СВЕТОДИОДНЫЙ ИЗЛУЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЛАМП ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
|
Введение 7
1 Аналитический обзор 9
1.1 Физические основы работы светодиода 9
1.2 Разновидности светодиодных ламп и их основные характеристики 10
1.2.1 Разновидности светодиодных ламп 10
1.2.2 Основные характеристики светодиодных ламп 14
1.2.3 Технологические различия многокристальных светодиодных
модулей 15
1.3 Функциональные аналоги разрабатываемого светодиодного
излучающего элемента 17
1.4 Методы расчёта светотехнических характеристик светодиодных
устройств 25
1.5 Методы расчёта тепловых характеристик светодиодных устройств 29
1.6 Влияние режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента и ламп на их основе 34
2 Расчёт конструкции светодиодного излучающего элемента и выбор материалов и комплектующих 38
2.1 Расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества и типа кристаллов 38
2.2 Расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента
для определения материала несущей конструкции и клея 45
2.3 Расчёт срока службы светодиодного излучающего элемента 49
3 Изготовление макетов СИЭ и проведение исследовательских испытаний... 52
3.1 Выбор материалов и комплектующих 52
3.1.1 Кристалл 52
3.1.2 Люминофор 53
3.1.3 Люминофорная композиция 55
3.1.4 Клей 57
3.2 Проведение измерений 59
3.2.1 Измерения кривой силы света 59
3.2.2 Определение конструктивно технологического запаса 61
3.2.3 Влияние температуры и электрической нагрузки на
эксплуатационные характеристики и работоспособность СИЭ 62
3.2.4 Испытания лампы 65
Заключение 69
Список использованных источников
1 Аналитический обзор 9
1.1 Физические основы работы светодиода 9
1.2 Разновидности светодиодных ламп и их основные характеристики 10
1.2.1 Разновидности светодиодных ламп 10
1.2.2 Основные характеристики светодиодных ламп 14
1.2.3 Технологические различия многокристальных светодиодных
модулей 15
1.3 Функциональные аналоги разрабатываемого светодиодного
излучающего элемента 17
1.4 Методы расчёта светотехнических характеристик светодиодных
устройств 25
1.5 Методы расчёта тепловых характеристик светодиодных устройств 29
1.6 Влияние режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента и ламп на их основе 34
2 Расчёт конструкции светодиодного излучающего элемента и выбор материалов и комплектующих 38
2.1 Расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества и типа кристаллов 38
2.2 Расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента
для определения материала несущей конструкции и клея 45
2.3 Расчёт срока службы светодиодного излучающего элемента 49
3 Изготовление макетов СИЭ и проведение исследовательских испытаний... 52
3.1 Выбор материалов и комплектующих 52
3.1.1 Кристалл 52
3.1.2 Люминофор 53
3.1.3 Люминофорная композиция 55
3.1.4 Клей 57
3.2 Проведение измерений 59
3.2.1 Измерения кривой силы света 59
3.2.2 Определение конструктивно технологического запаса 61
3.2.3 Влияние температуры и электрической нагрузки на
эксплуатационные характеристики и работоспособность СИЭ 62
3.2.4 Испытания лампы 65
Заключение 69
Список использованных источников
Светодиодное освещение широко применяется в различных областях техники. В основу работы светодиода положен эффект электролюминесценции. Светодиоды на основе нитридного кристалла и люминофорной композиции позволяют получить практически любые цвета и оттенки. Именно светодиод белого цвета свечения такого конструктивного исполнения является самым эффективным и надёжным источником света в настоящее время. Научные коллективы России и за рубежом работают над проблемами в области светодиодной светотехники для повышения эффективности и надёжности светодиодных источников света. Тем временем рынок бытового освещения по-прежнему наполнен лампами накаливания и люминесцентными лампами. Это связано с тем, что практически все светотехнические устройства, светильники люстры и т.д., конструктивно выполнены под лампу накаливания. Для бытового применения используются лампы с цоколем E27 или E14 ГОСТ 28108-89 и сферическим светораспределением. Создание светодиодной лампы на основе светодиодных излучающих элементов (LED Filament Bulbs) позволило повысить долю применения светодиодного освещения в бытовых целях. Светодиодная лампа на основе светодиодных излучающих элементов содержит колбу, заполненную газом с низкой вязкостью и высокой теплопроводностью, например, гелием. В колбе размещен держатель со стойкой сердечника со штенгелем. На стойке сердечника закреплена объёмная излучающая свет конструкция из светодиодных излучающих элементов. Помимо повышения световой отдачи лампы на основе светодиодных излучающих элементах важнейшей задачей является отвод тепла от светодиодных кристаллов. На надёжность работы светодиодной лампы влияют температура на кристаллах и электрическая нагрузка, повышение которых приводит к ускорению физико¬химических процессов деградации светодиодной лампы.
Именно по этим причинам тема выпускной квалификационной работы, цель и задачи являются актуальными.
Цель проекта - создание светодиодного излучающего элемента для применения в лампах общего назначения.
Для достижения поставленной цели на текущем этапе поставлены следующие задачи:
- провести анализ литературы и поиск функциональных аналогов разрабатываемого светодиодного излучающего элемента;
- провести анализ и выбор материалов и комплектующих для изготовления макетов светодиодного излучающего элемента;
- провести расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества кристаллов;
- провести расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента для определения материала несущей конструкции;
- провести исследования люминофоров для создания люминофорной композиции;
- изготовить макеты светодиодного излучающего элемента;
- провести исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
Именно по этим причинам тема выпускной квалификационной работы, цель и задачи являются актуальными.
Цель проекта - создание светодиодного излучающего элемента для применения в лампах общего назначения.
Для достижения поставленной цели на текущем этапе поставлены следующие задачи:
- провести анализ литературы и поиск функциональных аналогов разрабатываемого светодиодного излучающего элемента;
- провести анализ и выбор материалов и комплектующих для изготовления макетов светодиодного излучающего элемента;
- провести расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества кристаллов;
- провести расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента для определения материала несущей конструкции;
- провести исследования люминофоров для создания люминофорной композиции;
- изготовить макеты светодиодного излучающего элемента;
- провести исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
В ходе данной работы были выполнены следующие задачи:
Проведен анализ литературы и поиск функциональных аналогов разрабатываемого светодиодного излучающего элемента. Выполнен анализ и выбор материалов и комплектующих для изготовления макетов светодиодного излучающего элемента. Выполнены расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества кристаллов. Произведены расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента для определения материала несущей конструкции. Проведены исследования люминофоров для создания люминофорной композиции. Изготовлены макеты светодиодного излучающего элемента. Выполнены исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
Производители СИЭ применяют несущие конструкции из металла, керамики и сапфира. По результатам проведённого анализа технических характеристик аналогов СИЭ установлено, наибольшее значение по световой отдаче достигнута корпорации OSRAM на несущей конструкции из сапфира, разница между световыми потоками СИЭ производства Samsung LED с керамической несущей конструкцией и несущей конструкцией из сапфира составляет 7 лм.
Выбранный светодиодный кристалл Epistar ES-EEDBF09F.
Проведённые расчёты светотехнических характеристик показали, что выбранный кристалл должен обеспечить световую отдачу СИЭ 174,5 лм/Вт и световой поток 239,7 лм
Исходя из проведённых расчётов светотехнических характеристик следует, что для изготовления светодиодной лампы - аналога лампы накаливания 100 Вт потребуется 10 шт. макетов СИЭ. Известно, что при
нагреве у светодиодов снижается световая отдача, поэтому принято решение установить в колбе лампы 12 шт. СИЭ.
Проведённые расчёты тепловых характеристик показали, что температура СИЭ размещённых в колбе заполненной воздухом 183,1 °С, температура СИЭ размещённых в колбе заполненной гелием 51,6 °С. Известно, что гелий обладает высокой текучестью, поэтому в условиях реальной эксплуатации лампы гелий будет смешиваться с воздухом.
В результате проведённых тепловых расчётов СИЭ, установлено, что материал несущей конструкции (металл, сапфир и керамика) не оказывают существенного влияния на температуру кристалла. Температура p - n перехода кристалла выше температуры на поверхности СИЭ в среднем на (11,3 -
11,8) °С. Рассчитан прогнозный срока службы для СИЭ размещённых в колбе заполненной воздухом 54 642 часов, гелием 73 167 часов.
Проведены исследования люминофоров для создания люминофорной композиции. Изготовлены макеты светодиодного излучающего элемента. Проведены исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
Установлено, что:
- предельное значение прямого тока СИЭ составляет 21 мА, из 10 шт. 3 шт. вышли из строя при токе 16,2 мА, 1 шт. при токе 19,75 мА;
- предельное значение температуры окружающей среды для СИЭ со значением рабочего прямого тока 10 мА составляет 205 °С;
- за 10000 часов наработки в рабочем режиме световой поток лампы снизился с 425 до 290 лм (на 31 %), световая отдача снизилась на 26,4 лм/Вт (35 %). После 10000 часов наработки синяя составляющая спектра светодиодной лампы - излучение кристалла, относительно спектра излучения люминофора увеличилась по сравнению с исходным спектром на 0,25 относительных единиц (41 %), что связано с деградацией люминофорной композиции [33].
Проведен анализ литературы и поиск функциональных аналогов разрабатываемого светодиодного излучающего элемента. Выполнен анализ и выбор материалов и комплектующих для изготовления макетов светодиодного излучающего элемента. Выполнены расчёты светотехнических характеристик светодиодного излучающего элемента для определения оптимального количества кристаллов. Произведены расчёты тепловых характеристик светодиодного излучающего элемента для определения материала несущей конструкции. Проведены исследования люминофоров для создания люминофорной композиции. Изготовлены макеты светодиодного излучающего элемента. Выполнены исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
Производители СИЭ применяют несущие конструкции из металла, керамики и сапфира. По результатам проведённого анализа технических характеристик аналогов СИЭ установлено, наибольшее значение по световой отдаче достигнута корпорации OSRAM на несущей конструкции из сапфира, разница между световыми потоками СИЭ производства Samsung LED с керамической несущей конструкцией и несущей конструкцией из сапфира составляет 7 лм.
Выбранный светодиодный кристалл Epistar ES-EEDBF09F.
Проведённые расчёты светотехнических характеристик показали, что выбранный кристалл должен обеспечить световую отдачу СИЭ 174,5 лм/Вт и световой поток 239,7 лм
Исходя из проведённых расчётов светотехнических характеристик следует, что для изготовления светодиодной лампы - аналога лампы накаливания 100 Вт потребуется 10 шт. макетов СИЭ. Известно, что при
нагреве у светодиодов снижается световая отдача, поэтому принято решение установить в колбе лампы 12 шт. СИЭ.
Проведённые расчёты тепловых характеристик показали, что температура СИЭ размещённых в колбе заполненной воздухом 183,1 °С, температура СИЭ размещённых в колбе заполненной гелием 51,6 °С. Известно, что гелий обладает высокой текучестью, поэтому в условиях реальной эксплуатации лампы гелий будет смешиваться с воздухом.
В результате проведённых тепловых расчётов СИЭ, установлено, что материал несущей конструкции (металл, сапфир и керамика) не оказывают существенного влияния на температуру кристалла. Температура p - n перехода кристалла выше температуры на поверхности СИЭ в среднем на (11,3 -
11,8) °С. Рассчитан прогнозный срока службы для СИЭ размещённых в колбе заполненной воздухом 54 642 часов, гелием 73 167 часов.
Проведены исследования люминофоров для создания люминофорной композиции. Изготовлены макеты светодиодного излучающего элемента. Проведены исследования влияния режимов эксплуатации на основные характеристики светодиодного излучающего элемента.
Установлено, что:
- предельное значение прямого тока СИЭ составляет 21 мА, из 10 шт. 3 шт. вышли из строя при токе 16,2 мА, 1 шт. при токе 19,75 мА;
- предельное значение температуры окружающей среды для СИЭ со значением рабочего прямого тока 10 мА составляет 205 °С;
- за 10000 часов наработки в рабочем режиме световой поток лампы снизился с 425 до 290 лм (на 31 %), световая отдача снизилась на 26,4 лм/Вт (35 %). После 10000 часов наработки синяя составляющая спектра светодиодной лампы - излучение кристалла, относительно спектра излучения люминофора увеличилась по сравнению с исходным спектром на 0,25 относительных единиц (41 %), что связано с деградацией люминофорной композиции [33].
Подобные работы
- МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СВЕТА В
ИНТЕРЬЕРЕ ПАРИКМАХЕРСКОЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ В ВИДЕ ЭЛЕКТРОННОГО КУРСА ЛЕКЦИЙ
Бакалаврская работа, дизайн. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2019