Stīgu gaismas diožu darbības principi: visaptverošs skaidrojums
Stīgu gaismas diodes, bieži pazīstamas kā LED gaismas virtenes, ir kļuvušas visuresošas mūsdienu dzīvē, izdaiļojot mājas svētku laikā, izgaismojot biznesa zonas un bagātinot āra ainavas. To pievilcību rada tādas priekšrocības kā energoefektivitāte, pagarināts kalpošanas laiks un pielāgojams dizains, taču, zinot, kā tie darbojas, ir jāiedziļinās to komponentos, ķēdes arhitektūrā un gaismas izstarojošajos procesos. Šajā rakstā ir aprakstīta virkņu gaismas diožu pamatā esošo fizika, sākot no atsevišķām diodēm un beidzot ar integrētām sistēmām, lai izskaidrotu to darbības principus.
Katra centrāstīgu LEDir gaismas{0}}diode (LED), pusvadītāju ierīce, kas elektrisko enerģiju tieši pārvērš gaismā. Atšķirībā no tipiskām kvēlspuldzēm, kas paļaujas uz kvēldiega sildīšanu, lai radītu gaismu (process, kas lielāko daļu enerģijas zaudē siltuma veidā), gaismas diodes darbojas saskaņā ar elektroluminiscences jēdzienu.Katrs LED virknēsastāv no vairākām galvenajām daļām: pusvadītāju mikroshēmas, diviem elektrodiem (anoda un katoda), lēcas un siltuma izlietnes (parasti sarukt stīgu lietojumiem). Pusvadītāju mikroshēma parasti ir izgatavota no tādiem materiāliem kā gallija arsenīds (GaAs) vai gallija fosfīds (GaP), kas ir leģēti ar piemaisījumiem, lai radītu ap-n savienojumu-robežu starp pozitīvi lādētu "p-tipa" apgabalu un negatīvi lādētu "n-tipa" reģionu. Kad gaismas diodei tiek ievadīta elektriskā strāva, elektroni no n-tipa apgabala pārvietojas pa p-n krustojumu un rekombinējas ar "caurumiem" (trūkst elektronu) p-tipa apgabalā. Šī rekombinācija atbrīvo enerģiju fotonu veidā, kas ir redzami kā gaisma. Gaismas krāsa ir atkarīga no pusvadītāja materiāla joslas spraugas: mazākas spraugas rada sarkanu vai dzeltenu gaismu, savukārt lielākas spraugas rada zilu vai violetu gaismu (baltas gaismas diodes, ko parasti izmanto gaismām, bieži ir zilas gaismas diodes, kas pārklātas ar fosforu, kas pārvērš daļu zilās gaismas dzeltenā, sajaucoties, veidojot baltu).
Stīgu gaismas diodesatšķiras no solo gaismas diodēm lielā mērā to ķēdes arhitektūrā, kas apvieno vairākas diodes vienā, lietojamā sistēmā. Divi visizplatītākie virkņu gaismas diožu ķēžu modeļi ir virknes ķēdes un paralēlās shēmas, kurām katrai ir specifiskas darbības īpašības. Sērijveida gaismas diodes virknē visas gaismas diodes ir savienotas no gala-līdz-vienā maršrutā, kas nozīmē, ka elektriskā strāva virzās caur katru LED vienu pēc otras. Šim dizainam ir būtiska priekšrocība: tā darbībai ir nepieciešama mazāka strāva, jo viena un tā pati strāva iet cauri katrai diodei. Tomēr sērijveida shēmām ir ievērojams ierobežojums: ja viena gaismas diode neizdodas (piemēram, izdeg vai atvienojas), tiek traucēta visa ķēde un visas virknes gaismas diodes pārstāj darboties. Tās ir būtiskas sekas. Lai atrisinātu šo problēmu, mūsdienu sērijas gaismas diodes bieži vien ietver šunta rezistorus vai Zenera diodes paralēli katrai LED. Šunta rezistors kalpo kā strāvas apvada kanāls gadījumā, ja LED nedarbojas pareizi. Kad gaismas diode izdeg, tā pretestība kļūst ārkārtīgi augsta, kā rezultātā strāva plūst caur šunta rezistoru. Tas ļauj pārējai virknes daļai turpināt parādīt gaismu. Zenera diodes veic funkciju, kas ir līdzīga LED diožu funkcijai, taču tās arī kontrolē spriegumu, tādējādi novēršot sprieguma lēcienus, kas var kaitēt LED.
No otras puses, paralēlās virknes gaismas diodes,saiti katru LEDpāri tām pašām divām elektropārvades līnijām. Tas nodrošina, ka katra diode neatkarīgi saņem vienādu spriegumu. Problēma "viena-kļūme-salauž-visu" ir atrisināta ar šo dizainu, kas nodrošina, ka pat tad, ja viena LED diode neizdodas, pārējie turpinās darboties normāli, jo to pašreizējie maršruti atšķiras viens no otra. Gaismas diodes var pievienot vai noņemt no paralēlām ķēdēm, būtiski neietekmējot kopējo strāvu vai spriegumu, kas ļauj paralēlām shēmām atvieglot vienkāršāku pielāgošanu. No otras puses, paralēlās konstrukcijas prasa lielāku kopējo strāvu, jo katra gaismas diode ņem savu strāvu no barošanas avota. Paralēlas virknes gaismas diodes bieži ietver strāvas -ierobežojošo rezistoru virknē ar katru LED vai vienu strāvu{9}}ierobežojošo rezistoru visai ķēdei (atkarībā no konstrukcijas). Tas tiek darīts, lai saglabātu kontroli pār pašreizējo plūsmu. Šie rezistori novērš pārmērīga strāvas daudzuma iekļūšanu caur gaismas diodēm, kas pretējā gadījumā izraisītu gaismas diožu pārkaršanu un samazinātu to darbības laiku. Integrētās shēmas (IC) izmanto noteiktas mūsdienu paralēlās virknes, lai uzraudzītu un mainītu strāvu. Tas palīdz nodrošināt vienmērīgu visu gaismas diožu spilgtumu.
Turklāt barošanas avots ir būtiska stīgu gaismas diožu sastāvdaļa. Tas ir atbildīgs par parastās maiņstrāvas (maiņstrāvas) elektrības pārveidošanu no sienas kontaktligzdām zema-sprieguma līdzstrāvā (līdzstrāva), kas nepieciešama LED darbībai. Taisnošana, kas ir process, kurā maiņstrāva (AC) tiek pārveidota par līdzstrāvu (DC), un sprieguma regulēšana, kas ir process, kurā standarta 120 V vai 230 V maiņstrāva tiek pazemināta līdz atbilstošajam virknes līdzstrāvas spriegumam, ir divas galvenās funkcijas, ko veic barošanas avots, kas parasti ir mazs adapteris vai iebūvēts modulis. Ņemot par piemēru 50- LED sērijas virkni, iespējams, ka tai būs nepieciešama 120 V maiņstrāva (jo katrai gaismas diodei ir nepieciešami aptuveni 2,4 V, 50 × 2,4 V=120V). Tas novērstu vajadzību pēc sprieguma samazināšanas adaptera. No otras puses, paralēlai virknei, kas sastāv no desmit gaismas diodēm, no kurām katrai ir nepieciešams 3 V, būtu nepieciešams izmantot 3 V līdzstrāvas adapteri. Tas ir tāpēc, ka katra gaismas diode saņem strāvu tieši no 3 V avota. Lai aizsargātu pret mitrumu, dažas virknes gaismas diodes, īpaši tās, kuras tiek izmantotas ārpusē, ir aprīkotas ar ūdensnecaurlaidīgiem barošanas avotiem. Tas ir būtisks elements gan drošības, gan ilgmūžības nodrošināšanai.
Turklāt vadības tehnoloģijas ļauj lietotājiem regulēt spilgtumustīgu gaismas diodes, mainīt gaismas diožu krāsas un ģenerēt dinamiskus modeļus (piemēram, mirgojošus, izbalējušos vai dzenošos). Tas vēl vairāk paplašina stīgu gaismas diožu lietderību. Integrētās shēmas (IC) vai mikrokontrolleri ir šo vadības ierīču dzinējspēks. Viņi ir atbildīgi par gaismas diodēm piešķirtās strāvas vai sprieguma regulēšanu. Piemēram, aptumšošana bieži tiek veikta, izmantojot impulsa platuma modulāciju (PWM), kas ir metode, kurā integrētā shēma (IC) ātri ieslēdz un izslēdz gaismas diodes (tempā, kas ir pārāk ātrs, lai cilvēka acs to uztvertu). Integrētā shēma (IC) ir atbildīga par šķietamā spilgtuma kontroli, regulējot "ieslēgšanās" laiku (impulsa platumu) attiecībā pret "izslēgšanas" laiku. Ilgāks "ieslēgts" ilgums nodrošina spilgtāku gaismu, savukārt īsāka laika gaismas diodes paliek blāvas. Vai nu RGB (sarkans -zaļš-zils) gaismas diodes, kurām ir trīs neatkarīgas diodes sarkanai, zaļai un zilai gaismai, vai adresējamas gaismas diodes, kurām katrai ir sava integrētā shēma un kuras nodrošina individuālu vadību, tiek izmantotas LED virknes, kas maina krāsas, ražošanā. Lai radītu miljoniem krāsu, integrētā shēma (IC) modificē strāvu, kas plūst caur katru krāsu diodi RGB virknēs. Tas ļauj IC dažādos daudzumos apvienot sarkano, zaļo un zilo krāsu. Katru LED var vadīt atsevišķi, ļaujot virknei parādīt kustīgas gaismas, gradientus vai pielāgotus dizainus. To visu pārvalda mikrokontrolleris, kas lietotāja ievadei parasti ir savienots ar tālvadības pulti vai viedtālruņa lietotni. Adrešu gaismas diodes, piemēram, WS2812B mikroshēmas, ļauj izveidot sarežģītākus modeļus.
Izturība un drošība ir arī būtiskas sastāvdaļas stīgu LED konstrukcijā, un šie aspekti ir saistīti ar pamatprincipiem, kas nosaka to darbību. LED virtenes izstaro ārkārtīgi maz siltuma, kas padara tos drošākus lietošanā degošu priekšmetu (piemēram, Ziemassvētku eglīšu un auduma rotājumu) tuvumā, atšķirībā no kvēlspuldzēm, kas rada ievērojamu siltuma daudzumu, kas palielina ugunsdzēsēju ugunsgrēka izcelšanās risku. Vēl viens faktors, kas veicina stīgu gaismas diožu ilgo kalpošanas laiku, ir to zemā siltuma ražošana. Lielākā daļa nostīgu gaismas diodeskalpošanas laiks ir 50 000–100 000 stundu, savukārt kvēlspuldžu kalpošanas laiks ir 1 000–2 000 stundas. Turklāt daudzu stīgu gaismas diožu (kas bieži ir izgatavotas no plastmasas vai silikona) noslēgtais apvalks aizsargā diodes un ķēdes no putekļiem, mitruma un fiziskiem bojājumiem, kas padara tos pieņemamus lietošanai gan iekštelpās, gan ārpus tām. Ir arī citi standarta drošības pasākumi, piemēram, drošinātāji un automātiskie slēdži. Drošinātāju pūtēji ir paredzēti, lai novērstu pārkaršanu un elektrības aizdegšanos, atbrīvojot to strāvu, ja strāva pārsniedz drošu līmeni (piemēram, īssavienojuma rezultātā).
Stīgu gaismas diodes sniedz vairākas svarīgas priekšrocības, no kurām viena ir energoefektivitāte, kas ir iestrādāta to darbības principos. Gaismas diodes spēj pārvērst gaismā vairāk nekā 90% elektroenerģijas, savukārt kvēlspuldzes tikai 10% enerģijas pārvērš gaismā. Tā rezultātā gaismas diodes patērē daudz mazāk enerģijas, lai nodrošinātu tādu pašu spilgtuma līmeni. Piemērs tam varētu būt kvēlspuldžu virtene ar piecdesmit spuldzēm, kas patērē četrdesmit līdz piecdesmit vatus, bet identiska LED virtene patērē tikai divus līdz piecus vatus. Stīgu gaismas diodes ir piemērotas ilgstošai-izmantošanai (piemēram, āra apgaismojumam visu gadu) un lietojumiem, kur ir ierobežota jauda (piemēram, ar baterijām darbināmas gaismas stīgas kempingiem vai pagaidu dekorācijām). Šī efektivitāte ne tikai samazina elektrības izdevumus, bet arī padara virknes gaismas diodes ļoti piemērotas lietošanai situācijās, kad jauda ir ierobežota. Stīgu gaismas diodes, kas tiek darbinātas ar baterijām, bieži izmanto zema sprieguma līdzstrāvas baterijas (piemēram, AA vai AAA), un tām ir enerģijas taupīšanas funkcijas, piemēram, automātiska{13}}izslēgšanās, kas ir paredzēta, lai vēl vairāk pagarinātu akumulatora darbības laiku.
Stīgu gaismas diodes spēj darboties, apvienojot atsevišķu gaismas diožu elektroluminiscējošās īpašības ar specifisku ķēžu dizainu, barošanas avotu un vadības tehnoloģijām. Citiem vārdiem sakot, stīgu gaismas diodes pilda savu funkciju. Pusvadītāju rekombinācijas procesā katra gaismas diode spēj pārveidot elektrisko enerģiju gaismā. Tādējādi ķēdes, kas virknē vai paralēli savieno vairākas gaismas diodes, var izveidot funkcionējošu sistēmu. Standarta maiņstrāvas (AC) elektroenerģija tiek pārveidota līdzstrāvas (DC) spriegumā, kas nepieciešams gaismas diodēm, un integrētās shēmas (IC) vai mikrokontrolleri ļauj pielāgot spilgtumu, krāsu un modeļus. Šie dizaina lēmumi ir tieši atbildīgi par to efektivitāti, drošību un ilgmūžību, kas padara tos par labāku iespēju salīdzinājumā ar parastajām kvēlspuldzēm. Stīgu gaismas diodes turpina attīstīties, attīstoties tehnoloģijai, kā rezultātā vadības sistēmas ir viedākas, palielinās spilgtums un materiāli ir videi draudzīgāki. Tas vēl vairāk nostiprina tās pozīcijas kā daudzfunkcionāla apgaismojuma iespēja mājām, uzņēmumiem un sabiedriskām telpām.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-construction-string-light-100ft-130w.html
Kopā mēs to padarām labāku.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co, Ltd
Mobilais/Whatsapp :(+86)18673599565
E-pasts:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Tīmekļa vietne: www.benweilight.com
Pievienot: F ēka, Yuanfen industriālā zona, Longhua, Bao'an rajons, Šenžeņa, Ķīna
