لامپ های دیودی

LED ها اولین بار در سال ۱۹۶۲ در مقیاس صنعتی تولید و به بازار عرضه شدند. ابتدا تنها در رنگ های قرمز با ترکیب آلومینیوم، گالیم و آرسناید بودند. اوایل دهه ی ۱۹۷۰ میلادی، این لامپ ها در رنگ های سبز، آبی، زرد و نارنجی تولید شدند. در اوایل دهه ی ۹۰ میلادی، کارآیی این لامپ ها به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرد و به صورت گروهی به بازار عرضه شدند.

 

ساختمان و طرز کار LED

در این لامپ ها نور توسط تحریک کریستال ها که از عناصر نیمه هادی هستند، تولید می شوند. به این روش، الکترولومینانس (الکترورخشانی) گویند که در سال ۱۹۷۷ ابداع شد. ساختار داخلی لامپ LED دارای دو ناحیه ی n و می باشد. در ناحیه ی n، اتم های کریستال الکترون های مازاد وجود داشته و در ناحیه p کمبود آنهاست که با اعمال ولتاژ به دو سر LED بین این دو، یک ناحیه ی p-n تشکیل می شود که به آن ناحیه تخلیه می گویند. در اثر عبور جریان الکتریکی، الکترون ها با اتم های فاقد الکترون ترکیب شده و نور تولید می کنند. طیف نوری این لامپ ها بسیار باریک است و اشعه ی  فرابنفش و مادون قرمز در آن وجود ندارد. رنگ نور بستگی به جنس کریستال و جریان عبوری از آن دارد. همچنین جریان عبوری از LED، مستقیم بوده و پلاریتۀ ولتاژ اعمالی به آنها باید مناسب باشد. طول عمر این لامپ ها بر حسب نور، از ۴۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ ساعت متفاوت است. 

همانطور که گفته شد LED ها نور را در باند باریکی از طول موج ها ساطع می کنند اما به جهت استفاده این لامپ ها در روشنایی، ایجاد نور سفید ضرورت پیدا کرده است. از آنجا که نور سفید، طیف گسترده ای از نورها را شامل می شود لذا دو روش ایجاد این نور استفاده می شود. روش اول، استفاده  از ترکیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی بوده و روش دیگر، استفاده از فسفر برای تبدیل بخشی از نور به رنگ های دیگر است. البته روش دوم هزینه ی کمتری داشته و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

 

انواع LED

به طور کلی LED ها به دو گروه توان پایین و توان بالا تقسیم می شوند. LED های توان پایین با جریان هایی در حدود چند ده میلی آمپر راه اندازی می شوند که بیشتر کاربرد آن ها در وسایل برقی و الکترونیکی به عنوان چراغ های چشمک زن و نمایشگر ها است. در شکل زیر نمونه هایی از LED های توان پایین را مشاهده می کنید.                

                                                                                     نمونه ای از ال ای دی توان پایین 

 

لامپ های LED نسل جدید با هدف استفاده در صنایع روشنایی به بازار عرضه شده اند که در توان های ۱، ۳، ۵، ۱۰، ۳۰، ۵۰، ۶۰ و ۱۰۰ وات در بازار موجود هستند.

مبنای ساخت LED های توان بالا (بیشتر از ۱۰ وات)، استفاده از چند LED Chip و اتصال آن ها به هم است. ولتاژ کارکرد این LED ها، ۳ تا ۳۳ ولت مستقیم و جریان های راه اندازی از ۳۵۰ تا ۳۰۰۰ میلی آمپر در طراحی ها لحاظ می شود. در شکل زیر نمونه ای از LED های توان بالا را مشاهده می کنید.

                                                                                نمونه ای از ال ای دی توان بالا

مشخصات ویژه، مزایا و معایب لامپ های LED

لامپ های LED دارای مشخصات زیر هستند:

– توان مصرفی کم

– اندازه ی کوچک

– دوام و قابلیت بالا

– وابسته نبودن طول عمر به تعداد دفعات روشنی و خاموشی

– ضریب وضوح رنگ بالا (CRI): وضوح و تشخیص رنگ بالا در چراغ های LED نسبت به چراغ های HPS بیشتر است.

– زمان پاسخگویی بسیار سریع: لامپ های LED به محض رسیدن ولتاژ آن ها (در حدود ۲۰ میکرو ثانیه) روشن می شوند؛ در حالی که لامپ های گازی به زمانی در حدود ۴ دقیقه نیاز دارند؛ یعنی لامپ های گازی، ۱۲۰ میلیون بار کندتر عمل می کنند.

– کنترل نور و زاویه تابش: با استفاده از لنزهای مختلف طراحی شده برای LED ها، می توان به پخش نورهای متفاوتی دست یافت. این قابلیت کنترل، برای دیگر لامپ ها به سختی ممکن است. برای مثال اگر بخواهیم به نور عمق داده و دیوار بلندی را روشن کنیم، باید از لنزهای باریک استفاده کنیم و اگر بخواهیم مساحت زیادی را روشن کنیم از لنزهای عریض استفاده می کنیم. در شکل زیر انواع لنزهای مورد استفاده در چراغ های LED را مشاهده می کنید.

                                                                      

                                                               

                                                                        انواع لنزهای مورد استفاده در چراغ های LED

– بهره ی نوری: بهره ی نوری LED ها در حال حاضر ۱۱۰ لومن بر وات می باشد که با توجه به رشد صنعت و بهبود تکنولوژی ساخت LED ها، در حال افزایش است.

– سازگاری با محیط زیست: این گونه لامپ ها، نسبت به سایر منابع روشنایی، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. این لامپ ها ۱۰% لامپ های رشته ای، گاز دی اکسید کربن تولید می کنند و در ساخت آن ها از جیوه استفاده نمی شود. همچنین LED ها، اشعه ی مادون قرمز و اشعه ی مضر فرابنفش تولید نمی کنند.

– سازگاری با سیستم های تغذیه خورشیدی: با استفاده  از این لامپ ها، نیاز به استفاده از مبدل اینورتر (سیستم تغذیه ی DC به AC) از بین می رود. پس به کمک این چراغ ها و سیستم های خورشیدی می توان یک مجموعه ی فتوولتاییک با ویژگی های خاص ایجاد کرد.

– از دیگر مزایای لامپ های LED می توان به طول عمر فوق العاده زیاد (۵۰ برابر لامپ رشته ای و ۱۰ برابر لامپ های کم مصرف) ، خلوص و تنوع در رنگ های تولید شده بدون نیاز به هرگونه فیلتر رنگی، درخشندگی چند برابر نسبت به لامپ های معمولی، طیف نور کامل بطور پیوسته (عدم لرزش نور)، ایمنی عمومی بالا به علت استفاده از ولتاژهای بسیار پایین، قابل استفاده در دماهای متغییر از دمای ۸۵+ تا ۴۰- ، عدم تولید پرتوهای فرابنفش (UV) و مادون قرمز (IR)، گریز حشرات از نور LED و غیره  اشاره کرد.

از معایب لامپ های LED می توان به قیمت نسبتاً بالا و شار نوری بی کیفیت آن اشاره کرد.

 

اجزاء تشکیل دهندۀ چراغ های LED

از اجزاء معمول تشکیل دهنده چراغ های LED می توان به قسمت های ، عدسی، مجموعۀ قاب و هیت سینک، برد مدار چاپی و منبع تغذیه نام برد. منبع تغذیه ی مورد استفاده برای این نوع چراغ ها، از نوع سوئیچینگ است و رنج ولتاژ ورودی کاملی را پوشش می دهد. انواع بدون فریم آن در تیوب های LED استفاده می گردد و همچنین در چراغ هلای خیابانی و نورافکن ها ازLED هایی با درجه حفاظت IP65 استفاده می شود. رنج گستردۀ ولتاژ ورودی از ویژگی های منحصر به فرد این چراغ هاست که از ۱۰۰ تا ۳۰۰ ولت متناوب متغیر است. همچنین بسیاری از آن ها دارای ویژگی های حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ و افزایش دما، حفاظت در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه، حفاظت در مقابل موج ضربه و ایجاد اعوجاج هارمونیکی بسیار کم و دارا بودن سیستم اصلاح ضریب قدرت هستند.

 

مقایسه ی انواع لامپ ها

برای انتخاب منبع نوری مناسب باید فاکتورهای متفاوتی را در نظر داشت که می توان به شار نوری لامپ، بهره ی نوری منبع، عمر لامپ، درخشندگی لامپ، رنگ نور، درجه حفاظت لامپ، هزینه و غیره اشاره کرد. در جدول مشخصه های عمومی گستره ی وسیعی از لامپ ها با یکدیگر مقایسه شده اند.

به طور خلاصه، خصوصیات انواع لامپ ها را می توان به صورت زیر بیان نمود:

  1. لامپ رشته ای: ارزان، عدم نیاز به وسایل اضافی، نور طبیعی، عمر کم، مصرف برق زیاد
  2. لامپ های جیوه ای: عمر خوب، بازده ای زیاد، کاربرد بسیار زیاد این نوع لامپ ها در معابر عمومی
  3. لامپ های سدیمی: بازده ی خوب، عمر طولانی، استفاده در مکان هایی که رنگ نور و اشیاء اهمیت ندارد
  4. لامپ متال هالید: رنگ نور خوب، بازده ی خوب، عمر زیاد، امکان استفاده در مکان هایی که نور اهمیت به سزایی دارد.

 

نوع لامپ

شکل حباب

رنگ نور

طول عمر (ساعت)

خیرگی

کاربرد

رشته ای

گلابی

سفید مایل به قرمز و ملایم

۱۰۰۰

زیاد

روشنایی عمومی

هالوژن

میله ای

سفید مایل به قرمز

۱۰۰۰

زیاد

لامپ های تزیینی، ساخت پروژکتورهای استودیویی

فلورسنت

لوله ای

انواع سفید و رنگ های دلخواه

۱۰۰۰

زیاد

روشنایی عمومی

سدیم کم فشار

لوله ای

زرد

۱۸۰۰۰

بسیار زیاد

مکان هایی که رنگ نور اهمیت ندارد، روشنایی حاشیۀ خیابان ها

سدیم پر فشار

لوله ای – بیضوی

سفید مایل به زرد

۲۴۰۰۰

بسیار زیاد

کاربرد وسیع در صنعت و روشنایی خارجی

جیوه ای

بیضوی

سفید

۱۵۰۰۰

بسیار زیاد

معابر عمومی

متال هالید

میله ای- لوله ای- بیضوی

شبیه نور روز 

۵۰۰۰-۲۰۰۰۰

زیاد

عکاسی، نورافکن ها و استودیوها

نئون

لوله ای

قرمز، سبز، آبی، صورتی

۱۰۰۰۰

کم

تابلو تبلیغاتی

LED

سفید، قرمز، سبز، آبی، نارنجی، زرد

۲۵۰۰۰-۵۰۰۰۰

زیاد

بسیار زیاد

 

با گسترش لامپ های LED، این گونه لامپ ها، جایگزین بسیاری از لامپ ها شده است.

 

مقالات مرتبط