Типы светодиодных светильников

Содержание:

• Элементная база
  • RGB
  • SMD и PCB Star
  • COB
  • Filament
  • Бескорпусные СД
  • Лампы, ленты и мощные светодиоды как самостоятельные ИС
• Аппаратная и конструкционная начинка LED светильников
• Функциональные типы LED светильников
  • Точечные и узконаправленные софиты
  • Софиты с переменным углом светового потока
  • Прожекторы и мощные светильники заливающего света
  • Светильники Omni и широкоугольного рассеивания
  • Встраиваемые панели
• Требования к условиям эксплуатации

На основе светодиодов производятся эффективно работающие светильники любых типов — в области как бытового, так и технического освещения. Однако, LED светотехника имеет принципиальные отличия от аналогов, рассчитанных на применение ламп накаливания и газоразрядных ИС. Обзор посвящен типологии светодиодных светильников с акцентом на этих отличиях.

Элементная база

Светодиоды и аппаратная часть бытовых LED лампочек, трековых софитов и промышленных прожекторов значительно отличаются друг от друга. Поэтому перед изучением типов светильников важно разобраться с их элементной базой. Без этого сложно оценивать плюсы и минусы разных коммерческих предложений.

В схеме светотехнических устройств на основе LED выделяются следующие структурные уровни:

1. Собственно светодиод (СД) — бескорпусный, систем RGB, SMD, PCB Star, COB, Filament.
2. ИС на основе светодиода(ов) — лампа, LED лента, либо сам светодиод без дополнительных элементов.
3. Светильник — состоит из ИС, драйвера, радиатора охлаждения, объединяющего корпуса, линз, рассеивателя, рефлектора (отражателя).

Каждый светодиод состоит из подложки, чипа (излучающего кристаллического диода) и оптической линзы или слоя люминофора. Белый свет в диапазоне цветовых температур от 2200 К (теплый) до 6500 К (холодный) генерируется при прохождении излучения от синего или фиолетового светодиода сквозь слой цветного люминофора (обычно желтого или оранжевого цвета). На этом принципе построены все СД кроме RGB.

RGB

Объединяет в одном корпусе красный, синий и зеленый диоды под общей линзой. Такие устройства используются в лампах с переключением или регулировкой цвета излучения. С их помощью получают и белый свет, но его спектр далек от приемлемого для длительного восприятия. Поэтому область применения ИС на основе RGB светодиодов — декоративное освещение.

SMD и PCB Star

Устройства, состоящие из одного или нескольких кристаллов в корпусе под линзой или люминофором. Потребляемая мощность SMD (от 1 до 9 чипов) не превышает 1 Вт, а вот PCB Star, хоть и содержат в схеме только 1 кристалл — гораздо более мощные СД (до 10 Вт). Оба этих вида СД отличаются узконаправленным потоком, самой высокой светоотдачей Лм/Вт и рекордным сроком службы.

COB

Матрицы из множества (кол-во может быть более 100) чипов на общей пластине, залитой люминофором. Диапазон мощностей СД COB составляет 3,0 - 150 Вт (!) У этих светодиодов чуть меньше светоотдача и срок службы, чем у SMD, зато самая лучшая цветопередача (CRI = 80 – 96 %). Еще одно их принципиальное отличие от SMD — более широкий угол рассеивания света. Матрицы COB могут быть гибкими и иметь любую форму — прямоугольную, круглую, линейную и т.д.

Filament

СД, внешний вид которых имитирует нити накала в традиционной лампочке Эдисона. На узкой стеклянной полоске зафиксировано несколько крохотных чипов, и вся полоска покрыта люминофором. Этот вид светодиодов обеспечивает самое равномерное рассеивание света. Недостаток — сравнительно небольшой срок службы.

Бескорпусные СД

Чипы малого размера и мощности под люминофором, но без корпуса или металлической пластины. Множество таких чипов, смонтированных на пластине (или объемном элементе), находящейся внутри светорассеивающей колбы — самая типичная начинка LED лампочки.

Лампы, ленты и мощные светодиоды как самостоятельные ИС

LED лампы производятся с патронами и штырьевым контактами всех видов. Это позволяет использовать их в светильниках, рассчитанных на ИС других типов. Лампы с негерметичными полимерными колбами делают на базе бескорпусных СД и очень редко — на базе SMD. В лампах LED filament со светодиодными «нитями» используют герметичные стеклянные колбы, наполненные гелием для улучшения теплоотвода.

SMD находят применение в производстве светодиодных лент. СД этого типа используются также в точечных и линейных светильниках.

Мощные COB служат главными элементами светодиодных ламп без колб, а в прожекторах и других технических светильниках их монтируют непосредственно на радиаторы охлаждения.

Аппаратная и конструкционная начинка LED светильников

Светодиоды нагреваются меньше, чем лампы накаливания. Почему же тогда радиатор теплоотвода является обязательным элементом конструкции светодиодного светильника? Дело в том, что эффективность (светоотдача) и срок службы светодиода заметно падают, если превышается температурный порог 60 – 70 °C. Радиатор может входить в конструкцию лампы, помещаться в корпус светильника, либо заменять собой этот корпус.

СД работают от постоянного тока низкого напряжения. Поэтому в лампочку или светильник устанавливают драйвер — устройство, выполняющее функции выпрямителя и трансформатора. Драйвер также называют блоком питания.

В схему управления ламп с регулировкой цвета (цветовой температуры) входит контроллер, обеспечивающий избирательное включение отдельных чипов.

В конструкцию некоторых светодиодные ИС включен диммер для изменения яркости свечения. Следует различать светильники с внутренним диммером и диммируемые светодиоды/лампы. Яркость вторых можно изменять внешними диммерами, например, встроенными в выключатели.

Диммеры в LED лампах иногда встраивают не для функционального затемнения, а с целью продления срока их службы. Термореле при повышении температуры выше установленного предела снижает напряжение, подаваемое на светодиоды. Можно рассматривать такой механизм как сомнительную альтернативу эффективным радиаторам охлаждения.

Важную роль в распределении светового потока от СД играют рефлекторы, линзы и рассеиватели. Наряду с аппаратной частью эти элементы определяют эффективность и внешний вид LED светильников.

Функциональные типы LED светильников

Рассмотрим основные группы LED светотехники, уделяя внимание конструкции, элементной базе, функциональным возможностям и сфере применения.

Точечные и узконаправленные софиты

3 основных приема для получения поток света с минимальным углом рассеивания — это применение:

• ИС на базе SMD.
• Узкоугольных рефлекторов.
• Фокусирующих линз.

Такие светильники позволяют подсвечивать с необходимой яркостью отдельные зоны и объекты. Находят применение в декоративной и рекламной подсветке, освещении рабочих мест в помещениях с высокими потолками, а также в музеях, галереях и на выставочных экспозициях.

В экспозиционных софитах системы линз необходимы, так как расстановка экспонатов, их размер и расположение периодически меняются.

Софиты с переменным углом светового потока

Альтернативой дорогим системам оптической фокусировки с помощью линз выступают LED светильники с наборами сменных рефлекторов. Они обычно конструируются по схеме, включающей:

• Один мощный СД типа COB круглой формы, закрепленный на радиатор.
• Набор рефлекторов, фиксирующихся на радиатор или корпус.
• Внешний драйвер.

Схема успешно работает в трековых и карданных светильниках. Область применения — коммерческие зоны, офисы, жилой интерьер.

Прожекторы и мощные светильники заливающего света

Формально прожектор — это уже рассмотренный узконаправленный софит. Разница заключается в масштабах явления. Прожекторы нужны для освещения зон и объектов большой площади, зачастую — расположенных на значительном удалении. Светильник заливающего света отличается от прожектора более широким углом светового потока. Но внешне устройства этих двух видов могут выглядеть почти одинаково.

Одним светодиодом SMD в мощном прожекторе уже не обойдешься. Востребованы конструкции, основанные на:

1. Матрице из нескольких SMD с общим рефлектором.
2. Матрице из нескольких SMD с индивидуальными линзами
3. Одном мощном СOB с рефлектором.
4. Матрице из нескольких COB с общим рефлектором.

Типичный пример светильника заливающего света — плоская панель с радиатором и матрицей с SMD или COB без рефлектора.

Прожекторы нужны для освещения территорий, зданий, площадок хранения техники и других м/c. Востребованы они и в системах внутреннего света — в гаражных боксах, театрах, спортивных и актовых залах.

Светильники верхнего заливающего света часто применяют в офисах, торговых и промышленных зонах с высокими потолками, а также в теплицах и оранжереях большой площади.

Светильники Omni и широкоугольного рассеивания

Термином «Omni» в световом проектировании называют условно-точечные ИС, распространяющие поток света равномерно во всех направления, т.е., сферически. Пример светодиодного источника света, близкого к omni — лампа LED filament с колбой грушевидной формы или типа «свеча» без внутреннего рефлектора. Похожее распределение света дает светодиодная лампа с распределением чипов типа «кукуруза» и матированной колбой.

В жилом, общественном и офисном интерьере источники omni применяются в светильниках традиционного дизайна. Примеры: рожковые люстры классического типа, люстры, бра и торшеры с абажурами, а также светильники с рассеивающими плафонами.

Достаточно поместить ИС omni под конический, полусферический или параболический рефлектор — и мы получим самый распространенный тип технического светильника с широкоугольным световым потоком. Но наибольший экономический эффект дает схема с мощными COB сборками под такими рефлекторами. Широкоугольными LED светильниками на подвесах часто оборудуют склады, промышленные цеха, общественные пространства большой площади. Кроме открытых СД COB в них применяют и LED лампы с люминофором, нанесенным на колбу.

Линейные

Светодиодные светильники данного типа — одно из самых эффективных средств устройства эргономичного и энергосберегающего освещения. Сложно представить что-то более универсальное по своим функциональным возможностям. С помощью линейных LED светильников можно:

• Обеспечивать как общее, так и местное освещение.
• Оборудовать помещения с любой высотой потолков (регулировка за счет длины подвесов).
• Освещать рабочие места в офисах и на производстве.
• Равномерно освещать большие площади в коммерческих и общественных пространствах.
• Использовать в жилых интерьерах в стилистиках хай-тек и минимализм.

Эффективный линейный трековый светильник имеет корпус с охлаждающим оребрением, смонтированную на нем прямоугольную или линейную плату со светодиодами и линейный рассеиватель в виде трубки с овальным или прямоугольным сечением.

Следует отличать современные линейные LED светильники от трубчатых светодиодных ламп, предназначенных для замены люминесцентных трубок в линейных светильниках старого типа. Первые на 20 % - 30 % эффективнее по светоотдаче и эксплуатируются в 3 – 5 раз дольше из-за лучших условий охлаждения.

Линейные промышленные LED светильники отличаются от офисных и коммерческих более сложной конструкцией корпуса, удовлетворяющей специальным условиям эксплуатации.

Встраиваемые панели

Плоские светодиодные потолочные панели обеспечивают равномерный заливающий свет. В них могут использоваться как SMD, так и COB матрицы. Определяющую роль играет качество светорассеивающего экрана. Светильники этого типа создаются для монтажа на подвесных потолках, так как отдача тепла от радиаторов охлаждения возможна только в подпотолочное пространство.

Большинство серийных моделей LED панелей для подвесных потолков типа «Армстронг» рассчитана на крепление в секциях 600 х 600 мм.

Требования к условиям эксплуатации

В плане соответствия условиям эксплуатации LED светильники независимо от своего функционального типа нормируются так же, как и любая другая светотехника. То есть, всем изделиям присваивается определенная категория по:

• Типу монтажа — потолочный, подвесной, консольный, напольный и т.д.
• Классу энергопотребления — существует 7 классов от А до G, но светодиодная техника соответствует двум верхним классам (А и B).
• Классу электробезопасности — от 0 до 3.
• Степени пылезащищенности (от 2 до 6) и влагозащищенности (от 0 до 8) — маркируется двузначным индексом IP, например, IP20 (достаточно для чистых, сухих помещений) или IP67 (для уличного размещения и промышленных помещений с тяжелыми условиями эксплуатации).