Як світлодіоди вважаються ефективними?

Я завжди знаходив схеми, що містять світлодіоди, важко зрозуміти, будь ласка, майте мене. Я знаю, що більшості людей це легко, але я їх плутаю, тому деякі мої припущення можуть бути невірними, будь ласка, виправте мене, якщо це так.

Тож до питання: Оскільки світлодіоди, зрештою, діоди, вони по суті діють як провідники з напругою вперед, правда? Ось чому нам потрібен висувний резистор для регулювання струму, який протікає по ланцюгу.

Наприклад, скажімо, у нас є світлодіод з Vf 2 В і робочим струмом 20 мА. (Я думаю, що ці цифри є правильними? Знову, якщо ні, будь ласка, повідомте мене.) А наше джерело живлення - постійний 4В. Це означає, що нам потрібен резистор для витягу 20 мА при 2 В, тому це був би резистор 100 Ом, через нього проходить 40 мВт. Це невелике споживання енергії, але половина поданої енергії витрачається через тепло. Так що в цьому випадку не найкраща ефективність випадку 50%? Я б подумав, що насправді не є ефективним щодо джерел живлення постійного струму.

Тож коли люди посилаються на високу ефективність світлодіодів, чи мають на увазі те, що самі світлодіоди ефективно перетворюють енергію, яку вони використовують, у світлі, чи це вважається ефективним навіть після врахування 50% максимальної ефективності настінного штекера?

Або це просто те, що я наводив приклад, який, здається, є жахливим дизайном схеми, який ніколи не знайдеться у виробничих додатках?

Здається, ви плутаєтесь між ефективністю світлодіода та ефективністю ланцюга для керування світлодіодом.

Щодо світловіддачі на одиницю енергії, що використовується світлодіодом, вони є ефективним способом генерування світла. В абсолютному плані вони не великі, вони приблизно 10% ^[1] ефективні в цьому відношенні, проте це все ще набагато краще, ніж ~ 1-2% від звичайної лампи розжарювання.

Але що з цієї сили витрачено в резисторі. Серійний резистор - це найпростіший спосіб керування світлодіодом, це далеко не єдиний спосіб зробити це.

Навіть прилипаючи до резистора, що, якщо ми поставимо 20 ваших 2В світлодіодів послідовно і поставимо їх на 45В? Зараз ви використовуєте 45 * 0,02 = 900 мВт, з яких 800 мВт переходить у світлодіоди, а серійним резистором використовується лише 100 мВт (11%).

Але ми можемо зробити це ще більш ефективним, причина резистора полягає в тому, що світлодіоди потребують постійного струму, а більшість електроніків розроблені для подачі постійної напруги. Найпростіший спосіб перетворення з одного на інший (при умові постійного навантаження) - це підкинути резистор серії.

Ви можете отримати джерела живлення постійного струму. Якщо ви використовуєте один із них для керування світлодіодом, то резистор можна усунути, і ви можете отримати ефективність понад 90% від загальної потужності вашої системи, що надходить на світлодіоди.

Для домашнього проекту або простого індикатора сигналу резистор набагато дешевший і простіший, але якщо ви їдете багато світлодіодів, то логічним вибором є платити трохи більше, мати трохи складніший контур і використовувати виділену постійну поточний світлодіодний драйвер IC.

1. Як зазначається в коментарях, 10% є хорошим орієнтиром для поточного освітлення для дому та, ймовірно, також для правильних дешевих світлодіодних світлодіодів з використанням старих процесів. Більш нові одноколірні деталі дозволяють досягти значно більшого рівня ефективності.

Ефективність світлодіода відноситься до того, наскільки ефективний світлодіод. Це не має нічого спільного з тим, наскільки ефективний чи ні привідний ланцюг.

У багатьох випадках загальна ефективність схеми світлодіодів не викликає особливих проблем. Якщо світлодіод просто використовується в якості індикатора, в першу чергу це низька потужність. Типовий зелений світлодіод падає 2,1 В і досить яскравий для використання індикаторів при 20 мА. Це потужність 42 мВт, що надходить у світлодіод. Навіть якщо додаткові 50 мВт втрачаються в ланцюзі, що керує світлодіодом, загальне споживання електроенергії у багатьох випадках все ще не має наслідків.

У деяких додатках з низькою потужністю 100 мВт може бути великою кількістю енергії. У таких випадках більше уваги буде поставлено в ланцюзі, окрім дешевого і простого резисторів серії для зручного живлення. До різних хитрощів можна віднести використання світлодіодного індикатора підвищеної ефективності та його зарядження при меншому струмі, використання джерела, що знаходиться лише на трохи вище напруги світлодіода, регулювання користувальницького інтерфейсу таким чином, щоб миготіння чи інше утримання світлодіода відключило частину часу, і високий ККД постійного струму для живлення світлодіода.

Ефективність також має значення у великих потужностях, таких як освітлення. У таких випадках електроніка вкладає більше зусиль і виробничих витрат, щоб мінімізувати додаткову потужність, що розсіюється поза світлодіодом. Часто основною причиною досягнення максимальної ефективності є не стільки не витрачаючи енергію, скільки не мати справу з теплом, викликаним витраченою потужністю.

Питання про те, наскільки ефективні фактичні світлодіоди, є хорошим, але відповідь є складнішим, ніж можна очікувати. Можливість освітлення зазвичай виражається в «люменах».

Ефективність світлодіодів зазвичай виражається в будь-якому випадку

• вихід енергії світла або

• можливість освітлення

на одиницю введеної енергії.

Для даного виходу просвіту ефективність зазвичай виражається в люменах на ватт (л / Вт) або у світловій енергії на Вт Вт / Вт. Перша цифра є більш корисною для практичних програм освітлення, а друга є більш значимою з точки зору ефективності перетворення енергії.

Якщо б у люменів і світлової енергії було фіксоване співвідношення, то визначення ефективності було б простим. Однак те, що дана цифра просвіту представляє з точки зору "світлової енергії", залежить від спектрального складу світла.

Люмени виражаються в теоретичній кривій реакції людського ока. Та сама кількість світлової енергії буде виробляти різну кількість люменів, оскільки довжина світлової хвилі або суміш довжин хвиль змінюється. Як наслідок, довжина хвилі або довжина хвилі джерела відіграють важливу роль у люменах, що утворюються за один вхід енергії.

На кінці короткої довжини хвилі видимого спектру (не зовсім ультрафіолетового) чутливість очей надзвичайно низька, тому люмен / Ватт низький - настільки, що звичайно цитувати вихід джерел глибокого синього та "Королівського синього" з точки зору мВт / Вт (енергія світла на одну електричну енергію). Це дуже корисно, оскільки світлодіодне сімейство, яке включає світлофори без фосфору та люмінофора, дозволяє проводити порівняння. Наприклад, "верхній бункер для потоку" світлодіодного індикатора Cree Royal Blue XT-E при роботі на Vf = 2,85 В і If = 350 мА виробляє 613 мВт типово (600, 613, 625 мВт хв / тип / макс) при довжині хвилі. 465 Нм.
Це дорівнює ефективність перетворення електричного світла в світло 60,2% / 61,5% / 62,7% хв / тип / макс.
Див. Сторінку 19 таблиці даних Cree XT-E в правому куті таблиці - XTEARY-00-0000- 000000Q01

Верхня біла люмінофорна версія цього ж світлодіода виробляє 180 люмен при 25 ° С при 2,77 В, 350 мА = 970 мВт постійного струму в або 186 люмен / Вт.

Якби енергія світла від Royal Blue & White LEDS була однаковою, то білий світлодіод матиме показник 100% l / W 186 / 61,5% = 302 л / Вт при 100% ефективності. Однак виходи світла не є однаковими (цілком), оскільки на білому світлодіоді частина синього світла світлодіодного штампу використовується безпосередньо, а решта збуджує люмінофор (і) з деякими втратами в ефективності перетворення світла в світло.

Як зазначалося, у Вікіпедії (правильно) зазначено, що максимальний теоретичний показник л / Ш становить 683 л / Вт.
Як це можна погодити з твердженням, що 100% ефективність білого світлодіода становить ~ = 300 л / Вт - і той факт, що зараз різні виробники виробляють білі світлодіоди з ефективністю> 300 л / Вт?

Відповідь полягає в корисному, але притаманному (або таємничому, але корисному) тому, що оцінка просвіту пов'язана з реакцією очей. Максимальна чутливість очей виникає при довжині хвилі 555 нм. Максимально можлива ефективність в л / Вт досягається при монохроматичному джерелі при 555 нм. У будь-якому іншому джерелі, монохроматичному або багатохвильовому, буде нижчий 100% теоретичний можливий показник l / W.

"Ідеальним" джерелом білого світла є чорний кузовний радіатор на 5800 к. С. Спектр, усічений до діапазону 400-700 нм і має максимальну ефективність 251 л / Вт !!!!

Внесення різних регулювань для підтримки "білого" світла при зміні% різної довжини хвилі може бути досягнуто підвищення ефективності білого. Чорний корпус розміром 2800 кВт, врізаний несиметрично для досягнення показника ІРЧ 95, має теоретичну ефективність 370 л / Вт.

Але зачекай - ще є, але, можливо, пізніше.
Я повернусь і додам джерела та більше деталей, але вищевикладене свідчить про те, що відповідь важче, ніж питання, і демонструє, що за справжньої енергії на енергію з точки зору найкращих сучасних світлодіодів досягається ефективність перетворення енергії> 50%.

Більше anon - легкі зникають - робота на корінці манить ...

Довідкова інформація WIP

https://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy

Аналіз світлової ефективності білого світлодіода для перетворення фосфору

https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode#Efficiency_and_operational_parameters

http://www.hi-led.eu/wp-content/themes/hiled/pdf/led_energy_efficiency.pdf

http://www.philips.com/consumerfiles/newscenter/main/design/resources/pdf/Inside-Innovation-Backgrounder-Lumens-per-Watt.pdf

2014 http://www.forbes.com/sites/peterdetwiler/2014/03/27/leds-will-get-even-more-efficient-cree-passes-300-lumens-per-watt/#258823b870b4

http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/March/300LPW-LED-barrier

Корисно:

http://boards.straightdope.com/sdmb/showthread.php?t=719499