Как делают светодиодные лампы

Как производят светодиодные лампы

Благодаря интересному сообществу «Как это сделано« удалось побывать на эксклюзивной экскурсии в лаборатории «Световод». Это российская производственная компания, занимающаяся выпуском светотехнической продукции с использованием светодиодов. Компания изготавливает светодиодные лампы и прожекторы, электронные табло, часы и т.д. Производство существует с 2003 года и располагается в Москве, в помещениях технопарка «Слава».

Начинается всё в небольшой лаборатории. От обычного офиса её отличает наличие различных приборов и инструментов. Здесь сидят разработчики, и царит творческий беспорядок. Специалисты лаборатории изобретают новые изделия и доводят их до выпуска в серийное производство. Обычно, в параллельной разработке находится от трех до шести образцов.

Само производство очень компактно и располагается в одном большом зале. Половину помещения занимает склад. Здесь хранятся светодиоды, линзы, заготовки для корпусов и печатных плат. «Световод» сам не производит светодиоды, а закупает их у немецких и российских производителей (используются изделия Osram, Оптоган).

4. Комплектующие аккуратно рассортированы по стеллажам, сотрудник компании демонстрирует нам светодиоды

6. Это линзы для сигнальных фонарей. Такие применяются, например, в маяках.
Линза сконструирована таким образом, чтобы свет рассеивался в горизонтальной плоскости.

7. Табло для часов

9. Роботы и печи

10. Робот расставляет светодиоды на печатной плате

На лентах закреплены детали, и, руководствуясь программой и компрессором, манипулятор выбирает необходимые и расставляет их по местам пайки на печатной плате.

11. Процессом можно управлять с компьютера

Сейчас «Световод» приобрёл ещё одного, более универсального робота. Когда мы были на экскурсии, агрегат был уже подключен, но находился в стадии настройки.

12. Так выглядит новый робот

13. Часть работы всё ещё выполняется вручную

Окончательная пайка происходит в печи — это позволяет увеличить объем выпускаемой продукции и добиться стабильности качества.

14. Почти готовая светодиодная лампа

15. Светодиодные светильники для ЖКХ — ещё без плафонов

16. Офисные светильники

17. Так выглядят вблизи информационные табло, установленные, например в аэропорту Домодедово

18. Стенд для проверки готовой продукции

Характеристики готовой продукции проверяют в специальной тёмной комнате — лаборатории, которая оснащена измерительным оборудованием для контроля электрических и светотехнических параметров: гониофотометрической установкой, спектроколориметром, анализатором мощности и т.д. Приборы для измерения всех необходимых параметров, а также специальные компьютерные программы к ним разработаны специалистами «Световода». Иногда у компании также заказывают заключения о качестве ламп и светильников других производителей.

19. Прибор для контроля параметров ламп и светильников

20. Сфера для контроля параметров отдельных светодиодов

Специальная компьютерная программа выдаёт результаты измерений не только в виде цифровых характеристик, но и в виде таких вот наглядных графиков:

Для демонстрации готовой продукции компания «Световод» сейчас заканчивает создание шоу-рума.

24. Здесь можно увидеть многообразие цветовых температур светодиодных ламп

25. Светодиодные лампы «Планта»

26. Заградительные огни и промышленные светильники

27. Влагозащищенные светильники для подсветки дорожек, бассейнов и фонтанов

28. Промышленные светильники «Турин» и светильники для ЖКХ «Энтрада»

29. Многообразие офисных светильников

31. Попытка производства бюджетного уличного светильника (дружественного белорусского предприятия)

32. На этом фото видно, что в светильнике используются линзы различной формы
(для достижения правильной диаграммы — так называемой «бабочки»)

33. Светодиодная лампа «Пермь» для установки в заградительные огни

Наша экскурсия подошла к концу. В ходе общения со специалистами предприятия удалось узнать, что светодиодные светильники получили широкое распространение в офисах и на предприятиях. А вот для домашнего использования в России пока не пользуются большой популярностью. Ведь не смотря на высокую надежность, долгий срок работы, двухлетнюю гарантию и экономное потребление электроэнергии стоят такие лампы довольно дорого («Планта» — аналог 60 Вт лампы накаливания — 785 руб). А выгода от их приобретения будет заметна потребителю только через десять лет. Не каждый горожанин может себе позволить сразу заплатить внушительную сумму. Зато светодиодные лампы незаменимы там, где происходят частые перепады напряжения.

Как делают светодиодные лампы

Какой должна быть светодиодная лампа, чтобы не разочаровать покупателя. Какие технологии лежат в основе производства ее частей и как это влияет на качество и долговечность всего изделия. Разбираемся в статье.

Светодиодные лампы всё энергичнее теснят на полках магазинов всех предшественников, превосходя по своим параметрам не только архаичные лампы накаливания, но и галогенки, и компактные люминесцентные источники света. И уже не важно, присматриваете ли вы лампу для люстры, или для автомобильных фар. Вопрос, какую лампочку купить, когда на витрине лежит десять похожих, перестаёт быть простым.

Не все светодиодные лампы одинаковы. Чем могут различаться лампочки разных производителей? Все обещают высокую эффективность и непревзойдённую долговечность, но всем ли обещаниям можно верить? И можно ли как-то отличить пустые обещания от обоснованных?

Светодиодный источник света — сложное устройство, собранное из десятков компонентов, каждый из которых влияет на работу всего устройства. Долговечность лампы целиком зависит от добросовестности производителя. Почему это так — станет ясно после того, как мы хотя бы в общих чертах рассмотрим физические процессы, лежащие в основе работы светодиодных ламп.

Светодиод: физические процессы и технические решения

«Правильные» полупроводники

Электропроводность вещества связана со способностью заряженных частиц — электронов или ионов, содержащихся в этой среде — достаточно свободно в ней перемещаться.

Лучшими проводниками являются металлы. Электроны могут легко перемещаться между узлами кристаллической решетки, образуя электрический ток. В диэлектриках, напротив, электроны связаны с атомами очень сильно. Оторвать электрон от атома можно, но потребуется очень большое напряжение.

Полупроводники по своим свойствам находятся где-то между проводниками и диэлектриками: электроны в них связаны с атомами сильнее, чем в металлах, но слабее, чем в диэлектриках.

Ещё одна особенность полупроводников — перенос заряда в них может происходить не только электронами. Если в атоме недостаёт электрона, он оказывается положительно заряженным — возникает квазичастица «дырка». Отрицательно заряженные электроны могут перемещаться в кристалле из одной дырки в другую и это будет похоже на перемещение в противоположном направлении положительно заряженных частиц.

В любом полупроводнике всегда есть некоторое количество свободных электронов и дырок. Вводя в полупроводник определённые примеси (этот процесс называется легированием) можно получить полупроводник с избытком электронов — n-типа, или с избытком дырок — p-типа. Соединив два таких полупроводника мы получим диод: устройство, проводящее электрический ток только в одном направлении.

Когда электрический ток проходит через p-n-переход, происходит рекомбинация дырок и электронов, которая может сопровождаться испусканием фотонов света.

И вот здесь мы вплотную подошли к техническим проблемам. Чтобы рекомбинация привела к испусканию фотона, дырки и электроны должны обладать определенной энергией. Именно поэтому не всякий полупроводниковый диод будет светиться.

Опустим длинное описание физических процессов, происходящих в диоде. Здесь становятся важны конкретные физические величины и рассмотрение на качественном уровне без соответствующих рассчётов ясности не внесёт. Для понимания того, каким путем можно преодолеть упомянутые ограничения важны два вывода.

1. Не все полупроводниковые материалы можно использовать для изготовления светодиодов. Например, годятся некоторые соединения галлия и индия, в то время как полупроводники на основе кремния свет почти не излучают.

2. Дефекты кристаллической решётки полупроводника, включения посторонних химических элементов нарушают картину рекомбинации и сильно уменьшают выход света.

Коротко о главном. Не все производители светодиодных ламп изготавливают полупроводниковые кристаллы сами — они предпочитают закупать готовые комплектующие, занимаясь только сборкой и упаковкой. Такие производители физически не могут проконтролировать качество светодиодов. Ведущие бренды держат под контролем весь производственный цикл.

Теплоотвод — это очень важно

Выше уже отмечалось, что полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками: они обладают относительно большим удельным сопротивлением. Из-за этого при прохождении через них электрического тока они нагреваются. В тепло превращается около 80% подводимой энергии.

С этим связана еще одна техническая проблема — выделяющееся в светодиоде тепло нужно как-то отводить. Если этого не делать, температура светодиода превысит критическое значение, после которого наступит разрушение — светодиод «перегорит».

Вы наверняка слышали, что светодиоды отличаются очень маленьким энергопотреблением. Значит и тепла они выделяют мало. В чём же тогда здесь может быть проблема?

Типичный размер светодиода — 1 кв. мм. Его охлаждение происходит путём теплообмена с окружающей средой, с воздухом. При столь незначительных размерах светодиода избыточное тепло просто не успевает передаваться окружающему воздуху и температура светодиода быстро растет.

Вот почему крохотный полупроводниковый элемент монтируют на относительно большое керамическое основание, а для дополнительного теплоотвода используют токопроводящие дорожки.

Читайте также  Что будет за лед лампы

Мощные светодиоды для головного света автомобиля нуждаются в особенно эффективном охлаждении. Конструкция радиатора и его размер рассчитаны так, чтобы обеспечить эффективное охлаждение лампы с учётом её размещения в фаре.

Коротко о главном. Процессы в полупроводниках очень сильно зависят от температуры. При её повышении выше критического уровня устройство необратимо выходит из строя, поэтому светодиоды нуждаются в эффективном теплоотводе. Качественные светодиодные источники света снабжаются эффективными и конструктивно очень сложными радиаторами, которые гарантируют работу устройства без перегрева.

Вернёмся к механизму излучения светодиода. В процессе рекомбинации электроны излучают фотоны в очень узком диапазоне длин волн. Фактически, излучение светодиода монохромно. Для использования в осветительных приборах такое излучение непригодно.

Чтобы расширить диапазон излучения светодиода используется люминофор — вещество, способное переизлучать поглощённую энергию в виде света. Именно плёнка люминофора жёлтого цвета видна на поверхности светодиодов. Иногда люминофор наносится на внутреннюю поверхность колпачка, которым накрывают светодиод.

Монохромное синее (или невидимое ультрафиолетовое) излучение светодиода направляется на люминофор, который переизлучает его в более длинноволновом и широком диапазоне. Такой же принцип используется в энергосберегающих и люминесцентных лампах, в которых люминофор нанесён на внутреннюю поверхность стеклянной трубки.

От качества и характеристик люминофора зависит цвет излучения светодиода, его спектр, а также долговечность. Низкокачественные люминофоры, например, быстро деградируют и яркость свечения светодиода уменьшается.

Цвет и спектральный состав люминофора влияют на восприятие и самочувствие человека, поэтому важность этой характеристики светодиода не стоит недооценивать. Это большая и многоплановая тема. Мы укажем здесь только на два аспекта, важных для выбора светодиодного источника света для автомобильных фар.

Излучение люминофора должно приближаться к спектру естественного освещения. Только тогда цвета предметов не будут искажаться. Для водителя очень важно быстро распознавать появляющиеся в свете фар предметы. Для светодиодных источников света существует особая характеристика — индекс цветопередачи. У хороших светодиодов его величина достигает 0,9 и более.

Суточные ритмы человека регулируются различными механизмами. Так, например, голубые лучи подавляют выработку гормона мелатонина, вызывающего сон. Поэтому светодиодные лампы белого цвета для фар гораздо сильнее способствуют поддержанию бодрости водителя, чем традиционные лампы.

Все эти обстоятельства сильно повышают требования к качеству люминофора, используемого при изготовлении светодиодов и технологии его нанесения.

Коротко о главном. Спектр излучения люминофора влияет не только на восприятие, но и на самочувствие человека. Кроме того, не все люминофоры одинаково долговечны. Крупные производители светодиодных источников света строго контролируют качество используемого люминофора.

Ролик об изготовлении светодиодов:

Блок питания светодиода

Для нормальной работы светодиода к нему должен подводиться электрический ток со строго определёнными параметрами. Устройство, которое обеспечивает светодиод стабилизированным током называется драйвером.

В мощных источниках света светодиоды соединяются в группы различными способами. Сборки с разной конфигурацией требуют питание разными токами при разном напряжении. Поэтому какой-либо одной универсальной схемы драйвера не существует.

Если какой-либо светодиод из сборки выходит из строя, оставшиеся продолжают работать — лампа горит, хотя и слабее. Если же из строя выходит драйвер, светодиодная лампа гаснет целиком.

Коротко о главном. Качественный драйвер — его схемотехническое решение и надёжность используемых компонентов — критически важен для долговечной работы лампы.

Беглый обзор технических трудностей, которые возникают в процессе изготовления светодиодов и источников света на их основе показывает: на долговечность и характеристики светодиодных ламп влияют многие обстоятельства:

— химическая чистота исходных веществ и используемая технология выращивания полупроводниковых кристаллов,
— характеристики используемого люминофора,
— конструкция светодиода и лампы в целом, обеспечивающая нормальный теплоотвод,
— надёжный драйвер.

Ничего из этого в магазине не проверить, можно лишь убедиться, что лампа горит. Единственный выход — довериться репутации производителя и выбирать продукцию надёжного и известного бренда.

Сегодня мы говорили об особенностях светодиодных источников света. Впереди рассказ о галогенных и ксеноновых. Подписывайтесь на обновления нашего блога, чтобы не пропустить новые полезные статьи.

Как делают светодиодные лампы в Саранске

Мой вчерашний обзор светодиодных ламп Лисма неожиданно для меня вызывал огромный интерес. Как обычно, некоторые предполагали, что это реклама (хотя на самом деле Лисма мне даже не прислала образцы, хоть и обещала перед Новым годом прислать лампы с возвратом). Другие предполагали, что лампочки делают в Китае, а у нас их только упаковывают. Я нашёл видео, в котором можно посмотреть, как делают лампы Лисма.

Я покажу вам это видео и отвечу на вопросы, которые вчера задавали чаще всего. У Лисмы единственное в России производство электролампового стекла.

На каждой светодиодной нити установлено 26 синих светодиодов, покрытых общим люминофором.

За счёт того, что эти светодиоды работают не на максимальной мощности, они не очень сильно нагреваются и дают очень высокую эффективность до 96 Лм/Вт.

Некоторые предположили, что в лампах нет драйвера. На самом деле в цоколе лампы размещён полноценный драйвер, обеспечивающий очень низкую пульсацию света. На плате установлена микросхема стабилизатора тока, трансформатор, конденсаторы, мелкие детали обвязки.

Все лампы проходят выходной контроль.

Лампы Лисма без всякого сомнения российский продукт, хоть в них и используются китайские светодиодные нити и плата драйвера, сделанная в Китае на заказ. Как мне стало известно, 25 января 2016 года Лисма открывает свой интернет-магазин и лампы можно будет заказать с доставкой по всей России.Очень важный вопрос о качестве и долговечности. На Саранском городском форуме обсуждение ламп Лисма идёт давно, ведь жители города стали первыми покупателями этих ламп: http://forum.saransk.ru/topic/206592-lisma-predstavliaet-svoiu-innovatcionnuiu-razra/ . Увы, у многих лампы, особенно 8-ваттные выходят из строя. Возможно, это только лампы из первых партий. Гарантия производителя — 2 года и сдохшие лампы обменивают в местах приобретения. Моя 8-ваттная лампа горит уже три дня и я пожалуй добавлю к ней ещё и 6-ваттную.Многие комментаторы писали, что у Лисмы лампы очень дорогие, и лучше покупать такие же на Алиэкспрессе и в китайских интернет-магазинах. Нет, они там не такие же. Те, кто думают, что все лампочки на светодиодных нитях делаются из одинаковых комплектующих, сильно ошибаются. Я протестировал несколько китайских лампочек на нитях и нормальная из них была только одна ( http://lamptest.ru/review/a60e27-6pc2/ ). При этом стоит она почти 8 долларов, что гораздо дороже лампы Лисма. У остальных были огромные пульсации света, низкий CRI, несоответствие светового потока заявленному, некоторые из них громко гудели или пищали. Кроме того скорее всего у китайских ламп в колбе воздух, а не гелий, как у лисмовских. Ну и опять же полное отсутствие гарантии.У ламп Лисма изменилась упаковка. Теперь они продаются не в коробках, как мои, а в блистерах.

Посмотрите видео. Там много разговоров, но весь производственный процесс тоже видно.

Как делают светодиодные лампы The Village узнал, как собирают светильники, которые освещают офисы, дома и улицы города

яся фогельгардт

Группа компаний «Вартон» выпускает светодиодные светильники под брендами Gauss и Varton. Их устанавливают в офисах, жилых домах, на складах и улицах — всего компания делает тысячу видов разной осветительной техники. Производство и лаборатория находятся в трёх часах езды от Москвы в городе Богородицке Тульской области. The Village съездил туда и узнал, как делают офисное светодиодное освещение.

Перед зданием яркого цвета нас встречает Илья Сивцев, генеральный директор компании. В строении несколько этажей, и мы поднимаемся на самый верхний, где находятся кабинеты руководителей и шоу-рум. В нём на всех стеллажах лежат разные светильники. В целом самые распространённые лампы для освещения бывают четырёх видов: лампы накаливания, люминесцентные, галогенные лампы и светодиодные светильники. Завод «Вартон» специализируется на последних.

Сами лампочки, светодиодные модули и другие важные составляющие здесь не производят, а закупают их в Китае, Корее, Финляндии и Австрии. «Чем дальше ты уходишь внутрь, тем ты более медленный и неэффективный», — поясняет Илья. Все эти предприятия собирают лампочку из нескольких элементов: базы (пластиковая деталь, внутри которой — алюминий), цоколя и светодиодного модуля и, наконец, драйвера, который отвечает за свечение. Сверху на эту конструкцию одевается рассеивающий элемент (чаще всего из пластика). Поэтому здесь делают корпуса для ламп, рассеиватели, собирают всё вместе и отгружают поставщикам. Ещё здесь есть лаборатория, на которой тестируются разные лампы и светильники.

Научно-производственный центр «Вартон»

Читайте также  Когда появились первые лампы

производство светодиодных светильников

РАСПОЛОЖЕНИЕ:
Богородицк, Тульская область

ДАТА ОТКРЫТИЯ: 2012 год

СОТРУДНИКИ: 500 человек в компании (250 из них — на заводе)

ПЛОЩАДЬ ЗАВОДА: 20 000 кв. км

Идея светодиодной технологии в том, что от светодиода выделяется тепло. Светодиод маленький, и он выделяет много света и, как следствие, тепла. Последнее приходится нейтрализовывать с помощью алюминиевых пластин. Например, температура, которая исходит от светодиода, — 80 градусов, она идёт на теплоотвод и в итоге снижается до 45 градусов, исходящих от лампы. В среднем светодиодный светильник служит 50 тысяч часов. «Вообще, в самом светодиоде проблем никаких нет, — объясняет Илья Сивцев. — Если правильным образом всё выведено, 100 тысяч часов может отработать». Проблема кроется в блоке питания, который чаще всего первым выходит из строя.

Весь процесс начинается с производства металлических корпусов для светильников. Металл поступает в огромных рулонах, самый тяжёлый из которых может весить 4,5 тонны. Затем такую катушку поднимают на кран-балке и переносят на размотчик. Главная его цель — медленно разматывать полотно металла и подавать его на автоматическую линию, первая операция которой — правка. С помощью аппарата, который напоминает устройство для отжима белья на старых стиральных машинах, листы металла делают абсолютно ровными, плюс установка ориентирует поток, чтобы он правильно вошёл на следующую станцию.

А дальше в металле автоматически вырубаются все нужные отверстия автоматическим штампом. После этого гильотина резко, с шумом отрезает кусок рулона нужной длины, и он едет на станцию гибки, где машина загибает длинные бортики будущего корпуса, складывает их как конверт. Робот берёт эту конструкцию и переворачивает, чтобы уже другая машина загнула торцы корпуса: это называется «станция подгиба язычков». Линия завершается клинчингом — так называется метод крепления металла с металлом без сварки и лишних заклёпок и болтов. Получается такой зацеп, который сам себя держит. Так, каждые 17,3 cекунды каждый конвейер готовит новое изделие, сотрудник его забирает и складывает в высокие стопки, как в игре «Дженга».

Всё оборудование — в сенсорах: если готовый корпус не убрать с линии, то машина остановится и будет ждать до тех пор, пока изделие с него не снимут. Так делают массовые партии на двух линиях.

С эксклюзивными и пробными экземплярами приходится повозиться подольше: хоть процессы всё те же самые, но оборудование уже другое. «Аккуратно, он может ударить», — предостерегает нас Илья. Мы отходим на пару шагов от аппарата: платформа постоянно движется и может быстро разогнаться, поэтому на полу есть разметка, за которую заходить запрещено. На этой автоматической машине — координатно-пробивном прессе — в листах металла делают отверстия, а после несут на листогиб, который всё делает сам — сгибает, переворачивает, — стоит лишь выбрать нужную программу. Среди процессов есть и те, что нужно делать вручную; такая линия нужна заводу для эксклюзивных небольших серий.

Готовые корпуса будущих светильников красят на оборудовании, похожем на карусель: на проволоку подвешивают корпуса на крючках, и они медленно едут от одной станции к другой. Начинается всё с мытья: специальный душ с химическим раствором удаляет масло с металла, затем корпуса попадают в сушилку, где при температуре 280 градусов вода с поверхности улетучивается. Остыв, они попадают в камеру порошковой покраски: там стоят автоматические пистолеты, которые перемещаются сверху вниз и покрывают корпус ровным слоем краски. Правда, в углы такая краска не попадает, поэтому в камере ещё работает сотрудник в специальном костюме и прокрашивает то, до чего не удалось дотянуться автоматическим пистолетам. Краска тяжёлая, и она будто сама прилипает к поверхности; если же этого не случилось, то напор воздуха внизу камеры всасывает её через отверстия в полу и снова подаёт на покраску. Затем краску нужно «запечь», поэтому детали отправляются в печь полимеризации. Размер камеры таков, что весь путь изделия от начала до конца занимает около 20 минут. Всё, корпус готов, теперь его можно снимать с крючка и отдавать на сборку.

Илья Сивцев рассказывает, что сборкой занимаются две бригады, в одной из которых преобладают мужчины, в другой — женщины. Первые берут на себя тяжёлую работу, предпочтительно в малых эксклюзивных сериях, а женщины, по его словам, хорошо справляются с поточной работой — там, где нужна скорость и чёткость. Суть одна и та же: в покрашенный корпус вставляют модули, драйвера, подключают драйвера к клеммной колодке, через которую попадает ток. В основном всё собирается вручную, иногда используется шуруповёрт.

Но от креплений вроде болтов и шурупов в компании стараются отказываться в пользу снэплоков: так детали можно цеплять к нему прямо на корпус. Во время сборки на каждом столе попеременно загораются светильники — сотрудницы проверяют работоспособность каждого изделия. Всё это делается вручную, потому что в ассортименте завода больше тысячи позиций, а автоматизировать такое количество изделий сложно. У сотрудников есть свои нормативы по сборке: например, дневной стандарт для одного сборщика — это 363 изделия. В целом завод стремится к тому, чтобы каждые восемь секунд выдавать готовое изделие.

Те модели, что собирают в смену, зависят от заказа: во время нашего посещения собирали медицинские (они герметичны), аварийные (продолжают работать ещё три часа после того, как отключили электричество) и поточные (для пополнения склада). На каждом светильнике должен быть рассеиватель, которых на заводе выпускают пять видов — например, «призма», «опал», «колотый лёд». Рассеиватели сборка не надевает на светильник, а только упаковывает, так как заказчик выбирает ту модель, которая ему нужна. Рассеиватели поступают на завод в виде крупных листов поликарбоната, которые нарезают на пласты нужного размера.

Некоторые корпуса светильников делают пластиковыми — такие модели обходятся дешевле, поэтому модель можно наверняка увидеть чуть ли не в каждом подъезде. Их производят в цехе, где стоят термопластавтоматы. Происходит это так: сверху в машину засыпают пластик в гранулах, который позже автомат плавит. Все детали рождаются в пресс-форме, состоящей из двух частей, и когда они смыкаются, подаётся горячая пластиковая масса при температуре 300 градусов. Форма открывается, а робот достаёт получившееся изделие наружу — всё это занимает 98 секунд. Потом рассеиватели сотрудник вручную разъединяет и чуть подравнивает место разлома.

На этом же заводе производят уличное освещение. «В разработке они сложнее, но производство их простое», — рассказывает Илья. Светильники готовят из огромных алюминиевых балок, длина которых может достигать шести метров. На специальном оборудовании балку под высокой температурой прогоняют через пресс, внутри которого есть форма — фильера, отвечающая за направление среза. Затем сотрудники в ней делают отверстия и режут на куски нужного размера с помощью циркулярного ножа.

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

По сравнению с обычными лампами накаливания устройство светодиодной лампы с технической точки зрения сложнее. Если для первых используется прозрачный стеклянный корпус, то в случае со вторыми разглядеть что-либо находящееся внутри не выйдет. Для того чтобы узнать, из чего состоит такой источник света, необходимо разобрать его на части.

Общее устройство светодиодных лампочек, независимо от производителя, практически идентичное (с небольшими отличиями). Ассортимент стандартных изделий с цоколем E14 или E27 делится на три категории — фирменные, низкосортные китайские и филаментные.

Низкокачественные китайские лампочки

При разборе фирменной лампы можно обнаружить все необходимые для надежности и долговечности конструктивные элементы. Но если заглянуть под корпус дешевого китайского изделия, то первое, чего вы не обнаружите — радиатор и драйвер.

Драйвер обычно заменяют блоком питания с неполярным конденсатором, неспособным стабилизировать ток на выходе. Устанавливают такой блок в центр платы с диодами. Если взглянуть на нее сверху, то можно увидеть диодный мост с резисторами, снизу — два конденсатора. Это позволяет существенно уменьшить стоимость и качество изделия.

Для охлаждения прибора в корпусе проделывают небольшие отверстия. Эффективность низкая, кристаллы очень быстро перегорают. Плата установлена на пластиковом корпусе и закреплена защелками. Для соединения с цоколем используют два спаянных провода.

Филаментные лампы

Филаментный источник света внешне напоминает лампу накаливания, но конструктивно остается светодиодным изделием. В таком случае пропадает необходимость в отводе тепла, но применение устройств в бытовой сфере связано с исключительно эстетическими соображениями.

Основной элемент филаментного прибора — светодиодная нить. В зависимости от количества таких нитей производят изделия разной мощности. Филамент — тонкий стержень из стекла, на поверхности которого имеются SMD-диоды. Верхняя часть покрывается люминофором, дающим желтый оттенок. Для отвода тепла применяют стеклянную колбу, внутренняя часть которой заполняется газом.

Читайте также  Когда можно использовать задние противотуманные фары

Из-за отсутствия места для драйвера внутри производители размещают низкокачественный модуль питания. Это повышает пульсацию, негативно сказывающуюся на зрительных органах. Для избавления от мерцания между цоколем и колбой добавляется пластиковое кольцо с качественным драйвером.

Принцип действия светодиодных ламп

Принцип работы этих приборов построен на сложных физических процессах. При подаче электрического тока происходит соприкосновение двух веществ, изготовленных из разносортных материалов. Это приводит к образованию светового потока.

Парадоксальность системы связана с тем, что ни один из материалов, используемых для изготовления двух веществ, не относится к проводникам электрического тока. Это полупроводники, способные пропускать ток только в одном направлении. Поэтому при подключении светодиодов важно соблюдать полярность. Один материал наделен отрицательными электронами, а другой — положительными ионами.

Также в полупроводниках активизируются иные процессы. В момент смены состояния выделяется тепловая энергия. Экспериментальным методом изобретатели нашли нужное сочетание веществ, при котором помимо энергии появляется и световое излучение.

Все приборы, которые пропускают ток в одном направлении, называются диодами. Светодиоды — диоды, способные выделять световой поток.

Первые LED-диоды излучали свет в узком спектре — красном, желтом или зеленом. При этом сила свечения была минимальной. В течение продолжительного отрезка времени светодиоды использовались исключительно как индикаторы. Сегодня диапазон излучения значительно расширен и охватывает едва ли не весь спектр. С другой стороны, определенные волны всегда длиннее, поэтому данные устройства делятся на источники холодного и теплого света (в зависимости от тепловой температуры).

Способы сборки

По способу сборки изделия делятся на несколько категорий.

DIP расшифровывается как Dual In-line Package. Конструкция приборов интересна, но существенно устарела. Выделяют следующие размеры светодиодов:

  • 0,3;
  • 0,5;
  • 0,8;
  • 1,0 см.

Также полупроводниковые изделия различаются цветом, материалом изготовления, формой чипа. Из преимуществ DIP-сборки выделим малый нагрев и высокую яркость. Бывают одноцветные и многоцветные (RGB-технология). Можно распознать по характерной цилиндрической форме и встроенной линзе выпуклого типа.

«Пиранья»

Данная группа осветительных устройств характеризуется высоким световым потоком. Изготавливаются прямоугольной формы, имеют четыре PIN-вывода, бывают красными, синими, белыми или зелеными.

По сравнению с DIP-технологией изделия более жестко и прочно «сидят» на плате. Свинцовая подложка повышает теплопроводность, но в то же время понижает общую безопасность при эксплуатации. Широкая распространенность обусловлена большим диапазоном рабочих температур.

SMD-технология

SMD расшифровывается как Surface Mounting Device (в переводе с англ. — «устройство, фиксируемое на поверхности»). Эти светодиоды характеризуются мощностью в диапазоне 0,01–0,2 Вт. Главная особенность связана с наличием нескольких кристаллов (1–3), монтируемых на керамическую подложку.

Корпус покрыт люминофором. Стандартный припой используется для соединения основной платы и контактных площадок.

Из недостатков выделим низкую ремонтопригодность: если выйдет из строя хотя бы один диод, то придется заменять целую плату.

COB-технология

Последняя и наиболее надежная технология изготовления светодиодов получила название Chip On Board (COB). Полупроводники крепятся на плату без корпуса и какой-либо подложки, после чего покрываются люминофором.

Главное преимущество связано с небольшой площадью свечения при высокой мощности. Равномерное свечение изделия гарантируется высокой плотностью светодиодов и наличием люминофора. Такие светодиоды чаще применяются в наши дни.

Устройство светодиодных источников света

Светодиодный источник состоит из следующих конструктивных элементов:

  • LED-диоды;
  • драйверы;
  • корпус;
  • радиатор;
  • цоколь.

Светодиоды

Несколько лет назад конструкция светодиодной лампы незначительно отличалось из-за отсутствия широкого ассортимента LED-диодов. Самыми распространенными были чипы на 3–5 мм. Позже появились изделия на 10 мм.

Сегодня светодиодов намного больше. Чаще всего используются SMD 5050, SMD 3528, SMD 5730, SMD 2835, 1W, 3W и 5W.

Количество светодиодов бывает разным, его задает производитель. При монтаже нескольких диодов производят специальные расчеты, чтобы вывести оптимальный ток потребления. Припой осуществляется к текстолитовым или алюминиевым платам. Светодиоды собираются в группы, соединяемые последовательно. Опять же, количество групп неограниченно.

Последовательное соединение обеспечивает постоянный ток, но есть существенный недостаток — если выйдет из строя хотя бы один LED-диод, то перестает работать все изделие. С другой стороны, диод можно без проблем заменить на новый.

Платы, к которым припаиваются источники света, классифицируются по форме и бывают круглыми, прямоугольными, овальными, многоугольными и т. д.

Драйверы

Драйверы предназначены для преобразования входящего напряжения в пригодную для питания устройства величину. Причем питание для каждой группы светодиодов может быть разным. Самыми распространенными являются трансформаторные схемы с драйверами.

Конструктивные элементы могут быть двух типов — открытыми и закрытыми (в корпусе). Монтируют их в корпус ламп, осветительных приборов.

Дешевые драйверы применяют в обычных фонариках, в которых светодиоды питаются от батареек. В таком случае нет необходимости в резисторе, ограничивающем ток. Из-за этого диоды могут получать повышенный ток, что приводит к их скорому выходу из строя.

Китайские производители нередко пытаются сэкономить на приборах, устанавливая вместо драйверов обычные ограничители тока со схемой на основе конденсатора. Избегайте покупки таких изделий, поскольку помимо крайней неэкономичности они негативно воздействуют на здоровье человека (высокая пульсация).

Цоколь

Поскольку светодиодные изделия позиционируются как лучшие аналоги лампам накаливания, то нет ничего удивительного в том, что они изготавливаются со стандартными цоколями — E27 и E14. Последние часто применяются в ночных и настенных светильниках.

За рубежом иные стандарты, поэтому там чаще можно встретить светодиодные лампы E26.

Корпус

В отличие от ламп накаливания для светодиодных нет необходимости в полной герметичности колб, да и газовая среда внутри отсутствует. Одна из разновидностей светодиодных светильников — филаментный источник, повторяющий устройство лампы накаливания и нуждающийся в газовой среде.

Потребляя то же количество электроэнергии, изделия светят намного ярче аналогов. Обычная светодиодная лампа имеет закрытую колбу, производимую из стекла или пластика. Матовое покрытие понижает светопропускаемость, но это незначительные издержки производства.

Радиаторы

Данные электротехнические изделия боятся высокой температуры и перегрева. По этой причине для повышения срока эксплуатации необходимо устройство для отвода тепла. Алюминиевые платы частично снижают влияние перегрева, но этого недостаточно. Дорогие и качественные лампы обязательно используют радиаторы, размер которых зависит от количества светодиодов в приборе.

Наличие радиатора повышает стоимость и габариты изделия, но является обязательным условием для создания качественного и долговечного прибора.

Компоновка составных частей

В зависимости от производителя, устройство и конструкция лампы разные. С другой стороны, общий принцип компоновки остается одинаковым. Сборка начинается с цоколя, куда последовательно устанавливают драйвер, радиатор, плату с LED-диодами и колбу.

Для сравнения рассмотрим устройство изделия от двух производителей.

Светодиодная лампа BBK

Цоколь изготавливается из пластика. Внутри установлен качественный драйвер. Для корпуса используется алюминий, выполняющий функции радиатора. Туда крепится плата с диодами и линза. Наличие данной линзы понижает световую отдачу прибора.

Лампа Gauss

Опять же цоколь изготовлен из пластика, имеются драйвер и алюминиевый корпус с установленной диодной платой. Конструкция гарантирует долговечность изделия.

Как проверить светодиодную лампу при покупке

Возьмите в руки светодиодную лампу и осмотрите ее внешне, чтобы убедиться в отсутствии каких-либо изъянов. Выполнить это можно только при условии применения прозрачной колбы. Для начала проверьте радиатор (он выпускается литого или наборного типа). Чем выше мощность изделия, тем объемнее должен быть радиатор. Отличным вариантом станет применение алюминиевых или керамических охладителей.

В идеале электротехнический элемент нужно покрыть термопластиком. Убедитесь, что в цоколе отсутствуют люфты и механические дефекты. Также в любом магазине есть возможность подключить лампу к электрической сети, чтобы проверить ее работоспособность. Сделав это, взгляните на излучаемый свет. Используйте фотокамеру на смартфоне, чтобы убедиться в отсутствии мерцания и пульсации. Ни в коем случае не покупайте лампу, которая мерцает при работе.

Полученной информации по устройству и принципу работы светодиодной лампы может быть недостаточно для выбора качественного осветительного прибора, характеризующегося безопасностью, надежностью и долговечностью. Также нужно учитывать другие критерии, включая характеристики и производителя, о чем подробно описано в этой статье.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: