LED

Viðfangsefni:

Inngangur
Rekstur LED
Leiðnispenna miðað við lit LED
Eftirlitsaðferðir
Marglita LED

Kynning:
LED er almennt notaður hálfleiðarahluti til að gefa frá sér ljós. LED stendur fyrir: Light Emitting Diode og þýðir: ljósdíóða. Eftir uppfinningu sína árið 1962 hefur ljósdíóðan aðallega verið notuð sem gaumljós og til að senda merkja. Frá því seint á tíunda áratugnum hefur tækniþróun gert það mögulegt að framleiða LED sem þjóna sem ljósgjafi til daglegrar notkunar. Í bílatækni eru LED oft notaðar sem hljóðfæralýsing (mælaborð), ytri lýsing (afturljós) eða aðallýsing (í framljósum) vegna eftirfarandi kosta samanborið við glóperur og halógenperur:

lítil orkunotkun: með sama ljósstyrk samanborið við aðrar gerðir lampa notar LED töluvert minni orku. Ljósdíóðan hefur mjög mikla skilvirkni allt að 80%;
öryggi: glóperur þurfa um það bil 200 ms til að hita þráðinn og gefa frá sér ljós. LED krefst ekki upphitunarfasa, sem þýðir að LED nær ljósstyrk sínum hraðar (á innan við 1 millisekúndu). Þegar ljósdíóða er notuð sem bremsuljós er bremsun fyrr vart og hefur jákvæð áhrif á stöðvunartímann;
lág hitaþróun: vegna þess að LED hitar varla er hægt að gera lampahús smærri og nota ódýrari efni sem eru minna ónæm fyrir hitauppstreymi;
langur líftími: LED endist um það bil heilan endingu bíls. Ef í ljós kemur að ljósdíóða er gölluð má oft finna orsökina annars staðar, svo sem rof á prentslóð eða rangt eftirlit. Birtustig LED getur minnkað með ákveðnum fjölda brennslustunda.

Myndin hér að neðan sýnir tákn díóðunnar, með viðbótartexta fyrir ofan „skauta“ og „bakskaut“ hliðarnar. Tákn ljósdíóða er nánast eins og díóða, en tveimur örvum sem vísa upp á við hefur verið bætt við sem gefa til kynna ljósgeislunina. Straumstefnan er, rétt eins og með díóðuna, í stefnu örarinnar. Lóðrétta höggið er öfug átt. Ef straumurinn rennur í gegnum ljósdíóðann í áttina sem örin er, kviknar hann. Hins vegar verður það stíflað og kviknar því ekki.

Rekstur LED:
Rétt eins og „venjuleg“ díóða samanstendur ljósdíóðan af tveimur hálfleiðurum lögum:

neikvæða lagið (n-lagið) inniheldur of mikið af rafeindum;
jákvæða lagið (p lagið) hefur skort á rafeindum.

Skortur á rafeindum í p-laginu má líta á sem fjölda umfram jákvæðra hola. Í p-n mótum (eyðingarlag) mun umframmagn rafeinda í n-laginu fylla eyðurnar í p-laginu. Enginn straumur flæðir enn, þannig að hleðslan í np-mótunum er hlutlaus.

Til þess að straumur flæði í gegnum díóðuna þarf fyrst að sigrast á innri spennu eyðingarsvæðisins. Þetta er svokölluð dreifingarspenna eða þröskuldsspenna díóðunnar. Þegar spennan er aukin mun rafeindastraumurinn geta streymt frá n-laginu yfir í p-lagið. Hins vegar, í eyðingarlaginu, eru sumar þessara rafeinda teknar af holunum. Þessar rafeindir gefa frá sér hluta af orku sinni í formi ljósleifa. Ljósið sem myndast getur sloppið í gegnum þunnt p-lagið. Ljósstyrkurinn ræðst af straumnum: því sterkari sem straumurinn er, því sterkari er ljósið.

Stökk gildisrafeinda frá neikvæða til jákvæða lagsins gefur ljósið sem díóðan gefur frá sér.

Leiðaraspenna miðað við lit LED:
LED kemur í þremur litum: rauðum, grænum og bláum. Með þessum þremur grunnlitum er hægt að fá aðra liti með því að blanda þeim saman. Samsetning efna í n og p lögum ákvarðar orkumagn í rafeindum og holum.

Lágorku rafeindir breyta minni orku í ljósgeislun en háorku rafeind;
Rautt ljós hefur minni orku en blátt ljós;
Rauður er búinn til af lágorku rafeindum og blár af háorku rafeindum.

Ekki er hægt að framleiða hvítar LED. Með því að bæta auka flúrljómun við bláa LED breytist hluti af bláa ljósinu í gult ljós. Blandan af bláu og gulu ljósi er skynjað af auga manna sem hvítt ljós. Með því að stilla blöndunarhlutfallið milli þessa gula og bláa ljóss geturðu gefið frá sér heitt eða kalt hvítt ljós.

Í eiginleikanum sjáum við spennuna sem safnast upp á eyðingarsvæðinu og er því leiðnispenna viðkomandi lita LED. Þegar straumur er sendur í gegnum LED er nánast stöðugt spennufall.

Eftirlitsaðferðir:
Í bílatækni getum við notað LED með a röð viðnám eða í raðrásum, þannig að við náum æskilegri stjórnspennu.

LED með röð viðnám:
Ef við myndum tengja LED beint við plús og mínus rafhlöðunnar myndi LED strax bila. Það ætti alltaf að vera einn röð viðnám vera sett í röð með LED.

Gildi raðviðnámsins ræðst af tveimur þáttum: straumnum og framboðsspennunni. Rauð ljósdíóða logar um leið og 1,5 volta rekstrarspenna er náð og um það flæðir um það bil 20 mA.

Framboðsspennan sem fylgir fer eftir notkuninni. Í bílaiðnaðinum getur þetta verið 5, en einnig 12 eða 24 volt. Hægt er að ákvarða nauðsynlega viðnám með því að nota lögmál Ohms. Dragðu rekstrarspennuna frá veituspennunni og deila henni með straumnum.

Með 5 volta framboðsspennu þarf raðviðnám (5 - 1,5) / 0,02 = 175 ohm fyrir rauðu ljósdíóðann.
með 12 volta framboðsspennu og rauðri LED: (12 – 1,5) / 0,02 = 525 ohm (viðnám sem er einum stuðli hærra).

Við kynnumst aðallega LED með röð viðnámum í endurbyggðri LED lýsingu (retrofit). Hratt kveikja og slökkva tími og birta ljósdíóða getur verið ástæða til að skipta út glóperum fyrir LED. Þú þarft ekki að gera það fyrir orkunýtingu, þar sem raðviðnám veldur einnig afltapi sem í sumum tilfellum er jafn mikið og aflnotkun upprunalega lampans.

Að tengja LED í röð:
Með því að tengja ljósdíóða í röð, þarf ekki röð viðnám eða röð viðnám með lágt viðnám gildi. Innri viðnám ljósdíóða sjálfra tryggir að framboðsspennan dreifist á milli ljósdíóða í raðrásinni. Því fleiri ljósdíóður sem eru settar í röð, því minni er hægt að gera röð viðnám. Á myndinni eru sex ljósdíóðir tengdir í röð og tvær raðir eru tengdar samhliða.

Ljósdíóðan sem tengd er í röð er að finna í afturljósaeiningum eða þriðju bremsuljósaeiningum. Þetta er oft notuð stjórnunaraðferð í bílatækni.

Stilla ljósstyrk:
Með örstýringu getum við stjórnað LED-stýringu með púlsi. Við köllum þetta: Púlsbreiddaraðlögun (PWM).
Vinnulotan ákvarðar tímann þegar ljósdíóðan er virkjuð. Með því að skipta kveikja-slökktu púlsunum á milli 3,3 og 0 volta á miklum hraða kviknar ljósdíóðan með minni birtu.

Þessi stjórnunaraðferð er sú sama á ljósaperu með margar aðgerðir, svo sem:

50% birta með kveikt ljós;
100% bjart ljós með bremsuljós kveikt.

Í hagnýtri uppsetningu með Arduino geturðu gert tilraunir með PWM-stýringu ljósdíóða á Arduino eða utanaðkomandi ljósdíóða (útbúin með röð viðnámum).

Fjöllita LED:
Allir litir geta verið samsettir með þremur grunnlitum rauðum, grænum og bláum. Þetta er hægt að nýta vel með því að sameina tvær eða þrjár LED. Hér að neðan eru þrjár meginreglur sem notaðar eru til að fá marga liti í gegnum rafrás.

Tveggja lita LED:
Skýringarmyndin sýnir tvær ljósdíóður tengdar samhliða, með stefnu afturábak og áfram. Straumstefnan ákvarðar hvaða ljósdíóða kviknar: grænt (efst) eða rautt (neðst) Póluninni er snúið við með ytri hringrás eða ECU.

Þrílita LED:
Þessi skýringarmynd sýnir einnig tvær ljósdíóður tengdar samhliða. Í hringrásinni er hægt að setja straumspennu á annan af tveimur ljósdíóðum (grænum eða rauðum), eða báðum á sama tíma. Í því tilviki á sér stað litablöndun og rauða og græna ljósdíóðan verða gul.

RGB LED:
Með RGB LED eru þrjár LED, hver með sínum lit, í einu húsi. Hægt er að stjórna litunum sérstaklega. Til að stjórna RGB LED, þarf þrjár PWM stýringar, sem búa til stillanlegt kveikja/slökkt hlutfall á hvern rafmagnspinn. Til viðbótar við mismunandi liti er einnig hægt að stilla ljósstyrkinn.

Á næstu mynd sjáum við þrjár LED, hver með sína eigin rafskautstengingu (A1 til A3) og sameiginlega bakskaut.

Tengdar síður: