Минимизация энергопотребления в выключенном состоянии

Одним из факторов, которому зачастую не придается должного значения, но который может значительно снизить световую отдачу системы, является энергопотребление светильника в выключенном состоянии. Электроэнергия расходуется в выключенном состоянии, когда выключатели или регуляторы находятся в цепи между блоком питания или трансформатором и светильником. При таком подключении трансформатор продолжает потреблять электроэнергию даже тогда, когда световой прибор выключен. Мощность, потребляемая трансформатором при выключенном световом приборе, может превосходить 2 Вт23, а потери от этого могут составлять до 20% общего энергопотребления системы.

Данная проблема отсутствует у светодиодных приборов, запитываемых непосредственно от электросети. Примером таких светильников служат светильники eW Profile Powercore производства компании Philips Color Kinetics, где силовая часть интегрирована в электронику прибора и поэтому расположена после выключателей или диммеров.

Почему необходимо отводить тепло

Ошибочно полагать, что светодиоды не генерируют тепла. Несмотря на то, что светодиоды и не излучают его в потоке света (т. е. обладают холодными пучками света), они все же вырабатывают тепло.

Как и другие источники света, светодиоды преобразуют электрическую энергию в энергию излучения и генерируют тепло. Отношение тепловой энергии к энергии излучения зависит от потребляемой мощности и эффективности системы. Лампы накаливания вырабатывают большое количество инфракрасного (ИК) излучения и выделяют большое количество тепла. При этом они излучают малое количество видимого света. Люминесцентные и металлогалогенные лампы производят не только большее количество видимого света, но и большое количество ИК- и ультрафиолетового (УФ) излучения, а также много тепла. Как это ни странно, светодиоды преобразуют относительно небольшую часть электроэнергии в энергию излучения – примерно столько же, сколько металлогалогенные и люминесцентные лампы – но так как они излучают очень малое количество ИК- и УФ-излучения, то доля (в процентном отношении) видимого света, испускаемого светодиодами, сравнима с такой же долей у металлогалогенных и люминесцентных ламп и превосходит ее у ламп накаливания.

В таблице ниже приведены сравнительные данные о долях (в процентном отношении) потребляемой мощности, преобразуемых в энергию излучения и в тепло светодиодами и некоторыми традиционными источниками света. Эти данные относятся к источникам белого света.

Эффективный отвод тепла является очень важным фактором для обеспечения нормальной работы светодиода, так как сильный нагрев снижает световой поток светодиода и уменьшает его полезный срок службы. Для нормальной работы светодиодного источника света от него должно отводиться генерируемое в нем тепло. В правильно сконструированных световых приборах применяются эффективные радиаторы и другие теплоотводящие и конвекционные устройства, удаляющие тепло от светодиодных источников света и рассеивающие его в окружающем пространстве.

Температура p-n-перехода

Одной из важнейших характеристик светодиода является температура p-n-перехода, которая часто обозначается как Tj. Как было описано в главе 2, p-n-переход является тем местом в светодиоде, где электрическая энергия (энергия электронов) преобразуется в видимый свет (фотоны) и в тепло. При увеличении температуры p-n-перехода световой поток и срок службы светодиода уменьшаются.

На температуру перехода светодиода влияют три фактора: ток возбуждения, теплоотвод и окружающая температура. Как правило, чем выше ток возбуждения, тем выше температура перехода.

Количество тепла, которое может быть отведено, зависит от окружающей температуры и конструкции устройства отвода тепла от светодиода в среду, окружающую световой прибор.

Обычно мощные светодиодные осветительные приборы включают в себя излучатель, печатную плату и теплоотвод. Излучатель припаивается к печатной плате. Он включает полупроводниковый кристалл, оптику и теплоотвод, с помощью которого тепло отводится от полупроводникового кристалла. В большинстве светодиодных световых приборов используются печатные платы с алюминиевой подложкой (MCPCB).

Через печатную плату с алюминиевой подложкой тепло передается с теплоотвода светодиода на внешний радиатор, на котором установлена печатная плата. Через внешний радиатор, закрепленный на корпусе светового прибора или конструктивно совмещенный с ним, тепло отводится в окружающее пространство. При отсутствии или блокировке внешнего теплоотвода светодиоды, находящиеся внутри светового прибора, выходят из строя за считанные минуты.

Отвод тепла в правильно сконструированном светодиодном световом приборе. Радиаторы и другие устройства отвода тепла проводящего и конвекционного типа отводят тепло от светодиодов.