Цветовая температура светодиодных ламп таблица

Понятие цветовой температуры

Цветовая температура никак не связана с понятием температуры. Этот параметр подразумевает визуальный эффект восприятия спектра источников света человеческим глазом. Понятие цветовой температуры светодиодных ламп можно рассматривать на примере разной степени нагрева металла.

Различие цветовой температуры светодиодных ламп

При нагреве куска металла первым появляется красный спектр свечения, и далее по мере нагрева свечение смещается к желтому, белому, синему и фиолетовому цвету. То есть каждому цвету свечения металла соответствует своя температура. Это даёт возможность понять параметр цветовой температуры на основе физической температуры металла.

Однако спектр цвета светодиодов отличается от  спектра цвета металла, потому что они имеют разное происхождение. Но общая суть при этом не меняется, для определенного оттенка нужна определенная цветовая температура. Необходимо подчеркнуть, что этот параметр не имеет отношения к количеству тепла, которое выделяет лампа освещения.

По европейским нормам все источники света по цветности разделены на три группы:

Европейские нормы цветности источников света

Цветовая температура привычной лампы накаливания – примерно 2800 К, поэтому тепло-белый свет свечения светодиодных ламп наиболее привычен глазу (от 2700 до 3500 К).

Для большинства видов работ и помещений рекомендуются «нейтральные» источники света (Тцв = 4000-4500 К). Если говорить о влиянии цветовой температуры на человека, то теплый свет расслабляет и создает атмосферу уюта, а более холодные тона помогают организму концентрироваться и настраивают на рабочий лад.

Выбор светодиодных ламп для различных помещений

Напоминаю, не стоит путать цветовую температуру и физическую температуру (количества тепла) которую выделяет ваша лампа – это разные показатели. Комбинируя источники освещения с разной температурой в пределах одного помещения, можно изменять цветовое восприятие предметов в интерьере.

Здесь важно не увлечься, я правильно подобрать гармонию цветов. В противном случае вас ожидает световая “дискотека” и соответственно раздражение глаз. Цветовая температура измеряется в Кельвинах (K). Установлено, что каждый цвет имеет свою температуру. Цветовая температура светодиодной лампы указывается на упаковке и корпусе лампы.

Шкала цветовой температуры

Красный цвет можно смягчить за счет тёплого оранжевого оттенка света (2500-3000 К). Оранжевый цвет (интенсивный) превращается в нежный и пастельный с помощью тёплого желтоватого оттенка (3000-4000 К). Жёлтый цвет станет серым и невыразительным, если использовать лампы с голубоватым оттенком (5000-6500 К).

Цветовая температура светодиодных ламп

Зелёный цвет можно смягчить до салатового посредством тёплого оранжевого света или придать оттенок морской волны, использовав яркий голубоватый свет. Синий цвет наиболее адекватно смогут передать источники света нейтрального белого оттенка. Фиолетовый цвет при желтоватом оттенке освещения превратится в красный, поэтому его освещают с высокими показателями цветовой температуры.

Совершив ошибку при выборе лампы определенной цветовой температуры, вы можете существенно изменить цветовое восприятие интерьера. Наши глаза различают около 10 миллионов различных оттенков, поэтому от освещения напрямую зависит, как мы будем воспринимать цвет предметов интерьера. Сейчас в продаже имеется огромное количество разных светодиодных ламп и каждая имеет свою цветовую температуру.

Индекс цветопередачи светодиодных ламп

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета. Когда температура света светодиодных ламп ниже 3200 К цветовое восприятие существенно уменьшается.

Индекс Ra (CRl) источника определяется его способностью максимально точно передавать цвета освещаемого объекта

Разного типа лампы, имеющие одну и ту же цветовую температуру, передают разные цвета. Индекс цветопередачи определяет степень отклонения цвета предметов интерьера от его настоящего при освещении той или иной лампой.

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета

Связь цветовой температуры и освещения

Четкое знание табличных значений данной характеристики помогает осознать, о каком цвете будет идти дальше речь. Каждый из нас отличается своим восприятием цвета, поэтому определить визуально холодность или теплоту светового потока удается лишь единицам.

За основу принимают усредненные показатели группы изделий, работающих в заданном спектре, а при окончательном выборе светодиодных светильников учитывают конкретные условия их эксплуатации (место установки, освещаемое пространство, назначение и др.).

Сегодня все источники освещения в зависимости от их диапазона свечения относят к трем основным группам:

— теплого белого света – работают в температурном диапазоне от 2700K до 3200K. Излучаемый ими спектр белого теплого света сильно схож со свечением обычной лампы накаливания. Лампы с такой цветовой температурой рекомендованы к использованию в жилых помещениях.

— дневного белого света (нормального белого) – в диапазоне от 3500K до 5000K. Их свечение визуально ассоциируется с солнечным утренним светом. Это световой поток нейтрального диапазона, который можно использовать в квартирных технических помещениях (прихожей, ванной, туалете), офисах, учебных классах, производственных цехах и так далее.

— холодного белого света (дневного белого) – в диапазоне от 5000K до 7000K. Напоминает яркий дневной свет. Им освещают больничные корпуса, технические лаборатории, парки, аллеи, парковки, рекламные щиты и др.

Какие лампы выбрать для офиса

В нормативном документе СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» рекомендует использовать различные источники излучения в зависимости от их типа, мощности, построения и характеристик светового потока. Помещения жилого фонда предписывается оборудовать небольшими и низкотемпературными «теплыми» световыми приборами, а в нежилом фонде устанавливать более крупные светильник нормального «белого» света.

Доказано, что белое освещение оптимально для рабочего процесса, так как содержащаяся в нем часть синего спектра благотворно влияет на человека, помогает ему сконцентрироваться, ускоряет реакцию и рабочие процессы организма. Хорошо выбирать источники излучения именно от 3500K до 5600K, с белым или нейтральным светом, с чуть синеватым оттенком. Такое освещение даст возможность увеличить работоспособность до максимальной отметки.

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Можно установить белые нейтральные светильники на кухне, в санузле и прихожей. Их температура может варьироваться от 4000K до 5000K.

Применение светодиодных ламп

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700K до 3200. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу.

Цветовая температура светодиодных ламп видео

Источники:

first-apartment.ru

electricvdome.ru

Тоже интересные статьи

Цветовая температура светодиодных ламп, выбор температуры

Цветовая температура (ЦТ) характеризует состав светового спектра, излучаемого источником. ЦТ проще оценивать на том уровне, на котором ее воспринимает человек. Если подключить обычную лампу накаливания через реостат к источнику тока, то хорошо видимое красное свечение спирали начинается при 900⁰С. В связи с тем, что излучение зависит от движения атомов, отсчет начинается с абсолютного нуля по шкале Кельвина, что по Цельсию составляет -273⁰С. Поэтому для оценки цветовой температуры пользуются шкалой Кельвина.

Температурная шкала Кельвина

На рисунке изображена температурная шкала Кельвина, по которой видно, какому цвету излучения соответствуют значения цветовой температуры.

Если оценивать начало свечения лампы накаливания по этой шкале, ее цветовая температура составит 1200К. При нагревании до 2000К нить накала станет оранжевого цвета, а при 3000К – желтого. Она перегорит при 3500К из-за расплавления вольфрамовой спирали. Если бы температура плавления была выше, то при 5500К спираль излучала бы белый цвет, а при 6000К – голубоватый. В дальнейшем цвет излучения подошел бы к фиолетовой границе спектра. Эта ЦТ соответствует 18000К.

ЦТ ламп накаливания полностью отображает степень их нагрева. Но цветовая температура светодиодных ламп не зависит от степени нагрева кристаллов. Если температура нити накаливания находится в соответствии с 2700К, то светодиод при таком излучении нагревается только до 80⁰С.

Особенности восприятия цвета

Цвета люди воспринимают строго индивидуально. Каждый индивидуум правильно различает синий, красный и желтый цвета, но оттенки отличаются значительно. Идентификация цвета зависит от возраста. Хрусталик со временем желтеет, но информация по цветовосприятию может искажаться также по другим причинам.

Индекс цветопередачи (CRI)

Цветопередача – это степень соответствия зрительного восприятия цвета объекта при его освещении стандартным источником света (солнечным светом) и исследуемым. Индекс или коэффициент цветопередачи CRI измеряется в числах и его максимальное значение принято за 100. С повышением точности передачи цветов при освещении лампой индекс становится выше и приближается к этому значению. На рисунке изображен один и тот же объект при разном освещении, где с левой стороны цвет передается наиболее точно.

Вид объекта при разной цветопередаче

Практическое применение находят следующие категории CRI:

1. 100 – максимум, соответствующий восприятию цвета наблюдаемого объекта при освещении солнечными лучами или лампой накаливания.
2. 100> CRI >90 – цветопередающие свойства остаются высокими. Применяется там, где имеет большое значение точная передача цвета.
3. 90> CRI >80 – цветопередача остается хорошей, но высокая ее точность не является главной целью.
4. 80> CRI – низкое качество цветопередачи (коридоры, бытовые помещения, дороги).

Цвет не искажается при освещении объекта солнечными лучами и некоторыми лампами накаливания. Эти источники являются эталонными. На рисунке приведены коэффициенты цветопередачи различных ламп и показана шкала цветовой температуры, между которыми нет прямой связи. Первая характеристика отражает правильность отображения цветов, а вторая – цветовую температуру.

ЦТ и индексы цветопередачи различных источников света

Линии связи от ламп разных типов со шкалой цветовой температуры показывают числовое значение ЦТ, а с индексом CRI – качество цветопередачи. По таким совмещенным характеристикам удобно подбирать лампы для определенного целевого назначения.

Выбор оттенков ЦТ

Если для спирали из вольфрама пределом является 3500К, то светодиодный светильник может создавать ЦТ 5500К и выше, вплоть до фиолетовой области спектра. При этом он не будет перегреваться. На рисунке представлена таблица оттенков светодиодных ламп с указанием области их применения.

Таблица оттенков ЦТ и области применения светодиодных ламп

Освещение рабочего места

Естественный свет меньше всего утомляет зрение. Дневной свет является наиболее полезным (4200-5500К). Для чтения, работы за компьютером и других занятий за письменным столом подходят настольные лампы F0204 и F3034 на светодиодах, создающие белый свет, оттенок которого может быть холодным или теплым. Такой свет является оптимальным для работы с документацией, чертежами, коллекционными экспонатами, предметами ручной работы.

Светодиодная лампа создает плотный световой поток, экономична, устойчива к внешним воздействиям и долговечна. Важно для успешной работы то, что включение сопровождается постепенным нарастанием яркости, а в светильник встроен сенсорный датчик, позволяющий ее регулировать.

Для кабинетной работы требуется верхняя подсветка. Комфорт создают потолочные источники света на светодиодах. Для дома подходит модель 91854-АС, которую можно монтировать на натяжном и подвесном потолках. Светильник не выделяет много тепла и пожаробезопасен.

В офисах также применяются настольные лампы, но требуется дополнительная подсветка от мощных светодиодных потолочных панелей, например, LP 600×600. Устройство может служить в качестве основного и дополнительного освещения. Светодиоды дают мягкий и равномерный свет, бесшумно работают и не выделяют ультрафиолет. Панели подключаются к сети 220 В.

Освещение комнат дома

1. Мягкий белый / теплый белый (2700-4200К). Хорошо подходит к спальням и гостиным, создавая ощущение теплоты и уюта. Такой свет можно использовать для освещения обеденной зоны.
2. Ярко-белый / холодно-белый (5000-6500К). Подходит для мастерской, гаража, кухни, ванной комнаты. Создает энергичное и бодрое настроение, а также ощущение чистоты.
3. Дневной свет (4000-5000К). Создает максимальный контраст между цветами. Подходит для кухни, ванной, подвала.

Яркость и ЦТ в восприятии света

Голландский физик Крюитоф установил связь между уровнем освещенности и цветовой температурой. Лампочка с ЦТ 2700К и освещенностью 200 Лк создает комфортный свет. Но светильник, мощность которого в 2 раза выше, уже начинает раздражать, а свет кажется слишком желтым.

Исследователи считают утверждение о том, что светодиодный светильник с холодным спектром лучше подходит для офисов, а теплый – для дома, не совсем верным. Для полной оценки здесь важно еще учитывать яркость источника света. Попадая с ярко освещенной улицы в помещение или наоборот, люди видят цвета несколько искаженными, что связано со снижением уровня освещенности в десятки раз, который влияет на чувствительность глаз. Дизайнеры должны учитывать влияние освещения на адаптацию глаза к изменяющимся внешним условиям.

Выбор светодиодной лампы

Полупроводниковый кристалл светодиода покрыт слоем люминофора, создающим видимый свет, цветовая температура которого зависит от его состава. На фото изображена лампа со светодиодами, где желтым цветом выделяется слой люминофора. Количество кристаллов в одной лампе может быть больше сотни. Их формируют в группы на платах и последовательно запитывают.

Так выглядит лампа со светодиодами

Исследователи установили важность выбора светодиодного светильника, влияющего на работоспособность людей в освещаемом помещении. Наибольшая производительность достигается при нейтральном белом свете 3500-4500К. Его смещение от естественного природного освещения в «теплую» или «холодную» сторону колориметрической шкалы снижает работоспособность. Желтая область спектра создает комфортную обстановку, но при этом снижает производительность при 3000К до 7%, а при 2500К – до 25%. При повышении ЦТ до «холодного» цвета (6000К) производительность сначала возрастает, а затем падает на 25% из-за высокой утомляемости.

Такая оценка эффективности ЦТ не всегда правильная. Для работников, трудящихся на станках, смещение освещения в холодную область способствует повышению концентрации внимания при работе. Также положительный результат дает самое «холодное» освещение в больницах и лабораториях, где требуется максимально сосредоточиться в течение короткого времени.

Теплый и мягкий свет при сдвиге спектра даже до 2500-2700К предпочтителен в ресторанах, театрах, читальных залах и жилых помещениях. Он снижает утомляемость и располагает к отдыху, хотя концентрация несколько падает.

В кухне и ванной смещение к холодному свету создает ощущение чистоты.

Освещение кухни светодиодными светильниками

При оформлении витрин маркетологи создают теплый свет в местах, где продается хлеб, овощи, сыр, фрукты, рыба. А цветы, молочная и мясная продукция должны освещаться в холодном спектре, что дает ощущение свежести.

Бытовая техника с аппаратурой имеют нейтральное освещение или небольшое смещение в холодную сторону спектра. Мебель, косметика и постельные принадлежности продаются лучше, когда их освещает теплый свет. Для подчеркивания функциональности определенного помещения или зоны в нем существуют таблицы, как правильно выбрать освещение.

Выбор температуры. Видео

Как грамотно подобрать цветовую температуру лампы Verbatim, рассказывает видео ниже.

Светодиодный светильник следует подбирать под комфортную цветовую температуру для отдыха или работы. Благоприятным является белый свет, близкий к естественному, а от него делаются смещения в сторону холодного или теплого спектра.

Цветовая температура неразрывно связана с яркостью и индексом цветопередачи. Подбирать светильник следует с оптимальным их сочетанием.

Оцените статью:

температура светодиода-как определить и измерить?

В общем температура светодиода, чем прохладнее окружающая среда, тем выше светоотдача светодиода. Более высокие температуры обычно уменьшают выход света. В более теплых условиях и при более высоких токах температура светодиода увеличивается. Светоизлучение светодиода для постоянного тока изменяется в зависимости от его температуры перехода . На рисунке 9 показан световой поток нескольких светодиодов в зависимости от температуры перехода. Температура светодиода намного меньше для светодиодов InGaN (например, синий, зеленый, белый), чем для светодиодов AlGaInP (например, красный и желтый).

Рисунок 9. Относительная светоотдача белых светодиодов красного, синего и люминофора в зависимости от температуры перехода.

Данные, основанные на литературе от LumiLeds

Данные нормализуются до 100% при температуре перехода 25 ° C. Температура светодиода.

 

Температура светодиода. Токовая зависимость.

Некоторые производители системы включают компенсационную схему, которая регулирует ток через светодиод, чтобы поддерживать постоянный световой поток при различных температурах окружающей среды. Это может привести к перегоранию светодиодов в некоторых системах в течение длительных периодов высокой температуры окружающей среды, что может сократить срок их службы.

Большинство производителей светодиодов публикуют кривые, подобные тем, которые показаны на рисунке 9 для своих продуктов, и точные отношения для разных продуктов будут разными. Важно отметить, что многие из этих графиков показывают выход света как функцию температуры перехода, а не температуры окружающей среды. Светодиод, работающий в окружающей среде при нормальной комнатной температуре (от 20 ° C до 25 ° C) и при рекомендованных производителем токах, может иметь гораздо более высокие температуры перехода, например, от 60 ° C до 80 ° C. Температура перехода зависит от:

• температура окружающей среды
• ток через светодиод
• количество теплоносителя внутри и вокруг светодиода

Как правило, спецификатор освещения не должен знать об этих отношениях; создатель светодиодной системы освещения должен включать соответствующие теплоотвод и другие компенсационные механизмы. Затем изготовитель системы должен предоставить диапазон допустимых рабочих температур, в пределах которых ожидается приемлемая работа.

Длительное тепло может значительно сократить срок службы многих светодиодных систем. Более высокая температура окружающей среды приводит к более высоким температурам перехода, что может увеличить скорость разложения элемента светодиодного соединения, что может привести к необратимому уменьшению светового выхода светодиода в течение длительного времени, чем при более низких температурах.

Таким образом, управление температурой светодиода является одним из наиболее важных аспектов оптимальной работы светодиодных систем.

Общепринято рассматривать светодиоды как «холодные» источники с точки зрения температуры. Это связано с тем, что спектральный выход светодиодов для освещения не содержит инфракрасного излучения, в отличие от ламп накаливания, которые производят большое количество инфракрасного излучения (конечно, некоторые светодиоды для производственных целей предназначены для производства инфракрасной энергии, но они не рассматриваются в этой публикации ). Светодиоды также часто считаются «холодными», потому что они генерируют свет через механизм, отличный от теплового возбуждения вещества, такого как вольфрамовая нить в лампе накаливания. Хотя светодиодные системы освещения не производят значительного количества излучаемого тепла, светодиоды все еще генерируют тепло в узле, которое должно рассеиваться посредством конвекции и проводимости . Извлечение тепла из устройства с использованием радиаторы и работающие светодиоды при более низких температурах окружающей среды обеспечивают более высокую светоотдачу и более длительный срок службы устройства.

Необходимость обеспечения теплоотвода со светодиодными системами также важна для рассмотрения, когда эти системы установлены в приложениях. Должны быть достаточные средства для отвода тепла от системы или вентиляции для охлаждения нагретых поверхностей путем конвекции. Расположение светодиодной системы освещения в изолированном и относительно небольшом пространстве, вероятно, приведет к быстрому увеличению температуры перехода и субоптимальной производительности.

По мере развития мощных светодиодных технологий инженеры собрали данные, которые количественно подтвердили, что чрезмерное тепло сократило срок службы полупроводникового освещения (SSL). Например, светодиод, который длился 60 000 часов при работе при температуре перехода 120 ° C, изо всех сил старался сиять более 10000 часов при работе при 150 ° C. Следовательно, тепловое управление быстро стало ключевой частью процесса разработки SSL.

Дизайнеры обычно используют пассивные методы для рассеивания тепла, зачастую температура светодиода не учитывается. Во время нормальной работы такие методы работают хорошо, но могут бороться, чтобы рассеять всю жару, когда SSL подвергается воздействию необычно теплых температур.

В последнее время производители светодиодного источника питания (светодиодные драйверы) добавили возможности ограничения тока на свои устройства, позволяющие инженерам определять температуру светодиодного перехода и отклонять фитиль, если ситуация становится слишком горячей. Защита от перегрева продлевает срок службы светодиодов и минимизирует катастрофический отказ. Активные методы защиты также способствуют использованию меньших радиаторов — экономии затрат и пространства — и обеспечивают большую степень контроля за максимальной рабочей температурой конкретного продукта. В этой статье рассматривается, как работают эти новые методы управления тепловым режимом.

Убийца Кельвина

Тепло является побочным продуктом электролюминесцентных процессов, которые позволяют светодиоду загораться. Рекомбинации дырок и электронов в полупроводнике приводят к тому, что некоторые фотоны выходят из светодиода и способствуют общему освещению, но другие реабсорбируются в кристалле, выделяя тепло. Крошечные вибрации кристаллической решетки светодиода, возникающие во время работы устройства, также повышают температуру. Несмотря на высокую эффективность светодиодов по сравнению с обычными источниками света, от 70 до 80 процентов электроэнергии, подаваемой на устройство, по-прежнему преобразуется в тепло, а не в свет.

Поскольку светодиодное соединение мало, плотность энергии высокая и температура быстро растет. Нередко температура перехода (T _J) современных чипов повышается до 140 ° C и выше. Пролонгированная работа при высоких температурах нежелательна, поскольку она приводит к дрейфу цветности и сокращает срок службы. (См. Статьи TechZone « Тепловые эффекты на белой светодиодной хроматичности » и « Понимание причины замирания в светодиодах высокой яркости »).

Температура светодиода Cree , Lumileds , OSRAM и Seoul Semiconductor

Производители светодиодов, таких как Cree , Lumileds , OSRAM и Seoul Semiconductor, предоставляют полезную информацию о влиянии температуры на срок службы, полученной за годы испытаний на надежность. На рисунке 1 показано, например, примерный срок службы белого светодиода Lumileds LUXEON C с увеличением температуры перехода. Левая ось представляет собой относительную яркость. Светодиодные индикаторы считают, что светодиод «провалился», когда его яркость падает ниже 70 процентов от выхода при использовании нового (L70). LUXEON C — это светодиод 118 лм, 120 лм / Вт (350 мА, 2,75 В), и из графика видно, что разница в 20 ° C может сократить срок службы светодиода примерно на 60 000 часов (с L70 80 000 часов при T _J= 115 ° C до 20 000 часов при T _J = 135 ° C). ¹

Рисунок 1: Влияние температуры перехода на светимость светодиодов LUXEON C. (Срок службы светодиода измеряется в точке, когда яркость падает до 70 процентов от этого при новом).

Учитывая важность термического управления при проектировании со светодиодами, мало что удивляет, что имеется много информации о дизайне по теме, доступной для сообщества разработчиков. Элементы светодиодного управления температурой в библиотеке статей Digi-Key включают « Понимание внутреннего термосопротивления светодиодов », « Тепловые соображения для светодиодных светильников » и « ABCs LED Thermal Management» . Кроме того, имеется множество светодиодных тепловых продуктов, доступных на сайт Digi-Key.

Пассивные методы теплового управления сыграли важную роль в цементировании светодиодного освещения в секторе основного освещения. Инженеры-проектировщики регулярно устанавливают светодиоды и подложки с низким тепловым сопротивлением, дополненные радиаторами, для удаления тепла от соединения устройства. Однако, хотя этот метод работает удовлетворительно, он имеет ряд недостатков, включая увеличение размера осветительной арматуры и добавление стоимости. Теплоотвод может составлять треть стоимости устройства SSL. Кроме того, в качестве пассивного метода механическое тепловое управление не может компенсировать большие колебания температуры окружающей среды, к которым, например, может относиться наружный SSL.

Активное тепловое управление

Совсем недавно дизайнеры сосредоточили свое внимание на дополнении пассивного теплового управления активными технологиями, чтобы удовлетворить «экстремальные» ситуации, когда время жизни светодиодов в противном случае было бы значительно сокращено или устройство могло бы даже катастрофически потерпеть неудачу. Самый простой способ защиты светодиода — выбрать драйвер светодиода с защитой от перегрева.

Многие современные светодиодные драйверы включают защиту от перегрева. Например, недавно представленный ADP8140 Analog Devices обладает такой особенностью. ADP8140 является линейным регулятором, который работает от входа 3 до 30 В и обеспечивает постоянный ток до 500 мА. Если температура кристалла светодиода превышает 150 ° C, ADP8140 выключает ступень мощности. Когда температура опускается ниже 130 ° C, ADP8140 отключает питание. Если неисправность или сильная диссипация сохраняется, последовательность повторяется. (Обратите внимание, что ADP8140 также может использоваться с внешним датчиком тепла для повышения тепловой защиты.)

Недостаток защиты от перегрева, который основан на измерении температуры светодиодного драйвера, а не самого светодиодного соединения, является недостатком точности. Даже если устройства находятся в непосредственной близости, светодиодный драйвер может быть на несколько градусов теплее, чем светодиод, что может вызвать остановку, когда это не является строго необходимым. Хуже того, может быть и наоборот, что приведет к повреждению светодиода до того, как светодиодный драйвер отключится. Второй недостаток заключается в том, что защита от перегрева многих светодиодных драйверов включает в себя полное снижение мощности при достижении пороговой температуры. Это вряд ли удобно, особенно если свет освещает общественное пространство. Следовательно, инженеры стремятся установить функцию выключения при очень высокой температуре.

Кроме того, многие драйверы светодиодов автоматически перезапускаются при охлаждении системы. Если чрезмерная температура является результатом неисправности или экстремальной ситуации, такой как необычно высокая температура окружающей среды, система, скорее всего, быстро отключится, что приведет к нарушающему мерцанию.

Более тонкая техника, чем просто переключение светодиодного драйвера при достижении заданной температуры, заключается в использовании контура обратной связи, который включает датчик тепла, расположенный очень близко к разъему LED. Добавляя термистор отрицательного температурного коэффициента (NTC), который обычно имеет небольшой размер упаковки и имеет хорошее соотношение цена / производительность, в схему освещения можно постепенно уменьшать ток вождения светодиода и, следовательно, уменьшать рассеивание мощности до предела температура перехода.

Хотя уменьшение тока уменьшает яркость, дизайнеры могут устанавливать минимальный ток, так что изменение яркости по мере того, как датчик NTC срабатывает, ниже порога, который может обнаружить потребитель. К счастью, человеческий глаз плохо обнаруживает изменения яркости в устройствах с высокой яркостью, поэтому существует разумная гибкость в балансе между управляющей температурой и заметно ухудшающей светимость. В любом случае более тоньше, чем выключение, а затем выключается.

Производители светодиодных драйверов упростили включение резистора NTC в электронику приборов, добавив выделенный штырь к своим микросхемам, чтобы принять вход резистора. Дублированный тепловой схемой возврата, термистор NTC расположен как можно ближе к разъему LED для повышения точности измерения температуры. По мере повышения температуры (выше установленного значения, определенного дизайнером) сопротивление термистора уменьшается, вызывая соответствующее уменьшение выходного тока, который приводит в действие светодиод. Производители светодиодных драйверов используют либо широтно-импульсную модуляцию (PWM), либо аналоговое затемнение для снижения выходного тока. (См. Статью TechZone « Как тепловой откат повышает надежность светодиодных светильников »).

Светодиодные драйверы обычно включают в себя схемы снижения тока, связанные с датчиком тепла в своих продуктах. Например, CAT4101 от Semiconductor  представляет собой линейный светодиодный драйвер с постоянным током 1 A с термоотверждением. Драйвер LED работает от входа 3 — 5,5 В и имеет выход 25 В на уровне до 1 А. Ток уменьшается, изменяя рабочий цикл ШИМ после того, как температура светодиодного перехода превышает 150 ° C. На рисунке 2 показано, как ток светодиодного привода (красный) изменяется с характеристикой сопротивления термистора NTC (синий). ²

Рисунок 2: Термовыходная характеристика драйвера светодиода CAT4101 от ON Semiconductor.

Texas Instruments (TI), среди прочего, также предлагает ряд светодиодных драйверов с тепловым откатом. LM3424 , например, понижающий / повышающий ( «доллар / импульс») светодиодный драйвер. Устройство может работать от входа от 4,5 до 75 В, обеспечивая постоянный ток до 5 А. Функция термоотвержения позволяет инженеру программировать как точку останова (температура, при которой начинается снижение тока), так и градиент текущего уменьшения склон.

Улучшение тепловой защиты светодиодов. Температура светодиода.

Хотя методы теплового управления на основе температурных датчиков работают достаточно хорошо, есть некоторые недостатки. Во-первых, добавление термистора NTC увеличивает сложность; и точность, отклик и градиент зависят от того, как устройство монтируется. Во-вторых, если не указано высокопроизводительное (и, следовательно, дорогое) устройство, наклон температуры / сопротивления не является линейным, что затрудняет точное регулирование тока. В-третьих, одновременное снижение тока иногда может быть недостаточным для ограничения температуры перехода в безопасную зону, заставляя инженера создавать резервные копии защиты с обычной защитой от перегрева.

Из-за недостатков технологии термического отгибания на основе термисторов на основе термисторов NTC некоторые производители светодиодных драйверов еще более подвергли тепловой защите. Infineon Technologies  внедрила запатентованную технику, благодаря которой сам светодиодный индикатор становится элементом, чувствительным к температуре, и вообще не использует термистор NTC. Компания реализовала эту технику в своей ИС-контроллере ILD6070 LED. ILD6070 представляет собой преобразователь напряжения питания, который может работать от входного напряжения от 4,5 до 60 В при подаче до 700 мА. Он поставляется в термически оптимизированной SOIC-8 упаковке.

Светодиодный драйвер герметично соединен со светодиодом и используется в качестве эталона температуры. Если температура светодиода превышает заданную максимальную температуру, ток уменьшается в соответствии с предварительно запрограммированной характеристикой уменьшения наклона. Компания утверждает, что этот непрерывный диапазон регулировки позволяет системе достичь точки равновесия, которая обеспечивает непрерывную работу источника света в стрессовых условиях — хотя и с уменьшенной светоотдачей.

Если тепловое равновесие нарушается дополнительной тепловой нагрузкой, постепенное уменьшение тока продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто не менее 25 процентов от целевого среднего тока, и источник света будет продолжать подавать световой поток с яркостью 25 процентов от целевого света вывод. Такая защита позволяет инженеру разрабатывать пассивно-тепловое управление с более низким запасом прочности при условии, что активная тепловая защита будет действовать, если температура повысится до чрезвычайного уровня.

Температурная ссылка ILD6070 определяет напряжение привода (V _DRIVE ) в соответствии с характеристикой уменьшения наклона (рис. 3). Напряжение привода в свою очередь определяет ток привода светодиода (i _L ), который пропорционален яркости светодиодов. Диммирование достигается путем сравнения сигнала V _DRIVE с внутренним генератором пилообразного сигнала, который, в свою очередь, генерирует импульсную последовательность PWM. (Поскольку не всегда возможно термически соединять светодиодный драйвер со светодиодом, ILD6070 можно использовать в обычной конфигурации с термистором NTC, сохраняя при этом преимущество характеристики уменьшения наклона.) ^[3]

Рисунок 3: ILD6070 от Infineon Technologies измеряет температуру светодиода и устанавливает напряжение на входе в соответствии с зависимой от температуры характеристикой наклона. 

Дизайнер может установить пороговую температуру соединения светодиодов (которая является точкой, когда начинается ограничение тока), используя внешний резистор по клеммам T _adj и GND ILD6070 . Это имеет то преимущество, что позволяет разработчику торговать негативными эффектами высокой температуры перехода от стоимости и размера системы. Установив пороговую температуру относительно низко, светодиоды продлятся дольше, но система потребует большего радиатора, чтобы обеспечить быстрое рассеивание тепла, так что прибор не будет повторно вводить диапазон ограничения тока в нормальных рабочих условиях. На рисунке 4 показано влияние различных значений резисторов на выходной выходной цикл ILD6070 (и, следовательно, его выходной ток).

Рисунок 4: Триггерная точка операции ограничения тока ILD6070 может быть изменена путем выбора другого значения сопротивления.   

Защитная сетка с перегревом

Пассивное тепловое управление будет и впредь играть ключевую роль в разработке SSL. Дизайнеры должны обеспечить, чтобы тепло, выделяемое светодиодом, рассеивалось через прибор, используя светодиоды и подложки с низким тепловым сопротивлением и радиатор достаточной мощности для отвода тепла в окружающую среду при всех ожидаемых условиях эксплуатации.

Когда активный температурный контроль вступает в игру, возникает непредвиденное событие, такое как отказ компонента или очень высокая температура окружающей среды. Такие условия могут термически напрягать светодиод и значительно сокращать его срок службы. В худшем случае термический стресс может привести к катастрофическому сбою. Использование контура обратной связи с температурным датчиком, который снижает ток возбуждения в случае чрезмерной температуры светодиода, устраняет термическую нагрузку и предотвращает отказ. Такая «защитная сетка» позволяет дизайнерам указывать более мелкие радиаторы с более низким коэффициентом безопасности и экономичности и безопасности — при условии, что условия перегрева будут поддерживаться активным контролем температуры.

Активный контроль температуры продолжает развиваться благодаря последним решениям светодиодных драйверов, которые предлагают упрощенные и гибкие решения для проектирования, устраняя внешний температурный датчик и позволяя дизайнеру выбирать температуру, с которой начинается ограничение тока.

Для получения дополнительной информации о деталях, обсуждаемых в этой статье, используйте ссылки для доступа к страницам продуктов

Типы светодиодов

Размеры светодиодов

Сопротивление светодиода

Рекомендации:

1. « Понимание анализа жизненного цикла светодиодов », технический документ Philips Lumileds.
2. « Thermal Foldback для CAT4101, светодиодное освещение» , «Замечание по применению полупроводников» AND9053 / D.
3. « Интеллектуальная защита от перегрева для приложений светодиодного освещения », Хакан Йилмазер и Бернд Пфлаум, технический документ Infineon Technologies, октябрь 2013 года.

Уместны ли светодиоды там, где жарко? / Статьи и обзоры / Элек.ру

В современных условиях просто неудобно использовать в проектах освещения что-либо, кроме светодиодов — рискуешь прослыть ретроградом. Вот и ставят светодиодные светильники не только в прохладные кондиционируемые офисы, но и в литейные цеха, а то и в бани. И только печальный опыт эксплуатации способен научить некоторых потребителей, что светодиоды не любят высокие температуры. Неужели современные технологии так и не решили эту проблему?

Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, который чувствителен к изменению температуры. При увеличении температуры происходит увеличение количества дефектов в кристаллической решетке, из-за чего падает КПД устройства. Выводы, через которые на светодиод подается питание, выполнены из металла. При повышении температуры увеличивается диффузия атомов металла в структуру полупроводника, что также ухудшает параметры светодиодов. Вот почему при увеличении температуры светодиода срок его службы снижается.

Используемые для освещения белые светодиоды имеют еще один «фактор риска». У них кристалл, дающий синее излучение, покрыт слоем люминофора, благодаря которому в итоге и получается белое свечение. При высоких температурах люминофор деградирует, что сопровождается не только снижением светового потока, но и изменением спектра, в частности, увеличением размера так называемого «синего пика» до опасных для здоровья значений.

Но каким образом определить температурный предел, до которого можно эксплуатировать светодиоды и светильники на их основе?

Температура внутри и снаружи

Заглянув в технические данные современного светодиода, вы обнаружите, что он, как правило, способен работать при температуре до +125°C. Для более дорогих и продвинутых моделей светодиодов верхний предел простирается еще выше. В то же время температура в русской бане не поднимается выше +70°C, в финской сауне — выше +110°С. В рабочей зоне литейного цеха температура в реальности не более +37,4°C. Правда, светильники устанавливаются там под потолком, где температура может достигать +60°С, но, все-равно, она значительно ниже предельно допустимой. Казалось бы, нет никаких проблем для внедрения светодиодов. Но это только на первый взгляд.

Галогенные лампы с цоколем G9 до сих пор разрешены в Евросоюзе

В технических данных на светодиод указываются номинальное и максимально допустимое значения температуры p-n-перехода. Если отбросить технические подробности, то этот показатель означает температуру внутри кристалла светодиода. Под максимально допустимой подразумевается такая температура, выше которой светодиод очень быстро выйдет из строя. Для номинальной температуры p-n-перехода производитель нормирует основные технические параметры. При более низких температурах, чем номинальная, светодиоды показывают характеристики лучше заявленных. При более высоких — резко уменьшается срок службы и падает энергоэффективность. У самых современных светодиодов значение номинальной температуры p-n-перехода составляет 85°C. То есть в финскую сауну светодиодные светильники точно поставить невозможно.

На интуитивном уровне можно вывести правило: внутри светодиода температура выше, чем на внешней поверхности его корпуса. В свою очередь, внешняя поверхность корпуса светильника нагревается до меньшей температуры, чем внешняя поверхность корпуса светодиода. Но как это можно описать в виде формул?

Для определения срока службы светодиодов полный прогон на протяжении заявленного времени не применяется, так как за 50 000 часов (более 5 лет) испытываемая модель светодиода просто устареет. Опытные образцы тестируются за более короткие сроки (порядка 2000 часов) при повышенной температуре, далее определяется степень деградации, исходя из которой по специальным формулам вычисляется срок службы при номинальной температуре.

Тепловое сопротивление

Отвод тепла от светодиода с помощью пассивной системы подчиняется закону теплопроводности Фурье: в установившемся режиме поток энергии, передающийся посредством теплопроводности, прямо пропорционален градиенту температуры T на единице пути x этого потока со знаком «минус». В рассматриваемом случае поток энергии равен мощности P, рассеиваемой светодиодом:

P =  λ dT / dx

где λ — коэффициент теплопроводности материала.

Для практических целей удобно пользоваться понятием теплового сопротивления R_t. Тепловое сопротивление между двумя точками определяется как отношение разницы температур между ними к проходящему между ними тепловому потоку, в нашем случае — выделяемой светодиодом мощности:

R_t= T / P

Если мы имеем дело с однородной средой, то этот показатель связан с λ следующим соотношением:

R_t= h/(λS)

где h — толщина слоя материала, через который проходит поток тепловой энергии, а S — площадь теплообмена.

Тепловое сопротивление в системе СИ выражается в кельвинах на ватт (K/Вт). Но поскольку в формуле (2) используется только разность двух температур, а T, выраженные в K и °C численно равны, для инженерных целей используется также размерность °C/Вт.

Большинство правил, действующих для электрического сопротивления, точно так же действуют и для теплового сопротивления. В частности, при прохождении потока тепловой энергии через несколько элементов конструкции светильника их тепловые сопротивления суммируются. Исходя из (3), можно составить уравнение:

R_d + R_l = (T_j — T_out)/P

где R_d — тепловое сопротивление между p-n-пере-ходом и контактной площадкой корпуса светодиода, R_l — тепловое сопротивление между контактной площадкой корпуса светодиода и окружающей средой (включает в себя, при наличии, тепловое сопротивление монтажной платы, термопасты и радиатора), T_j — температура p-n-перехода светодиода, T_out — температура окружающей среды.

Отсюда следует, что значение температуры окружающей среды, при котором температура p-n-перехода будет иметь заданное значение, составит:

T_out = T_j — P(R_d + R_l)

Устойчивость драйвера к высокой температуре

Надежность светодиодного светильника определяется не только источником света, но и драйвером. Современной тенденцией является использование в драйверах транзисторов на основе GaN. Максимальная температура p-n-перехода для них составляет около 200°C. Поскольку в современных драйверах транзисторы работают в ключевом режиме, характеризующемся минимальным нагревом, продолжительная работа GaN транзисторов при температуре окружающей среды около +70°C вполне возможна.

Наиболее уязвимыми элементами драйвера являются электролитические конденсаторы.

Теплоотвод для светодиодов, в котором используются трубки, заполненные жидкостью.
Для заводского цеха вполне нормально, но в тесной парилке такой не поставишь

Поскольку они практически не выделяют тепла, то будут работать при температуре окружающей среды. Для современных электролитических конденсаторов номинальной температурой является +85°C. То есть современный уровень развития технологий позволяет создать драйвер для светодиодного светильника, который может работать в русской бане или в литейном цеху. Но способны ли выдержать такие условия светодиоды?

Оценка для лучшего типа светодиодов

Для того, чтобы дать оценку верхнего предела температуры окружающей среды, при которой может работать светильник, оснащенный пассивным радиатором, рассмотрим конструкцию на основе одного светодиода, специально предназначенного для работы в сложных условиях. Выберем один из самых современных светодиодов Cree Xlamp XP-L2. Его отличительными особенностями являются номинальная температура p-n-перехода +85°С и малое тепловое сопротивление между p-n-переходом и контактной площадкой — всего 2,2°C/Вт.

Если вам предлагают приобрести светодиодные светильники, предназначенные для установки внутри сауны, это, скорее всего, обман. Современные светодиоды не могут стабильно работать при температуре, характерной для сауны.

При токе, протекающем через светодиод, 1 А, падение напряжения на нем составляет около 3 В. То есть светодиод в нормальном режиме работы потребляет мощность 1 A х 3 В = 3 Вт. Световой поток в таком режиме будет составлять около 500 лм. КПД данного светодиода составляет около 40%, отсюда следует, что примерно 60% потребляемой энергии уходит в нагрев устройства. Но компания Cree рекомендует при расчетах теплоотвода в светильниках на основе данной серии светодиодов принять, что в нагрев уходит 75% потребляемой мощности, тем самым обеспечивается необходимый «запас прочности». Таким образом, светодиод рассеивает мощность, равную 0,75 х 3 Вт = 2,25 Вт.

Конструкция светодиода Cree Xlamp XP-L2 требует установки его на монтажную плату, которая, в свою очередь, крепится к теплоотводу. Минимальное значение теплового сопротивления платы на металлической основе с конструкцией, рекомендованной Cree, составляет 3,5°C/Вт. Тепловое сопротивление термопасты примем за 1°C/Вт.

Запрет на галогенные лампы в Евросоюзе относится главным образом к лампам с цоколями E14 и E27 и GU10. Галогенные лампы с цоколем G9 до сих пор разрешены, что позволяет финнам париться в сауне с искусственным освещением, а китайским производителям — выпускать для них светильники с соответствующими патронами. Под запрет также не попадают галогенные лампы, питающиеся от сети через понижающий трансформатор, а именно они должны использоваться по нормам во влажных условиях русской бани. В общем, еврочиновники не обидели своим запретом любителей попариться.

Используем в данной конструкции один из лучших радиаторов в своем классе MechaTronics CoolStar Black 8630 с тепловым сопротивлением 2,1°C/Вт. Получаем Rl = 3,5°C/Вт + 1°C/Вт + 2,1°C/Вт = 6,6°C/Вт. Подставляя данные в формулу (5), получаем, что температура p-n-перехода не превысит номинального значения +85°C, если Tout не превысит 65°C. Разница между температурой p-n-перехода и окружающей средой составит не менее 20°C.

Из этого следует, что такой светильник может использоваться в горячих цехах на производстве.

В русской бане возможно применение светодиодного освещения,
но дорогостоящие светильники не окупятся за счет экономии электроэнергии

В русской бане температура p-n-перехода составит более +90°C, что приведет к уменьшению срока службы светодиода и падению его энергоэффективности. Наконец, в финской сауне температура p-n-перехода составит +130°C, что означает практически мгновенный выход светодиода из строя.

Несколько улучшить тепловые показатели можно, заменив простой радиатор на систему охлаждения с трубками, заполненными специальной жидкостью. Ее тепловая температура составляет около 0,5°C/Вт. Тогда Rl = 5°C/Вт. Согласно формуле, Tout не должна превышать +69°C. Да, если все идеально изготовлено, то такой светильник можно и поставить, с некоторым допущением, в русскую баню. Только вот стоимость его будет настолько велика, что никогда не окупится выигрыш от замены галогенных ламп на светодиоды. А вот на производстве снижение температуры p-n-перехода даже на несколько градусов позволяет получить ощутимую выгоду за счет увеличения срока службы и повышения энергоэффективности светильника.

Выводы

Современные светодиоды и драйверы, специально разработанные для использования при высоких температурах, позволяют создавать светодиодные светильники, надежно работающие на производстве в горячих цехах при условии, что температура в месте их установки не превышает +60°C.

Использование светодиодных светильников в русской бане в случае применения теплоотвода с трубками, заполненными жидкостью, возможно, но с точки зрения экономии в настоящее время нецелесообразно.

Применение светодиодов для внутреннего освещения в финской сауне недопустимо.

Для того, чтобы правильно выбрать светодиодный светильник для работы в условиях высоких температур, следует ознакомиться с техническими характеристиками применяемых в нем светодиодов и драйвера. Их параметры должны нормироваться при высокой температуре (около +85°C). Без этих данных высокая предельная температура ничего не означает, поскольку при приближении к ней технические характеристики могут значительно снижаться.

И, самое главное, помните, что применение именно светодиодов не может быть самоцелью. В том случае, если температура в освещаемом помещении слишком высока для нормальной работы светодиодов, применение традиционных источников света (например, галогенных ламп) оказывается более выгодным.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» №3 Май-Июнь 2019

Показатели температурной надёжности светодиодных светильников

Осторожно! Сделано в Китае

Прежде всего, следует отдать должное огромному разнообразию, отличному дизайну, простоте, продуманности и низкой цене изделий промышленности Поднебесной. Большой ассортимент созданных в Китае промышленных светодиодных светильников теперь доступен на рынке СНГ. Кроме того, предлагается немало светильников местной сборки, но созданных из китайских «конструкторов». Практически вся эта продукция определяется поставщиками как крайне надежная, работающая в самых сложных климатических условиях, в широком диапазоне питающих напряжений и, зачастую, почти в астрономическом диапазоне температур.

Закономерен вопрос, насколько можно доверять заявленным характеристикам и получит ли предприятие, использующее такие светильники, ожидаемую экономию?

В нашей компании была проведена большая работа по разработке, изготовлению и испытаниям светильников с модульными светодиодами COB (Chip on Board – кристалл на подложке, читается КОБ). Основная задача при этом – определение температурных режимов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в диапазоне воздействия окружающей среды, которые установлены техническими условиями. Был разработан математический аппарат расчета радиаторов охлаждения. Температуры готовых изделий замерялись контактными и бесконтактными измерителями, в том числе тепловизором Fluke.

Сделаем небольшое отступление, чтобы пояснить значимость температурных режимов для работы осветительных светодиодов.

На модели десятиваттного светодиодного модуля белого света (Рис. 1) показаны основные составляющие. Излучающие синий свет кристаллы размещаются на массивной, обычно медной с покрытием серебром, подложке и залиты коллоидным раствором желтого люминофора. В светильнике модуль через тонкий слой теплопроводящей пасты монтируется на радиаторе, рассеивающем тепло в окружающую среду.

Рис. 1. Модель 10-ти ваттного светодиодного модуля

Максимальная указываемая разработчиками неразрушающая температура функционирования кристаллов обычно не превышает 135-150 °C. Но такой нагрев приводит к деградации структуры полупроводников и постепенному снижению светового потока. Для сохранения большей части потока при длительной эксплуатации температура кристаллов должна быть много ниже.

Так как непосредственное измерение температуры кристаллов затруднено, принято нормировать температуру подложки, учитывая тепловое сопротивление кристалл-подложка. Перепад температур между кристаллами и подложкой меняется в зависимости от мощности модуля, режимов охлаждения и внешних условий. В среднем перепад температур составляет примерно 20 °C.

На рисунке 2 приведен график работоспособности светодиодных модулей в зависимости от рабочей температуры по данным тайваньской компании «Huey Jann Electronics Industry», специализирующейся на выпуске светодиодных модулей COB. Сохранение 70% светового потока после 50 тыс. часов эксплуатации возможно, если температура подложки составляет не более 60 °C, а температура кристаллов, соответственно, не превышает 80 °C.

Каким должен быть охладитель, обеспечивающий такой режим работы? Речь, прежде всего, о пассивных радиаторах, рассеивающих тепло за счет естественной конвекции воздуха и излучения.

На теплоотвод влияет много факторов. Большое значение имеет температура окружающей среды. Но также важны ориентация радиатора в пространстве, конфигурация, материал и свойства поверхности радиатора и многое другое. Все эти параметры будут рассмотрены в другой раз. Пока ограничимся оценкой размеров радиатора относительно температуры окружающей среды.

Рис. 2. Зависимость работоспособности светодиодных модулей от температуры

Один из часто применяемых в китайских светильниках радиаторов показан на рисунке 3. Такие охладители обычно поставляют со светодиодными модулями от 30 до 150 Вт. Высота радиатора при установке 50-ти ваттного модуля – 100 мм, площадь поверхности 3480 см². Указанные размеры даются большинством изготовителей светильников и рекомендуются производителями самих радиаторов.

Рис. 3. Экструдированный алюминиевый радиатор диаметром 160 мм

Расчеты показывают, что на этом радиаторе при 50-ти ваттной нагрузке и температуре окружающей среды 40 °C в наиболее благоприятном случае температура подложки достигнет 100 °C. Светильник будет работать некоторое время, но быстрое уменьшение светового потока сведет на нет все преимущества светодиодного освещения. Обеспечить нормируемые 50 тыс. часов работы возможно только в условиях температуры окружающей среды не выше 10-15 °C. Очевидно, что такой режим эксплуатации неприемлем. Еще хуже обстоят дела с рассеиванием большей мощности, так как рекомендуются и поставляются радиаторы с меньшим соотношением площади поверхности на ватт отводимой мощности.

Светильники с большим количеством маломощных светодиодов поверхностного монтажа здесь не рассматриваются. Их применение гораздо важнее не в промышленном, а в офисном или бытовом приложении. Можно только отметить, что хотя они имеют несколько иные характеристики, проблемы теплоотвода и эксплуатации на предельных температурах присутствуют и там, и зачастую в гораздо большей степени. Справедливости ради важно отметить, что по выкладкам компании-изготовителя осветительных светодиодов «Edison», требуемые для охлаждения площади могут быть меньше, чем при использовании светодиодных модулей. К сожалению, их расчеты слишком упрощены и не приводится подтверждающая информация из практики применения.

Проблема высокой эксплуатационной температуры кристаллов светодиодов в осветительной технике не осталась незамеченной изготовителями. Предлагается довольно много иных вариантов охладителей, но практически всегда финансовая выгода преобладает над показателями надежности.

Увы, предельная экономия на материалах в изделиях китайской промышленности не обошла стороной и область промышленного освещения. У потребителя остается право критически относится к предлагаемой продукции и требовать от поставщиков обоснованные характеристики того или иного светодиодного светильника.

Наше предприятие при разработке элементов охлаждения исходило из требований технических условий, по которым максимальное значение температуры окружающей среды 40 °C не должно влиять на работоспособность и срок службы светильника.

Рассчитанные согласно этим требованиям радиаторы для 50 Вт подводимой мощности должны иметь охлаждающую поверхность около 200 дм². Это почти в шесть раз больше, чем у китайских аналогов. Меньшая площадь приводит к повышению температуры кристаллов и сокращению срока службы. В частности, на одном из опытных образцов светильника со светодиодом мощностью 50 Вт фирмы «Edison», размещенном на радиаторе площадью 90 дм2, замеры температуры показали следующую картину (Рис. 4). На рисунке указана температура в градусах Цельсия. Максимальная температура кристаллов при этом замере 89,8 °C, температура подложки 60 °C, температура окружающей среды во время измерения 22 °C. И хотя этот режим можно признать допустимым, любой рост температуры окружающего воздуха или ухудшение условий конвекции могут привести к ускоренному снижению светового потока.

Рис. 4. Изображение светодиода 50 Вт, сделанное тепловизором Fluke

Размер площади охлаждения 90 дм² был выбран на основании рекомендаций по применению тайваньской компании «Edison Opto Corporation». Для модулей 50 Вт компания предлагает использовать охладитель площадью 70-73 дм².

Таким образом, следует очень внимательно относиться к импортной светодиодной осветительной технике с точки зрения заявляемых параметров долговечности и условий функционирования, если от нее ожидается существенная экономия ресурсов, как в плане уменьшения энергопотребления, так и в плане длительного срока эксплуатации.

Н. Н. ГАВРИЛОВ
Зам. директора по техн. вопросам
ООО «Промышленная группа Кальченко и К»
[email protected]

Световая температура светодиодных ламп

Светодиодные лампы имеет много преимуществ и одно из них – возможность не просто осветить помещение, а создать в нем атмосферу соответствующую его назначению, используя лампы различной световой температуры.

Световая температура — это оттенок белого, как воспринимает его человек. Выделяют три типа цвета свечения ламп, которые зависят от температуры свечения:

Теплый белый свет (2 700 К). Данная температура свечения лампочки обладает слегка желтоватм оттенком света.

Натуральный белый свет (4 200 К). Является самым популярным цветом свечения и чаще всего используется для освещения дома.

Холодный белый свет (6 400 К). Обладает голубоватым оттенком. Является одним из самых ярких цветов освещения.

Цветовая температура влияет на восприятие окружающего пространства и психологическое состояние человека.

Так, теплые оранжевые и желтоватые оттенки лучше всего использовать для утра, так как они способствуют мягкому пробуждению, настраивают на положительный лад и стимулируют деятельность. Также эти оттенки хороши для применения в вечернее время из-за их успокаивающего эффекта.

Источники света с нейтральным белым идеальны для помещений, в которых проводят большое количество времени, работают в течение длительного срока. Такие оттенки наиболее соответствуют полуденному солнечному свету, поэтому организм воспринимает такое освещение как сигнал к активной деятельности.

Коммерческие, промышленные объекты, офисы обычно оснащаются лампами холодных оттенков, свет которых в большей степени соответствует дневному свету. Такие лампы создают более продуктивную и деловую атмосферу.

Другой позитивный фактор ламп холодного света заключается в том, что люди воспринимают свет таких ламп как более яркий, создается ощущение большей освещенности помещения, чем с лампами теплой цветовой температуры. Благодаря такому восприятию света лампы холодных цветовых температур могут также иметь энергосберегающий эффект для некоторых предприятий, поскольку они могут на самом деле использовать меньше освещения, чем с источниками света теплой температуры.

Человеческий глаз устроен таким образом, что способен улавливать малейшие отклонения цветовой температуры. Изменения данного показателя влияют на наше эмоциональное и психологическое состояние, работоспособность. Именно поэтому при создании гармоничного и комфортного освещения нельзя необходимо выбирать ту световую температуру светодиодных ламп, которая соответствует назначению помещения.

Температурные режимы светодиодных ламп

Температурные режимы светодиодных ламп

Любая лампа, вне зависимости от принципа работы нагревается в процессе работы. Полупроводниковые источники света не стали исключением. Поэтому, охлаждение светодиодной лампы необходимо для соблюдения температурного режима их работы. Это, в свою очередь, улучшит как эксплуатационные характеристики, так и сроки работы лампы.

Греются ли светодиодные лампы в процессе работы? Сравнение ламп по пропорциям преобразования потребляемой электроэнергии в световые и тепловые излучения

Логичный и необходимый вопрос: «греются ли светодиодные лампы?», несомненно, требует исчерпывающего ответа, подкрепленного фактами и доказательствами, приведенными в данной статье. Вся потребляемая светодиодом, лампой накаливания или люминесцентной лампой, электроэнергия преобразуется в излучение разного диапазона и тепло. Если сравнить светодиодные лампы с аналогами, то они преобразуют основное количество энергии в свет. До 10% потребляемой мощности они тратят на нагрев. Поэтому охлаждение ламп полупроводникового типа создается обязательным образом. При этом, лампа накаливания тратит на нагрев от 73% мощности. Энергетически эффективные или люминесцентные — до 42%. А галогенные до 75%.

Сравнение соотношения преобразованной в излучение мощности, к световому выходу в видимом диапазоне

Излучение ламп построенных на нити накаливания попадает и за пределы видимого диапазона. 73% мощности вакуумной лампы накаливания уходит на тепловое инфракрасное излучение. Флуоресцентные генерируют 21% видимого света. Галогенные создают луч, в видимом диапазоне которого находится только 27% от всей интенсивности излучения. Светодиоды генерируют только видимые лучи. Весь световой диапазон температур светодиодных ламп находится в пределах 3000-6500 °К или 400-700 нм — от красного до синего.

В случае перегрева, излучение светодиодных ламп может менять цветность. Также сама лампа начинает быстрее исчерпывать свой ресурс. При указанных производителем в инструкции условиях эксплуатации, светодиод разогревается максимум до 60 °С. Однако температура корпуса светодиодной лампы не нагревается выше 40 °С. Более высокая температура корпуса может означать перегрев светодиода.

Влияние перегрева светодиода на его рабочий ресурс

Полностью отработанным считается диод, излучение которого на 70% слабее, чем в начале эксплуатации. Был проведен эксперимент по определению зависимости скорости падения яркости от рабочей температуры полупроводника. Один светодиод имел температуру 62 °С, второй 73 °С. В результате второй терял яркость на 57% быстрее. Важно отметить, что есть некоторые светодиодные лампы, максимальная температура работы которых может достигать 100 °С без вреда для полупроводникового элемента. Однако они относятся к специальному оборудованию и обычно их не продают наряду с бытовыми вариантами.

Особенно важна температура светодиодных ламп для RGB систем. Красные светодиоды намного быстрее теряют яркость, когда превышена температура эксплуатации светодиодных ламп, лампы синего диапазона (700 нм) практически не страдают. В результате, система может выдавать неправильный цвет освещения. Рабочая температура светодиодных ламп RGB систем редко превышает 40 °С.

Системы охлаждения светодиодных ламп и прожекторов

Для отвода тепла выделяющегося при работе лампы производители ламп, монтируют чипы со светодиодами на радиаторы, а для большей эффективности применяются терм интерфейсы. В прожекторах высокой мощности используются более эффективные системы охлаждения. Радиаторы принудительно охлаждаются кулерами или жидкостным охлаждением, не допуская, чтобы температура эксплуатации светодиодных ламп превысила установленный стандарт.

Охлаждение светодиода наиболее похоже на отвод лишнего тепла с центрального процессора компьютера. При тепловом выделении до 30 Вт рекомендуется использовать радиаторы с естественной конвекцией. При мощности до 60 Вт необходим радиатор с куллером. При еще более высоком тепловыделении светодиода необходимо использовать жидкостное охлаждение и терм интерфейсы высокой тепловой проводимости. Тогда температура нагрева светодиодных ламп не будет превышать нормы.