W jaki sposób diody LED są uważane za wydajne?

Zawsze uważałem, że obwody zawierające diody LED są trudne do zrozumienia, proszę o wyrozumiałość. Wiem, że większość ludzi uważa to za łatwe, ale jestem przez to zdezorientowana, więc niektóre z moich założeń mogą być nieprawidłowe, proszę o poprawienie mnie, jeśli tak jest.

Tak więc na pytanie: skoro diody LED są przecież diodami, to w zasadzie działają jak przewodniki o napięciu przewodzenia, prawda? Dlatego potrzebujemy rezystora obniżającego, aby regulować prąd przepływający przez obwód.

Załóżmy na przykład, że mamy diodę LED o Vf 2 V i prądzie roboczym 20 mA. (Myślę, że te liczby są rozsądne, prawda? Ponownie, jeśli nie, proszę dać mi znać.) A nasze zasilanie jest stałe 4 V. Oznacza to, że potrzebujemy rezystora, aby pobierać 20 mA przy 2 V, więc będzie to rezystor 100 Ω, przez który przechodzi 40 mW. To niewielkie zużycie energii, ale połowa dostarczonej energii jest marnowana na ciepło. Czy w tym przypadku nie jest najlepsza sprawność 50%? Pomyślałem, że to nie jest tak naprawdę wydajne pod względem zasilaczy prądu stałego.

Kiedy więc ludzie odnoszą się do wysokiej wydajności diod LED, czy odnoszą się do faktu, że same diody LED skutecznie przetwarzają zużywaną moc na światło, czy też uważa się ją za wydajną nawet po uwzględnieniu 50% maksymalnej wydajności wtyczki ściennej?

A może po prostu podałem przykład okropnego projektu obwodu, którego nigdy nie można znaleźć w aplikacjach produkcyjnych?

Wydaje się, że mylisz się między wydajnością diody LED a wydajnością obwodu do napędzania diody LED.

Pod względem mocy świetlnej na jednostkę energii zużywanej przez diody LED są wydajnym sposobem generowania światła. W wartościach bezwzględnych nie są świetne, są pod tym względem wydajne na poziomie około 10% ^[1] , ale wciąż jest to znacznie lepsze niż ~ 1-2% konwencjonalnej żarówki.

Ale co z tej mocy zmarnowanej na rezystorze. Rezystor szeregowy to najprostszy sposób na zasilenie diody LED, ale nie jest to jedyny sposób.

Nawet przyklejenie się do rezystora, co jeśli połączymy 20 diod LED 2V szeregowo i zasilimy je napięciem 45V? Teraz używasz 45 * 0,02 = 900 mW, z czego 800 mW trafia do diod LED, a tylko 100 mW (11%) zużywa rezystor szeregowy.

Ale możemy uczynić go jeszcze bardziej wydajnym, ponieważ rezystor jest taki, że diody LED potrzebują stałego prądu, a większość elektroniki jest zaprojektowana do dostarczania stałego napięcia. Najłatwiejszym sposobem konwersji z jednego na drugi (przy założeniu stałego obciążenia) jest wprowadzenie rezystora szeregowego.

Możesz uzyskać stały prąd zasilający. Jeśli użyjesz jednego z nich do napędzania diody LED, rezystor można wyeliminować i możesz uzyskać sprawność znacznie przekraczającą 90% całkowitej mocy systemu zasilanej przez diody LED.

W przypadku projektu domowego lub prostego wskaźnika na sygnale rezystor jest znacznie tańszy i prostszy, ale jeśli jeździsz dużą ilością diod LED, logicznym wyborem jest zapłacić nieco więcej, mieć nieco bardziej złożony obwód i użyć dedykowanej stałej aktualny układ scalony sterownika LED.

1. Jak zauważono w komentarzach, 10% to dobry ballpark dla obecnego oświetlenia domowego i prawdopodobnie również poprawny dla tanich diod LED towarów przy użyciu starszych procesów. Nowsze części jednokolorowe mogą osiągnąć znacznie wyższy poziom wydajności.

Wydajność diody LED odnosi się do jej wydajności. Nie ma to nic wspólnego z wydajnością obwodu napędowego.

W wielu przypadkach ogólna wydajność obwodów diod LED nie stanowi większego problemu. Jeśli dioda LED jest właśnie używana jako wskaźnik, to przede wszystkim jest to niska moc. Typowa zielona dioda LED spada o wartości 2,1 V i jest wystarczająco jasna, aby można było użyć wskaźnika przy 20 mA. To 42 mW mocy zasilającej diodę LED. Nawet w przypadku utraty dodatkowych 50 mW w obwodzie zasilającym diodę LED, całkowity pobór mocy jest nadal nieistotny w wielu przypadkach.

W niektórych aplikacjach o małej mocy 100 mW może stanowić znaczną ilość mocy. W takich przypadkach bardziej ostrożny będzie obwód niż tani i prosty szeregowy rezystor do jakiegoś poręcznego zasilania. Różne sztuczki obejmują użycie diody LED o wyższej wydajności i uruchomienie jej przy niższym prądzie, użycie zasilacza, który jest tylko nieco powyżej napięcia LED, dostosowanie interfejsu użytkownika, tak aby akceptacja mrugania lub utrzymywania wyłączonej diody LED była akceptowalna, oraz wysokosprawny zasilacz stałoprądowy do napędzania diody LED.

Wydajność ma również znaczenie w zastosowaniach o dużej mocy, takich jak oświetlenie. W takich przypadkach wkłada się więcej wysiłku i koszty produkcji w elektronikę, aby zminimalizować dodatkową moc wydzielaną poza diodę LED. Często głównym powodem maksymalizacji wydajności nie jest nie tyle marnowanie energii, ile nie radzenie sobie z ciepłem powodowanym przez marnowaną moc.

Pytanie, jak skuteczne są rzeczywiste diody LED, jest dobre, ale odpowiedź jest bardziej złożona, niż można się spodziewać. Zdolność oświetlenia jest zwykle wyrażana w „lumenach”.

Wydajność diod LED jest zwykle wyrażana w postaci jednej lub drugiej

• moc wyjściowa energii świetlnej lub

• możliwość oświetlenia

na jednostkę wkładu energii.

Dla danego strumienia świetlnego wydajność jest zwykle wyrażana w lumenach na wat (l / W) lub w energii świetlnej na wat W / W). Pierwsza cyfra jest bardziej przydatna w praktycznych aplikacjach oświetleniowych, ale druga jest bardziej znacząca pod względem wydajności konwersji energii.

Gdyby światło i energia światła miały stały związek, wówczas określenie wydajności byłoby proste. Jednak to, co dana postać prześwitu reprezentuje pod względem „energii świetlnej”, zmienia się w zależności od składu widmowego światła.

Lumenów wyrażono w kategoriach teoretycznej krzywej odpowiedzi ludzkiego oka. Ta sama ilość energii świetlnej wytworzy inną liczbę lumenów, ponieważ zmienia się długość fali światła lub mieszanka długości fali. W konsekwencji długość fali lub długości fali źródła odgrywa ważną rolę w wytwarzanych lumenach na wkład energii.

Na krótkim końcu fali widma widzialnego (niezupełnie UV) czułość oka jest bardzo niska, więc lumen / Watt są niskie - do tego stopnia, że ​​zwykle podaje się dane wyjściowe źródeł ciemnoniebieskich i „Royal Blue” w kategoriach mW / W (energia światła na energię elektryczną). Jest to bardzo przydatne, ponieważ rodzina diod LED, która obejmuje diody LED bezfosforowe i oparte na luminoforze, umożliwia dokonywanie porównań. Na przykład „górny pojemnik strumienia” diody Cree Royal Blue XT-E LED pracujący przy Vf = 2,85 V i If = 350 mA wytwarza typowo 613 mW (600, 613, 625 mW min / typ / max) przy długości fali 465 Nm.
Odpowiada to wydajności konwersji energii elektrycznej na światło 60,2% / 61,5% / 62,7% min / typ / max.
Patrz strona 19 arkusza danych Cree XT-E w prawym górnym rogu tabeli - XTEARY-00-0000- 000000Q01

Górna biała wersja luminoforu tej samej diody LED wytwarza 180 lumenów w temperaturze 25 ° C przy 2,77 V, 350 mA = 970 mW prądu stałego lub 186 lumenów / wat.

JEŚLI energia światła z Royal Blue & White LEDS była taka sama, to biała dioda LED miałaby wartość 100% l / W na poziomie 186 / 61,5% = 302 l / W przy 100% wydajności. Jednak moce świetlne nie są identyczne (całkiem), ponieważ w białej diodzie LED część niebieskiego światła matrycy LED jest wykorzystywana bezpośrednio, a reszta wzbudza luminofory z pewną utratą wydajności konwersji światło / światło.

Jak zauważono, Wikipedia (poprawnie) stwierdza, że ​​maksymalna teoretyczna wartość l / W wynosi 683 l / W.
Jak można to pogodzić z twierdzeniem, że 100% skuteczność białej diody LED wynosi ~ = 300 l / W - oraz fakt, że różni producenci produkują teraz białe diody LED o wydajności> 300 l / W?

Odpowiedź leży w użytecznym, ale tajemnym (lub tajemnym, ale użytecznym) fakcie, że ocena prześwitu jest związana z reakcją oka. Maksymalna czułość oka występuje przy długości fali 555 nm. Maksymalna możliwa wydajność w l / W jest możliwa do uzyskania przy źródle monochromatycznym przy 555 nm. DOWOLNE inne źródło, monochromatyczne lub wielofalowe, będzie miało niższą 100% teoretyczną możliwą wartość l / W.

„Idealne” źródło białego światła to czarny korpus o mocy 5800k z widmem skróconym do zakresu 400-700 nm i ma maksymalną wydajność 251 l / W !!!!

Dokonując różnych korekt w celu utrzymania „białego” światła, jednocześnie zmieniając% różnych długości fali, można uzyskać zwiększenie wydajności bieli. Czarne ciało o długości 2800 tys. Obcięte asymetrycznie w celu osiągnięcia CRI równego 95 ma teoretyczną wydajność maks. 370 l / W.

Ale poczekaj - jest więcej, ale może później.
Wrócę i dodam źródła i więcej szczegółów, ale powyższe pokazuje, że odpowiedź jest trudniejsza niż pytanie, i pokazuje, że pod względem prawdziwej energii na energię pod względem najlepszych współczesnych diod LED osiąga sprawność konwersji energii> 50%.

Więcej anon - lekkie zanikanie - praca rootopa przywołuje ...

Referencje WIP

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

Analiza skuteczności świetlnej diody emitującej białe światło z konwersją fosforu

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

Przydatny:

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