалл светодиода, излучающий ультрафиолетовый или голубой свет;
  • F –люминофорное покрытие;
  • G – клей (может быть заменен эвтектическим сплавом);
  • H – провод, соединяющий кристалл и вывод;
  • K – отражатель;
  • J – теплоотводящее основание;
  • L – вывод питания;
  • M – диэлектрическая прослойка.

Особенности монтажа

На работу сверхярких светодиодов оказывает влияние степень нагрева кристалла и самого p-n перехода. От первого напрямую зависит срок эксплуатации устройства, от второго – уровень светового потока. Поэтому для длительной службы сверхярких светодиодов необходимо организовать надежный теплоотвод, делается это при помощи радиатора.

Следует принять во внимание, что теплопроводящие основания этих полупроводников, как правило, проводят электричество. Поэтому когда устанавливается несколько элементов на один радиатор, следует позаботиться о надежной электроизоляции оснований.

Хороший теплоотвод значительно увеличивает срок службы сверхярких светодиодов

Остальные правила монтажа практически такие же, как у обычных диодов, то есть необходимо соблюдение полярности, как при установке самой детали, так и подключении питания.

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.

Самодельный светодиодный драйвер

Предоставим вашему вниманию несколько вариантов драйверов на основе специализированных микросхем компании Monolithic Power System, использование которых существенно упрощает конструкцию. Схемы приводятся в качестве примера, полное описание типового включения можно найти в даташит на микросхемы.

Вариант первый на базе понижающего преобразователя МР4688.

Пример включения МР4688

Данный драйвер может работать с напряжениями от 4,5 до 80 В, порог максимального выходного электротока 2 А, что позволяет запитать светильник на сверхярких светодиодах большой мощности. Уровень электротока, проходящего через светодиоды, регулируется сопротивлением RFB . Реализация ШИМ-диммирования с частотой 20 кГц позволяет плавно изменять протекающий через светодиод электроток.

Второй вариант драйвера на базе микросхемы МР2489. Ее компактный корпус (QFN8 или TSOT23-5) делает возможным размещение драйвера в цоколе MR16, используемый галогенными лампами, что позволяет заменить последние светодиодными. Типовая схема подключения МР2489 показана на рисунке.

Драйвер на базе МР2489

Приведенная выше схема позволяет включать два параллельных светодиода, у каждого из которых рабочий ток 350 мА.

Последний вариант драйвера на базе микросхемы МР3412, который может быть использован в переносных фонариках. Отличительная особенность такой схемы – возможность работы от пальчикового элемента питания АА.

Драйвер для фонарика на базе МР3412

Светоотдача светодиодов в зависимости от тока

09.10.2012 Измерение светового потока и световой отдачи светодиодов

[Журнал “Licht”, №9, 2007, с. 714-718. Tran Quoc Khanh, Carsten Singer, Stefan Brückner – (Кафедра светотехники Технического университета Дармштадта) – Messung von Lichtstrom und Lichtausbeute an modernen Hochleistungsleuchtdioden.]

1. Введение

Мощные белые светодиоды сегодня имеют световую отдачу ηv > 80 лм/Вт при реальных условиях эксплуатации в осветительных приборах (имеются в виду температура нагрева и токовые нагрузки). В 2006 году был получен первый лабораторный образец белого светодиода с ηv =100 лм/Вт.

Для целей внутреннего освещения, наряду с высокой энергоэкономичностью, светодиоды привлекают достаточно большим полезным сроком службы (25-40 тыс.), незначительным тепловыделением, отсутствием ртути и, соответственно, УФ-излучения.
Для конструкторов осветительных приборов и проектировщиков осветительных установок обязательно знание светового потока Ф и световой отдачи ηv применяемого источника света.
В фирменных спецификациях мощных светодиодов эти важнейшие параметры приводятся обычно после измерений в условиях, значительно отличающихся от реальных.

Для того, чтобы снизить собственный нагрев светодиодов во время измерений (который оказывает негативное влияние на характеристики излучения) изготовители при крупносерийном производстве, как правило, подвергают свои светодиоды воздействию только кратковременных импульсов тока (порядка нескольких миллисекунд).
Поэтому, измеренные по такой методике светотехнические параметры (к сожалению, вносимые фирмами в спецификации) априори не могут быть достоверными и нежелательны для использования в практике создания осветительных приборов.
Кроме того, различные стандарты фотометрии светодиодов у разных изготовителей затрудняют адекватное сравнение эксплуатационных параметров их изделий.

Так как физика и параметры излучения светодиодов и ламп накаливания существенно отличаются, стандартизованные методики фотометрирования обычных и галогенных ламп накаливания к измерениям светодиодов не применимы.

Для того, чтобы исключить возможные неточности при проектировании систем освещения, световые потоки светодиодов следует измерять в условиях максимально приближенными к тем, в которых будут работать в светильнике или в прожекторе. Только в таком случае сравнение величин Ф, ηv светодиодов с этими же характеристиками ламп накаливания или других источников света может быть признано приемлемым для практики.
С этой целью на кафедре светотехники Технического университета Дармштадта была создана установка для измерения Ф белых и цветных светодиодов в условиях, близких к реальным.

2. Фотометрическая установка

Измерительная установка (рис. 1) собрана на базе интегрирующей фотометрической сферы диаметром 300 мм и светочувствительного элемента в качестве фотоприёмника.
Такой сферический фотометр внутри окрашен белой, диффузно отражающей краской с коэффициентом отражения ρ = 96% и снабжён дополнительным светодиодом, с помощью которого можно исключить влияние помех от посторонних тел, находящихся в объеме шара.
Спектр излучения этого светодиода должен быть максимально приближен к спектру основного (измеряемого) светодиода с тем, чтобы можно было учесть поглощающие свойства посторонних тел на спектр излучения измеряемого светодиода. Это особенно важно при фотометрировании цветных светодиодов.
К основному светодиоду примыкает термостабилизированный измерительный блок, закреплённый к внутренней стенке сферы. В состав блока входит достаточно мощный вентилятор и охлаждающий элемент (набор ребер). К нему закреплена плата с алюминиевым керном, к которой припаян светодиод (чип).

Рис.1. Конструкция сферического фотометра в светотехнической лаборатории Дармштадтского
Технического университета

Рис.2 Плата с алюминиевым керном, на которой закреплен светодиод и температурный сенсор
1 – светодиод; 2 – температурный сенсор (РТ100); 3 – монтажная плата

где:
P – мощность, потребляемая светодиодом,
R T, JB – внутреннее тепловое сопротивление светодиода,
R T, BM – тепловое сопротивление зазора между светодиодом и температурным сенсором,
T B – температура платы.
Величина R T, JB должна указываться изготовителем в спецификации на светодиод; обычно она лежит в диапазоне 8-12 К/Вт.

Читать еще:  Длительно допустимый ток кабелей с поливинилхлоридной изоляцией

R T, BM определяется специально и, как правило, в большинстве случаев равно 4 К/Вт. Теплоёмкость при расчётах температуры запирающего слоя TJ может не учитываться. Погрешности при определении TJ с помощью этой простой тепловой модели лежат в пределах ± 6°С.
Измерение светового потока светодиода (Фсд) проводится при номинальном прямом токе и при стабильной TJ (80 или 115°С). Эти значения TJ соответствуют ожидаемым величинам при интеграции светодиодов в светильники или световые приборы автомобилей.

Световой поток светодиодов рассчитывается по формуле (2):
Фсд = Ex · (ФN / EN) · (EHN / EHX), (2)

где:
Ex – освещённость, измеряемая фотометром,
Ф N / E N – градуировочный коэффициент сферы фотометра (подробнее см. ниже)
E HN / E HX – соотношение освещенностей, компенсирующее влияние посторонних тел в сфере фотометра.

Так как спектры излучения ламп накаливания и светодиодов существенно различаются, при измерениях светового потока светодиодов Фсд необходимо учесть еще одну особенность (подробнее в следующем разделе).
В процессе измерений Фсд должны постоянно контролироваться и фиксироваться прямое напряжение и прямой ток. Чтобы как можно точнее определить мощность, потребляемую светодиодом Рсд, а затем и световую отдачу ηv = Фсд / Рсд

3. Измерение светового потока светодиодов (Фсд) в сферическом фотометре

Для точного определения Фсд с помощью шарового фотометра, он должен быть предварительно отградуирован. Обычно эта операция проводится с использованием эталонной лампы (с известным и стабильным световым потоком Фэ, что подтверждается сертификатом на этот эталон после очередной поверки).
Используя эталон светового потока, можно рассчитать коэффициент пропорциональности между освещенностью, измеряемой в сфере, и определяемым потоком (Фсд).
Число коммерчески доступных светодиодных эталонов, необходимых для измерения Фсд, крайне ограничено и даже далеко не в каждой светотехнической лаборатории имеются лампы накаливания – эталоны светового потока. Поэтому для градуировки фотометра зачастую приходится идти другим путём [1].
Если эталонного светодиодной лампы с известным Фэ в лаборатории нет, то можно применить специальный эталон светового потока на базе галогенной лампы накаливания.

При этом, в соответствии с основным фотометрическим законом, светочувствительный элемент должен находиться от тела накала лампы на расстоянии R1, не менее чем в 10 раз превышающем размер тела накала (спирали) (рис 3а). Только убедившись в этом, можно начинать измерение освещенности Ех.

Рис. 3а. Схема установки для градуировки фотометра (с галогенной лампой – эталоном светового потока)

Для исключения рассеянного света зона распространения световых лучей должна быть ограничена экранами. Фотометрическая головка с фотоэлементом должна находиться в плоскости отверстия сферы.
При этом необходимо обратить внимание на то, чтобы расстояние R2 (рис. 3б) между отверстием в сфере фотометра было бы точно равным расстоянию между спиралью и фотометрической головкой (R1), а плоскость отверстия была бы точно параллельна телу спирали.

Зная площадь отверстия (А) в сфере, можно рассчитать световой поток Ф N , который попадает в сферу от галогенной лампы накаливания:

Таким образом, эта лампа накаливания вместе с прецизионно определенным расстоянием до отверстия в фотометре, может служить эталоном светового потока Фэ для всех последующих измерений. Очень важно поддерживать стабильность параметров питания эталонной лампы ( i , U): изменение тока лампы на 1% равнозначно изменению светового потока на 8% (!).
Установленное расстояние между телом накала эталонной лампы и плоскостью размещения фотоэлемента в отверстии сферы должно быть строго постоянным. Отверстие должно быть прецизионно отъюстрировано в вертикальной плоскости и быть параллельным спирали лампы, так как в противном случае изменится площадь «A».

Если горизонтальная или вертикальная оси сферы фотометра отклонятся при таком условии на 5°, то световой поток, попадающий в сферу, изменится на 0,4%. Поправочный градуировочный коэффициент фотометра рассчитывается как частное ФN / EN.
Как видно, и известно каждому, кто занимался фотометрированием средств освещения, методика определения светового потока светодиода, идентична широко применяемым стандартным методам измерения других источников света (как тепловых, так и разрядных).
Однако, различие характера спектров (узкополосный – у светодиода и сплошной широкополосный – у лампы накаливания; см. рис. 4) требует учесть некоторые особенности.

Рис. 4. Спектры излучения: галогенной лампы накаливания – черная кривая; красного светодиода – красная кривая.

Если спектральная чувствительность фотометрической головки корригирована под V(λ), то точность измерения в недостаточно «подогнанных» к этой кривой участках может быть значительно снижена, даже если спектральная чувствительность s(λ)отн. фотометрической головки очень хорошая.

Наряду с фотометрической головкой, на качество коррекции под кривую V(λ) могут оказать влияние спектральные характеристики окраски внутренней поверхности сферы. Фотометрическая головка и интегрирующая сфера должны образовывать комплексную установку, спектральная чувствительность которой максимально соответствует V(λ).

На рис. 5 показано такое отклонение спектральной чувствительности фотометрической установки от кривой V(λ): не достигнуто точного соответствия как в коротковолновой, так и в длинноволновой части спектра.

Рис.5. Кривая относительной спектральной чувствительности s (λ) отн. фотометрической головки (красная), корригированная под кривую V (λ) относительной спектральной чувствительности для дневного зрения стандартного наблюдателя (CIE, 1931).

Коррекция спектральной чувствительности комплексной фотометрической установки под V(λ) никогда не бывает идеальной. Если измерять источник света с широкополосным спектром (тепловой излучатель – лампа накаливания), то это не оказывает существенного влияния на конечный результат.

В случае узкополосного спектра, характерного для излучения светодиодов, погрешности при измерении освещенности в длинно- и коротковолновой части могут достигать 25%. В табл. 1 приводятся погрешности, которые могут возникать при измерениях цветных светодиодов.

Таблица 1
Погрешности измерения световых потоков (Ф) светодиодов без спектральной коррекции фотометрической установки

Цвет излучения светодиодаДоминирующая длина волны излученияПогрешность измерений, Ф
Красный625 нм20%
Жёлто-оранжевый617 нм14%
Белый2%
Зелёный530 нм10%
Голубой470 нм25%

Для того, чтобы можно было определить поправочный коэффициент, учитывающий эти отклонения, нужно знать спектральное распределение излучения светодиода (SLED) и спектральное распределение излучения источника света, применяемого для коррекции фотометрической головки (Sкор). Далее необходимо также знать отн. спектральную чувствительность s(λ)отн фотометра, корригированную под V(λ), так же как и спектральный коэффициент пропускания окраски сферы – τ(λ) (рис. 6).

Рис. 6. Спектральный коэффициент пропускания краски, нанесённой на внутреннюю поверхность сферы

Величина τ(λ) описывает влияние окраски внутренней поверхности сферы на коррекцию чувствительности фотометрической установки под V(λ). По приводимому ниже уравнению (4) можно рассчитать так называемый спектральный поправочный коэффициент:

F =[ ∫ SLED(λ) V(λ) dλ · ∫ S кор (λ) s(λ) отн dλ] : [ ∫ SLED(λ) s(λ) отн dλ · ∫ S кор (λ)V(λ) dλ] (4);

Таким образом, зная коэффициент F, можно с помощью фотометрической сферы определить световой поток источника света с узкополосным спектром.
Спектрально откорригированную величину светового потока (Фкор) определяют, умножив результат, полученный расчетом по формуле (2) на коэффициент F.
Важно подчеркнуть, что при определении светового потока светодиодов их рабочий прямой ток и температура запирающего слоя (p-n-перехода) должны поддерживаться постоянными. Только в этом случае сравнение величин Ф различных светодиодов будет корректным и правомочным.

Для того, чтобы проконтролировать результаты, полученные на фотометрической установке светотехнической лаборатории Технического университета Дармштадта, были проведены сравнительные измерения.

Для этой цели были измерены корригирующие эталоны фирмы CML Innovative Technolgies и полученные данные были сравнены. Этими эталонами были светодиоды диаметром 3 и 5 мм.

Разница между измеренными величинами Ф лежала в пределах от +5,5% до -18,2%. Эти отклонения, по всей вероятности, были вызваны различием применявшихся для измерений фотометрических сфер и неодинаковыми возможностями, которые имелись для спектральной коррекции.

4. Результаты

Ниже приведены результаты измерений мощных светодиодов различных производителей:

В табл. 2 указаны световые потоки различных цветных светодиодов. Сразу же видно, что спад потока у красных и янтарных диодов значительно сильнее, чем у голубых и зелёных. Это объясняется различием свойств полупроводниковых материалов, которые применялись для генерации излучения различного цвета.

Таблица 2
Световые потоки цветных светодиодов при различной температуре (TJ) запорного слоя (p-n-перехода)

Ф
при TJ=25°С
(по спецификации фирмы)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector