Меню

Как подключить ультрафиолетовый светодиод

Все о характеристиках и сферах использования ультрафиолетовых светодиодов

ЛЕД-приборы активно вытесняют традиционные источники освещения. Преимущества светодиодов настолько велики, что большинство пользователей целиком заменили светильники в своих домах, офисах или иных помещениях. увеличенный срок службы, низкое энергопотребление и широкий выбор оттенка свечения сделали ЛЕД приборы наиболее предпочтительными среди всех альтернативных вариантов.

Несколько меньшее распространение получили ультрафиолетовые светодиоды. Они используются только в составе специального оборудования, применяемого в медицине, криминалистике, банковском деле и прочих областях. Область излучения этих устройств находится ниже видимого спектра, поэтому в конструкции обычных светодиодных ламп они практически не используются. Рассмотрим особенности и параметры ультрафиолетовых диодов внимательнее.

Принцип действия УФ-светодиодов

Ультрафиолетовое излучение занимает промежуточное положение между видимым спектром обычного света и рентгеновским излучением. Оно занимает диапазон длин волны от 10 до 400 нм. Принцип действия UV диодов аналогичен обычным LED светодиодам, но для создания излучения на коротких волнах используются другие материалы и присадки:

Существующие конструкции способны излучать в диапазоне от 100 до 400 нм, в т.н. «ближней области УФ диапазона». Источником является кристалл с p-n переходом, в котором происходит рекомбинация электронов и образование фотонов. Область излучения зависит от материала, использованного при изготовлении данного типа светодиода. Наибольшее распространение получили устройства с максимальной длиной волны — 365-400 нм, они сравнительно дешевы и просты в изготовлении.

Технические характеристики

Рассмотрим параметры ультрафиолетовых светодиодов:

Параметры питания ультрафиолетовых светодиодов практически не отличаются от значений обычных приборов, что позволяет использовать для них стандартные источники постоянного тока.

Варианты исполнения

Ультрафиолетовые диоды изготавливаются в нескольких видах:

Многие производители делят свою продукцию на три категории, различающиеся длиной излучаемой волны:

Интересно! Чем мощнее прибор, тем больше для него требуется радиатор. УФ светодиоды три четверти потребляемой энергии рассеивают в виде тепла, поэтому необходима эффективная система охлаждения. Помимо радиаторов используют воздушные потоки, созданные естественным образом или с помощью охлаждающих вентиляторов.

Лучшие производители

В списке производителей УФ светодиодов присутствуют практически все ведущие фирмы, но признанными лидерами в этом направлении считаются японские и китайские компании. Такое преобладание возникло потому, что производство ультрафиолетовых диодов тесно связано с разработкой и исследованиями, а ведущие лаборатории и институты сосредоточены именно в этих странах. Среди известных изготовителей УФ приборов можно назвать:

Приведенный список нельзя назвать исчерпывающим. Разработки и производство ультрафиолетовых светодиодов ведутся во многих странах, так как подобные устройства становятся все более востребованными в разных областях техники, медицины и других направление деятельности человека.

Применение

Сферы применения УФ светодиодов довольно разнообразны:

В качестве примера можно привести т.н. световую пломбу, которую используют в современной стоматологии. Она состоит из композита, отверждение которого происходит по действием ультрафиолетового излучения определенной величины. Кроме этого, широко распространены принтеры, краска которых засыхает при помощи специальных УФ ламп, размещенных внутри корпуса. Существует большое количество специальных клеевых или лакокрасочных составов, сушка которых происходит под ультрафиолетовым излучателями. Частным случаем такого использования являются маникюрные УФ лампы для сушки лака.

Важно! Высоко ценится способность ультрафиолета уничтожать болезнетворные и вредоносные бактерии. Существуют специальные приборы для стерилизации, обеззараживания воды. Популярные кварцевые лампы понемногу уступают место УФ излучателям с той же длиной волны 205-315 нм.

В криминалистике используется свойство некоторых составов светиться в УФ излучении. Такими материалами метят купюры дли изобличения взяточников. Также подобными приборами пользуются для обнаружения следов крови на различных предметах, одежде, обивке мебели.

Основные выводы

Ультрафиолетовые светодиоды используются в специальных технических устройствах, выполняющих разные задачи:

Разработка и производство УФ-светодиодов находятся в активной стадии. Постоянно возникают новые устройства, где подобные элементы выполняют те или иные функции. Снижение стоимости и отработка технологии изготовления способствуют распространению ультрафиолетовых светодиодов, возникновению новых методик применения. Свое мнение об УФ приборах излагайте в комментариях.

Источник

Правильное подключение светодиодов

Распиновка светодиода

На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.

Читайте также:  Как подключить ноут к домашнему вайфаю

В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.

Схема подключения светодиода

В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.

Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.

Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.

Как рассчитать ограничительный резистор

Если мощность резистора будет значительно меньше требуемой, он просто перегорит вследствие перегрева.

Включение светодиода через блок питания без резистора

У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:

Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.

При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.

Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.

Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.

Схема зарядного устройства от мобильного телефона

Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов

Как правильно подключать светодиоды

Параллельное подключение

Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.

Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.

Последовательное подключение

Расчёт сопротивления для цепи из нескольких диодов: R = (Uпит — N * Uсд) / I * 0.75

Максимальное количество последовательных диодов: N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.

При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.

Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

Другие виды LED

Мигающий

Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.

Для другой частоты мигания используются специальные драйверы. Сейчас такие диоды уже не применяются.

Разноцветный

Разноцветный светодиод – два или больше диода, объединенных в один корпус. У таких моделей один общий анод и несколько катодов.

Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

При использовании таких элементов в самодельных схемах не стоит забывать, что у разноцветных кристаллов разное напряжение питания. Этот момент необходимо учитывать и при соединении большого количества разноцветных LED источников.

Читайте также:  Как подключить двухконтурный бойлер

Другой вариант – диод со встроенным драйвером. Такие модели могут быль двухцветные с поочерёдным включением каждого цвета. Частота мигания задаётся встроенным драйвером.

Более продвинутый вариант – RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. Тут варианты свечения ограниченны лишь фантазией производителя.

Источник

Ультрафиолетовые светодиоды для борьбы с вирусами

Пандемия коронавируса COVID-19 уже успела оказать большое влияние на светотехническую отрасль. Светильники для кафе, ресторанов и мест проведения массовых мероприятий больше не в центре внимания специалистов. Основным направлением, куда прилагаются усилия ученых и инженеров, стали светодиоды, дающие излучение в ультрафиолетовом диапазоне.

Ультрафиолетовым (УФ) называют излучение с длиной волны от 10 до 400 нм, т. е. короче, чем у видимого света. Вместе УФ, видимое и инфракрасное, обозначаются единым понятием «световое излучение». Иногда говорят о свете в широком понимании этого слова. По конструкции источники УФ-излучения аналогичны источникам видимого света.

Спектр УФ-излучения делится на четыре диапазона. UVA — от 315 до 400 нм, UVB — от 280 до 315 нм, UVC — от 100 до 280 нм и экстремальный от 10 до 100 нм. Лучи UVA проходят через многие современные марки оконных стекол. Практическое применение — шоу-бизнес (свечение одежды в темноте), косметология (затвердевание лака, а также геля для наращивания ногтей), криминалистика (выявление поддельных купюр) и т. п. Диапазон UVB отвечает за загар; лампы, излучающие в нем, используются в соляриях. Излучение данного диапазона не проходит через любые марки оконных стекол. В обычных условиях лучи UVC не достигают поверхности Земли, задерживаясь в атмосфере. Частично излучение этого спектра можно встретить на вершинах гор.

Излучение в диапазоне от 205 до 315 нм способно уничтожать бактерии и вирусы. Принцип борьбы заключается в разрушении ДНК болезнетворных организмов. Причем, как показали научные исследования, наибольшей эффективности такая борьба достигает при длине волны 265 нм.

На момент написания статьи в научном мире сложилось мнение, что ДНК нового вируса также разрушается ультрафиолетом. Каких-либо особенностей, отличающих в этом плане COVID-19 от других вирусов, пока не установлено.
Применение кварцевых и бактерицидных ламп для обеззараживания воздуха и поверхностей помещений в России регламентируется «Методическими указаниями», утвержденными Минздравом 28 февраля 1995 г. Прямого упоминания УФ-светодиодов в них нет. Тем не менее некоторые типы УФ-светодиодов могут соответствовать данному в «Методических указаниях» определению: «Электрические источники излучения, спектр которых содержит излучение диапазона длин волн 205—315 нм, предназначенные для целей обеззараживания, называют бактерицидными лампами». Теоретически это должно способствовать «легализации» УФ-светодиодов до принятия новой нормативной базы.

Текущая ситуация

Лампы, используемые сейчас для борьбы с инфекциями, делятся на кварцевые и бактерицидные. Принцип их работы основан на плазменном разряде в парах ртути.

Кварцевая лампа — это ртутная лампа высокого давления. По конструкции она, как правило, аналогична лампам ДРЛ, до сих пор кое-где используемым для уличного освещения, но не имеет люминофора. Но бывают и кварцевые лампы, по форме похожие на люминесцентные. Колба выполнена из кварцевого стекла, откуда и название лампы. В спектре кварцевой лампы присутствует составляющая с длиной волны 254 нм, которая разрушает ДНК бактерий и вирусов. Также есть излучение с длиной волны 185 нм, под действием которого кислород воздуха преобразуется в озон. В строго дозированных количествах озон также способен уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Но именно выработка озона стала причиной, почему сейчас кварцевые лампы применяются только для проведения медицинских процедур в индивидуальном порядке. Желательно под присмотром персонала с медицинским образованием. Всемирная организация здравоохранения не рекомендует использовать кварцевые лампы для борьбы с коронавирусом из-за негативного воздействия составляющей в 185 нм на кожу человека.

Бактерицидная лампа по конструкции аналогична люминесцентной лампе, но без люминофора, а колба выполнена из специального сорта стекла, пропускающего излучение с длиной волны 254 нм и задерживающего составляющую 185 нм. С такими лампами могут работать люди, не имеющие медицинского образования, например, сотрудники клининговых компаний. Именно бактерицидные лампы сейчас широко используются для обеззараживания. Как правило, обеззараживание производится в помещении, где в данный момент нет людей. Но при соблюдении определенных условий и установке лампы специалистом возможно ограниченное применение бактерицидных ламп и в помещениях с людьми.

Читайте также:  Как подключить восьмерочный генератор на ваз 21011

Конструкция пускорегулирующей аппаратуры для кварцевых и бактерицидных ламп полностью идентична конструкции таких устройств для ламп ДРЛ и люминесцентных соответственно.

Преимущества светодиодов

Замена разрядных ламп светодиодами в установках для обеззараживания может дать следующие основные преимущества:

Проще говоря, используя светодиоды, мы получим компактное обеззараживающее устройство, которое будет иметь меньше ограничений в использовании по сравнению с применяемыми сейчас установками на основе бактерицидных ламп. В частности, возможность точной фокусировки, а также регулировка мощности в широких пределах позволят использовать обеззараживатель в помещениях, где постоянно находятся люди, без ущерба для их здоровья.

Обеззараживание медицинского инструмента с помощью бактерицидной лампы

Техническая реализация

Чем короче длина волны, тем сложнее производство светодиодов. Серийное производство UVC-светодиодов для широкого применения началось только во второй половине 2010-х годов. Изначально их разрабатывали в рамках международного проекта по обеспечению качественной питьевой водой беднейшие страны Африки. Компактные установки на светодиодах, обеззараживающие воду, могут питаться от аккумулятора, индивидуального ветряка или напрямую от небольшой солнечной батареи, когда бактерицидным лампам требуется питание от сети или инвертора. Теперь же эти разработки пытаются использовать для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещениях.

Для UVC-светодиодов используются полупроводники с увеличенной шириной запрещенной зоны. На момент написания статьи наиболее распространенным материалом для таких светодиодов был нитрид галлия с добавлением алюминия (AlGaN). Например, светодиоды на его основе выпускает компания California Eastern Lab (CEL). Преимуществом AlGaN является возможность использования для производства источников света уже хорошо отработанных технологических процессов. Но этому материалу свойственны и недостатки. Для него характерен высокий уровень дефектов кристаллической решетки, что снижает КПД. Другая проблема — длина волны излучения 275 нм, что не совпадает с оптимальным значением.

Компания Seoul Viosys первой в мире провела испытания своих UVC-светодиодов на вирусе COVID-19. Согласно пресс-релизу компании, опубликованному 3 марта 2020 г., вирус был уничтожен с эффективностью 90 %.

О выпуске своего UVC-светодиода с мощностью излучения 30 мВт объявила и компания Everlight. Данные по рабочему току и прямому напряжению пока не опубликованы, но косвенно, по длине волны 280 нм можно предположить, что используется та же AlGaN технология. Также светодиоды на 275 нм выпускает компания Seoul Viosys, являющаяся дочерней структурой Seoul Semiconductor. Мощность излучения составляет до 50 мВт, КПД — около 1 %.

УФ-светодиод Everlight с защитным кварцевым стеклом

Более перспективным в качестве материала для UVС является нитрид алюминия (AlN). У него реже, чем в AlGaN, встречаются дефекты кристаллической структуры, что обуславливает более высокий КПД. Это направление развивает компания Klaran. Ее светодиод KL265-50U-SM-WD дает излучение мощностью 60 мВт со средней длиной волны 265 нм. КПД достигает 2 %. О ценах на данные светодиоды пока не сообщается.

Выводы

УФ-светодиоды диапазона UVC пока что уступают разрядным лампам по КПД и стоят значительно дороже. Они могут дать выигрыш при создании обеззараживающих установок, умещающихся в кармане. Но будет ли эффективен обеззараживатель, облучающий, скажем, только стол, на котором вы будете обедать в ресторане, а не все помещение? На этот вопрос смогут дать ответ только вирусологи, а никак не специалисты по светотехнике. Остается лишь надеяться, что всеобщий интерес к теме борьбы с вирусами вместе с запретом на использование ртути привлечет большие инвестиции в развитие УФ- светодиодов, сделав их конкурентоспособными относительно бактерицидных ламп по стоимости и КПД. Тогда светодиоды заменят разрядные лампы в крупногабаритных обеззараживающих установках, эффективность работы которых уже доказана.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» №2 2020

Источник