LED-merkkijonojen toimintaperiaatteet: kattava selitys
merkkijono LEDitLED-valonauhat, jotka tunnetaan usein nimellä LED-valonauhat, ovat yleistyneet nykyajan elämässä, kaunistaen taloja lomien aikana, valaisevat liikealueita ja rikastuttavat ulkomaisemia. Niiden houkuttelevuus johtuu eduista, kuten energiatehokkuudesta, pidennetystä käyttöiästä ja mukautuvasta suunnittelusta, mutta niiden toiminnan tunteminen vaatii perehtymistä niiden komponentteihin, piiriarkkitehtuuriin ja valoa lähettäviin prosesseihin. Tässä artikkelissa käsitellään LED-merkkijonojen taustalla olevia fysiikkaa yksittäisistä diodeista integroituihin järjestelmiin niiden toimintaperiaatteiden selvittämiseksi.
Jokaisen keskellämerkkijono LEDon valo{0}}emitting diodi (LED), puolijohdelaite, joka muuttaa sähköenergian suoraan valoksi. Toisin kuin tyypilliset hehkulamput, jotka luottavat hehkulangan lämmittämiseen valon tuottamiseksi (prosessi, joka menettää suurimman osan energiasta lämpönä), LEDit toimivat elektroluminesenssin käsitteellä.Jokainen LED merkkijonossakoostuu useista pääosista: puolijohdesirusta, kahdesta elektrodista (anodi ja katodi), linssistä ja jäähdytyselementistä (tyypillisesti kutistettu merkkijonosovelluksia varten). Puolijohdesiru on tavallisesti valmistettu materiaaleista, kuten galliumarsenidista (GaAs) tai galliumfosfidista (GaP), seostettuna epäpuhtauksilla, mikä muodostaa ap-n-liitoksen-rajan positiivisesti varautuneen "p--tyypin" alueen ja negatiivisesti varautuneen "n-"-alueen välille. Kun LEDille annetaan sähkövirta, elektronit n--tyypin alueelta kulkevat p-n-liitoksen poikki ja yhdistyvät uudelleen "reikiin" (puuttuviin elektroneihin) p--tyypin alueella. Tämä rekombinaatio vapauttaa energiaa fotonien muodossa, jotka näkyvät valona. Valon väri riippuu puolijohdemateriaalin kaistavälistä: pienemmät raot tuottavat punaista tai keltaista valoa, kun taas suuremmat raot tuottavat sinistä tai violettia valoa (valkoiset LEDit, joita käytetään yleisesti merkkijonoissa, ovat usein sinisiä LEDejä, jotka on päällystetty fosforilla, joka muuttaa osan sinisestä valosta keltaiseksi ja sekoittuu valkoiseksi).
merkkijono LEDiteroavat soolo-LEDistä suurelta osin piiriarkkitehtuuriltaan, joka yhdistää useita diodeja yhdeksi käyttökelpoiseksi järjestelmäksi. Kaksi yleisintä merkkijono-LED-piirimallia ovat sarjapiirit ja rinnakkaispiirit, joilla kullakin on tietyt toimintaominaisuudet. Sarjajono-LED:ssä kaikki LEDit on linkitetty päistä-päähän-yhdelle reitille, mikä tarkoittaa, että sähkövirta kulkee kunkin LEDin läpi peräkkäin. Tällä rakenteella on ratkaiseva etu: se vaatii alhaisemman virran toimiakseen, koska sama virta kulkee jokaisen diodin läpi. Sarjapiireillä on kuitenkin merkittävä rajoitus: jos yksi LED vioittuu (esimerkiksi palaa tai katkeaa), koko piiri katkeaa ja kaikki merkkijonon LEDit lakkaavat toimimasta. Tämä on merkittävä seuraus. Ratkaisun tarjoamiseksi tähän ongelmaan nykyaikaiset sarja-LEDit sisältävät usein shunttivastuksia tai Zener-diodeja rinnakkain kunkin LEDin kanssa. Shunttivastus toimii virran ohituskanavana siinä tapauksessa, että LED ei toimi kunnolla. Kun LED palaa, sen resistanssi kasvaa erittäin suureksi, jolloin virta kulkee sen sijaan shunttivastuksen kautta. Tämän ansiosta merkkijonon loppuosa voi edelleen näyttää valoa. Zener-diodit suorittavat toiminnon, joka on analoginen LEDien kanssa, mutta ne ohjaavat myös jännitettä, mikä eliminoi jännitepiikit, jotka voivat vahingoittaa LEDiä.
Toisaalta rinnakkaiset merkkijonotlinkitä jokainen LEDsamojen kahden sähkölinjan yli. Tämä varmistaa, että jokainen diodi vastaanottaa saman jännitteen itsenäisesti. "Yksi-vika-katkaisee-kaikki" -ongelma on ratkaistu tällä rakenteella, joka varmistaa, että vaikka yksi LED-valo epäonnistuisi, muut jatkavat toimintaansa normaalisti, koska niiden nykyiset reitit ovat erillisiä toisistaan. LEDejä voidaan lisätä tai poistaa rinnakkaisista piireistä vaikuttamatta merkittävästi kokonaisvirtaan tai -jännitteeseen, mikä mahdollistaa rinnakkaisten piirien yksinkertaistamisen helpottamiseksi. Rinnakkaismallit puolestaan vaativat suurempaa kokonaisvirtaa, koska jokainen LED ottaa oman virtansa virtalähteestä. Rinnakkaiset merkkijono-LEDit sisältävät usein virtaa{8}}rajoittavan vastuksen sarjassa kunkin LEDin kanssa tai yhden virtaa{9}}rajoittavan vastuksen koko piirille (suunnittelusta riippuen). Tämä tehdään virran hallinnan ylläpitämiseksi. Nämä vastukset estävät liiallisen virran kulkemisen LEDien läpi, mikä muuten johtaisi LEDien ylikuumenemiseen ja lyhentäisi niiden käyttöikää. Tietyt nykyaikaiset rinnakkaisjonot käyttävät integroituja piirejä (ICs) virran valvontaan ja muuttamiseen. Tämä auttaa varmistamaan, että kaikkien LEDien kirkkaus pysyy tasaisena.
Lisäksi virtalähde on olennainen osa LED-merkkijonoa. Se on vastuussa seinäpistorasioista syötettävän tavanomaisen vaihtovirtasähkön muuntamisesta matalan -jännitteen tasavirraksi (tasavirta), joka tarvitaan LED-toiminnan kannalta. Tasasuuntaus, joka on prosessi, jossa vaihtovirta (AC) muunnetaan tasavirraksi (DC), ja jännitteensäätö, joka on prosessi, jossa standardi 120 V tai 230 V AC lasketaan sopivaksi tasajännitteeksi, ovat kaksi päätoimintoa, joita virtalähde, joka on tyypillisesti pieni sovitin tai sisäänrakennettu moduuli, suorittaa. Esimerkkinä 50-LED-sarjan merkkijono on mahdollista, että se vaatisi 120 V vaihtovirtaa (koska jokainen LED vaatii noin 2,4 V, 50 × 2,4 V=120V). Tämä poistaisi jännitettä alentavan sovittimen tarpeen. Toisaalta rinnakkainen merkkijono, joka koostuu kymmenestä LEDistä, joista jokainen vaatii 3V, edellyttäisi 3V DC-sovittimen käyttöä. Tämä johtuu siitä, että jokainen LED saa virran suoraan 3V-lähteestä. Kosteuden estämiseksi tietyt merkkijono-LEDit, erityisesti ne, joita käytetään ulkona, on varustettu vedenpitävillä virtalähteillä. Tämä on olennainen osa turvallisuuden ja pitkäikäisyyden varmistamista.
Lisäksi ohjaustekniikat antavat käyttäjille mahdollisuuden säätää kirkkauttamerkkijono ledit, muuttaa LEDien värejä ja luoda dynaamisia kuvioita (kuten vilkkuvia, haalistuvia tai jahtaavia). Tämä laajentaa entisestään merkkijono-LED-valojen käyttöä. Integroidut piirit (IC:t) tai mikro-ohjaimet ovat näiden ohjainten liikkeellepaneva voima. He ovat vastuussa LEDien virran tai jännitteen säätämisestä. Esimerkiksi himmennys suoritetaan usein käyttämällä pulssin leveysmodulaatiota (PWM), joka on menetelmä, jossa integroitu piiri (IC) sytyttää ja sammuttaa LEDit nopeasti (tahdissa, joka on liian nopea ihmissilmälle). Integroitu piiri (IC) on vastuussa näennäisen kirkkauden ohjaamisesta säätämällä "on"-aikaa (pulssin leveyttä) suhteessa "off"-aikaan. Pidemmät "on"-kestot johtavat kirkkaampaan valoon, kun taas lyhyemmät ajat saavat LEDit pysymään himmeinä. Joko RGB (punainen-vihreä-sininen) LEDejä, joissa on kolme erillistä diodia punaiselle, vihreälle ja siniselle valolle, tai osoitettavia LEDejä, joilla jokaisella on oma integroitu piirinsä ja jotka mahdollistavat yksilöllisen ohjauksen, käytetään värejä vaihtavan LED-sarjan valmistuksessa. Miljoonien värien tuottamiseksi integroitu piiri (IC) muuttaa virtaa, joka kulkee kunkin väridiodin läpi RGB-merkkijonoissa. Tämä sallii IC:n yhdistää punaista, vihreää ja sinistä vaihtelevissa määrin. Jokaista LED-valoa voidaan ohjata erikseen, jolloin merkkijono voi näyttää liikkuvia valoja, kaltevia tai mittatilaustyönä tehtyjä malleja. Tätä kaikkea hallitsee mikro-ohjain, joka on tyypillisesti yhdistetty kaukosäätimeen tai älypuhelinsovellukseen käyttäjän syöttämistä varten. Osoitettavat LEDit, kuten WS2812B-sirut, mahdollistavat monimutkaisempien kuvioiden luomisen.
Kestävyys ja turvallisuus ovat myös olennaisia komponentteja merkkijono-LED-suunnittelussa, ja nämä näkökohdat liittyvät niiden toimintaa ohjaaviin perusperiaatteisiin. LED-valot säteilevät erittäin vähän lämpöä, minkä vuoksi niitä on turvallisempaa käyttää palavien esineiden (kuten joulukuuset ja kangaskoristeet) lähellä, toisin kuin hehkulamput, jotka tuottavat huomattavan määrän lämpöä, mikä lisää palomiesten syttymisvaaraa. Toinen tekijä, joka edistää merkkijono-LEDien pitkää käyttöikää, on niiden alhainen lämmöntuotanto. Suurin osamerkkijono leditniiden käyttöikä on 50 000–100 000 tuntia, kun taas hehkulamppujen käyttöikä on 1 000–2 000 tuntia. Lisäksi monien merkkijonojen (joka on usein valmistettu muovista tai silikonista) tiivis kotelo suojaa diodeja ja piirejä pölyltä, kosteudelta ja fyysisiltä vaurioilta, mikä tekee niistä hyväksyttäviä sekä sisä- että ulkokäyttöön. Muitakin vakioturvatoimenpiteitä, kuten sulakkeita ja katkaisijoita, on olemassa. Sulakepuhaltimet on suunniteltu estämään ylikuumeneminen ja sähköpalot vapauttamalla virtansa, jos virta ylittää turvallisen tason (esimerkiksi oikosulun seurauksena).
String-LEDit tarjoavat useita tärkeitä etuja, joista yksi on niiden toimintaperiaatteisiin rakennettu energiatehokkuus. LEDit pystyvät muuttamaan yli 90 % sähköenergiasta valoksi, kun taas hehkulamput muuttavat vain 10 % energiasta valoksi. Tämän seurauksena LEDit käyttävät paljon vähemmän virtaa tuottaakseen saman kirkkauden. Esimerkki tästä on 50 polttimoinen hehkulamppu, joka kuluttaa 40-50 wattia, mutta identtinen LED-merkkijono kuluttaa vain kahdesta viiteen wattia. LED-nauhat sopivat pitkäaikaiseen-käyttöön (esimerkiksi ympärivuotiseen-ulkovalaistukseen) ja sovelluksiin, joissa teho on rajallinen (esimerkiksi paristokäyttöiset{8}}valot retkeilyyn tai tilapäisiin koristeisiin). Tämä hyötysuhde ei ainoastaan vähennä sähkönkulutusta, vaan tekee myös LED-jonoista erittäin sopivia käytettäväksi tilanteissa, joissa teho on rajallinen. Paristoilla toimivat merkkijono-LED-valot käyttävät usein matalajännitteisiä tasavirtaparistoja (kuten AA tai AAA) ja niissä on virransäästöominaisuuksia, kuten automaattinen{13}}sammutus, joka on suunniteltu pidentämään akun käyttöikää entisestään.
String-LEDit pystyvät toimimaan yhdistämällä yksittäisten LEDien elektroluminesenssiominaisuudet tiettyihin piirirakenteisiin, virtalähteeseen ja ohjaustekniikoihin. Toisin sanoen merkkijono-LEDit suorittavat tehtävänsä. Puolijohteiden rekombinaatioprosessin kautta jokainen LED pystyy muuttamaan sähköenergiaa valoksi. Piirit, jotka yhdistävät useita LEDejä sarjaan tai rinnan, pystyvät siis luomaan toimivan järjestelmän. Vakiovaihtovirtasähkö (AC) muunnetaan tasavirtajännitteeksi, jota LEDit vaativat, ja integroidut piirit (IC) tai mikro-ohjaimet mahdollistavat kirkkauden, värin ja kuvioiden mukauttamisen. Nämä suunnittelupäätökset ovat suoraan vastuussa niiden tehokkuudesta, turvallisuudesta ja pitkäikäisyydestä, mikä tekee niistä paremman vaihtoehdon kuin perinteiset hehkulamput. String-LEDit kehittyvät edelleen tekniikan edetessä, minkä seurauksena ohjausjärjestelmät ovat älykkäämpiä, kirkkaus ja materiaalit ovat ympäristöystävällisempiä. Tämä vahvistaa entisestään sen asemaa monikäyttöisenä valaistusvaihtoehtona koteihin, yrityksiin ja julkisiin tiloihin.
https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-construction-string-light-100ft-130w.html
Yhdessä teemme siitä paremman.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Mobiili/Whatsapp :(+86)18673599565
Sähköposti:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Verkkosivusto: www.benweilight.com
Lisää:F-rakennus, Yuanfenin teollisuusalue, Longhua, Bao'anin alue, Shenzhen, Kiina
