Как считают светодиоды эффективными?

Мне всегда было трудно понять схемы, содержащие светодиоды, пожалуйста, потерпите меня. Я знаю, что большинству людей это легко, но я смущен ими, поэтому некоторые из моих предположений могут быть неверными, пожалуйста, исправьте меня, если это так.

Итак, на вопрос: поскольку светодиоды, в конце концов, являются диодами, они, по сути, действуют как проводники с прямым напряжением, верно? Вот почему нам нужен понижающий резистор для регулирования тока, который протекает через цепь.

Например, скажем, у нас есть светодиод с Vf 2 В и рабочим током 20 мА. (Я думаю, что эти цифры разумны, верно? Опять же, если нет, пожалуйста, дайте мне знать.) И наш источник питания постоянно 4V. Это означает, что нам нужно, чтобы резистор потреблял 20 мА при 2 В, поэтому это был бы резистор 100 Ом с прохождением через него 40 мВт. Это незначительное энергопотребление, но половина потребляемой энергии теряется из-за тепла. Так что, в этом случае, не лучший ли КПД в 50%? Я думаю, что это не очень эффективно с точки зрения источников питания постоянного тока.

Итак, когда люди говорят о высокой эффективности светодиодов, они имеют в виду тот факт, что сами светодиоды эффективно преобразуют используемую ими энергию в свет, или это считается эффективным, даже если учесть максимальную эффективность розетки на 50%?

Или просто я привел пример ужасного замыкания, который никогда не встретится в производственных приложениях?

Вы, похоже, путаетесь между эффективностью светодиода и эффективностью схемы управления светодиодом.

С точки зрения светоотдачи на единицу энергии, используемой светодиодом, они являются эффективным способом генерации света. В абсолютном выражении они не велики, они эффективны примерно на 10% ^[1] в этом отношении, однако это все же намного лучше, чем ~ 1-2% обычной лампы накаливания.

Но что из этой мощности впустую в резисторе. Последовательный резистор - это самый простой способ управления светодиодом, это далеко не единственный способ сделать это.

Даже если придерживаться резистора, что если мы подключим 20 ваших 2В светодиодов последовательно и подадим на него 45В? Теперь вы используете 45 * 0,02 = 900 мВт, из которых 800 мВт идет на светодиоды, и только 100 мВт (11%) используется последовательным резистором.

Но мы можем сделать его еще более эффективным, причина резистора в том, что светодиоды нуждаются в постоянном токе, а большинство электроники рассчитано на постоянное напряжение. Самый простой способ преобразовать один в другой (при условии постоянной нагрузки) - это включить последовательный резистор.

Вы можете получить источники постоянного тока. Если вы используете один из них для управления своим светодиодом, тогда резистор можно будет исключить, и вы сможете получить более 90% общей мощности вашей системы, поступающей на светодиоды.

Для домашнего проекта или простого индикатора сигнала резистор намного дешевле и проще, но если вы используете много светодиодов, то логичным выбором будет платить немного больше, иметь немного более сложную схему и использовать выделенную постоянную текущий светодиодный драйвер IC.

1. Как отмечается в комментариях, 10% является хорошим критерием для текущего домашнего освещения и, вероятно, также является правильным для дешевых товарных светодиодов с использованием более старых процессов. Новые однотонные детали могут достигать значительно более высоких уровней эффективности.

Эффективность светодиода означает, насколько он эффективен. Это не имеет никакого отношения к тому, насколько эффективна или нет схема движения.

Во многих случаях общая эффективность схемы светодиодов не является большой проблемой. Если светодиод просто используется в качестве индикатора, это, во-первых, низкое энергопотребление. Типичный зеленый светодиод падает на 2,1 В и достаточно яркий для использования индикатора при 20 мА. Это 42 мВт мощности, идущей на светодиод. Даже если в цепи, управляющей светодиодом, теряются дополнительные 50 мВт, общее энергопотребление во многих случаях остается незначительным.

В некоторых приложениях с низким энергопотреблением 100 мВт может быть большим количеством энергии. В таких случаях в цепи, отличной от дешевого и простого последовательного резистора, будет уделено больше внимания некоторому удобному источнику питания. Различные приемы включают в себя использование светодиода с более высокой эффективностью и его работу при более низком токе, использование источника питания, который немного выше напряжения светодиода, настройку интерфейса пользователя таким образом, чтобы допустимо мигание или иное отключение светодиода в течение некоторого времени, и высокоэффективный источник постоянного тока для привода светодиодов.

Эффективность также имеет значение в приложениях с высокой мощностью, таких как освещение. В таких случаях в электронику вкладывается больше усилий и производственных затрат, чтобы свести к минимуму дополнительную мощность, рассеиваемую вне светодиода. Часто главная причина максимизации эффективности заключается не столько в том, чтобы не тратить энергию впустую, сколько в том, чтобы не иметь дело с теплом, вызванным потерей мощности.

Вопрос о том, насколько эффективны реальные светодиоды, хороший, но ответ более сложный, чем можно было ожидать. Способность освещения обычно выражается в «люменах».

Эффективность светодиодов обычно выражается через

• световой выход энергии или

• способность освещения

за единицу потребляемой энергии.

Для данного люменного выхода эффективность обычно выражается в люменах на ватт (л / Вт) или в световой энергии на ватт Вт / Вт). Первая фигура более полезна в практических применениях освещения, но вторая более значима с точки зрения эффективности преобразования энергии.

Если бы люмен и световая энергия имели фиксированную взаимосвязь, то определение эффективности было бы простым. Однако то, что данная фигура в люмене представляет в терминах «энергии света», зависит от спектрального состава света.

Люмены выражены в терминах теоретической кривой реакции человеческого глаза. Одно и то же количество световой энергии будет давать различное количество люменов, так как длина волны света или смесь длин волн варьируются. Как следствие, длина волны или длины волны источника играют важную роль в люменах, производимых на вход энергии.

На коротковолновом конце видимого спектра (не совсем в ультрафиолетовом диапазоне) чувствительность глаза чрезвычайно низка, поэтому люмен / ватт низкие - настолько, что обычно цитируют выход темно-синего и «королевского синего» источников в терминах мВт / Вт (световая энергия на электрическую энергию). Это очень полезно, так как семейство светодиодов, которое включает бесфосфорные светодиоды и светодиоды на основе люминофора, позволяет провести некоторые сравнения. Например, «верхний бункер потока» светодиода Cree Royal Blue XT-E при работе при Vf = 2,85 В и If = 350 мА вырабатывает 613 мВт (600, 613, 625 мВт / мин / тип / макс) на длине волны 465 Нм.
Это соответствует эффективности преобразования электричества в свет 60,2% / 61,5% / 62,7% мин / тип / макс.
См. Страницу 19 таблицы Cree XT-E в правом верхнем углу таблицы - XTEARY-00-0000- 000000Q01

Верхний вариант с белым люминофором того же светодиода выдает 180 люмен при 25 ° C при 2,77 В, 350 мА = 970 мВт постоянного тока или 186 люмен / ватт.

Если бы световая энергия светодиодов Royal Blue & White была такой же, тогда белый светодиод имел бы показатель 100% л / Вт, равный 186 / 61,5% = 302 л / Вт, при КПД 100%. Однако световые потоки не являются идентичными (вполне), поскольку в белом светодиоде часть синего света светодиодной матрицы используется напрямую, а остальная часть возбуждает люминофор (ы) с некоторой потерей эффективности преобразования света в свет.

Как уже отмечалось, Википедия (правильно) утверждает, что максимальный теоретический показатель l / W составляет 683 l / W.
Как это можно согласовать с утверждением, что 100% -ная эффективность белого светодиода составляет ~ = 300 л / Вт - и тот факт, что различные производители в настоящее время производят белые светодиоды с эффективностью> 300 л / Вт?

Ответ заключается в полезном, но загадочном (или загадочном, но полезном) факте, что оценка просвета связана с реакцией глаз. Максимальная чувствительность глаз наблюдается на длине волны 555 нм. Максимально возможная эффективность в л / Вт достижима при монохроматическом источнике при 555 нм. ЛЮБОЙ другой источник, монохроматический или мультиволновой, будет иметь более низкую теоретическую возможную величину в 100%.

«Идеальным» источником белого света является излучатель черного тела на 5800k, спектр которого усечен до диапазона 400-700 нм и имеет максимальную эффективность 251 л / Вт !!!!

Делая различные регулировки для поддержания «белого» света при изменении% различных длин волн, можно добиться повышения эффективности белого. Черный корпус 2800k, усеченный асимметрично для достижения CRI 95, имеет максимальную теоретическую эффективность 370 л / Вт.

Но подождите - это еще не все, но, может быть, позже.
Я вернусь и добавлю источники и более подробную информацию, но вышеизложенное показывает, что ответ сложнее, чем вопрос, и демонстрирует, что при истинном расходе энергии на единицу энергии с точки зрения лучших современных светодиодов достигается эффективность преобразования энергии> 50%.

Больше анона - свет исчезает - манит работа на крыше ...

Рекомендации WIP

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

Анализ светоотдачи люминофор-конверсионного белого светодиода

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

Полезное:

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