Diody LED s malým výkonem v osvětlení

První LED diody byly elektronickými prvky všeobecně používanými pro signalizaci stavu práce zařízení. Teprve odnedávna je světelný paprsek těchto prvků natolik silný, že nacházejí stále širší využití ve světelné technice.

Vývoj technologie výroby polovodičů umožnil vylepšení světelných parametrů LED diod při současném snížení cen těchto prvků. Velmi podstatným parametrem je životnost polovodičových světelných zdrojů, určovaná jako čas, po kterém hodnota světelného toku činí 30 nebo 50 % počáteční hodnoty. Taktéž závažný je fakt, že v případě svítivých LED diod velmi zřídka dochází k jejich úplnému vyhasnutí, setkáváme se jedině s postupným, pozvolným snižováním světelných parametrů. V závislosti na typu a výrobci prvků, činí udávané životnosti od 20 dokonce do 100 tisíc hodin. Proto ve světelné elektroluminescenční technice jsou LED diody uznávány jako jeden z nejrozvojovějších světelných zdrojů a právě v oblasti jejich vývoje jsou nyní velmi intenzivní výzkumné práce.

LED zdroje světla mají unikátní stavbu a princip činnosti, úplně odlišný od všech jiných druhů světel. Musíme to vzít v úvahu při projektování svítidel a výběru osvětlení. LED dioda je prakticky soustavou bodového zdroje světla s velmi silným jasem (spoj p-n) s integrovaným kolimátorem (optickou soustavou) ve společném tělese. Energie je vyzařována jen v jednom směru. Díky tomu směrová svítivost tohoto prvku je velmi vysoká. Vyzařování svítivosti LED diody je tvarováno prostřednictvím využití optické soustavy. Tyto prvky je možno rozdělit do dvou základních skupin:

Přesná hodnota kondukčního proudu je udávána v katalogových údajích výrobce tohoto produktu. Diody musí být napájeny vhodným proudem, což vyžaduje použití ještě odděleného, dodatečného prvku, tj. transformátoru. Přepětí a překročení přípustného pracovního proudu způsobuje poškození prvků LED diod nebo podstatné zkrácení jejich životnosti. Proto životnost celého systému osvětlení jakož i samotných LED prvků je velmi závislá na použitém napájecím zdroji.

Nejnovější konstrukce LED diod dosahují světelnou účinnost na úrovni 50 lm/w pro barvu červenou a 30 lm/W pro barvu bílou. Světelná účinnost červených diod je asi 10 násobně vyšší než u žárovek s barevným filtrem, což je ve spojení s ostatními klady dělá ideálními brzdovými světly vozidel a jsou ideální i v jiných druzích světelné signalizace.

V případě bílých diod je jejich světelná účinnost srovnatelná s halogenovými žárovkami, což je při současných cenách LED diod obtížné akceptovatelné.

Jednotkový výkon diod v jedné struktuře činí obvykle od 0,7 W do 3 W. Typické pracovní proudy LED s velkým výkonem činí 350 mA a 700 mA. Vyskytují se již prvky s pracovním proudem 1 A, a dokonce 1,4 A, a světelné účinnosti na úrovni kompaktních zářivek. Jsou to však již řešení nepříliš obecná. Diody s velkými výkony mají rovněž vysoké ztrátové výkony, což způsobuje vyzařování většího objemu tepla. Proto je nutné využití dodatečného chlazení těchto prvků radiátory. V mnoha případech lze toto velmi obtížné realizovat. Napájení LED diod s velkým výkonem vyžaduje rovněž použití komplikovanějších napájecích zdrojů. Proto cena takových sestav (LED + napájecí zdroj) je nekonkurenční pro tradiční řešení. To je důvodem, že technologie LED s velkým výkonem se rozvíjí mnohem pomaleji než se v začátcích předpokládalo.

LED diody s malým výkonem jsou nyní nejpočetnější skupinou mezi polovodičovými světelnými zdroji. Díky hromadné výrobě těchto prvků jsou mnohem levnější a díky tomu se jejich využití šíří rychleji. Původně LED diody patřily mezi prvky s malým výkonem, cca 40 mW, a v této podobě jsou rovněž obecně vyráběny. Díky menšímu výkonu nemají problémy spojené s odváděním tepla a s nutností použití chladících radiátorů. Nejčastěji se vyskytují diody v cylindrických tělesech průměrů 5 mm a 3 mm. Používají se rovněž miniaturní tělesa pro povrchovou montáž. Pro napájení diod s malým výkonem jsou využívány často jednodušší, a tím také levnější konstrukce napájecích zdrojů. Jednou z širších možností použití diod je dekorační osvětlení vnitřních prostor, kde je často požadováno světlo různých měnících se barev. Využití LED diod je tehdy nejlepším řešením. Usměrnění paprsku je velmi jednoduché, jelikož vyráběné prvky mají užitkový úhel vyzařování světla od několika dokonce po 120°. Barva světla nemusí být korigována a malé rozměry umožňují miniaturizaci celého svítidla. V jednom svítidle můžeme využít diody různých barev a libovolně řídit jejich světelný paprsek. Toto umožňuje tvorbu zajímavých a měnících se světelných efektů. Počet zapnutí a vypnutí nemá vliv na životnost těchto světelných zdrojů.



Jedním ze zajímavějších příkladů využití modulů s LED diodami s malým výkonem je nová řada vestavných svítidel PERO LED. Je to ekvivalent tradičních svítidel PERO, ve kterých místo halogenové žárovky napájené napětím 12 V je použit modul 8 LED diod. V nabídce jsou tři verze svítidel PERO 10 LED, PERO 20 LED a PERO 30 LED lišící se výřezem v čelní ploše. Tak jako jejich tradiční ekvivalenty jsou určeny pro napětí 12 V. Nabízeny jsou verze se dvěma barvami světla diod: modrým a bílým. Obdobně jsou provedená svítidla ASPRO 10 LED, ASPRO 20 LED a RENO LED, které jsou rovněž ekvivalenty tradičních svítidel s využitím modulu se 14 LED diodami. Světelný paprsek svítidel v LED verzi je menší než pro verzi žárovkovou, avšak v mnoha případech dekoračního osvětlení to může být přednost. V tělese svítidel je pod modulem umístěn napájecí zdroj. Díky tomu jsou svítidla provedená v I bezpečnostní třídě ochrany napětí 230V/50Hz a nevyžadují použití dodatečných napájecích zdrojů, což podstatně zjednodušuje instalaci. Využití ekvivalentů svítidel s LED moduly poskytuje rovněž projektantům větší možnosti při výběru osvětlení.

Široká nabídka BRILUM LED světelných zdrojů s různými druhy patic a objímek již dnes dovoluje plnohodnotné nahrazení klasických žárovek a halogenových žárovek. Jsou to například světelné LED zdroje značky BRILUM: GU-10D, GU-10P, MR-16D, JCR-E14D, JCR-327D nebo LED zdroje značky ELGO: ACRICHE R50, ACRICHE GU10 a ACRICHE S4F.

LED diody s malým výkonem jsou neustále modernizovány a mají stále lepší světelné parametry. Nenahradí jistě velké LED struktury, ale jejich podíl v osvětlení se bude neustále zvětšovat a odhalovat svoje další možnosti.

Paweł Sadowski

Literatura:
1.Materiály LUMILEDS Future Electronics z konference LED, Ústav Elektrotechniky, Varšava 2005.

 

Články

Naše nabídka