Тот бесспорный факт, что в области освещения самыми экономичными и надёжными на сегодняшний день приборами являются светодиодные светильники, очевиден уже всем. Но и эта группа отнюдь не однородна.
Чем светодиодные светильники различных наименований отличаются друг от друга? В рамках этого вопроса мы не будем рассматривать такие риторические показатели, как популярность фирмы-производителя или цена изделия.
Давайте сами попробуем сконструировать светодиодный светильник, выбирая для него лучшие на сегодняшний день компоненты.
Из чего состоит практически любой светодиодный светильник?
Это — в первую очередь — светодиоды.
Что определяет качество светодиода?
Прежде всего — светоотдача, то есть зависимость величины светового потока, излучаемого светодиодом от потребляемой им же мощности.
Проще говоря, сколько у него «люмен на ватт».
Бесспорным лидером в гонке за наилучшее соотношение «мощность — световой поток» является американская компания CREE, которая в 2011 году начала выпуск светодиодов XM-L с самой высокой на сегодняшний день светоотдачей — 160 лм/Вт при токе 350 мА.
Эти светодиоды обладают уникальными характеристиками в разряде монокристалльных: световой поток на токе 700 мА имеет значение 300 лм (для белого холодного) и тепловое сопротивление 2,5°С/Вт. Максимальный ток, на котором может функцианировать XM-L без перегрева кристалла 3 Ампера. При этом значение светового потока у него достигает 910 Люмен, а падение напряжения всего лишь 3,34 Вольта.
Пожалуй, излишне разводить демагогию и углубляться в риторику там, где всё уже очерчено изящными линиями характеристик взаимоотношений напряжения с током (рис. 1) и тока со световым потоком (рис. 2)
Рисунок 1
На сегодняшний день ни один светодиод других мировых производителей не может обеспечить даже близких параметров.
Возьмём его для нашего изделия.
Что ещё входит в состав светодиодного светильника?
Источник тока, или светодиодный драйвер.
Какая характеристика драйвера, помимо тока и мощности, может быть нам интересна?
Конечно же «энергетическая эффективность», или «косинус фи». Она определяется отношением «активной» мощности (мощности, расходуемой непосредственно на «создание» светового потока к «общей» мощности, потребляемой источником питания, которая включает в себя так же и «реактивную» мощность, которая расходуется, скажем так, на «организацию вспомогательных процессов», например, электромагнитных полей в трансформаторах и дросселях, входящих в состав драйвера. Пожалуй не стоит чрезмерно углубляться в технические тонкости данного вопроса. Стоит лишь упомянуть о том, что величина данного показателя чрезвычайно важна для любого здравомыслящего энергетика, и, при проектировании электросети, она (величина «косинуса фи») неизбежно будет играть основополагающую роль.
Ну а как «не энергетику», да и вообще человеку далёкому от подобных императивов в силу ряда объективных причин, определить, какой косинус «хороший», а какой «не очень» ?
Ответ на этот вопрос в таблице 1:
| Значение коэффициента мощности | Высокое | Хорошее | Удовлетворительное | Низкое | Неудовлетворительное |
|---|---|---|---|---|---|
| cos φ | 0,95...1 | 0,8…0,95 | 0,65…0,8 | 0,5…0,65 | 0…0,5 |
Очевидно, что чем ближе значение данного показателя к единице, тем качественнее драйвер.
Для того, что бы приблизить изделие к «адекватным» мощностным характеристикам, то есть приблизить «косинус фи» к единице, в источниках питания применяются специальные схемы, которые позволяют — выражаясь «ненаучным» языком — накапливать реактивную мощность и расходывать её на «полезные» цели.
Такие схемы получили название «корректор коэффициента мощности», или power factor corrector (PFC).
Что бы наш светильник обладал достойным «косинусом фи» мы просто обязаны применить в его схеме драйвер с корректором коэффициента мощности. Ну, раз обязаны — значит, применим.
Давайте теперь решим, в каком «формате» будем использовать выбранный нами XM-L.
Как-то совсем не интересно останавливаться на весьма привлекательном «одноваттном» режиме с током 350 мА, имея дело со штуковиной, которая потенциально в 10 раз мощнее. Да и проверять его «десятиваттные» способности с током в 3000 мА тоже что-то не хочется. Почему-то тянет к «золотой середине». Где-то так ампера на полтора.
Посмотрим, существует ли в «природе» драйвер, удовлетворяющий нашим не самым скромным запросам?
И что мы видим?
цитата из data sheet:
- «DC VOLTAGE 42V
- DC VOLTAGE RANGE 21-42V
- CURRENT RANGE 1400mA ±3%
- RATED POWER 58.8W
- VOLTAGE RANGE 100-240VAC
- FREQUENCY RANGE 47~63Hz
- EFFICIENCY(Typ.) 85% full load
- POWER FACTOR PF 0.9/230VAC PF 0.95/115VAC at full load
1,4 Ампера — надёжная «золотая середина»
Такой драйвер позволит нам от светодиода XMLAWT-00-0000-0000T6053 на токе 1,4 Ампера при падении на нём 3,07 Вольта получить 560 Люмен.
Рисунок 2
700 мА — 100% — 300 Лм
1400 мА — 187% — 560 Лм
Будучи адекватными представителями славной кагорты строителей светодиодных светильников, мы с вами не будем ограничиваться одним светодиодом, а возьмём для своего изделия хотя бы десяток, тем более, что и мощность драйвера (60 Ватт) вполне позволяет нам подобную роскошь.
Посчитаем потребляемую мощность:
1,4 х 3,07 х 10 = 43 Ватт и разделим на 0,85 (кпд источника 85%) = 51 Ватт
И в результате получим: 560 х 10 = 5600 Люмен на 51 Ватт.
Очень, на мой скромный взгляд, привлекательные цифры.
Поэтому, мелочиться не будем, а сделаем светильник сразу на 30 светодиодах ... и трёх драйверах. Получится светильник с тремя независимыми схемами.
Фактически, три светильника в одном.
Итого:
51 х 3 = 153 Ватт
5600 х 3 = 16800 Люмен
Осталось наши светодиоды припаять на обязательно алюминиевые платы и через теплопроводящую пасту установить те платы в алюминиевый же корпус, форма которого позволила бы «рассеять» излишнее тепло, которое неизбежно будет выделяться в процессе работы светильника.
Оптимальным выбором, конечно же, является алюминиевый профиль. Только вот выбирать из широкого ассортимента представленных на рынке стандартных решений мы не будем. Хотя бы потому, что они придуманы для других задач. Проще говоря, «заточены» под другие комплектующие строителями других светильников.
Мы возьмём наш профиль, специально созданный конструкторами одного из московских КБ для выбранных нами лучших комплектующих, и значит лучший для нас. (рис.3)
Рисунок 3
Конфигурация корпуса светильника, выполненного из такого профиля не позволяет кристаллам светодиодов нагреваться выше 70 градусов по шкале вышеупомянутого шведского физика (рис. 4)
Рисунок 4
Максимальная температура в отсеке для драйвера составит всего лишь 45 градусов.
Кстати, раз уж светодиоды нагреются до 70-ти градусов, то следует подкорректировать полученный нами световой поток, сверившись с графиком, описывающим взаимоотношения между температурой и световым потоком (рис. 5)
Рисунок 5
В итоге имеем: 16800 Лм х 0,9 = 15120
Дабы как-то защитить светодиоды от воздействия окружающей среды, закроем их ударопрочным монолитным поликарбонатом, который — в совокупности с крышкой отсека драйвера — обеспечит светильнику защиту IP-65, что позволит нам использовать его как уличный светодиодный светильник.
Осталось лишь придумать название.
Светодиодный уличный — СДУ
Стопятидесятитрёхваттный — как-то не звучит
Стопятидесятиваттный — звучит гораздо лучше — 150
На светодиодах CREE
СДУ-150 /CREE/
Логично, но как-то суховато.
Гораздо красивее «Азимут» (верное направление в развитии мощных осветительных приборов).
Азимут-150:
- потребляемая мощность: не более 153 Ватт
- коэффициент мощности: не мене 0,9
- световой поток: 15000 Лм
- степень защиты: IP-65
По материалам компании «ЛюменЛайт»
