Диплом. Диплом Ионов А.В. 1. Теоретическая часть
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Рисунок 8.Зависимость между выходом света и током светодиода Восприятие излучения человеком, глаз которого по-разному воспринимает различные участки оптического спектра (в соответствии с кривой видности), выдвигает свои требования к световым и спектральным характеристикам излучателей. Излучаемые световые кванты должны выходить во внешнюю среду в заданном телесном угле с минимальным их поглощением внутри прибора. Малые размеры полупроводниковых светодиодов отличают их от ламп накаливания, в противоположность лампам диод - почти точечный источник света с площадью кристалла (0.25x0.25)-(0.5x0.5) мм2. Кристалл покрывается выпуклым или плоским пластмассовым колпачком размерами 3-10 мм.. Конструкция колпачка обеспечивает фокусировку излучения в нужном телесном угле 5-45°. Держатель кристалла отводит тепло от активной области. Работая, одиночный светодиод потребляет очень небольшую энергию: при напряжении 2-4 В и токе 10-30 мА, электрическая мощность варьирует от 20 до 120 мВт. При КПД в 5-25% в виде света излучается 1-30 мВт (сила света 1-30 кд). Для сравнения - миниатюрная лампа накаливания работает при напряжении около 12 В и токе 50-100 мА. Для получения больших световых потоков десятки и сотни светодиодов объединяют в световые панели. Возможность фокусировки излучения в каждом элементе позволяет создавать световые панели с направленным излучением.[2] 1.4Охлаждение мощных светодиодов Главной проблемой светодиодов является отвод тепла выделяемого LED-кристаллом. Большая его часть (> 90%) передается на его металлическую подложку за счет теплопроводности. Лишь 5% тепла уходят в виде теплового излучения. «Рис. 9»[5]  Рисунок 9. Различие в механизмах тепловыделения при работе традиционных ламп накаливания и светодиодных(LED)-ламп С повышением температуры у мощных светодиодов снижается световая эффективность. Приведенные в технических характеристиках цифры выходного светового потока обычно даются только для 25 °С. При 65 °С происходит потеря 10% яркости, а при 100 °С — 20% «Рис. 10». Чтобы мощные светодиоды имели время жизни, близкое к указанному в их технических характеристиках, необходим хороший теплоотвод. 100-Вт галогенный прожектор будет излучать 5 Вт света (мощность излучения). Из оставшихся 95 Вт потребленной мощности 80 Вт уйдет вовне в виде инфракрасного излучения и только 15 Вт будет рассеиваться корпусом в виде тепла. 50-Вт светодиод также будет излучать 5 Вт полезного света, но все оставшиеся 45 Вт мощности будут в виде тепла подведены к его конструктивному окружению. Хотя эффективность светодиодного светильника в два раза выше, чем у лампы накаливания, его охлаждение должно быть разработано так, чтобы справиться с в три раза большим потоком подводимого тепла.  Рисунок. 10. Зависимость светового потока светодиода от температуры его перехода Буквально с точностью до наоборот выделяется тепло от обычных ламп накаливания: 90% - излучением, 5% - теплопроводностью (в цоколь). Это означает, что наработанные десятилетиями технические решения по поддержанию теплового режима ламп накаливания абсолютно не приемлемы при проектировании LED-светильников. В подавляющем большинстве случаев для отвода тепла от кристалла и последующего теплорассеяния используются металлические, как правило, алюминиевые, медные, а также в редких случаях и радиаторы из теплопроводящих пластмасс, помимо всех вышеперечисленных способов, возможно и охлаждение при помощи термоэлектрического модуля. 1.5 Энергетический КПД Энергетическая эффективность светодиодов (КПД) – отношение мощности излучения (в Ваттах) к электрической потребляемой мощности (в светотехнической терминологии это энергетическая отдача излучения - ηe). Светодиоды преобразуют подводимую электроэнергию в видимое излучение в очень узкой спектральной области, причем в кристалле возникают тепловые потери. У светодиодов для целей освещения и сигнализации ИК- и УФ-составляющие в спектре излучения практически отсутствуют и такие светодиоды имеют значительно более высокую энергетическую эффективность, чем тепловые излучатели. При благоприятном тепловом режиме у светодиодов в свет преобразуется 25% подводимой энергии. Поэтому, например, у белого светодиода мощностью 1 Вт примерно 0,75 Вт приходится на тепловые потери, что требует в конструкции светильника наличия теплоотводящих элементов или даже принудительно охлаждения[4]. Такое управление тепловым режимом светодиодов приобретает особую значимость. Желательно, чтобы производители светодиодов и светодиодных модулей приводили в перечне характеристик своих изделий значения энергетического КПД. 1.6 Управление тепловым режимом Почти 3/4 электроэнергии, потребляемой светодиодом, преобразуется в тепло и только 1/4 – в свет. Поэтому при конструировании, освещения с использованием светодиодов, решающую роль в обеспечении их максимальной эффективности играет оптимизация теплового режима, интенсивное охлаждение. Передача тепла от нагретого тела осуществляется за счет трех физических процессов: Излучение, Конвекция, Теплопроводность. |