Jak funguje LED svítilna aneb o světle, teplu a vyvážení bílé
Myslím, že pro nikoho zde není tajemstvím, že obrovské číslo školní dětiKdyž se podíval na fotografie z protileteckých krytů a opuštěných továrních dílen, myslí si něco takového: „Najdu nový bombardér, udělám spoustu fotek na svůj telefon, vytáhnu krabici GP-5 a odvezu k prodejci. , vyrobím šílenou baterku pomocí šmejdů a lepicí pásky, vyndám všechno, co není svařené, budu to řídit, koupím si DSLR a budu mega-pravdivý-digg-stalker.“
Někdo selže hned v prvním kroku, ale někteří, kteří nemají čas nechat se chytit soukromými bezpečnostními společnostmi, jdou dále a někdy je 5. krok implementován v těchto formách:
Vlastní chlad přitom nabobtná do prostě neuvěřitelných rozměrů, ale velmi brzy začnou vypálené diody majiteli robertka-kompenzátoru napovídat, že někde udělal chybu.
A to se děje proto, že LED jsou choulostivá věc a neslušný postoj k sobě samému jako „svinout 100500 XNUMX kusů dohromady a připojit se k baterii z dědečkovy Moskviče“ není přijatelný.
Kdysi byla všechna světla sestavena na svazcích malých diod, jako je tato:
Ne náhodou se design shoduje s designem indikační LED – bylo to provedeno kvůli zlevnění výroby, takže přechod z jednoho typu na druhý spočíval především ve výměně popelnice za krystaly v montážní lince. Ale spolu s většinou prvků zdědily nové diody také omezení maximálního provozního proudu, protože ne veškerá energie, která jim je dodávána, se přemění na světlo a je obtížné odvádět teplo přes tloušťku plastu přes pár drátů. . Proto byly vyvinuty nové balíčky pro rychlé odstranění tepla z čipu:
Provozní proud prudce vyskočil – již ne 20 mA, ale 40, 60, 100, 150, 350 a 700 mA – 35krát více než dříve! Pak se objevily vzorky určené pro 1, 1,5, 3A a ještě více. Maximální výkon však rychle narazil na omezení napájecího zdroje, ale to je téma na jinou diskusi.
Ve skutečnosti bílá LED není vůbec bílá, protože bílé světlo je směsí záření s různými vlnovými délkami v rozsahu od 400 do 700 nm a krystal vyzařuje světlo v mnohem užším rozsahu – pro oko se jeví jako výrazná barva:
Něco podobného jako bílé světlo lze získat smícháním tří základních barev – červené, modré a zelené. Výsledek bude něco takového:
To je samozřejmě lepší než čárové vyzařování zářivky:[img]- BROKEN IMAGE #83797 -[/img]
Ale nedosahuje ani úrovně žárovky. V tomto světle je obzvláště obtížné fotografovat, protože určité oblasti ve spektru jsou prakticky vybité, a proto velmi trpí podání barev a jejich vnímání. Všechny světelné zdroje svítí jinak, takže pro hodnocení různých světelných zdrojů bylo vynalezeno něco jako CRI – zkratka slov index barevného vykreslení, nebo přeloženo do ruštiny – index podání barev. Jedná se o parametr, který ukazuje míru korespondence přirozené barvy tělesa s viditelnou (zdánlivou) barvou tohoto tělesa při osvětlení daným světelným zdrojem.
Samotný index podání barev je jakousi záplatou teplota barvy, kterou lze chápat jako teplotu, na kterou se musí určitý polotovar zahřát, aby jeho emisní spektrum odpovídalo spektru našeho zdroje:
Je vidět, že čím vyšší je barevná teplota světelného zdroje, tím více se jeho viditelná barva posouvá směrem k modré. Ve skutečnosti se spektrální maximum záření může posunout dále, do ultrafialové oblasti, ale to už neuvidíme.
Stupnice teploty barev pro nejběžnější světelné zdroje vypadá takto:
Všimli jste si, že všechny lampy svítí jinak? To má hodně společného s tématem fotografie, konkrétně nastavením vyvážení bílé.
Samotná teplota barev nezávisí na indexu podání barev, ale pro každý světelný zdroj lze oba určit:
Vezměte prosím na vědomí, že index podání barev jak u žárovek, tak u oblohy na severní polokouli je považován za velmi vysoký, i když ani jeden z nich není skutečně bezchybný (žárovky jsou velmi slabé v osvětlování modrých tónů a severní obloha je zase o teplotě 7500 K , slabé pod červenými tóny).
Rozdíly v hodnotách CRI menší než pět jednotek jsou nevýznamné a pouhým okem prakticky neviditelné.
V éře filmové fotografie bylo dosažení přesné reprodukce barev při fotografování a tisku poměrně obtížné, ale digitální fotografie tento úkol značně zjednodušila. Jediným požadavkem na originál pro korekci barev je formát RAW, protože ztrátová komprese, dekomprese, korekce barev a přebalení do komprimovaného formátu rychle zkazí kvalitu obrazu. Pokud je to možné, neplýtvejte místem na paměťové kartě. Nyní jsou levné
Trojkrystalové bílé LED, jak je ukázáno výše, jsou svým emisním spektrem podobné zářivkám a jejich index podání barev je také nízký. Toto (a obtížnost získání čistě bílé barvy) vedlo k tomu, že většina bílých LED je vyrobena pomocí fosforu – látky, která absorbuje světlo a znovu ho vyzařuje v jiném rozsahu. V nejjednodušším případě to vypadá asi takto:
Čím nižší je barevná teplota LED, tím silněji fosfor absorbuje primární světlo a tím silněji vyzařuje ve žluté části spektra.
Vlastně tady začíná zábava. Vidíte mezeru v modré oblasti? V případech, kdy je vyžadována zvýšená přesnost barev, se používá fosfor složitějšího složení, který vyzařuje nejen ve žluté oblasti:
V současné době převážnou část LED vyrábí Cree, vše ostatní se zdá být buď zbytky starých dovozů, nebo málo vídané exotiky.
Toto je zoo:
A to vše od jednoho výrobce. Navíc přibližně třetina zobrazených položek je již zastaralá.
Tento graf ukazuje charakteristiky proud-napětí tří nejběžnějších LED dnes ve stejném měřítku:
Zdá se, že vše je jednoduché a jasné – čím vyšší napětí, tím větší proud diodou, čím čerstvější baterie ve svítilně, tím jasnější světlo. Ale tady leží hlavní přepadení.
Všechny elektrické vodiče se během provozu zahřívají. U žárovky je to nutné – svítí pouze zahříváním kovové spirálky na vysokou teplotu, ale u LED je to nepříjemný vedlejší efekt. Kromě toho se s rostoucí teplotou snižuje vodivost kovu – samotná žárovka se zdá být chráněna před přetížením, ale polovodičový krystal se chová přesně opačně:
Čím větší je provozní proud diody, tím je přeměna elektrické energie na světlo méně účinná a tím větší je podíl elektrické energie přeměněné na teplo, které ohřívá krystal. Proto není možné přímo převádět napětí přivedené na LED na světelný výstup.
V tomto případě generované teplo přispívá k procesu snižování účinnosti – čím vyšší je teplota krystalu, tím horší je emise světla.
Tím trik nekončí – čím je krystal teplejší, tím lépe vede elektrický proud a tím je teplejší. Vezměte prosím na vědomí, že za určitých podmínek snížení úbytku napětí na čipu o pouhých 8 % způsobí více než dvojnásobek proudu! Pokud nepodniknete žádné kroky, LED dioda dlouho nevydrží. Téměř vždy tím trpí levné čínské svítilny, u kterých extrémní zjednodušení designu spolu s extrémním snížením nákladů prostě nedávají šanci na dlouhý a spolehlivý provoz.
Zdálo by se, že LED nemá spirálu, takže se nebojí nárazů, vibrací a vyhoření. Obsahuje však fosfor, který postupem času zpracovává světlo stále méně efektivně a samotný krystal se začne vlivem změn ve své struktuře časem slaběji lesknout. Typicky se životnost diody měří, dokud výkon světla neklesne o 30 % oproti originálu: Je jasně vidět, že čím horší je chlazení LED, tím kratší je její životnost.
Všechny vysoce výkonné LED diody jsou navrženy pro práci s externím chladičem a téměř všechny jsou navrženy pro automatizovanou instalaci. To znamená, že „tepelná základna“ diody musí být připájena ke kovové základně, na které je instalována.
Takové základny se prodávají hotové a jsou to plošné spoje na kovové základně. Obvykle je základna vyrobena z hliníku, ale pro speciální estéty, kteří nejsou omezeni finančními prostředky, existují také měděné. O stříbrných jsem neslyšel
Pro každý typ diody je vyroben speciální typ desky:
Chcete-li si LED svítilnu sestavit opravdu sami, ale páječku držíte v rukou poprvé v životě, poohlédněte se po diodách již připájených k základně. Sami je tam nedáte.
Někdy je z důvodu hospodárnosti základna vyrobena z DPS pokrytého měděnou fólií, do které je vyvrtáno mnoho malých otvorů a na jejich stěny je nanesena tenká vrstva kovu. V reálném životě to vypadá asi takto:
Toto řešení funguje při nízkém výkonu, ale i když je lepší než konvenční PCB, je mnohem horší než normální „hvězdy“.
Když se podíváte na technický popis diody, najdete tam destičku, která vypadá asi takto: Je na ní mnoho různých čísel, ale obecná myšlenka je taková: čím lepší je barevné podání, tím nižší je jas a žlutější světlo. Samozřejmě je příjemné vědět, že svítilna má spoustu lumenů a silný modro-bílý paprsek vypadá chladně i při pohledu ze strany. Pokud se však dostane do mlhy nebo oblaku páry, bude taková baterka především jejím majitelem a člověk prakticky nevnímá rozdíl ve světelném toku 30% kvůli zvláštnostem vidění (proto jsou mlhová světla žlutá). Rozhodněte se tedy, co je pro vás důležitější – cool vzhled nebo dobré světlo a dobré fotky
A na závěr – o jedné rozšířené čínské elektroinstalaci. Velmi často najdete v prodeji něco takového:
Ve skutečnosti 1600 lumenů není ani zdaleka. Odkud tato čísla pocházejí?
Je to jednoduché. Udávaná účinnost diody (160 lumenů na watt) se jednoduše vynásobí maximálním výkonem (10 wattů). ve skutečnosti lze 160 lumenů na watt dosáhnout pouze v laboratorním prostředí – na předchlazené diodě, při nízkém provozním proudu a v krátkém pulzu, než se krystal stihne zahřát (pamatujete na grafy?).
Ve skutečnosti nebude vše tak růžové. Při proudu 3A bude dávat dioda XM-L T6 cca 950-980 lumenů světla, na ztrátách se podílí i optika baterky (dobrý reflektor dává 3-8% ztrát, dobrý objektiv s celk. vnitřní odraz – 10-12%, průměrný – 15-20%, sklo lucerny – 4-15 – celkový výkon bude asi 700 lumenů.
U baterek s nastavitelným ohniskem je situace ještě horší. jsou navrženy tak, že při plně zaostřeném paprsku zůstane uvnitř svítilny až 60 % světla. Navíc se v ní kvůli přítomnosti pohyblivých částí nevyhnutelně dostává vlhkost, prach a samotná dioda se přehřívá, což na její provoz nemá nejlepší vliv.
