Balti šviesos diodai

Man paprasčiausia yra apskaičiuoti reikalingą diodų kiekį pagal esamų lempų šviesos srautą. Taigi vienos esamos liuminescensinės lempos srautas yra 4800lm. Jis mane tenkina, jo pilnai užtenka mano akvariumui. Taigi norėtųsi kad ir LEDai tiek šviesos duotų, arba daugiau. LEDai turi vieną puikią savybę – jų ryškumą galima reguliuoti naudojant PWM, kitaip sakant geriau daugiau liumenų, nei per mažai. Be to reikia atsižvelgt į tai, kad liuminescencinė lempa spinduliuoja visus 360 laipsnių į visas puses, o šviesos diodas maksimum 180 laipsnių, realiai apie 120-130 laipsnių. Vien dėl to jis jau yra efektyvesnis.

Taigi, dabar jau galima pradėti ieškotis šviesos diodų. Su jais yra tokie reikaliukai: galima pirkti iš Ebay, kur už neaiškią kokybę mokam gan mažą kainą; arba iš normalios parduotuvės “firminius”, kur galingesni diodai yra labai brangūs. Čia aš kalbu apie 1W ir galingesnius. Reikia nepamiršti, kad perkant atskirai tik diodą, reikia pirkti jam dar ir aliumininį radiatorių, o paskui tą diodą užlituot ant radiatoriaus. Šiuolaikiniai normalių firmų diodai yra 100Lm/1W – 150Lm/1W efektyvumo. Normalios firmos – tai Philips, Osram, Avago, Seoul semiconductor. Na ir aišku reikia neužmiršti Cree, kuri be galo populiari tarp JAV hobistų. Matyt ši firma skiria daug dėmesio smegenų plovimui eiliniams vartotojams… Visos šios firmos kuria savo produkciją, daro inovacijas. Todėl jų gaminiai nėra pigūs.

Kiniečiai Ebay prekiauja ne tik noname produktais, taip pat iš jų galima nusipirkt ir brandinių Cree, Philips diodų. Kažkokiam forume buvau skaitęs, kad jie nusiperka firminį diodo kristalą, įdeda jį į korpusą ir pardavinėdami uždeda tos firmos, kurios yra kristalas, vardą. Mat sunkiausiai yra pagaminti patį kristalą, kuris skledžia šviesą. Beje, daugumai tokių firminių diodų, pardavinėjamų per Ebay, pardavėjai nesuteikia normalios informacijos apie patį diodą, matyt patys jos neturi. Pvz.: pardavinėja kaip “Cree 3W white LED” – ir visa informacija. Be to žinau iš praktikos, kad perkant vieną gaminį iš tikro galima gauti kiek kitokį: būna kad pardavėjai patys nežino ar apsimeta kad nežino ką pardavinėja.

Aš nusprendžiau nerizikuoti ir dėtis originalius diodus o ne neaiškų kinietišką produktą. Nors visgi negalima nepabandžius sakyt, kad firminiais vardais pavadinti LEDai, kuriuos pardavinėja kiniečiai, yra blogi.

RSdelivers svetainėje radau mano nuomone optimaliausią variantą: vidutinės galios cool white SMD diodus iš Philips LUXEON Mid-Power 3535 šeimos. Pilnas gamintojo kodas: MXM8-PW65-0000. Jie palyginti nebrangūs – vienas diodas kainuoja truputį virš lito, imant didesnį kiekį. Jis gana mažas ir šalia 2-jų centų monetos atrodo taip:

Phillips_LED_diodas

Paveikslėlyje diodas įlituotas į plokštę pabandymui kas ir kaip. Dydis – tik 3,5mmX3,5mm. Jo apačioje yra 2 kontaktai. dauguma SMD diodų turi dalyką, kuris vadinas “thermal pad”. Tai speciali kontaktinė ploštelė diodo vidury, skirta nuvesti šlumą. Mano gi pasirinkti diodai yra be tos plokštelės, todėl juos galima be didesnio vargo įlituoti į plokštę lituokliu, nereikia naudot super – duper technologijų. Parametrai yra tokie:

  • vidutinė srovė – 100mA;
  • maksimali srovė – 150mA;
  • spalvos temperatūra – 6500K;
  • CRI – 82;
  • regimasis šviesos srautas – 34Lm;
  • švietimo kampas – 115 laipsniai;
  • tiesioginė įtampa – 3,1V;
  • maksimali kristalo temperatūra – 115 laipsniai.

Reikia atkreipti dėmesį, kad šių diodų, kaip ir kitų gamintojų diodų charakteristikos nustatomos esant pastoviai diodo kontaktų temperatūrai ir vidutine srovei, t.y. prie 25 laipsnių ir 100mA. Aišku, kad realiomis sąlygomis diodas kais ir jo temperatūra bus tikrai didesnė nei 25 laipsniai, ir diodo charakteristikos keisis priklausomai nuo jo įkaitimo.

Šviesos sklidimo laipsniai reiškia kad 115 laisnių plote šviesos srautas bus ne mažesnis kaip pusė nominalaus šviesos srauto – 17Lm. Tai įliustruoja šis grafikėlis:

 LED sviesos intensyvumas

 

Pagal grafiką šviesa sklinda 180 laipsnių spinduliu, nuo diodo centro į kraštus šviesa silpnėja.

Dabar įdomesnė dalis – laikas paskaičiuoti efektyvumą. Jei prie diodo 3,1V įtampos per jį teka 100mA srovė, tai diodo galia 0,31W. 0,31W – 34Lm, tai paskaičiavus gaunasi, kad diodo efektyvumas yra 110Lm/W. Ne taip jau ir blogai!

O dabar dar vienas įdomus grafikas, kas liečia efektyvumą:

 LED efektyvumo - sroves grafikas

Šitas grafikas parodo, kaip keičiasi diodo efektyvumas (Lm/W) nuo diodo srovės. Čia puikiausiai matosi, kad srovei didėjant, efektyvumas krenta. Prie maksimalios 100mA srovės diodas bus žymiai mažiau efektyvus nei, tarkim, prie 30mA. Efektyviausiai jis dirba esant jau 7mA srovei. Taigi tada lieka pasirinkt ko mes norim: ar didesnio efektyvumo su daugiau diodų ir mažesnėm darbinėm srovėm, ar viskas atvirkščiai. Be to, kuo srovė didesnė, tuo diodas labiau kais. Aš renkuosi vidutinę 100mA srovę.

Dabar nuo teorijos laikas pereiti prie praktikos. pabandžiau apšviesti akvariumą su vienu labai panašių charakteristikų ir dydžio diodu: 100mA, 31Lm. Pradžiai kai atrodė neapšviestas akvariumas:

neapsviestas akvariumas

O štai kiek nemažai akvariumą sugeba apšviesti vienas mažulytis diodas, pabandymui pakištas po akvariumo dangčiu:

apsviestas akvariumas

 

Matosi kaip plačiai sklinda šviesa. Gali tekti dėti net kažkokį reflektorių, kad šviesa neitų kiaurai per akvariumo sieneles. Pagal švietimo ryškumą sakyčiau, kad vidutinės galios diodas rodo visai neblogą rezultatą.

Taigi dabar reikia bent daugmaž pasiskaičiuoti, kiek reiktų baltų diodų. Senoji 55W liuminescensinė lempa duoda 4800lm, vienas baltas diodas – 34lm. Taigi padalijus 4800/34 gaunam 141. Tiek reikia diodų, kad atstotų vieną liuminescensinę lempą. Vienas diodas yra 0,31W galingumo. 141 diodas naudos 43.7W elektros energijos. Taigi gaunasi 55W vs 44W. Bet čia tie galingumai negalutiniai. Liuminescencinė lempa pas mane turi elektroninį droselį, šviesos diodams užmaitinti reikia draverių. Šitie įrengimai taip pat valgo elektrą. Todėl galutinai įvertinti suvartojimą galės tik pilnai viską pabaigus ir išmatavus.

Paskaičiavus jau galima imtis tikro darbo – montuoti diodus. Kadangi pas mane diodai yra SMD korpuse, tai juos tenka sulituoti ant spausdintinės plokštės. Kiekvienoje plokštelėje yra po 9 diodus, plius speciali mikroschema – Texas Instruments firmos draiveris TL4242, kuri palaiko 9-ių diodų grandinėlei pastovius 100mA. Praktiškai TL4242 yra linijinis srovės stabilizatorius. Jis atrodo taip:

TL4242_LED_draiveris

Dar plokštėje yra viena varžytė srovei nustatyti ir mažas keraminis SMD kondensatorius. Pas mane pakolkas bus viso 12 plokštelių. Taigi viso 108 diodai. Jei bus reikalas, bus galima dar papildomai tų plokštelių dasidėti. Apsimoka vienoje plokštelėje statyti kuo daugiau nuosekliai sujungtų LEDų, tada ir plokštelių mažiau reikia, ir elektros energijos sunaudojimo efektyvumas didesnis gaunasi. Diodų kiekį riboja tik jiems maitinti reikalinga įtampa, pvz. 9 diodai po 3,1V – vienai plokštelei turim duoti mažiausiai 27V.

 

plokste1

Lituoti tokius diodus yra nuobodus darbas, be to diodo plastmasinis korpusas, pasirodo, yra labai neatsparus aukštesnei temperatūrai – truputį perkaitinus korpusas iškarto lydosi ir jame įtvirtintos metalinės kontaktinės plokštelės iškart atsiskiria nuo korpuso, kitaip sekant galim mesti tokį diodą į šiukšlyną. Todėl reikia labai tinkamai parinkti lituoklio temperatūrą – tokią, kad lydmetalis tik lydytųsi. Na bet pasipraktikavus viskas gaunasi OK, ir sugadinus apie 5 diodus, 12 plokštelių jau sulituotos.

 

plokste2

 

plokste3

Bandymai parodė, kad nors diodai yra vidutinės galios, jie vis tiek nemažai kaista, todėl dėl geresnio aušinimo diodus išdėsčiau gan dideliais tarpais, palikdamas aplink diodus pakankamai vario folijos kad būtų geresnis aušinimas. Be to diodų plokštelė bus tvirtinama ant aliuminio kampuočio patepus plonu termopastos sluoksniu, todėl visos dalys, išskyrus kontaktus laidams prijungti, sumontuotos apačioje.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *