nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Category:

Led_luminance_vs_power - расчет параметров светодиодов

Напомним: к светодиодам любой уважающей себя фирмы прилагается весьма подробное описание (datasheet), в котором приведены все сведения, необходимые для расчета их характеристик в реальных условиях эксплуатации. Но сделать это вручную очень тяжело, неплохо бы автоматизировать процесс - для этого и была написана программка Led_luminance_vs_power.

(Щелкните для увеличения)

Ссылка для скачивания: http://juraff.ru/led_luminance_vs_power.zip (1.4Мб, из них половина - описания различных светодиодов)

Запускаем программу. В верхней панели задаем те условия, в которые светодиоды будут помещены. В центральной панели мы загружаем файлы описания светодиодов, а при необходимости редактируем их или создаем свои. Они лежат в папке leds. Следующая панель позволяет узнать все подробности работы выбранного из списка светодиода при заданном токе. Если начинают превышаться максимальные параметры, вместо всех параметров загорится предупреждение.

При рисовании графиков ток пробегает все значения от 0 до максимально допустимого тока для каждого светодиода, с шагом 10мА. Если при каком-то значении тока была превышена предельная температура кристалла, моделирование для него останавливается - бОльшие токи больше не рассматриваются, поскольку конец немного предсказуем.

Когда на график наводишь курсор, в строке состояния отображаются его координаты в единицах осей.

Первый график - "зависимость светового потока от мощности" - позволяет увидеть, какова действительная эффективность светодиодов и какой максимальный поток они способны выдать. Взгляните еще раз на скриншот: в нем сравниваются 4 разных светодиода с теплым белым свечением. Первый из них - ветеран MC-E, второй - XM-L, который и по сию пору часто применяется в светодиодных фонарях. Третий - более слабый но и вдвое более дешевый кристалл XT-E, и наконец, четвертый - это XM-L2, выпущенный в этом году как хорошая замена для XM-L.

Три из них (все кроме XT-E) принадлежат одному "калибру" - ток до 2.8..3 Ампер, мощность до 10 Вт. По графикам прослеживается монотонное увеличение эффективности от старых моделей к новым. Кажется странным, что XT-E, появившийся уже после XM-L откровенно тому проигрывает на больших токах. Дело как раз в том, что некорректно их сравнивать, они в разных весовых категориях. Чтобы все было честно, поставим их 2 штуки. Для этого выбираем в списке XT-E, нажимаем "Ред.":

Имя меняем, чтобы самим не забыть, что теперь их будет два. Теперь при моделировании будет считаться, что эти светодиоды соединены параллельно и поставлены на общий теплоотвод с характеристиками из верхей панели - в самом деле, давать каждому по отдельному теплоотводу было бы нечестно!
Получаем вот что:

Тем самым, мы "реабилитировали" модель XT-E, хотя она все же немного проигрывает XM-L2. Этой модели не повезло: она стала первой, в которой характеристики стали указываться для 85 градусов. Разумеется, они были ниже и получалось на первый взгляд, будто бы никаких преимуществ предыдущими эта модель не дает, даже немножко хуже. Здесь же они поставлены в равные условия и мы видим, что вещица неплохая.

График "световой поток от силы тока" предназначен для выбора рабочего тока, если нужно получить заданный световой поток. Он мало отличается от уже рассмотренного, разве что чуть ближе к прямой линии.

Третий график - "окупаемость" - показывает, во сколько обойдется свет, полученный с помощью светодиодов. Я ввел внесистемную единицу "люмен-год", означающую, что мы в течение года непрерывно получаем поток в 1 лм. Мне показалось, что это интуитивно понятнее, чем "килолюмен-час". Мы платим сначала за покупку источника света, а затем за электричество, которое он съест за весь срок службы.

Для лампочек накаливания имеем следующую картину: стоит она совсем дешево, около 10 рублей. За свой срок службы - 1000 часов - 40-ваттная лампочка выдаст 45лм-год и съест при этом 40кВт*ч. Цены на электричество разные, возьмем ориентировочно 3 рубля за кВт*ч. Это получится 120 рублей. Итого, за каждый истраченный рубль мы получаем 0.35 лм-года.

Хорошая энергосберегающая лампочка при цене около 100 рублей будет служить 8000 часов и при тех же 400лм светового потока будет потреблять 8Вт. В этом случае получим 1.25 лм-год на каждый рубль. Посмотрим, какие результаты выдадут наши светодиоды:

MC-E больше не продается, но когда-то я покупал его за 300 рублей. Для него в максимуме получается значение 1.7 лм-год на рубль. Свежие кристаллы в этом отношении чуть лучше (до 2.7 лм-год на рубль). Конечно, одних только кристаллов недостаточно, чтобы получить светильник - нужен еще корпус, теплоотводы, блок питания, возможно, плафон для рассеивания света - это все тоже денег стоит. Если учесть все это, пока выигрыш еще небольшой, если он вообще есть.

Если электричество более дорогое (скажем, квартира без электроплиты или где-нибудь в сельской местности), выигрыш будет более заметен. Кроме того, холодные белые светодиоды более эффективны, чем теплые белые. Конечно, это все довольно грубая оценка - для всех светодиодов просто указан срок службы 35000 часов независимо от режима. При меньших токах они должны прослужить больше, но хорошей статистики пока не собрано, ведь 35 000 часов - это 4 года непрерывного свечения! Они еще столько не существуют на свете! Тем не менее, я склонен доверять этим данным. Собирают их следующим образом: гоняют светодиоды 6000 часов, после чего зависимость светового потока от времени экстраполируют, пока он не упадет на 30%. Дело в том, что основные механизмы, приводящие к износу светодиода, известны. Это помутнение силиконовой "линзы" и выгорание люминофора, приводящее к изменению цвета (он становится более холодным) и уменьшению светового потока. Поскольку и линзы, и люминофоры используются уже давно и мало меняются со временем, оценки надежности должны быть довольно точными.

Из этих графиков видно, что не стоит гонять светодиоды на максимальных режимах, лучше всего использовать примерно половину от максимально допустимого тока - хоть нам и придется поставить больше светодиодов для достижения той же яркости, но зато они будут работать более эффективно и оставаться холодными.

Осталось еще рассказать о том, как самостоятельно создать файл описания светодиода, но пост уже слишком длинный - напишу отдельно. Надо будет еще программу немного подшлифовать, есть в ней несколько ляпов, но не очень серьезных.

О любых странностях в работе программы прошу сообщить - некоторые библиотеки (для фотометрических расчетов, например) я использую и по работе, да еще и с коллегами делюсь, поэтому неплохо бы им быть вылизанными до блеска! Ну и просто пожелания - что туда добавить, как сделать более user-friendly.

Upd. (18.11.2013): по той же ссылке выложена исправленная версия, в которой устранено две серьезных ошибки и кое-чего по мелочи.
[Подробнее]
1. При наличии в текстах апострофа файлы потом не могли открыться - invalid file, в частности не удавалось открыть файлы MT-G2. Исправлено.
2. Теперь файлы корректно открываются и сохраняются независимо от настроек разделителя дробной части на конкретном компьютере, с равным успехом понимает и точку, и запятую.
3. Кнопка "сохранить в png" теперь сохраняет текущую вкладку - раньше всегда сохраняла первую, где зависимость от мощности
4. Легенда перенесена вверх, чтобы не отжирать слишком много пространства в правой части.
5. Подправлены описания светодиодов MT-G2 (мало было исправить п.1, нужно было по-новой сохранить эти файлы, они были повреждены), MC-E (был указан порядок интерполяции-линейный, из-за чего получались угловатые графики), XM-L (на максимальном токе характеристики неестественно "задирались вверх", лишняя точка была отмечена на графике).
Tags: led_luminance_vs_power, маньяк-эколог, моделирование, освещение, программки
Subscribe

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 4 comments