Светодиодна лампа

Светодиодната лампа (LED-лампата) е електрическа лампа, която произвежда светлина с помощта на светодиоди (LED). Светодиодните лампи са значително по-енергийно ефективни от еквивалентните лампи с нажежаема жичка и луминесцентните лампи.^[1][2] Най-ефективните светодиодни лампи, предлагани в търговската мрежа, имат ефективност над 200 лумена на ват (lm/W) и преобразуват повече от половината от входящата енергия в светлина.^[3][4] Продаваните LED лампи имат няколко пъти по-дълъг живот от лампите с нажежаема жичка и луминесцентните лампи.

LED лампа с едисонов цокъл

Асортимент от светодиодни лампи, предлагани в търговската мрежа през 2010 г.

80 W LED модул от промишлено осветително тяло, термично свързан към радиатора

Светодиодните лампи се нуждаят от електронна схема (драйвер), за да работят от електрическата мрежа, а загубите в тази схема означават, че ефективността на лампата е по-ниска от ефективността на използваните светодиодни чипове. Веригата на драйвера може да изисква специални характеристики, за да бъде съвместима с димери (устройства за плавно намаление на силата на светлината), предназначени за лампи с нажежаема жичка. Обикновено формата на вълната на тока съдържа известно количество изкривявания в зависимост от технологията на осветителните тела.^[5]

Очаква се пазарът на светодиодни лампи да нарасне от 75,8 милиарда щ.д. през 2020 г. до 160 милиарда щ.д. през 2026 г.^[6] Светодиодите достигат пълна яркост веднага, без забавяне за загряване. Честото включване и изключване не намалява продължителността на живота, както е при луминесцентното осветление.^[7] Светлинният поток намалява постепенно през целия живот на светодиода.

Текстът върху опаковката на светодиодната лампа, продавана на дребно, може да посочва светлинния поток в лумени, консумацията на енергия във ватове, цветовата температура в келвини или описание на цветовете като „топло бяло“, „студено бяло“ или „дневна светлина“, работния температурен диапазон, дали лампата е съвместима с димер, дали лампата е подходяща за влажни/мокри помещения, а понякога и мощността, еквивалентна на лампа с нажежаема жичка, осигуряваща същия поток в лумени.

История

Първите светодиоди с ниска мощност са разработени в началото на 60-те години на миналия век и произвеждат светлина само в ниските, червени честоти на спектъра. През 1968 г. се появяват първите светодиодни лампи с търговска цел: светодиодният дисплей на Hewlett-Packard,^[8] разработен под ръководството на Хауърд К. Бордън и Джералд П. Пигини, и светодиодната индикаторна лампа на Monsanto Company.^[8] Ранните светодиодни лампи обаче са неефективни и могат да изобразяват само тъмночервени цветове, което ги прави неподходящи за общо осветление и ограничава употребата им до цифрови дисплеи и индикаторни светлини.^[8]

Първият син светодиод с висока яркост е демонстриран от Шуджи Накамура от Nichia Corporation през 1994 г.^[9] По-късно за изобретяването на синия светодиод Исаму Акасаки, Хироши Амано и Накамура са удостоени с Нобелова награда за физика за 2014 г.^[10] Съществуването на сини светодиоди и високоефективни светодиоди води до разработването на първия „бял светодиод“, който използва фосфорно покритие за частично преобразуване на излъчваната синя светлина в червени и зелени честоти, създавайки светлина, която изглежда бяла.^[11] Нови светодиодни лампи навлизат на пазара в началото на XXI век в САЩ (Cree) и Япония (Nichia, Panasonic и Toshiba), а след това от 2004 г. в Корея и Китай (Samsung, Kingsun, Solstice, Hoyol и др.)^[12]

През 2008 г. Philips Lighting прекратява изследванията на компактни луминесцентни лампи и започва да отделя по-голямата част от бюджета си за изследвания и разработки за LED осветление.^[13]

Устройство

Светлината се генерира от полупроводников чип. Той е съставен от няколко полупроводникови слоя – обикновено епитаксиално отложени – и свързващи елементи. Когато на диода се подаде постоянно напрежение, в активния слой се генерира светлина с определена дължина на вълната (синя светлина при белите светодиоди). Електроните и дупките се рекомбинират в полупроводника. Луминесценцията преобразува електрическата енергия в електромагнитна енергия, т.е. в светлина. Корпусът обикновено съдържа чипа, подложката, електрическите контакти и преобразуващия слой (фосфор). Именно този корпус, заедно с чипа, се нарича светлоизлъчващ диод, LED. Корпусът включва и функции като защитни схеми, оптични лещи или елементи за разсейване на топлината.^[14]

Вградено захранване

Разглобен образец със захранваща платка, радиатор и едисонов цокъл

Принципна схема на 6-ватова LED лампа^[15] с понижаващ конвертор

Освен светодиодите, неразделна част от светодиодните източници на светлина е и захранващият модул, вграден в корпуса на лампата. Баластът, подобен на този при газоразрядните лампи, ограничава и стабилизира постоянния ток, необходим за работата на светодиодите, при значително по-ниско постоянно напрежение от мрежовото.

В повечето евтини светодиодни източници на светлина в основата на лампата е вграден захранващ блок на основата на кондензатор. Недостатъкът му е, че колебанията в мрежовото напрежение водят до колебания в яркостта.

В светодиодните светлинни източници се използват и аналогови схеми на източници на постоянен ток.^[16] За тази цел се използват и интегрални схеми.^[17]

За по-доброто качество на светодиодните лампи и осветителни тела се използват специални импулсни захранващи устройства.

Вътрешно устройство на 9-ватова светодиодна лампа за 230 V. Чашката служи като радиатор