Zasady działania diod LED String: kompleksowe wyjaśnienie
Diody LED typu string, często nazywane ciągami świetlnymi LED, stały się wszechobecne we współczesnym życiu, upiększając domy podczas wakacji, oświetlając obszary biznesowe i wzbogacając krajobrazy na świeżym powietrzu. Ich atrakcyjność wynika z zalet, takich jak efektywność energetyczna, wydłużona żywotność i dostosowywalna konstrukcja, ale wiedza o tym, jak działają, wymaga zagłębienia się w ich komponenty, architekturę obwodów i-procesy emitowania światła. W tym artykule omówiono fizykę leżącą u podstaw diod LED typu string, od pojedynczych diod po zintegrowane systemy, aby wyjaśnić zasady ich działania.
W centrum każdegosznurkowa dioda LEDto-dioda elektroluminescencyjna (LED), urządzenie półprzewodnikowe, które zamienia energię elektryczną bezpośrednio w światło. W przeciwieństwie do typowych żarówek, które polegają na nagrzewaniu żarnika w celu wytworzenia światła (proces ten powoduje utratę większości energii w postaci ciepła), diody LED działają w oparciu o koncepcję elektroluminescencji.Każda dioda LED w ciąguskłada się z kilku głównych części: chipa półprzewodnikowego, dwóch elektrod (anody i katody), soczewki i radiatora (zwykle obkurczanego w zastosowaniach sznurkowych). Układ półprzewodnikowy jest zwykle zbudowany z materiałów takich jak arsenek galu (GaAs) lub fosforek galu (GaP), domieszkowanych zanieczyszczeniami w celu wytworzenia złącza a-n-granicy między dodatnio naładowanym obszarem „typu p-” a ujemnie naładowanym obszarem „typu n-”. Kiedy do diody LED zostanie podany prąd elektryczny, elektrony z obszaru typu n-przechodzą przez złącze p-n i łączą się ponownie z „dziurami” (brakującymi elektronami) w obszarze typu p-. Ta rekombinacja uwalnia energię w postaci fotonów, które są widoczne jako światło. Kolor światła zależy od pasma wzbronionego materiału półprzewodnikowego: mniejsze przerwy wytwarzają światło czerwone lub żółte, podczas gdy większe przerwy wytwarzają światło niebieskie lub fioletowe (białe diody LED, powszechnie stosowane w lampach sznurkowych, to często niebieskie diody LED pokryte luminoforem, który przekształca część światła niebieskiego w żółte, mieszając się, tworząc białe).
Diody LED typu stringróżnią się od pojedynczych diod LED głównie architekturą obwodów, która łączy kilka diod w jeden, użyteczny system. Dwie najbardziej rozpowszechnione konstrukcje obwodów diod LED typu string to obwody szeregowe i obwody równoległe, każdy o określonej charakterystyce operacyjnej. W szeregowym szeregu diod LED wszystkie diody LED są połączone-od końca-w ramach jednej trasy, co oznacza, że prąd elektryczny przepływa przez każdą diodę LED jedna po drugiej. Konstrukcja ta ma zasadniczą zaletę: do działania wymaga niższego prądu, ponieważ przez każdą diodę przepływa ten sam prąd. Niemniej jednak obwody szeregowe mają istotne ograniczenie: jeśli jedna dioda LED ulegnie awarii (na przykład przepali się lub zostanie odłączona), cały obwód ulega zakłóceniu, a wszystkie diody LED w ciągu przestają działać. Jest to istotna konsekwencja. Aby rozwiązać ten problem, współczesne szeregowe diody LED często zawierają rezystory bocznikowe lub diody Zenera równolegle z każdą diodą LED. Rezystor bocznikowy służy jako kanał obejściowy dla prądu w przypadku, gdy dioda LED nie działa prawidłowo. Kiedy dioda LED przepali się, jej rezystancja staje się niezwykle wysoka, co powoduje przepływ prądu przez rezystor bocznikowy. Dzięki temu reszta sznurka może nadal wyświetlać światło. Diody Zenera pełnią funkcję analogiczną do diod LED, ale kontrolują również napięcie, eliminując w ten sposób skoki napięcia, które mogłyby uszkodzić diodę LED.
Z drugiej strony równoległe diody LEDpołącz każdą diodę LEDprzez te same dwie linie energetyczne. Dzięki temu każda dioda otrzymuje niezależnie to samo napięcie. Ten projekt rozwiązuje problem „jednej-awarii-przerwania-wszystkich”, który gwarantuje, że nawet w przypadku awarii jednej diody LED pozostałe będą nadal działać normalnie, ponieważ ich bieżące trasy różnią się od siebie. Diody LED można dodawać lub usuwać z obwodów równoległych bez znaczącego wpływu na całkowity prąd lub napięcie, co umożliwia łatwiejsze dostosowywanie obwodów równoległych. Z drugiej strony projekty równoległe wymagają większego prądu całkowitego, ponieważ każda dioda LED pobiera własny prąd z zasilacza. Równoległe diody LED często zawierają rezystor-ograniczający prąd połączony szeregowo z każdą diodą LED lub pojedynczy rezystor-ograniczający prąd dla całego obwodu (w zależności od konstrukcji). Odbywa się to w celu utrzymania kontroli nad przepływem prądu. Rezystory te zapobiegają przepływowi nadmiernej ilości prądu przez diody LED, co w przeciwnym razie doprowadziłoby do przegrzania diod LED i skrócenia ich żywotności. Układy scalone (IC) są wykorzystywane w niektórych nowoczesnych ciągach równoległych do monitorowania i zmiany prądu. Pomaga to zapewnić jednolitą jasność wszystkich diod LED.
Ponadto zasilacz jest istotnym elementem diod LED typu string. Odpowiada za przekształcanie konwencjonalnego prądu przemiennego (prądu przemiennego) dostarczanego przez gniazdka ścienne na prąd stały o niskim-natężeniu (prąd stały), niezbędny do działania diod LED. Prostowanie, czyli proces przekształcania prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC), oraz regulacja napięcia, czyli proces obniżania standardowego napięcia 120 V lub 230 V prądu przemiennego do odpowiedniego napięcia prądu stałego dla ciągu, to dwie podstawowe funkcje, jakie spełnia zasilacz, którym jest zazwyczaj mały adapter lub-wbudowany moduł. Biorąc za przykład ciąg składający się z 50-LED, możliwe jest, że będzie on wymagał napięcia przemiennego 120 V (ponieważ każda dioda LED wymaga około 2,4 V, 50 × 2,4 V=120 V). Wyeliminowałoby to potrzebę stosowania adaptera redukującego napięcie. Z drugiej strony równoległy ciąg składający się z dziesięciu diod LED, z których każda wymaga napięcia 3 V, wymagałby użycia zasilacza 3 V DC. Dzieje się tak dlatego, że każda dioda LED pobiera energię bezpośrednio ze źródła 3 V. Aby chronić przed wilgocią, niektóre diody LED typu string, szczególnie te używane na zewnątrz, są wyposażone w wodoodporne źródła zasilania. Jest to istotny element zapewniający zarówno bezpieczeństwo, jak i trwałość.
Ponadto technologie sterowania umożliwiają użytkownikom regulację jasnościsznurkowe diody LED, zmieniaj kolory diod LED i generuj dynamiczne wzory (takie jak miganie, blaknięcie lub pogoń). To dodatkowo rozszerza użyteczność diod LED typu string. Siłą napędową tych elementów sterujących są układy scalone (IC) lub mikrokontrolery. Odpowiadają za regulację prądu lub napięcia podawanego na diody LED. Na przykład ściemnianie często osiąga się poprzez wykorzystanie modulacji szerokości impulsu (PWM), która jest metodą, w której układ scalony (IC) szybko włącza i wyłącza diody LED (w tempie zbyt szybkim, aby ludzkie oko mogło je dostrzec). Układ scalony (IC) odpowiada za kontrolowanie jasności pozornej poprzez regulację czasu „włączenia” (szerokości impulsu) w stosunku do czasu „wyłączenia”. Dłuższy czas włączenia powoduje jaśniejsze światło, podczas gdy krótszy czas powoduje, że diody LED pozostają przyćmione. Do produkcji ciągu diod LED zmieniających kolory wykorzystuje się diody LED RGB (czerwone-zielone-niebieskie), które mają trzy niezależne diody emitujące światło czerwone, zielone i niebieskie, lub adresowalne diody LED, z których każda ma własny układ scalony i umożliwia indywidualne sterowanie. Aby wygenerować miliony kolorów, układ scalony (IC) modyfikuje prąd przepływający przez każdą diodę koloru w ciągach RGB. Dzięki temu układ scalony może łączyć kolor czerwony, zielony i niebieski w różnych ilościach. Każda dioda LED może być sterowana osobno, dzięki czemu ciąg może wyświetlać ruchome światła, gradienty lub niestandardowe projekty. Wszystkim zarządza mikrokontroler, który zwykle jest połączony z pilotem lub aplikacją na smartfona i umożliwia użytkownikowi wprowadzanie danych. Adresowalne diody LED, takie jak chipy WS2812B, umożliwiają tworzenie bardziej skomplikowanych wzorów.
Trwałość i bezpieczeństwo są również istotnymi elementami przy projektowaniu diod LED typu string, a aspekty te są powiązane z podstawowymi zasadami rządzącymi ich działaniem. Łańcuszki świetlne LED emitują wyjątkowo mało ciepła, co czyni je bezpieczniejszymi w pobliżu obiektów łatwopalnych (takich jak choinki i dekoracje z tkanin), w przeciwieństwie do żarowych girland, które wytwarzają znaczną ilość ciepła, co zwiększa niebezpieczeństwo wzniecenia pożaru przez strażaków. Kolejnym czynnikiem wpływającym na długą żywotność diod LED typu string jest ich niska produkcja ciepła. Większośćsznurkowe diody LEDmają żywotność 50 000–100 000 godzin, podczas gdy sznurki żarowe mają żywotność 1 000–2 000 godzin. Dodatkowo szczelna obudowa wielu diod LED typu string (często wykonana z tworzywa sztucznego lub silikonu) chroni diody i obwody przed kurzem, wilgocią i uszkodzeniami fizycznymi, co sprawia, że można je stosować zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Istnieją inne standardowe środki bezpieczeństwa, takie jak bezpieczniki i wyłączniki automatyczne. Dmuchawy bezpiecznikowe zaprojektowano tak, aby zapobiegały przegrzaniu i pożarom instalacji elektrycznej, uwalniając prąd, jeśli prąd przekroczy bezpieczny poziom (na przykład w wyniku zwarcia).
Diody LED typu String zapewniają szereg ważnych zalet, z których jedną jest efektywność energetyczna wbudowana w zasadę ich działania. Diody LED są w stanie przekształcić ponad 90% energii elektrycznej w światło, podczas gdy żarówki tradycyjne przekształcają tylko 10% energii w światło. W rezultacie diody LED zużywają znacznie mniej energii, aby zapewnić ten sam poziom jasności. Przykładem może być ciąg żarówek składający się z pięćdziesięciu żarówek, który zużywa czterdzieści do pięćdziesięciu watów, ale identyczny ciąg diod LED zużywa tylko od dwóch do pięciu watów. Stringi LED nadają się do-długotrwałego użytku (np.-całoroczne oświetlenie zewnętrzne) oraz do zastosowań, w których moc jest ograniczona (np. łańcuchy świetlne na baterie-do biwakowania lub do tymczasowych dekoracji). Ta wydajność nie tylko zmniejsza wydatki na energię elektryczną, ale także sprawia, że diody LED typu string doskonale nadają się do stosowania w sytuacjach, gdy moc jest ograniczona. Stringi LED zasilane bateryjnie często wykorzystują baterie prądu stałego o niskim{{11}napięciem (takie jak AA lub AAA) i mają funkcje-oszczędzania energii, takie jak automatyczne-wyłączanie, które ma na celu dalsze wydłużenie żywotności baterii.
Diody LED typu String mogą działać poprzez połączenie właściwości elektroluminescencyjnych poszczególnych diod LED z określonymi konstrukcjami obwodów, zasilaniem i technologiami sterowania. Inaczej mówiąc, diody stringowe spełniają swoją funkcję. Dzięki procesowi rekombinacji półprzewodników każda dioda LED jest w stanie przekształcić energię elektryczną w światło. Obwody łączące kilka diod LED szeregowo lub równolegle są w stanie stworzyć działający system. Standardowy prąd przemienny (AC) jest przekształcany na napięcie prądu stałego (DC), wymagane przez diody LED, a układy scalone (IC) lub mikrokontrolery umożliwiają dostosowanie jasności, koloru i wzorów. Te decyzje projektowe bezpośrednio odpowiadają za ich wydajność, bezpieczeństwo i trwałość, co czyni je preferowaną opcją w porównaniu z konwencjonalnymi żarówkami. Diody LED typu String stale się rozwijają wraz z postępem technologii, czego efektem są bardziej inteligentne systemy sterowania, zwiększona jasność i materiały bardziej przyjazne dla środowiska. To jeszcze bardziej umacnia jej pozycję jako uniwersalnej opcji oświetlenia dla domów, firm i miejsc publicznych.
https://www.benweilight.com/industrial-oświetlenie/led-budownictwo-string-light-100ft-130w.html
Razem sprawiamy, że jest lepiej.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon komórkowy/Whatsapp :(+86)18673599565
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Strona internetowa: www.benweilight.com
Dodaj: Budynek F, strefa przemysłowa Yuanfen, Longhua, dystrykt Bao'an, Shenzhen, Chiny
