Андрей Смирнов
Время чтения: ~6 мин.
Просмотров: 0

Расчет линзы для светодиода

Процедура теплообмена

Чтобы поддерживать низкую температуру перехода и поддерживать на высоком уровне характеристики светодиода , следует рассмотреть каждый метод отвода тепла от светодиодов. Проводимость, конвекция и излучение являются тремя способами передачи тепла. Как правило, светодиоды заключены в прозрачную смолу , которая является плохим тепло проводником . Почти все выделяемое тепло проходит через обратную сторону чипа.

Тепло генерируется из PN-перехода электрической энергии, которая не была преобразована в полезный свет и передавалась во внешнюю среду по пути, от перехода к пайке, припой к плате, и от подложки к радиатору, а затем в атмосферу.

Типичный вид сбоку светодиода и его тепловая модель показаны на рисунках.

Температура перехода будет ниже, если тепловой импеданс меньше и аналогично, с более низкой температурой окружающей среды. Чтобы максимизировать полезный диапазон температуры окружающей среды для данного рассеивания мощности , общее тепловое сопротивление от соединения до окружающей среды должно быть минимизировано.

Значения термического сопротивления широко варьируются в зависимости от поставщика материала или компонента. Например, R JC будет варьироваться от 2,6 ° C / Вт до 18 ° C / Вт, в зависимости от производителя светодиода. Тепловое сопротивление материала термостойкости(TIM) также будет варьироваться в зависимости от выбранного типа материала. Обычные TIM – это эпоксидная смола, термопаста, чувствительный к давлению клей и припой.

Виды линз

У современных производителей классификация линз для светодиодов происходит по двум основным признакам:

  1. Типу лед-элемента.
  2. Модели светораспределения.

Среди вторичных признаков оптики можно выделить количество светодиодов, симметричность их расположения, а также прозрачность или матовость материала. Наиболее популярным типом распределения светового потока является круглое симметричное. Это может быть каскад последовательно соединенных лед-кристаллов небольшим номиналом 1-3-5 W.

Световой угол у них может варьироваться в достаточно широких пределах – от нескольких до полутора сотен градусов. Некоторые характерные виды имеют свои названия. Например, линзы, которые фокусируют пучок освещения не более чем на 10 градусов, называют спотовыми («спот» — с англ. означает «пятно»).

Светодиоды с линзами для авто

Широкое развитие
светодиодной светотехники привело к тому, что уже многие автомобили с конвейера
оснащаются лед-элементами и соответствующей им оптической системой. При этом в
ходе разработки фар обязательно учитываются требования правил дорожного
движения по характеристикам бортового освещения.

Со старыми
автомобилями, имеющими в качестве источника света лампочки накала, галогенки
или ксенон, дело обстоит сложнее. Хотя многие линейки и предлагают
устанавливать в штатные фары светодиоды, полноценного эффекта от их
использования это не дает. Нужна специальная система оптики – с линзами. Поэтому
многие производители предлагают автопользователям тюнингованный вариант их
монтажа. Уже готовые фары можно установить на радиаторную решетку или бампер.

Принцип работы

Принцип работы линз для плоских и иных форм светильников со светодиодами основан на естественном законе природы о преломлении световых волн на границе двух различных сред. В данном случае дело касается материала оптики (стекла, пластика) и воздуха. Преломление светового потока существенно зависит от формы рубежа, через который он проходит.

Например, благодаря специальной линзе с выпуклыми сторонами светодиод ручного фонарика фокусирует узкий луч в пределах 12-15 градусов. Светотехнические характеристики изменяются также в зависимости от расстояния лед-кристалла до границы раздела сред, а также от препятствия, устанавливаемого между ними. В некоторых системах автомобильной оптики это применяется для переключения с ближнего света на дальний и наоборот.

Материалы для изготовления и способы крепления

Большинство производителей для производства линз используют прозрачный поликарбонат. Этот материал обладает отличными оптическими свойствами. Ввиду малых потерь на внутренне поглощение и отражение света, КПД оптических систем на основе поликарбоната составляет 90% и более.

Материал хорошо работает в широком диапазоне температур, не подвержен быстрому старению, легок, обладает достаточной прочностью. Важным преимуществом поликарбоната перед другими материалами является его технологичность, что позволяет выпускать дешевые и качественные линзы в промышленных масштабах.

Конечно же, для светодиодных линз применяется и традиционное стекло. Чаще всего боросиликатные сорта. Стеклянные линзы имеют большую твердость и поэтому более устойчивы к образованию царапин.

В зависимости от типа корпуса, линзы могут удерживаться на светодиоде с помощью трения (да, да именно трения – есть такая технология), крепиться с помощью специальной фурнитуры или приклеиваться к радиаторам светодиодов или на печатные платы. Например, светодиоды 5450 с линзами clip lens часто используют для декоративной подсветки. При этом она удерживается на светодиоде силой трения.

Светодиоды с линзами для авто

Многие автопроизводители, разрабатывая новые модели автомобилей, активно переходят на светодиодную светотехнику. Такой подход полностью оправдан. Ведь светодиодная фара мощностью 10 Вт будет светить как 100 ваттная. Естественно вместе с применением светодиодов изменилась и вторичная оптика автомобилей. Светодиоды в фарах используются вместе со специально разработанными линзами, которые создают кривые силы света, отвечающие всем требованиям правил дорожного движения.

К сожалению, установить в фары старых автомобилей, вместо ламп накаливания, светодиоды очень трудно. Однако производители находят выход из положения. На рынке можно встретить светодиодные автомобильные лампы для ближнего света. Еще больше предложений для любителей тюнинга. В продаже имеются различные светодиодные фары с линзами, которые можно установить на решетку радиатора или бампер. Уже упомянутая комбинация LED 5450 с линзами clip lens часто применяется для декоративной подсветки различных элементов авто.

Драйвера

Блоки питания Би Лед модулей обеспечивают хорошую стабилизацию тока, пульсации светового потока на уровне 1-2%, то есть практически равны нулю. Китайские производители не любят изобретать и предпочитают использовать стандартные и проверенные решения. Половина корпусов одинаковые, но начинка разная, это видно по разным проводам и типам коннекторов.

Для внешней установки драйвера желательно использовать герметичный разъём питания. Иначе влага, соль, конденсат будут разъедать контакты, повышая их сопротивление и нагревая их. Часто в обычных автомобильных фарах контакты подключения галогенки окисляются и разрушаются, нарушается контакт и лампочка может часто перегорать.

У Koito драйвер экранирован железной пластинкой с надписями Lexus, Toyota и другими буквами цифрами. Пластину снимать не стал из-за экономии времени, всё равно там установлены фирменные комплектующие с высоким ресурсом.

Основные выводы

Линза для светодиода предназначена для фокусировки светового потока светильника. Это позволяет формировать направленное освещение с заданными характеристиками. Например, овально распределенным в горизонтальной плоскости, что необходимо для подсветки дороги для движущегося автомобиля или прожектора.

Светильники такого типа различаются по:

  1. Виду лед-кристалла.
  2. Их количеству.
  3. Симметричности их расположения.
  4. Типу распределения светового потока.

Современные фонари с линзой на светодиодах способны фокусировать освещение от нескольких до полутора сотен градусов. Для оснащения автомобилей чаще всего применяются би-линзы – способные формировать ближний и дальний свет. В качестве основного их материала применяют стекло или поликарбонат. Чтобы сделать подобную оптическую систему своими руками, необходимо приобрести специальное или универсальное увеличительное стекло и закрепить его, соблюдая требования соосности, над лед-элементом на определенном расстоянии в соответствии с заданными параметрами.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации