اصول کار LED های رشته ای: توضیحی جامع

اصول کار LED های رشته ای: توضیحی جامع

ال ای دی های رشته ایکه اغلب به عنوان رشته های نور LED شناخته می شود، در زندگی مدرن همه جا حاضر شده است، خانه ها را در طول تعطیلات زیبا می کند، مناطق تجاری را روشن می کند و مناظر بیرونی را غنی می کند. جذابیت آنها ناشی از مزایایی مانند بهره وری انرژی، طول عمر طولانی و طراحی قابل انطباق است، اما دانستن نحوه عملکرد آنها مستلزم کاوش در اجزا، معماری مدار، و فرآیندهای{1}} انتشار نور است. این مقاله به بررسی فیزیک زیر LED های رشته ای، از دیودهای منفرد گرفته تا سیستم های یکپارچه می پردازد تا اصول عملکرد آنها را روشن کند.

در مرکز هرال ای دی رشته ایدیود ساطع نور (LED) است، یک دستگاه نیمه هادی که انرژی الکتریکی را مستقیماً به نور تبدیل می کند. برخلاف لامپ‌های رشته‌ای معمولی، که برای تولید نور به گرم کردن یک رشته متکی هستند (فرآیندی که بیشترین انرژی را به عنوان گرما از دست می‌دهد)، LED‌ها بر اساس مفهوم الکترولومینسانس عمل می‌کنند.هر LED در یک رشتهاز چند بخش اصلی تشکیل شده است: یک تراشه نیمه هادی، دو الکترود (آند و کاتد)، یک لنز، و یک هیت سینک (معمولا برای کاربردهای رشته ای کوچک می شود). تراشه نیمه رسانا معمولاً از موادی مانند آرسنید گالیم (GaAs) یا فسفید گالیم (GaP) ساخته می‌شود که با ناخالصی‌هایی آغشته به اتصال ap-n-یک مرز بین یک ناحیه "p-نوع" دارای بار مثبت و یک ناحیه با بار منفی "type" است. هنگامی که یک جریان الکتریکی به LED داده می شود، الکترون های ناحیه n-نوع در سراسر اتصال p-n حرکت می کنند و با "سوراخ ها" (الکترون های از دست رفته) در ناحیه نوع p-ترکیب می شوند. این نوترکیب انرژی را به شکل فوتون آزاد می کند که به صورت نور قابل مشاهده است. رنگ نور به شکاف نواری مواد نیمه هادی بستگی دارد: شکاف های کوچکتر نور قرمز یا زرد تولید می کنند، در حالی که شکاف های بزرگتر نور آبی یا بنفش ایجاد می کنند (ال ای دی های سفید که معمولاً در نورهای رشته ای استفاده می شوند، اغلب LED های آبی هستند که با فسفر پوشانده شده اند که مقداری نور آبی را به زرد تبدیل می کند و به شکل سفید در می آید).
 

ال ای دی های رشته ایتا حد زیادی از LED های سولو در معماری مدارشان متفاوت است، که چندین دیود را در یک سیستم واحد و قابل استفاده متحد می کند. دو طرح رایج مدار برای ال ای دی های رشته ای مدارهای سری و مدارهای موازی هستند که هر کدام دارای ویژگی های عملیاتی خاصی هستند. در یک LED رشته ای سری، همه LED ها در یک مسیر منفرد-به- متصل می شوند، به این معنی که جریان الکتریکی از طریق هر LED یکی پس از دیگری عبور می کند. این طراحی یک مزیت اساسی دارد: برای عملکرد به جریان کمتری نیاز دارد، زیرا جریان یکسانی از هر دیود عبور می کند. با این وجود، مدارهای سری محدودیت قابل توجهی دارند: اگر یک LED از کار بیفتد (مثلاً بسوزد یا قطع شود)، کل مدار مختل می شود و همه LED های رشته کار نمی کنند. این یک پیامد قابل توجه است. به منظور ارائه راه حلی برای این مشکل، سری LED های رشته ای معاصر اغلب از مقاومت های شنت یا دیودهای زنر به موازات هر LED استفاده می کنند. در صورتی که LED به درستی کار نکند، یک مقاومت شنت به عنوان یک کانال بای پس برای جریان عمل می کند. هنگامی که یک LED می سوزد، مقاومت آن بسیار زیاد می شود، که باعث می شود در عوض جریان از طریق مقاومت شنت جریان یابد. این اجازه می دهد تا بقیه رشته به نمایش نور ادامه دهد. دیودهای زنر عملکردی مشابه عملکرد LED ها را انجام می دهند، اما ولتاژ را نیز کنترل می کنند، بنابراین افزایش ولتاژ را که ممکن است به LED آسیب برساند حذف می کند.

از سوی دیگر، ال ای دی های رشته ای موازی،هر LED را پیوند دهیداز طریق همان دو سیم برق این تضمین می کند که هر دیود به طور مستقل ولتاژ یکسانی را دریافت می کند. مشکل "یک-شکست-شکن-همه" با این طراحی برطرف می‌شود، که تضمین می‌کند حتی اگر یکی از LED ها خراب شود، بقیه به طور عادی به کار خود ادامه می‌دهند زیرا مسیرهای فعلی آنها از یکدیگر متمایز است. LED ها ممکن است بدون تأثیر قابل توجهی بر جریان یا ولتاژ کل به مدارهای موازی اضافه یا حذف شوند، که این امکان را برای مدارهای موازی برای تسهیل سفارشی سازی ساده تر فراهم می کند. از طرف دیگر، طرح های موازی نیاز به جریان کل بیشتری دارند زیرا هر LED جریان خود را از منبع تغذیه می گیرد. ال‌ای‌دی‌های رشته‌ای موازی اغلب یک مقاومت محدودکننده جریان-به صورت سری با هر LED یا یک مقاومت محدودکننده جریان واحد-برای کل مدار (بسته به طراحی) دارند. این به منظور حفظ کنترل بر جریان جریان انجام می شود. این مقاومت ها از عبور جریان بیش از حد از LED ها جلوگیری می کنند که در غیر این صورت منجر به گرم شدن بیش از حد LED ها و کاهش طول عمر آنها می شود. مدارهای مجتمع (IC ها) توسط رشته های موازی مدرن خاص به منظور نظارت و تغییر جریان استفاده می شوند. این کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که روشنایی همه LED ها یکنواخت باقی می ماند.

علاوه بر این، منبع تغذیه جزء ضروری LED های رشته ای است. این وظیفه تبدیل برق معمولی AC (جریان متناوب) که توسط پریزهای دیواری تامین می‌شود به ولتاژ پایین (جریان مستقیم) DC (جریان مستقیم) که برای عملکرد LED ضروری است، است. یکسوسازی که فرآیند تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) و تنظیم ولتاژ است که فرآیند کاهش ولتاژ 120 ولت یا 230 ولت AC استاندارد به ولتاژ DC مناسب برای رشته است، دو عملکرد اصلی هستند که منبع تغذیه، که معمولاً یک آداپتور کوچک یا ماژول داخلی است، انجام می‌دهد. با در نظر گرفتن یک سیم سری LED 50{14}}، ممکن است به 120 ولت AC نیاز داشته باشد (زیرا هر LED به 2.4 ولت، 50×2.4 ولت=120 ولت نیاز دارد). این امر نیاز به آداپتور کاهنده ولتاژ را از بین می برد. از طرف دیگر، یک رشته موازی متشکل از ده LED که هر کدام به 3 ولت نیاز دارند، استفاده از آداپتور 3 ولت DC را ضروری می کند. این به این دلیل است که هر LED برق را مستقیماً از منبع 3 ولت دریافت می کند. به منظور محافظت در برابر رطوبت، ال ای دی های رشته ای خاص، به ویژه آنهایی که در خارج استفاده می شوند، مجهز به منابع برق ضد آب هستند. این یک عنصر ضروری برای تضمین ایمنی و طول عمر است.

علاوه بر این، فناوری های کنترلی، کاربران را قادر می سازد تا روشنایی را تنظیم کنندال ای دی های رشته ای، رنگ LED ها را تغییر دهید و الگوهای پویا (مانند چشمک زدن، محو شدن یا تعقیب) ایجاد کنید. این امر کاربرد LED های رشته ای را بیشتر گسترش می دهد. مدارهای مجتمع (ICs) یا میکروکنترلرها نیروی محرکه این کنترل ها هستند. آنها مسئول تنظیم جریان یا ولتاژی هستند که به LED ها داده می شود. به عنوان مثال، کم نور کردن اغلب با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) انجام می شود، که روشی است که در آن مدار مجتمع (IC) به سرعت LED ها را روشن و خاموش می کند (با سرعتی که برای چشم انسان بسیار سریع است). مدار مجتمع (IC) وظیفه کنترل روشنایی ظاهری را با تنظیم زمان "روشن" (عرض پالس) نسبت به زمان "خاموش" بر عهده دارد. مدت زمان "روشن" طولانی تر منجر به نور روشن تر می شود، در حالی که زمان های کوتاه تر باعث می شود LED ها کم نور باقی بمانند. ال ای دی های RGB (قرمز-سبز-آبی) که دارای سه دیود مستقل برای نور قرمز، سبز و آبی هستند، یا LED های آدرس پذیر که هر یک مدار مجتمع خود را دارند و امکان کنترل فردی را دارند، در تولید یک رشته LED که رنگ را تغییر می دهد استفاده می شود. برای تولید میلیون‌ها رنگ، مدار مجتمع (IC) جریانی را که از هر دیود رنگی در رشته‌های RGB می‌گذرد، تغییر می‌دهد. این به آی سی اجازه می دهد تا قرمز، سبز و آبی را در مقادیر مختلف ترکیب کند. هر LED ممکن است به طور جداگانه کنترل شود و به رشته اجازه می دهد تا چراغ های متحرک، شیب ها یا طرح های سفارشی را نشان دهد. همه اینها توسط یک میکروکنترلر مدیریت می شود که معمولاً با یک کنترل از راه دور یا برنامه تلفن هوشمند برای ورودی کاربر متصل می شود. LED های آدرس پذیر، مانند تراشه های WS2812B، ایجاد الگوهای پیچیده تری را ممکن می سازند.

دوام و ایمنی نیز از اجزای ضروری در طراحی LED های رشته ای هستند و این جنبه ها به اصول اساسی حاکم بر عملکرد آنها مرتبط است. چراغ‌های رشته‌ای LED گرمای بسیار کمی از خود ساطع می‌کنند، که استفاده از آن‌ها را در نزدیکی اشیاء قابل احتراق (مانند درخت‌های کریسمس و تزئینات پارچه‌ای) ایمن‌تر می‌کند، برخلاف چراغ‌های رشته‌ای رشته‌ای که مقدار قابل‌توجهی گرما تولید می‌کنند که خطر آتش‌سوزی آتش‌نشانان را افزایش می‌دهد. یکی دیگر از عواملی که به طول عمر طولانی ال ای دی های رشته ای کمک می کند، تولید حرارت کم آنهاست. اکثریت ازال ای دی های رشته ایطول عمر 50000 تا 100000 ساعت دارند در حالی که رشته های رشته ای بین 1000 تا 2000 ساعت عمر می کنند. علاوه بر این، پوشش مهر و موم شده بسیاری از ال ای دی های رشته ای (که اغلب از پلاستیک یا سیلیکون ساخته شده اند) از دیودها و مدارها در برابر گرد و غبار، رطوبت و آسیب فیزیکی محافظت می کند، که آنها را برای استفاده در داخل و خارج قابل قبول می کند. اقدامات ایمنی استاندارد دیگری مانند فیوزها و کلیدهای مدار وجود دارد. دمنده های فیوز برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و آتش سوزی الکتریکی با آزاد کردن جریان خود در صورت تجاوز جریان از حد ایمن (مثلاً در نتیجه اتصال کوتاه) طراحی شده اند.

ال‌ای‌دی‌های رشته‌ای تعدادی مزیت مهم دارند که یکی از آنها بهره‌وری انرژی است که در اصول کار آنها تعبیه شده است. ال ای دی ها قادرند بیش از 90 درصد انرژی الکتریکی را به نور تبدیل کنند، در حالی که لامپ های رشته ای تنها 10 درصد انرژی را به نور تبدیل می کنند. در نتیجه، LED ها از انرژی بسیار کمتری برای ارائه همان سطح روشنایی استفاده می کنند. یک نمونه از این یک رشته رشته ای با پنجاه لامپ است که چهل تا پنجاه وات مصرف می کند، اما یک رشته LED یکسان فقط دو تا پنج وات مصرف می کند. ال‌ای‌دی‌های رشته‌ای برای استفاده طولانی‌مدت (به‌عنوان مثال، نورپردازی در تمام طول سال در فضای باز) و برای برنامه‌هایی که قدرت محدود است (مثلاً چراغ‌های رشته‌ای با باتری{8} برای کمپینگ یا تزئینات موقت) مناسب هستند. این کارایی نه تنها هزینه های برق را کاهش می دهد، بلکه LED های رشته ای را برای استفاده در شرایطی که قدرت محدود است بسیار مناسب می کند. ال‌ای‌دی‌های رشته‌ای که با باتری تغذیه می‌شوند، اغلب از باتری‌های{11}DC با ولتاژ پایین (مانند AA یا AAA) استفاده می‌کنند و دارای ویژگی‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی مانند خاموش شدن خودکار هستند که برای افزایش بیشتر طول عمر باتری طراحی شده است.

ال‌ای‌دی‌های رشته‌ای می‌توانند با ترکیب ویژگی‌های الکترولومینسانس ال‌ای‌دی‌های جداگانه با طرح‌های مدار، منبع تغذیه و فناوری‌های کنترل خاص عمل کنند. به عبارت دیگر LED های رشته ای عملکرد خود را انجام می دهند. از طریق فرآیند بازترکیب نیمه هادی، هر LED قادر است انرژی الکتریکی را به نور تبدیل کند. مدارهایی که چندین LED را به صورت سری یا موازی به هم متصل می کنند، بنابراین می توانند یک سیستم کار ایجاد کنند. الکتریسیته جریان متناوب استاندارد (AC) به ولتاژ جریان مستقیم (DC) مورد نیاز LED ها تبدیل می شود و مدارهای مجتمع (IC) یا میکروکنترلرها امکان سفارشی سازی روشنایی، رنگ و الگوها را فراهم می کنند. این تصمیمات طراحی مستقیماً مسئول کارایی، ایمنی و طول عمر آنها هستند که آنها را به گزینه ای ارجح نسبت به چراغ های رشته ای رشته ای معمولی تبدیل می کند. ال ای دی های رشته ای با پیشرفت تکنولوژی به توسعه خود ادامه می دهند و در نتیجه سیستم های کنترلی هوشمندتر، افزایش روشنایی و مواد سازگارتر با محیط زیست ایجاد می کنند. این امر موقعیت خود را به عنوان یک گزینه روشنایی چند منظوره برای خانه ها، شرکت ها و مناطق عمومی مستحکم می کند.

https://www.benweilight.com/industrial-lighting/led-struction-string-light-100ft-130w.html

با هم، آن را بهتر می کنیم.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
موبایل/واتساپ:(+86)18673599565
ایمیل:bwzm15@benweilighting.com
اسکایپ: benweilight88
وب سایت: www.benweilight.com
اضافه کنید: ساختمان F، منطقه صنعتی یوانفن، لونگهوا، منطقه بائوآن، شنژن، چین