Лампы люминесцентные отечественные

Более экономичны по сравнению с традиционными лампами накаливания при том же световом потоке. Колба: прозрачная, покрыта изнутри люминофором. Наполнитель: пары ртути.

Таблица 7.7. Параметры люминисцентных ламп

Марка

Мощность,

Вт

Световой поток, лм

Длина, мм

Диаметр трубки, мм

SL 20/32-765(ЛД-20Вт-2)

20

880

600

32

SL 30/26-735(ЛБ-30Вт)

30

2020

900

26

SL 36/26-735(ЛБ-36Вт)

36

2800

1200

26

SL 40/38-735(ЛБ-40Вт)

40

2800

1200

38

SL 40/32-735(ЛБ-40Вт-2)

40

2800

1200

32

SL 40/38-765(ЛД-40Вт)

40

2300

1200

38

SL 40/32-765(ЛД-40Вт-2)

40

2300

1200

32

SL 65/38-735(ЛБ-65Вт)

65

4600

1500

38

SL 65/38-765(ЛД-65Вт)

65

3750

1500

38

SL 80/38-735(ЛБ-80Вт)

80

5200

1500

38

SL 80/38-765(ЛД-80Вт)

80

4250

1500

38

Лампы натриевые

Обладают самой высокой световой отдачей среди всех газоразрядных ламп. Применяются с ПРАдля освещения улиц, площадей, промышленных объектов. Колба: П — прозрачная. Наполнитель горелки: HP — пары натрия и ртути.

Таблица 7.8. Параметры натриевых ламп

Марка

Мощность,

Вт

Световой поток, лм

Колба

Наполнитель

Длина, мм

Диаметр колбы, мм

ДНаТ-50ц

50

3700

П

HP

165

42

ДНаТ-70ц

70

6000

П

HP

165

42

ДНаТ-ЮОэл

100

8000

П

HP

175

76

ДНаТ-ЮОц

100

9800

П

HP

165

42

ДНаТ-ЮОц

100

9000

П

HP

178

42

ДНаТ-150

150

15000

П

HP

211

48

ДНаТ-250

250

26000

П

HP

250

48

ДНаТ-400

400

45000

П

HP

278

48

ДНаТ-1000

1000

130000

П

HP

390

66

Лампы ртутные высокого давления (ДРЛ)

Для освещения улиц и промышленных объектов. Применяются с ПРА. Колба: ПЛ— прозрачная, покрыта изнутри люминофором. Наполнитель горелки: Р— пары ртути.

Таблица 7.9. Параметры ртутных ламп

Марка

Мощность,

Вт

Световой поток, лм

Колба

Наполнитель

Длина, мм

Диаметр колбы, мм

ДРЛ-125

125

6200

ПЛ

Р

176

76

ДРЛ-250

250

12 000

ПЛ

Р

228

91

ДРЛ-400

400

24 000

ПЛ

Р

300

91

ДРЛ-700

700

41 000

ПЛ

Р

368

152

ДРЛ-1000

1000

59 000

ПЛ

Р

410

181

Лампы металлогалогенные (ДРИ-Т) (Россия)

Для освещения улиц, промышленных объектов и спортивных сооружений. Применяются с ПРА. Имеет возможность включения в схемы с дросселями для ртутных ламп (ДРЛ) и натриевых ламп (ДНаТ). Колба: П — прозрачная. Наполнитель горелки: пары ртути (Р) с добавлением иодидов металлов (И) — (РИ). Тип колбы: трубча- тая-прозрачная.

Таблица 7.10. Параметры металлогалогенных ламп

Марка

Мощность, Вт

Световой поток, лм

Колба

Наполнитель

Длина, мм

Диаметр колбы, мм

ДРИ-Т 50у

250

19000

П

РИ

257

48

ДРИ-Т ЮОу

400

35000

П

РИ

286

48

Кроме перечисленных выше типов ламп, применяют в виде эксперимента светодиодные ИС, безэлектродные и ксеноновые ИС.

В настоящее время светодиоды считаются очень перспективными источниками света, поэтому остановимся на них подробнее . Некоторый опыт использования светодиодных источников света есть у специалистов, работающих в области рекламы (например в наружной рекламе, световых коробах), так как эти источники света стали использоваться там раньше. Поскольку характеристики светодиодных источников в немалой степени зависят от конструкции светодиодных модулей, рассмотрим подробнее некоторые особенности построения этих модулей.

Существует несколько технологий изготовления светодиодов и светодиодных модулей. Для начала необходимо вырастить кристалл. Основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать р-п-переход с большой концентрацией электронов в «-области и дырок — в /ьобласти.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6—12 подложках диаметром 50—75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе и США, достигает 1,5—2 млн долл. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры. Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и /?-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 х 0,24 до 1 х 1 мм2. Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии. Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-тех- нологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рис. 7.7. Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, т. е. способны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, идущие им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Технология СОВ

Рис. 7.7. Технология СОВ

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Теперь, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

Светодиоды являются достаточно узкополосными (квазимоно- хроматическими) излучателями, полуширина спектров которых составляет всего 15—30 нм, что соответствует средней тепловой энергии электронов, поэтому координаты цветности их излучения лежат практически на линии «чистых» цветов локуса МКО 1931 г. Однако имеется и более простая единица, характеризующая цвет — доминирующая длина волны Xdam, получаемая как результат пересечения прямой, проходящей через точку равноэнергетического источника типа «Е» и точку с координатами цветности данного светодиода и локуса МКО 1931 г. Именно ее указывают в технических характеристиках на светодиоды монохроматического излучения. В освещении используются источники желтого и белого цветов. Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы (например линзы). В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне, наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И наконец в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному и по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. Для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0,33, 0,33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; в-третьих, люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.

Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

Рассмотрим электрические и оптические характеристики светодиодов. Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В). При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140°. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения. Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

Как видно из рис. 7.8, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для разрядной лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

Вольт-амперные характеристики светодиодов разной цветности излучения

Рис. 7.8. Вольт-амперные характеристики светодиодов разной цветности излучения

Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию (рис. 7.9), но не за счет снижения напряжения питания, а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулирован- ный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Люмен-амперная характеристика светодиодов

Рис. 7.9. Люмен-амперная характеристика светодиодов: а — зеленого, синего, белого и теплого белого цветов свечения; б — красного, оранжево-красного и желтого цветов свечения

В процессе эксплуатации происходит неизбежное старение светодиодов. Характеристики углового распределения светосилы в вертикальной плоскости в зависимости от времени наработки для светодиода фирмы SINO представлены на рис. 7.10. Помимо значительного снижения силы света происходит сужение и перераспределение характеристик по углу излучения.

Работники рекламных агенств также отмечают падение светосилы после первых 5000—10 000 тыс. ч работы. Реальный срок службы белых светодиодов колеблется от 20 000 до 50 000 ч.

Диаграмма углового распределения силы света в вертикальной плоскости излучения. Цифрами обозначено время наработки в часах

Рис. 7.10. Диаграмма углового распределения силы света в вертикальной плоскости излучения. Цифрами обозначено время наработки в часах

В целом люмен-амперные характеристики светодиодов слабо зависят от температуры в рабочем диапазоне температур (от -25 до 30 °С). Однако при понижении температуры напряжение светодиодов повышается. При этом градиент остается практически неизменным для токов от 40 мА до 100 мА, поэтому результаты можно интерполировать и на большие токи. Измерения проводились при стабилизации тока (рис. 7.11).

Светодиод, который используется для освещения, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе от нескольких сотен мА до 1,5 А. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В). При этом в источниках питания светодиодных устройств применяются выпрямители, трансформаторы и устройства стабилизации тока. При недостаточной стабилизации тока срок службы светодиодов сокращается в 2—5 раз. Для светодинамических систем используется управляющий блок широтно- импульсной модуляции, который может быть совмещен с блоком питания и конвертором и блоком управления цветом RGB-матрицы.

Светодиодные источники будут все более широко применяться в освещении и должны составить значительную часть приемников в СЭС. При общей тенденции к развитию энергосберегающих техноло-

Относительная зависимость Uf (Т) светодиодов на основе А10, 30Ga0, 21 InO, 49Pc Eg= 2,02 эВ и X = 625 нм (отн. Г = 20 °С)

Рис. 7.11. Относительная зависимость Uf (Та) светодиодов на основе А10, 30Ga0, 21 InO, 49Pc Eg= 2,02 эВ и Xdam = 625 нм (отн. Га = 20 °С)

гий это вопрос времени. Поэтому важно оценить влияние их на функционирование СЭС при широком их распространении для наружного и внутреннего освещения. В частности, можно предположить, что комплекс устройств блока питания светодиодных сборок вызовет гармонические искажения кривых питающего напряжения, что характерно для выпрямителей. ШИМ — блоки также могут оказывать влияние на качество электроэнергии питающей сети.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >