Поступательное развитие технологии производства электронных приборов привело в настоящее время к созданию светодиодов, которые по световой отдаче на единицу мощности в несколько раз превосходят все существовавшие и применявшиеся источники света. Следует отметить, что наибольших успехов в развитии технологии производства таких светодиодов добились фирмы OSRAM (Golden Dragon +), Cree (Q5) и Seul Semiconductor. На текущий момент эффективность светодиодов составляет порядка 100-120 Лм/Вт, анонсируются также изделия с интенсивностью 130-150 Лм/Вт.
Учитывая, что такая светоотдача примерно в 6-8 раз эффективнее, чем у обычных ламп накаливания, и в 4 раза выше, чем у огромного количества энергосберегающих ламп (ртутных, натриевых, галогеновых и т.д.), возникает революционная ситуация в вопросах построения источников света для самого различного круга применений.
Светодиод как источник светового излучения:
Осветительный светодиод представляет собой прибор со спектром излучения в высокочастотной области видимого диапазона (длина волны 400-500 нм - синий свет), накрытый куполом с люминофором, преобразующим излучение с указанной длиной волны в излучение с желтым свечением (~570 нм). Совокупность синего и желтого излучений формирует белое свечение, а баланс между ними определяет его оттенок (холодный белый, чистый белый, теплый белый).
Однако, светодиод остается светодиодом, и его свойствам присущи все особенности поведения обычного p-n перехода под воздействием факторов окружающей среды. Среди основных эксплуатационных свойств, которые необходимо учитывать при проектировании светодиодных источников света и модулей питания светодиодов следует отметить:
- Ограниченный температурный диапазон работы p-n перехода, составляющий -60°C…+150°C.
- Конечное значение теплового сопротивления элементов конструкции светодиода.
- Ограничение допустимой температуры работы люминофора, превышение которой приводит к быстрой его деградации.
- Экспоненциальный характер вольтамперной характеристики.
- Отрицательное значение температурного коэффициента напряжения на переходе, т.е. снижение падения напряжения (при том же токе) при росте температуры перехода.
По сведениям производителей, срок службы светодиодов составляет не менее 50 000 часов. Однако следует отметить, эффективная работа светодиодов и их долговечность сохраняются лишь при рабочей температуре перехода не выше 80°C-85°C. Увеличение температуры выше этих значений приводит к уменьшению светоотдачи и резкому сокращению срока службы.
Перечисленные особенности светодиода, как источника светового излучения предопределяют особенности его использования. Среди этих особенностей следует выделить:
- Ограничение температуры излучающей поверхности при работе светодиода является определяющим фактором, поскольку влияет как на эффективность светоотдачи, так и на долговечность работы излучателя.
- Конечное тепловое сопротивление элементов конструкции светодиода позволяет косвенно судить о температуре излучающей поверхности измерением температуры корпуса светодиода или радиатора.
- Большие значения светового потока достигаются путем объединения элементарных излучателей.
- Для выравнивания энергетической нагрузки излучателей единственной схемой объединения может быть последовательное соединение, в рамках которого при едином фиксированном протекающем токе действует отрицательная обратная связь нормированного распределения мощностей.
- Для сохранения высокой энергетической эффективности излучателя необходимо использование преобразователей с высоким КПД, т.е. реализующих импульсный способ преобразования энергии.
- Выходной стабилизируемой величиной источника питания должен быть ток возбуждения светодиодов при условии, что рабочее напряжение может изменяться в пределах всего установленного температурного диапазона и количества светодиодов, на которое рассчитан данный источник.
- Для обеспечения безотказной работы светильников и сохранения срока службы светодиодов на уровне, заявленном изготовителем, необходимо обеспечить требуемый теплоотвод, однако установка радиатора из условия работы при максимально допустимой температуре делает конструкцию светильника не оптимальной, поскольку для большей части жизненного цикла светильника такой радиатор оказывается переразмеренным (особенно для уличных применений). Учитывая, что при максимальных рабочих температурах окружающей среды (+30°C…+40°C) светильник работает крайне редко, а может быть и никогда, целесообразным является выбор радиатора из условия допустимой рабочей температуры окружающей среды на уровне +20°C…+25°C (а для северных районов еще ниже) и оснащение источника питания светодиодного излучателя системой контроля и ограничения температуры излучающей поверхности.
- При использовании светодиодных светильников в автоматизированных или управляемых системах освещения необходимо иметь возможность внешнего управления интенсивностью светового потока с помощью установленного управляющего сигнала.
Таким образом, при проектировании источника питания для светодиодного источника света необходимо обеспечить следующие технические характеристики:
- источник питания должен представлять собой импульсный преобразователь напряжения промышленной сети (AC 180…240В 50Гц) или другого требуемого номинала (например, бортовой сети автомобиля);
- выходной ток определяется требуемым номиналом питания светодиодов;
- диапазон выходных значений определяется произведениями минимального падения напряжения на светодиоде (при максимально допустимой рабочей температуре) на минимально допустимое количество светодиодов и максимально допустимого падения напряжения (при минимальной рабочей температуре) на максимально допустимое количество светодиодов;
- выход источника должен иметь защиту - ограничение выходного напряжения на уровне 110% максимальной рабочей величины;
- схема управления выходным током должна иметь внешний управляющий сигнал, позволяющий регулировать выходной ток в диапазоне от 0 до установленного значения;
- источник должен иметь выносной датчик температуры, имеющий тепловой контакт с теплоотводом светоизлучателя для использования этой информации при ограничении температуры светоизлучающей поверхности на заданном уровне;
Изложенные концепции использованы ЗАО НПП Южуралэлектроника при разработке номенклатурного ряда источников питания для светодиодных излучателей. Принцип ограничения температуры светоизлучающей поверхности для повышения эффективности светодиодного излучателя и увеличения срока его работы защищен патентом РФ N 84160.
В настоящее время ЗАО НПП Южуралэлектроника выпускается два типономинала источников питания:
Источники могут выпускаться в двух конструктивах с габаритами:
- ИТС-35-ххх-01: 30х60х120 мм
- ИТС-35-ххх-02: 30х35х150 мм
Возможно исполнение источников в герметичном корпусе.
ИТС-35-ххх-01
ИТС-35-ххх-02
