De werkingsprincipes van string-LED's: een uitgebreide uitleg
String-LED's, ook wel bekend als LED-lichtsnoeren, zijn alomtegenwoordig geworden in het moderne leven en verfraaien huizen tijdens vakanties, verlichten zakelijke gebieden en verrijken buitenlandschappen. Hun aantrekkingskracht komt voort uit voordelen als energie-efficiëntie, langere levensduur en aanpasbaar ontwerp, maar als je weet hoe ze werken, moet je je verdiepen in de componenten, circuitarchitectuur en lichtgevende processen. Dit artikel gaat in op de fysica die ten grondslag ligt aan string-LED's, van individuele diodes tot geïntegreerde systemen, om hun werkingsprincipes te verduidelijken.
In het centrum van elkesnaar-LEDis de light{0}}emitting diode (LED), een halfgeleiderapparaat dat elektrische energie rechtstreeks in licht omzet. In tegenstelling tot typische gloeilampen, die afhankelijk zijn van het verwarmen van een gloeidraad om licht te genereren (een proces waarbij de meeste energie verloren gaat als warmte), werken LED's volgens het concept van elektroluminescentie.Elke LED in een stringbestaat uit verschillende hoofdonderdelen: een halfgeleiderchip, twee elektroden (anode en kathode), een lens en een koellichaam (meestal gekrompen voor stringtoepassingen). De halfgeleiderchip is gewoonlijk gemaakt van materialen zoals galliumarsenide (GaAs) of galliumfosfide (GaP), gedoteerd met onzuiverheden om een ap-n junctie-een grens te genereren tussen een positief geladen "p-type" gebied en een negatief geladen "n-type" gebied. Wanneer een elektrische stroom aan de LED wordt gegeven, reizen elektronen uit het n-type gebied over de p-n-overgang en recombineren ze met "gaten" (ontbrekende elektronen) in het p-type gebied. Bij deze recombinatie komt energie vrij in de vorm van fotonen, die zichtbaar zijn als licht. De kleur van het licht hangt af van de bandafstand van het halfgeleidermateriaal: kleinere openingen produceren rood of geel licht, terwijl grotere openingen blauw of violet licht creëren (witte LED's, die vaak worden gebruikt in lichtslingers, zijn vaak blauwe LED's bedekt met een fosfor die een deel van het blauwe licht omzet in geel en zich vermengt tot wit).
String-LED'sverschillen grotendeels van solo-LED's in hun circuitarchitectuur, die verschillende diodes verenigt in één enkel bruikbaar systeem. De twee meest voorkomende circuitontwerpen voor string-LED's zijn serieschakelingen en parallelle circuits, elk met specifieke operationele kenmerken. In een reeks LED's zijn alle LED's in één route met elkaar verbonden, wat betekent dat de elektrische stroom de een na de ander door elke LED loopt. Dit ontwerp heeft een cruciaal voordeel: er is een lagere stroom nodig om te functioneren, omdat door elke diode dezelfde stroom loopt. Niettemin hebben serieschakelingen een aanzienlijke beperking: als één LED uitvalt (bijvoorbeeld doorbrandt of losraakt), wordt het hele circuit verstoord en houden alle LED's in de string op met werken. Dit is een aanzienlijk gevolg. Om een oplossing voor dit probleem te bieden, bevatten string-LED's uit hedendaagse series vaak shuntweerstanden of zenerdiodes parallel aan elke LED. Een shuntweerstand dient als bypass-kanaal voor stroom in het geval dat een LED niet goed functioneert. Wanneer een LED doorbrandt, wordt de weerstand ervan extreem hoog, waardoor er stroom via de shuntweerstand gaat vloeien. Hierdoor kan de rest van de string licht blijven weergeven. Zenerdiodes vervullen een functie die analoog is aan die van LED's, maar ze regelen ook de spanning, waardoor spanningspieken worden geëlimineerd die schade aan een LED kunnen veroorzaken.
Parallelle string-LED's daarentegenkoppel elke LEDover dezelfde twee elektriciteitslijnen. Dit zorgt ervoor dat elke diode onafhankelijk dezelfde spanning ontvangt. Het probleem van 'één-fout-breekt-alles'' wordt aangepakt door dit ontwerp, dat ervoor zorgt dat zelfs als één LED uitvalt, de andere normaal zullen blijven functioneren, aangezien hun huidige routes van elkaar verschillen. LED's kunnen worden toegevoegd aan of verwijderd uit parallelle circuits zonder de totale stroom of spanning aanzienlijk te beïnvloeden, waardoor parallelle circuits eenvoudiger maatwerk kunnen vergemakkelijken. Parallelle ontwerpen vereisen daarentegen een grotere totale stroom omdat elke LED zijn eigen stroom uit de voeding haalt. Parallelle string-LED's bevatten vaak een stroom-begrenzende weerstand in serie met elke LED of een enkele stroom-begrenzende weerstand voor het hele circuit (afhankelijk van het ontwerp). Dit wordt gedaan om de controle over de stroom te behouden. Deze weerstanden voorkomen dat er een overmatige hoeveelheid stroom door de LED's gaat, wat er anders toe zou leiden dat de LED's oververhit raken en hun operationele levensduur verkorten. Geïntegreerde schakelingen (IC's) worden door bepaalde moderne parallelle strings gebruikt om de stroom te bewaken en te wijzigen. Dit zorgt ervoor dat de helderheid van alle LED's uniform blijft.
Bovendien is de voeding een essentieel onderdeel van string-LED's. Het is verantwoordelijk voor het transformeren van de conventionele AC-elektriciteit (wisselstroom) die wordt geleverd door stopcontacten in de laag-DC-stroom (gelijkstroom) die nodig is voor de LED-functie. Rectificatie, het proces waarbij wisselstroom (AC) wordt omgezet in gelijkstroom (DC), en spanningsregeling, wat het proces is waarbij de standaard 120 V of 230 V AC wordt verlaagd naar de juiste gelijkspanning voor de string, zijn de twee belangrijkste functies die de voeding, meestal een kleine adapter of ingebouwde module, uitvoert. Als we een string uit de 50-LED-serie als voorbeeld nemen, is het mogelijk dat hiervoor 120 V AC nodig is (omdat elke LED ongeveer 2,4 V nodig heeft, 50×2,4 V=120V). Dit zou de noodzaak voor een spanningsverminderende adapter elimineren. Aan de andere kant zou een parallelle string bestaande uit tien LED's, die elk 3V nodig hebben, het gebruik van een 3V DC-adapter noodzakelijk maken. Dit komt omdat elke LED rechtstreeks stroom ontvangt van de 3V-bron. Ter bescherming tegen vocht zijn bepaalde string-LED's, vooral die welke buiten worden gebruikt, uitgerust met waterdichte stroombronnen. Dit is een essentieel element om zowel de veiligheid als de levensduur te garanderen.
Bovendien stellen besturingstechnologieën gebruikers in staat de helderheid van de verlichting te regelenstring-LED's, verander de kleuren van de LED's en genereer dynamische patronen (zoals knipperen, vervagen of achtervolgen). Dit breidt de bruikbaarheid van string-LED's verder uit. Geïntegreerde schakelingen (IC's) of microcontrollers zijn de drijvende kracht achter deze bedieningselementen. Ze zijn verantwoordelijk voor het regelen van de stroom of spanning die aan de LED's wordt gegeven. Dimmen wordt bijvoorbeeld vaak bereikt door gebruik te maken van Pulsbreedtemodulatie (PWM), een methode waarbij het geïntegreerde circuit (IC) de LED's snel aan en uit zet (in een tempo dat te snel is voor het menselijk oog om waar te nemen). De geïntegreerde schakeling (IC) is verantwoordelijk voor het regelen van de schijnbare helderheid door de "aan"-tijd (pulsbreedte) te regelen in verhouding tot de "uit"-tijd. Een langere "aan"-duur resulteert in helderder licht, terwijl kortere tijden ervoor zorgen dat de LED's zwak blijven. Er wordt gebruik gemaakt van RGB (rode-groene-blauwe) LED's, die drie onafhankelijke diodes hebben voor rood, groen en blauw licht, of adresseerbare LED's, die elk hun eigen geïntegreerde circuit hebben en individuele bediening mogelijk maken, bij de productie van een LED-reeks die van kleur verandert. Om miljoenen kleuren te genereren, wijzigt de geïntegreerde schakeling (IC) de stroom die door elke kleurendiode in RGB-reeksen vloeit. Hierdoor kan de IC rood, groen en blauw in verschillende hoeveelheden combineren. Elke LED kan afzonderlijk worden aangestuurd, waardoor de string bewegende lichten, hellingen of op maat gemaakte ontwerpen kan weergeven. Dit wordt allemaal beheerd door een microcontroller, die doorgaans is verbonden met een afstandsbediening of smartphone-app voor gebruikersinvoer. Adresseerbare LED's, zoals WS2812B-chips, maken het mogelijk ingewikkelder patronen te creëren.
Duurzaamheid en veiligheid zijn ook essentiële componenten bij het ontwerp van string-LED's, en deze aspecten houden verband met de fundamentele principes die hun werking bepalen. LED-lichtslingers stoten extreem weinig warmte uit, waardoor ze veiliger kunnen worden gebruikt in de buurt van brandbare voorwerpen (zoals kerstbomen en stoffen versieringen), in tegenstelling tot gloeilampen, die een aanzienlijke hoeveelheid warmte produceren, waardoor het gevaar groter is dat brandweerlieden een brand beginnen. Een andere factor die bijdraagt aan de lange levensduur van string-LED's is hun lage warmteproductie. Het merendeel vanstring-LED'shebben een levensduur van 50.000–100.000 uur, terwijl gloeilampen een levensduur hebben van 1.000–2.000 uur. Bovendien beschermt de afgedichte behuizing van veel string-LED's (die vaak zijn gemaakt van plastic of siliconen) de diodes en circuits tegen stof, vocht en fysieke schade, waardoor ze acceptabel zijn voor gebruik zowel binnen als buiten. Er zijn andere standaard veiligheidsmaatregelen zoals zekeringen en stroomonderbrekers. Zekeringblowers zijn ontworpen om oververhitting en elektrische branden te voorkomen door hun stroom vrij te geven als de stroom een veilig niveau overschrijdt (bijvoorbeeld als gevolg van kortsluiting).
String-LED's bieden een aantal belangrijke voordelen, waarvan er één de energie-efficiëntie is die in hun werkingsprincipes is ingebouwd. LED's kunnen meer dan 90% van de elektrische energie in licht omzetten, terwijl gloeilampen slechts 10% van de energie in licht omzetten. Als gevolg hiervan gebruiken LED's veel minder stroom om hetzelfde helderheidsniveau te bieden. Een voorbeeld hiervan is een gloeilampenreeks met vijftig lampen die veertig tot vijftig watt verbruikt, maar een identieke LED-reeks verbruikt slechts twee tot vijf watt. String-LED's zijn geschikt voor gebruik op lange- termijn (bijvoorbeeld buitenverlichting-het hele jaar door) en voor toepassingen waarbij de stroom beperkt is (bijvoorbeeld op batterijen-gevoede lichtslingers voor op de camping of voor tijdelijke decoraties). Deze efficiëntie verlaagt niet alleen de elektriciteitsuitgaven, maar maakt string-LED's ook zeer geschikt voor gebruik in situaties waarin het vermogen beperkt is. String-LED's die door batterijen worden gevoed, maken vaak gebruik van gelijkstroombatterijen met laag-voltage (zoals AA of AAA) en beschikken over energie-besparende functies zoals automatische-uitschakeling, die is ontworpen om de levensduur van de batterij nog verder te verlengen.
String-LED's kunnen functioneren door de elektroluminescerende eigenschappen van individuele LED's te combineren met specifieke circuitontwerpen, voeding en besturingstechnologieën. Met andere woorden, string-LED's vervullen hun functie. Door het proces van halfgeleiderrecombinatie kan elke LED elektrische energie in licht omzetten. Schakelingen die meerdere LED's in serie of parallel verbinden, kunnen daardoor een werkend systeem creëren. Standaard wisselstroom (AC) elektriciteit wordt omgezet in de gelijkstroom (DC) spanning die LED's nodig hebben, en geïntegreerde schakelingen (IC's) of microcontrollers maken het mogelijk de helderheid, kleur en patronen aan te passen. Deze ontwerpbeslissingen zijn direct verantwoordelijk voor hun efficiëntie, veiligheid en levensduur, waardoor ze de voorkeur verdienen boven de conventionele gloeilampen. String-LED's blijven zich ontwikkelen naarmate de technologie vordert, wat resulteert in besturingssystemen die intelligenter zijn, een grotere helderheid hebben en materialen die milieuvriendelijker zijn. Dit verstevigt zijn positie als multifunctionele verlichtingsoptie voor woningen, bedrijven en openbare ruimtes verder.
https://www.benweilight.com/industrial-verlichting/led-constructie-string-light-100ft-130w.html
Samen maken we het beter.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Mobiel/Whatsapp :(+86)18673599565
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Website: www.benweilight.com
Toevoegen: F-gebouw, industriële zone Yuanfen, Longhua, Bao'an District, Shenzhen, China
