El artículo destaca los principios de diseño y funcionamiento de los LED. Se presta especial atención a las lámparas, luminarias ensambladas sobre su base y el mecanismo para su inclusión en la red eléctrica.
La necesidad del diseño e instalación de sistemas de iluminación interior y exterior crece cada año. No es práctico utilizar lámparas incandescentes viejas y probadas para resolver estos problemas: son de corta duración y tienen un consumo de electricidad excesivo con poca salida de luz. Se reproducen con las llamadas bombillas de bajo consumo, pero aquí hay un inconveniente significativo: el uso de materiales tóxicos, principalmente mercurio, en el diseño. Puede encontrar una alternativa razonable estudiando cómo funciona la lámpara LED. Esto se discutirá en el artículo.
¿Qué es un LED?
En algún lugar de 1907, el entonces famoso inventor y experimentador británico, Henry Round, descubrió por primera vez un fenómeno que más tarde llamó electroluminiscencia. Estudiar las características de la distribución de corriente eléctrica en diversos materiales. Como sistema experimental, se utilizó un par metal-carborundo. Cuando se aplicó voltaje desde el lado de este último, se observó un resplandor.
El concepto de semiconductores no existía en ese momento. Pero incluso entonces, los científicos probablemente entendieron que se descubrió una tecnología potencialmente prometedora. El hecho es que en una bombilla ordinaria, se genera un resplandor debido al calentamiento de un filamento de tungsteno. Es decir, no la corriente eléctrica en sí, sino una temperatura de más de 2500 K se convierte en la causa. En el experimento antes mencionado, la luz también se emite cuando se aplica corriente a los contactos, pero la temperatura no es una condición, sino una consecuencia del proceso. Un campo eléctrico excita los átomos, causando su recombinación, luz y radiación térmica.
Mientras tanto, si estudiamos el tema de los semiconductores con más detalle, resulta que no todos pueden funcionar como funciona un LED. Un ejemplo es una unión pn homogénea en la que el intervalo de banda a menudo no corresponde al potencial de energía requerido. Además, el cristal en sí tiene defectos, cuyo número no permite una recombinación perfecta.
La estructura cristalina heterogénea que se puede obtener utilizando tecnología epitaxial. Si es más simple, se reduce a su cultivo en laboratorio. Para esto, se usa un sustrato de zafiro especial, que se coloca en la cámara. Allí se suministra una mezcla de gases que contiene los componentes necesarios. Bajo las condiciones creadas, se asientan gradualmente en el sustrato, formando una estructura multicapa. La precisión del “crecimiento” se controla hasta la capa atómica. Además de las capas activas, se crean salidas de contacto en esta etapa para el ánodo y el cátodo.
Estructura LED
Este cristal en miniatura es el elemento principal del LED, que también incluye:
- Base / respaldo. Un elemento estructural sobre el que se monta directamente el cristal. Está hecho de cobre o aluminio: materiales con un alto coeficiente de conductividad térmica (la eficiencia de la eliminación de calor es la base para el funcionamiento normal de un semiconductor);
- Cuerpo. El nodo en el que se ensamblan todos los elementos del LED. Proporciona dimensiones generales y de montaje del dispositivo;
Grupo conductivo. La combinación del cátodo y el ánodo, que por un lado están conectados por las salidas correspondientes en el chip, y por otro, forman patas de contacto para integrar el dispositivo en el circuito eléctrico; - Lente. Un elemento estructural que proporciona propagación direccional de un haz de luz;
- Fósforo. Composición viscosa, que está recubierta en la parte superior del cristal. En la mayoría de los casos, es de color amarillo. Protege el chip del contacto con el medio ambiente, pero su función principal es proporcionar el color y el brillo necesarios de la radiación.
El último componente se utiliza en los llamados LED blancos. El hecho es que la radiación nativa del material del que está hecho el cristal tiene un color azul, verde, amarillo u otro color, pero no blanco. Al pasar a través del fósforo, las ondas de luz también se generan en este último, que en combinación dan el color deseado.
Principio de funcionamiento del dispositivo de la lámpara de hielo
Ahora pasemos a la siguiente etapa en el desarrollo de la tecnología: la ampliación de dispositivos semiconductores individuales en una macroestructura. Esto sucede mediante la integración de LED individuales en una placa de circuito impreso con cable de contacto preparada. El tablero, independientemente de su forma, está hecho de materiales con buena conductividad térmica, por ejemplo, el mismo aluminio. Recuerde que el calor que se libera durante la recombinación de agujeros / electrones debe eliminarse tanto como sea posible, ya que el sobrecalentamiento afecta negativamente las características del dispositivo y su durabilidad.
¡Interesante! La colocación y la soldadura de los LED en el tablero ocurre en un complejo robótico especial con un horno. Por lo tanto, se logra una alta precisión, velocidad de montaje y calentamiento puntual de las zonas de contacto, lo que elimina el daño térmico a los elementos.
Al conectar el ensamblaje al circuito de alimentación, puede crear una lámpara o lámpara. Tanto una como la otra versión del dispositivo de iluminación es una combinación de placas de circuito con LED. En el primer caso, el elemento de entrada es una base estándar, y en el segundo, un cable con un enchufe para enchufarlo directamente a la toma de corriente. Esta solución les permite ser utilizados como fuentes de luz intercambiables en luminarias convencionales con lámparas incandescentes instaladas originalmente. Común para los dispositivos es la presencia de un cuerpo de disipador de calor de montaje y una boquilla – difusor.
Conductor de hielo para luces LED: principio de funcionamiento
Teniendo en cuenta el dispositivo y las características del funcionamiento de los dispositivos de iluminación de este tipo, no se puede ignorar el problema de su fuente de alimentación. El hecho es que el LED y el dispositivo ensamblados sobre esta base son equipos de bajo voltaje. Para adaptarlo a los parámetros de la red estándar, debe usar un elemento de entrada especial: el controlador. No lo confunda con una fuente de alimentación convencional, que limita el voltaje: en el caso de los LED, es necesario controlar la corriente. Por ejemplo, si se indica “300 mA / 3 W” en la placa de información del controlador, entonces el voltaje controlado será de 10 V. Es decir, la unidad puede controlar el sistema desde cualquier número de LED, cuya corriente y voltaje total no exceden estos valores: por encima de estos parámetros No se recibirá ningún contacto.
El trabajo en bajas corrientes es uno de los mecanismos para extender la vida útil de las lámparas LED. Si te guía al elegir un dispositivo específico, entonces debes apostar por el menos potente. Por ejemplo, para lámparas o luminarias con una corriente nominal de 350 mA, se recomienda comprar controladores diseñados para 300-330 mA.
También hay un grupo separado de controladores, cuyo principio se basa en conectar un número específico de LED. En este caso, es necesario tener en cuenta no solo las características actuales, sino también las de diseño.